Эволюция в системы иммунитета
Иммунная система осуществляет защиту организма от проникновения генетически чужеродных тел: микроорганизмов, чужих клеток, инородных тел и др. Ее действие основано на способности отличать собственные структуры организма от генетически чужеродных, элиминируя последние.
В эволюции формировалось три главных формы иммунного ответа: 1) фагоцитоз, или неспецифическое уничтожение генетически чужеродного материала; 2) клеточный иммунитет, основанный на специфическом распознавании его и уничтожении Т-лимфоцитами; 3) гуморальный иммунитет, осуществляемый путем трансформации В-лимфоцитов в плазматические клетки и синтез ими антител (иммуноглобулинов).
В эволюции, выделяют три этапа в формировании иммунного ответа:
— квазиммунное(лат. «квази» — наподобие) распознаваниеорганизмом своих и чужеродных клеток. Этот тип реакции наблюдается, начиная от кишечнополостных и кончая млекопитающими. При этом ответе не формируется иммунной памяти, то есть еще не происходит усиления иммунной реакции на повторное проникновение чужеродного материала;
— примитивный клеточный иммунитетобнаружен у кольчатых червей и иглокожих. Он обеспечивается целомоцитами – клетками вторичной полости тела, способными уничтожать чужеродный материал. На этом этапе появляется иммунологическая память;
— система интегрированного клеточного и гуморального иммунитета.Для нее характерны специфические гуморальные и клеточные реакции на чужеродные тела, наличие лимфоидных органов иммунитета, образование антител. Такого типа иммунная система не характерна для беспозвоночных.
Круглоротые уже способны формировать антитела, но вопрос о наличии у них вилочковой железы как центрального органа иммуногенеза является пока открытым. Впервые тимус обнаруживается у рыб.
Тимус, селезенка, отдельные скопления лимфоидной ткани обнаруживаются в полном объеме начиная с амфибий. У низших позвоночных (рыбы, амфибии) вилочковая железа активно выделяет антитела, что не характерно для птиц и млекопитающих.
Особенность иммунной системы иммунного ответа птиц состоит в наличии особого лимфоидного органа — фабрициевой сумки. В этом органе В-лимфоциты после антигенной стимуляции способны трансформироваться в плазматические клетки, вырабатывающие антитела.
У млекопитающих органы иммунной системы разделяют на 2 типа: центральные и периферические. В центральных органах иммуногенеза созревание лимфоцитов происходит без влияния антигенов. В периферических органах иммуногенеза происходит антигензависимое Т и В — размножение и дифференцирование лимфоцитов.
На ранних стадиях эмбриогенеза из желточного мешка в тимус и красный костный мозг мигрируют стволовые лимфатические клетки. После рождения источником стволовых клеток становится красный костный мозг. Периферическими лимфоидными органами являются: лимфоузлы, селезенка, миндалины, лимфоидные фолликулы кишечника. К моменту рождения они еще практически не сформированы и размножение и дифференцировка в них лимфоцитов начинается только после антигенной стимуляции мигрировавших из центральных органов иммуногенеза Т-и В-лимфоцитов.
ЭВОЛЮЦИЯ ДЫХАТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.
Почти все живые организмы являются аэробами, то есть дышащими воздухом. Совокупность процессов, обеспечивающих поступление и потребление О2 и выделение СО2, называется дыханием.
Функция дыхания у животных разной степени организованности обеспечивается по-разному. Наиболее простой формой дыхания является диффузия газов через стенки живой клетки (у одноклеточных) или через покровы тела (кишечнополостные; плоские, круглые и кольчатые черви). Диффузное дыхание встречается также у мелких членистоногих, имеющих тонкий хитиновый покров и относительно большую поверхность тела.
С усложнением организации животных формируется специальная система органов дыхания; Так уже у некоторых водных кольчецов появляются примитивные органы дыхания — наружные жабры (эпителиальные выросты с капиллярами), При этом в дыхании участвует и кожа. У членистоногих органы дыхания имеют более сложное строение и представлены у водных форм жабрами, а у наземных и вторичноводных легкими и трахеями (у наиболее древних членистоногих, таких как скорпионы, — легкие, у пауков — и легкие и трахеи, а у насекомых, — высших членистоногих, — только трахеи).
