Таблица сравнения прямого и непрямого онтогенезов
|
Прямой онтогенез |
Непрямой онтогенез |
|
|
Непрямой тип онтогенеза
В продолжении ювенильного периода по типу непрямого развития с организмом происходит неполный или один или несколько полных метаморфозов (превращений) родившейся личинки во взрослого представителя вида.
При полном метаморфозе в развитии сменяются несколько стадий: яйцо — личинка — куколка — взрослая особь. Такой процесс характерен для бабочек, пчел, муравьев, комаров, мух, жуков, блох.
Процесс преобразования во взрослую особь сопровождается довольно глубокими морфологическими и физиологическими метаморфозами. Происходит превращение ползающей гусеницы, питающейся растениями, в куколку. При этом полностью разрушаются все личиночные органы, остаются только нервная и кровеносная системы, которые становятся частью уже совершенно нового внешнего вида — бабочки, основная функция которой — размножение.
При формировании взрослой особи путем неполного метаморфоза после стадии яйца наступает фаза личинки, а из несколько раз полинявшей личинки образуется взрослая особь. Такой вариант метаморфоза происходит с тараканами, клещами, вшами, клопами, кузнечиками, саранчой.
Явление метаморфоза существует для достижения разных целей. С помощью него снижается внутривидовая конкуренция из-за отличия личинки от взрослого существа, что способствует выживаемости потомства. Некоторые личинки прикрепленного образа жизни способны расселяться, например коралловые полипы. Отдельные виды организмов питаются исключительно в стадии личинки, а редкие представители отличаются способностью размножаться в личиночном состоянии.
Проверим знания
Ключевые вопросы
1. Укажите продолжительность эмбрионального этапа развития человека: 20 недель; 28 недель; 40 недель; 45 недель. 2. Почему беременной женщине противопоказано курить? 3. Как называются клетки, образующиеся в результате дробления? В чем отличие дробления от обычного деления? 4. Назовите основные периоды развития зародыша человека. В каком периоде эмбрионального развития человека происходит дифференциация клеток? 5. Что такое критические периоды развития зародыша человека?
Сложные вопросы
1. Как условия и образ жизни матери влияют на формирование и развитие плода? 2. Какие факторы современной жизни могут повлиять на здоровье будущих детей? Объясните почему. 3. Как вы можете объяснить выражение «осознанное материнство и отцовство»? Что такое планирование беременности? Как оно способствует рождению здорового ребенка? 4. Как вы относитесь к возможности клонирования человека? 5. Используя материал учебного пособия, установите соответствие между понятием, его категорией и содержанием. Понятия: А — размножение; Б — яйцеклетки; В — сперматозоиды; Г — оплодотворение; Д — семенники; Е — матка; Ж — яичники. Категории: 1 — клетка; 2 — процесс; 3 — орган; 4 — железа. : а) слияние половых клеток; б) образуются в яичниках; в) воспроизведение себе подобных; г) предназначен для вынашивания плода; д) производят яйцеклетки; е) образуются в семенниках; ж) производит сперматозоиды.
Индивидуальное домашнее задание. Используя дополнительные источники информации, подготовьте презентацию на тему «Пороки развития плода как следствие нездорового образа жизни будущей матери».
Биология и медицина
В основе роста и развития целого организма и отдельной клетки лежит обмен веществ . В процессе жизни каждого организма происходят постоянные качественные и количественные изменения, прерываемые лишь периодами относительного покоя.
Необратимое количественное увеличение структур, объема и массы живого тела и его частей получило название роста. Развитие – это качественные изменения организма и его составляющих. Рост и развитие тесно связаны между собой, как правило, протекают параллельно, но не сводимы друг к другу. Оба процесса регулируются на клеточном уровне.
Рост отдельных органов и всего организма слагается из роста его клеток. Основные этапы роста, а также и развития на клеточном уровне – деление клеток и их растяжение, т.е. увеличение размеров в длину.
В многоклеточных организмах одним из показателей роста является увеличение числа клеток в результате клеточного деления.
Растительная клетка способна к росту растяжением, чему содействуют особенности строения ее стенки. Длительность роста растяжением клеток различных тканей неодинакова.
У части тканей, стенки которых способны к вторичным изменениям, рост растяжением на определенном этапе прекращается и наступает вторая фаза роста, при которой рост осуществляется путем наложения новых слоев на первичную оболочку или внедрением в нее.
Помимо влияния фитогормонов на рост и развитие растения, заметное воздействие оказывают факторы среды, особенно свет, тепло и влага. Комплекс этих факторов и фитогормонов действует либо независимо, либо взаимодействуя друг с другом.
Интенсивность роста существенным образом связана с питанием растений, особенно с азотным и фосфорным.
Типы роста различных органов определяются характером расположения меристем. Стебли и корни растут верхушками, т.е. имеют апикальный рост. Зона нарастания листьев часто находится у их основания, и они имеют базальный рост. Нередко характер роста органа зависит от видовой специфичности.