Функцию органов дыхания у низших хордовых (ланцетники) берут на себя жаберные щели, по перегородкам которых проходят жаберные артерии (100 пар). Поскольку деление артерий на капилляры в жаберных перегородках отсутствуют, общая поверхность поступления О2 невелика и окислительные процессы идут на низком уровне. Соответственно этому ланцетник ведет малоподвижный образ жизни.
В связи с переходом позвоночныхкактивному образу жизни в органах дыхания возникают прогрессивные изменения. Так, у рыбв жаберных лепестках, в отличие от ланцетника, появляется обильная сеть кровеносных капилляров, их дыхательная поверхность резко увеличивается, поэтому число жаберных щелей у рыб сокращается до четырех.
Земноводные— первые животные, вышедшие на сушу, у которых развились органы атмосферного дыхания — легкие (из выпячивания кишечной трубки). В связи с примитивностью строения (легкие представляют собой мешки с тонкими ячеистыми стенками), количество кислорода, поступающего через легкие, удовлетворяет потребность в нем организма только на 30-40%, поэтому в дыхании принимает участие и кожа, содержащая многочисленные кровеносные капилляры (кожно-легочное дыхание).
Воздухоносные пути у амфибий слабо дифференцированы. Они соединены с ротоглоткой небольшой гортано-трахейной камерой.
У рептилийв связи с окончательным выходом на сушу происходит дальнейшее усложнение дыхательной системы: Кожное дыхание исчезает, а дыхательная поверхность легочных мешков увеличивается, благодаря появлению большого количества разветвленных перегородок, в которых проходят кровеносные капилляры. Усложняются и воздухоносные пути: в трахее формируются хрящевые кольца, разделяясь, она дает два бронха. Начинается формирование внутрилегочных бронхов.
У птицв строении органов дыхания появляется ряд особенностей. Легкие у них имеют многочисленные перегородки с сетью кровеносных капилляров. От трахеи идет бронхиальное дерево, заканчивающееся бронхиолами. Часть главных и вторичных бронхов выходит за пределы легких и образует шейные, грудные и брюшные пары воздушных мешков, а также проникает в кости, делая их пневматичными. Во время полета кровь насыщается кислородом и на акте вдоха и на акте выдоха (двойное дыхание).
Млекопитающиеимеют легкие альвеолярного строения, благодаря чему их поверхность в 50-100 раз больше поверхности тела. Бронхи древовидно разветвлены и заканчиваются тонкостенными бронхиолами с гроздьями альвеол, густо оплетенных кровеносными капиллярами. Хорошо развиты гортань и трахея.
Таким образом, основное направление эволюции дыхательной системы заключается в увеличении дыхательной поверхности, усложнении строения воздухоносных, путей и их обособлении от респираторных.
Эволюция иммунной системы
Будем считать, что инфекционные болезни были главной, если не единственной, селективной силой в эволюции иммунной системы позвоночных. Тогда мы можем довольно легко рассматривать этот процесс в терминах дарвиновского «выживания наиболее приспособленной» иммунной системы. Если это так, то гены иммуноглобулинов (Ig), ответственные за кодирование антител, передаются потомкам через половые клетки, и их сохранение в ходе эволюции определяется теми же дарвиновскими правилами, которым подчинены и другие гены. Теперь мы критически рассмотрим сказанное.
Детальные сравнительные исследования разных видов беспозвоночных (насекомых) и позвоночных показывают, что система приобретенного иммунитета, которую мы сейчас обсуждаем, существует у хрящевых рыб (акул и скатов) и, следовательно, появилась по крайней мере 400—500 миллионов лет назад. У этих рыб есть гены, родственные генам вариабельной области Ig (IgV), или генам рецепторов Т-клеток (ТкР) [5]. В исследованиях Роберта Райсона (Raison) из Технологического университета Сиднея и других показано, что еще более примитивные позвоночные — круглоротые (миксины и миноги) — не имеют системы приобретенного иммунитета; у них нет ни IgV, ни ТкР-генов. До сих пор идет поиск недостающего звена. Однако пока не известны эволюционные переходы между кругло-ротыми и хрящевыми рыбами. И нет никаких гарантий, что недостающие звенья когда-нибудь будут найдены, так как все они, возможно, вымерли. На рис. 3.4 показаны основные представители позвоночных, у которых работа иммунной системы изучена подробно. Даже у холоднокровных позвоночных — рыб — можно обнаружить основные элементы системы приобретенного иммунитета теплокровных. Иммунные системы всех изученных позвоночных имеют следующие свойства:
• они способны создавать гигантское разнообразие антител и Т-клеток, обеспечивающее ответ на практически любой антиген;
• они способны к усиленному ответу при повторной встрече с антигеном (имеют память);
• они способны обеспечивать аутотолерантность.
Рис. 3.4. Позвоночные, у которых обнаружена сходная с млекопитающими система иммунитета.
Если мы иммунизированы коклюшной или столбнячной вакциной, наша иммунная система «помнит» первую встречу с этими антигенами, позволяя нам быстрее и сильнее реагировать на новую встречу с тем же самым антигеном образованием более высоких концентраций антител в крови. Эти свойства — направляемое антигеном изменение соматических клеток, специфичность, аутотолерантность и память — являются признаками иммунных систем всех позвоночных. У акул и других холоднокровных животных из-за низких температур окружающей среды иммунный ответ медленнее, чем у теплокровных наземных позвоночных.
Большая часть информации о клеточных и молекулярных процессах в иммунной системе получена экспериментальной иммунологией в опытах с иммунизацией мышей инбредных линий. Также много данных получено в клинических наблюдениях; сейчас мы знаем, что практически любая клетка, молекула и ген, обнаруженные у мышей, существуют и у человека. Хотя на других позвоночных проведено гораздо меньше исследований, очевидно, что при переходе от холоднокровных хрящевых рыб к теплокровным наземным животным сложность иммунной системы возрастала. Например, мы знаем, что генетическая стратегия, используемая для сохранения длинных последовательностей ДНК, кодирующих большое число различных антител у акул, менее экономична, чем у мышей и человека. У кроликов последовательности ДНК используются еще более эффективно. Однако самая эффективная система описана у кур и других птиц. Это станет понятным, когда мы обсудим уникальную природу генов, кодирующих антитела.
Следующая глава >
Похожие главы из других книг:
Глава XII
Клетки и молекулы иммунной защиты
Иммунитет особенно отчетливо проявляется и лучше всего изучен у млекопитающих, хотя те или иные его проявления можно наблюдать и у просто организованных животных. У позвоночных, в первую очередь у теплокровных, иммунитет
Глава 7
ЗА ПРЕДЕЛАМИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ
Эволюция по Ламарку, не отвергая дарвиновского естественного отбора, требует следующей причинно-следственной связи для «запоминания» приобретенного признака клетками в зародышевой линии животных. Измененные условия внешней среды
Можно ли распространить нашу гипотезу за пределы иммунной системы ?
Картина ламарковской обратной связи для появления и поддержания У-генов иммунной системы, которую мы нарисовали в этой работе, основана на ясной и на наш взгляд неоспоримой логике. Но можем ли мы
Организм с его иммунной системой уподобить какому–либо кибернетическому устройству с обратной связью и со способностью к самоохранению.
— Нельзя ли организм с его иммунной системой уподобить какому–либо кибернетическому устройству с обратной связью и со
Что это за плазматические клетки, вырабатывающие антитела, и можно ли плазматическую клетку считать самой главной клеткой иммунной системы?
— Что это за плазматические клетки, вырабатывающие антитела? О них уже знали во времена Мечникова или это более позднее
Два главных органа иммунной системы вырабатывают два сорта клеток: Т–и В–лимфоциты.
— Следовательно, иммунная система каждого организма имеет два главных органа, не так ли?
— Так?
— Один, тимус, заведует выработкой лимфоцитов, способных превращаться в
§ 24. Эволюция ганглиозной нервной системы
На заре эволюции многоклеточных сформировалась группа кишечнополостных с диффузной нервной системой (см. рис. II-4, а; рис. II-11, а). Возможный вариант возникновения такой организации описан в начале этой главы. В случае
19. Иммуная система. Центральные и периферические органы иммунной системы
Органы иммунной системы делят на:1) первичные (центральные вилочковая железа, костный мозг);2) вторичные (периферические селезенка, лимфатические узлы, миндалины, ассоциированная с кишечником и
Эволюция продолжается
Многих интересует, продолжается ли эволюция человека сегодня, и если да, то куда она идет. Станем ли мы умнее, чем теперь? Будут ли у нас пудовая голова на тщедушном тельце и пальчики, приспособленные под раскладку QWERTY? Или нет, под QWERTY только левая.