Она зависит не только от изменений внешних факторов среды, но и контролируется внутренними факторами (эндогенно), закрепленными генетически в процессе эволюции.
В целом рост растения складывается из четырех фаз: начальной, интенсивного роста, замедления роста и стабильного состояния. Это связано с особенностями различных стадий онтогенеза , т.е. индивидуального развития растений.
Так, переход растения к репродуктивному состоянию обычно сопровождается ослаблением активности меристем . Процессы роста могут прерываться продолжительными периодами торможения, наступление которых в северных широтах связано с концом лета и приближением зимы. Иногда у растений наблюдается как бы остановка роста – состояние покоя.
В состоянии покоя могут находиться целые растения (зимой или во время засухи), их семена, почки, клубни, корневища, луковицы, споры и др. Семена многих растений способны к длительному покою, обусловливающему их надежную сохранность в почве. Известен случай развития нормального растения из семени одного из бобовых , пролежавшего в условиях вечной мерзлоты 10000 лет.
В состоянии покоя находятся, например, клубни картофеля , благодаря чему они не прорастают некоторое время после уборки.
В понятие “развитие” вкладываются два смысла: индивидуальное развитие отдельного организма и развитие организмов в ходе эволюции. Индивидуальное развитие отдельного организма от рождения до смерти называется онтогенезом , а развитие организмов в ходе эволюции – филогенезом . Физиология растений занимается изучением развития главным образом в ходе онтогенеза.
Наиболее важный момент в развитии клеток высшего растения – их дифференцировка, т.е. возникновение структурной и функциональной разнокачественности. В результате дифференциации образуются специализированные клетки, присущие отдельным тканям. Дифференцировка осуществляется как во время растяжения, так и после окончания видимого роста клеток и определяется дифференциальной активностью генов.
Ход дифференцировки, как и рост, контролируется фитогормонами .
Причины нарушения развития организмов
Способность организма к регуляции жизненных функций и ответной реакции на отрицательное воздействие окружающей среды не приходит сразу с рождения. Наоборот, при появлении на свет, еще толком несформированный зародыш больше всего подвержен влияниям негативных факторов. У животных и растений были выработаны специальные приспособления для защиты эмбриона. Сюда относится питательная ткань, обволакивающая зародыш или непосредственное получение питательных веществ из организма матери. Но, несмотря на это, факторы окружающей среды всё равно влияют на развитие зародыша, останавливая рост или же, наоборот, ускоряя процесс.
Факторы, которые вызывают нарушения в развитии зародыша, называются тератогенными. В зависимости от причины возникновения нарушений различают биологические, физические и химические факторы.
Биологические факторы наиболее вредны для организма. К ним относятся различные заболевания, вызванные вредными макро- и микроорганизмами или нарушением деления клеток. Сюда же относится нарушение обмена веществ. Особенно опасным является воздействие болезней беременной матери на эмбрион.
Физические факторы, наносящие вред организму — это различного рода ионизирующие облучения, чрезмерное воздействие ультрафиолетовых лучей, шумы, вибрации и др.
К химическим факторам относятся вредные химические соединения: тяжелые металлы, фенолы, бензапирен, а также некоторые лекарственные средства, алкоголь, никотин и наркотики.
Особый вред на развитие эмбриона оказывает употребление его матерью алкоголя, наркотиков, никотина, угнетающих клеточное дыхание. Злоупотребление этими веществами часто приводит к необратимым нарушениям у эмбриона, а в некоторых случаях даже к летальному исходу.
Смотри также:
- Онтогенез и присущие ему закономерности
- Генетика, ее задачи
- Наследственность и изменчивость – свойства организмов
Постэмбриональное развитие животных
Постэмбриональное развитие начинается с рождения организма (для плацентарных и других живородящих организмов) или выхода из яйцевых оболочек.
Различают два типа постэмбрионального развития — прямой и непрямой (развитие с метаморфозом, или превращением).
При прямом развитии из тела матери (или яйцевых оболочек) выходит организм небольших размеров, в котором заложены все основные органы, свойственные взрослому животному. Так развиваются птицы, пресмыкающиеся, млекопитающие. Постэмбриональное развитие этих организмов по существу представляет собой рост, половое созревание, старение и смерть.
Развитие с метаморфозом сопровождается наличием нескольких стадий развития, при этом рожденный организм отличается от взрослого, иногда очень сильно. При развитии с метаморфозом различают две разновидности: развитие с полным метаморфозом и развитие с неполным метаморфозом. Развитие с метаморфозом характерно для амфибий (земноводных), членистоногих (особенно для насекомых) и других животных.
Развитие с полным метаморфозом характеризуется тем, что появившийся в результате эмбрионального развития организм сильно отличается от взрослой формы (так называемая личинка). Эта личинка проходит ряд стадий, в результате чего появляется взрослая особь.