1. Центральные и периферические органы иммунной системы
Иммунная системы человека обеспечивает специфическую защиту организма от генетически чужеродных молекул и клеток, в том числе инфекционных агентов – бактерий, вирусов, грибов, простейших.Лимфоидные клетки
2. Клетки иммунной системы
Иммунокомпетентными клетками организма человека являются Т– и В-лимфоциты.T-лимфоциты возникают в эмбриональном тимусе. В постэмбриональном периоде после созревания T-лимфоциты расселяются в T-зонах периферической лимфоидной ткани. После
8.2. Эволюция нервной системы
Совершенствование нервной системы – одно из главных направлений эволюции животного мира. Это направление содержит огромное количество загадок для науки. Не совсем ясен даже вопрос происхождения нервных клеток, хотя принцип их
1.4. Эволюция
Задолго до того, как была задумана менделевская генетика,[25] многие отчетливо выделенные виды и породы домашних животных и растений были выведены путем селективного разведения (скрещивания). Нет причин сомневаться в том, что аналогичное развитие рас и видов
1.4. Физиологическая эволюция
В нашей стране Л.А. Орбели были сделаны попытки, развитые А.Г. Гинецинским, Е.М. Крепсом и другими учеными, на основе частных концепций эволюции функций (например, таких, как кровообращение, дыхание, пищеварение, выделение и др.) сформулировать
1. Эволюция рас
Общепризнанным в теории эволюции рас является то, что человек эволюционировал от человекообразных обезьян в Африке южнее Сахары в течение последних четырех миллионов лет или около того. За это время последовательность видов, известных под собирательным
Иммунитет человека — сложная и, до сегодняшнего времени, полноценно не изученная концепция деятельности организма. Достоверно известно, что совокупность, целенаправленность и динамичность процессов, защищающих систему от патогенных объектов, постоянно совершенствуется. Мнения ученых подтверждают, что данная конструкция продолжает свое развитие и иммунитет имеет свои этапы эволюции.
Изменения среды для здоровья
Иммунитет имеет постоянные действенные барьеры и реакции, которые направлены на обеспечение полноценной защиты организма от патогенных возбудителей. А совокупность функций механизмов — есть основа иммунной концепции.
На этапе созревания человечества применяется достаточно мер для усовершенствования защиты:
- Вакцины;
- Прививочные сыворотки;
- Лекарства химического, органического синтеза;
- Антибиотикотерапия;
- Способы повышения иммунитета без применения препаратов с травами и растениями.
Образ жизни человека также способствует улучшению безопасности среды обитания:
- Дезинфекция помещений;
- Ультрафиолетовое очищение воздуха;
- Методы стерилизации.
С эволюцией человека изменилась восприимчивость иммунитета на многие болезни, распространявшиеся в Средние века и в начале двадцатого столетия. В связи с развитием человека, мутируют и усиливаются многие другие инфекции, появляются иные. Бактерии, грибки, паразиты и вирусы эволюционируют, применяют новые формы воздействия и течения. Они приспосабливаются и намного сильнее ослабляют иммунитет. В итоге орагнизм человека опять начинает изменяться и заниматься.
Знание основ и принципов процессов эволюции иммунитета, позволяют проводить новые исследования, решают множество биологических и медицинских проблем со здоровьем человека, развивают и усовершенствуют защитные свойства организма.
Характеристики
Структура механизмов и реакций защиты — это сложная и незаменимая часть нормальной жизнедеятельности организма, направленная на обеспечение постоянства антигенов и борьбу с возбудителями болезней.
Окружающий мир меняется, но не в лучшую сторону. Воздух, вода, питание — говорит об ухудшении среды обитания человека. Соответственно, с каждым витком истории меры по адаптации человеческой расы к ухудшающейся экологии все более усложняются. И чтобы обеспечить качественную жизнедеятельность и продолжение рода совершенствуются механизмы защиты.
Для того чтобы понять этапы эволюции, надо знать главные виды реакций:
- Система фагоцитоза — это механизмы, способные уничтожать вредоносные генетически чужеродные молекулы, частицы, остатки погибших бактерий. Главные в структуре — это лаброциты, нейтрофилы и другие, то есть клетки, находящиеся в крови и во всех внутренних органах и тканях. Фагоцитоз имеет свои особенности процесса и стадии;
- Лимфоцитарная система —конструкция, представляющая собой ключевые клетки иммунной защиты. Относятся к лейкоцетарным видам клеток крови, имеют рецепторы, позволяющие запоминать, распознавать и уничтожать чужеродные элементы;
- Система синтеза иммуноглобулинов и антител — механизмы, выполняющие функции по распространению и увеличению реакций иммунитета на клеточном уровне.
Для человека характерно два типа защитных методов:
- Первый — это центральные органы: костный мозг, тимус — места формирования и развития иммуноцитов, то есть клеток иммунного ответа;
- Второй — это периферические органы: селезенка, лимфатическая система, фолликулы, тонзилы, бляшки пейеровы, то есть места скопления лимфоцитных зрелых клеток, которые начинают свое размножение и повышают активность на фоне заболевания.
Этапы развития
Невосприимчивость, как и любая внутренняя система организма, формируется параллельно изменениям внешней среды.
Совокупность защитных и приспособительных методов, от крепости которых зависит здоровье и продолжительность жизни представляет собой иммунитет. Приспособляясь к тончайшим колебаниям, внешним и внутренним факторам происходит изменение клеток.
Эволюция позвоночных млекопитающих, к классу которых и относится человек, обусловило появлению высшей системы иммунитета. Где новый механизм или реакция не исключает действие первоисточника.
Таким образом, выделяют некие формирования в организме,как:
- Локальный ответ;
- Лимфоцитарные реакции;
- Специфические защиты иммунитета.
Локальная защита
Локальная невосприимчивость — это комплекс, способный выполнять фагоцитоз, отделяя свои клетки от чужеродных. Циркулирующая межклеточная жидкость способствует усилению борьбы механизмов с патогенным возбудителем в определенном месте организма, вовлекая большее количество фагоцитов для уничтожения вредоносного объекта. Система иммунных реакций определена даже у низших беспозвоночных.
Точность и действенность не распространяется на весь организм, проявляя местное сопротивление иммунитета на чужеродный ген или повреждение. Причём не запоминал фактор, вызвавший нарушение его деятельности. По ходу эволюционного процесса, это и положило начало вырабатыванию лимфоцитарного вида обороны.
Второй этап
Первая ступень дала возможность простейшим формам жизни продолжать эволюцию и подтолкнул к развитию лимфоцитарной системы иммунитета. Лимфоциты предрасположены для определения, уничтожения, а главное запоминания чужеродного гена возбудителя болезни.
Второй этап эволюции — появление клеточного вида защиты организма. Такие механизмы и реакции встречаются у червей кольчатого типа, птиц, рептилий, рыб и у млекопитающих.
Появление клеток с распознавательными рецепторами, подтолкнуло механизмы сопротивляемости и защиты эволюционировать в более сложную концепцию, охарактеризованную формированием антител и цитокинов-иммунорегуляторов.
Третий этап
Развитие специфической системы иммунитета позволило организовать процессы на клеточном уровне, а также вырабатывать иммуноглобулины, защищая от чужеродных белков. На данном этапе происходит зарождение периферических органов иммунной системы, вырабатывающих антитела к патогенным веществам.
Такие не встречаются у беспозвоночных видов, но выявлены у низшего класса позвоночных, рыб, рептилий, имеются у амфибий, птиц, млекопитающих.
Эволюционной особенностью развития защитного устройства человека является то, что главный орган иммунной системы вырабатывает лимфоциты типа-Т, а костный красный мозг — типа-В. После рождения защитные методы человека занимает высочайший уровень развития, используя все системы: местные, специфические, приобретенные и другие.
Основные этапы эволюции, ее положительные стороны развития, опыт, все стадии формирования механизмов ответа на чужеродный ген — заключены в иммунитете человека, обеспечивая его приспособление к изменениям окружающего мира и качественную жизнедеятельность.