Рассмотрим некоторые примеры развития организмов с полным метаморфозом. Ярким примером такого развития является развитие земноводных. Из яйца (оплодотворенной икринки) появляется личинка — головастик. По многим чертам строения головастик напоминает рыб: у него имеются жаберные щели, жабры, боковая линия, двухкамерное сердце, один круг кровообращения и рыбообразная форма тела. В процессе развития происходит метаморфоз (превращение), состоящий в том, что хвост головастика рассасывается, появляются передние и задние конечности, исчезает боковая линия, жабры, жаберные щели, появляются легкие и второй круг кровообращения. В результате данного метаморфоза формируется маленькая лягушка, которая отличается от взрослой только размерами и неспособностью к размножению. При дальнейшем развитии этот организм растет, достигает половой зрелости, становится взрослой особью, развитие которой завершается смертью.
Другим примером развития с полным метаморфозом является развитие насекомых, например бабочки-белянки. Из яйца появляется личинка в форме гусеницы. Это организм червеобразной формы, который усиленно питается, растет, претерпевает несколько линек. По достижении определенного размера гусеница превращается в куколку, которая находится в коконе. Куколка не питается, а все превращение осуществляется за счет тех питательных веществ, которые накопила гусеница. После завершения всех превращений куколка становится половозрелой особью, которая приступает к размножению, откладывает яйца, и цикл развития повторяется.
Для некоторых организмов характерно постэмбриональное развитие с неполным превращением. В этом случае из яйца появляется организм, внешне похожий на взрослый, но у него не развиты некоторые жизненно важные органы. Примером таких организмов является саранча. Из яиц саранчи появляются маленькие насекомые, которые отличаются от взрослых особей неспособностью к полету из-за того, что у них не развиты крылья. Эти насекомые называются «пешая саранча». «Пешая саранча» усиленно питается, претерпевает несколько линек, у нее развиваются крылья, и она превращается во взрослую особь. Как следует из описания, у таких организмов отсутствует стадия куколки.
Следует отметить, что у животных рост организма (одна из составных частей развития) ограничен определенным отрезком времени — животные растут только до достижения половой зрелости.
Типы онтогенеза
У живых организмов выделяют три типа онтогенеза:
- Личиночный — характерен для насекомых, рыб, земноводных. Из-за малого количества желтка в яйцеклетке зигота развивается не в полноценную взрослую особь, а в личинку, способную самостоятельно питаться и расти. По достижении определённой стадии развития личинки происходит метаморфоз — превращение личинки во взрослый организм, сходный с родительским.
- Яйцекладный — встречается у рептилий, птиц и яйцекладущих млекопитающих. В яйцеклетке содержится достаточное количество желтка с питательными веществами, поэтому личиночная стадия у этих животных отсутствует. Зародыш развивается внутри яйца.
- Внутриутробный — характерен для большинства млекопитающих, в том числе и человека. Развитие зародыша происходит в материнском организме в специальном временном органе — плаценте, который обеспечивает все потребности зародыша. Внутриутробное развитие завершается деторождением.
Рис. 2. Личинки насекомых.
Для некоторых видов характерна целая цепочка превращений из одной личинки в другую и только затем — во взрослую особь. Смысл возникновения личинок заключается в их питании пищей, отличной от той, которой питается взрослая особь. Таким образом существенно расширяется пищевая база для конкретного вида.
Эмбрион
В ходе дробления зиготы образуется первая многоклеточная стадия зародыша — бластула
Развитию многоклеточных животных предшествует образование гамет (яйцеклеток и сперматозоидов) в организмах родительских особей. После их слияния начинается удивительный процесс развития зиготы — эмбриогенез. Сначала оплодотворенная яйцеклетка дробится (многократно делится, не увеличиваясь в размерах), и образуется полый шарик (бластула). Затем часть стенки бластулы втягивается внутрь и образуется мешочек с двойными стенками (гаструла). Его полость становится в дальнейшем полостью пищеварительного тракта, а стенки гаструлы формируют зародышевые листки: наружный — эктодерму, внутренний — эндодерму.
Потом у зародышей всех животных, стоящих по своему развитию выше губок и кишечнополостных, разными способами между двумя зародышевыми листками закладывается третий — мезодерма. Теперь все готово для процесса образования органов. Из эктодермы разовьется эпителий кожи и его производные (кожные железы, чешуя, перья, волосы и т. д.), начало и конец пищеварительного тракта с железами, нервная система и органы чувств; из энтодермы — эпителий средней кишки, органы пищеварения, легкие, жабры; из мезодермы — скелет, мышцы, кровеносная и выделительная система, хорда.
Внешнее сходство зародышей позвоночных животных и человека
У большинства многоклеточных животных развитие зародыша проходит одни и те же стадии. Многие важные процессы, из которых складывается зародышевое развитие, пока недостаточно изучены, а способы их регуляции неизвестны. Поэтому вопрос о том, как и почему в определенное время в определенном месте развивающегося организма происходит определенное событие, остается одним из центральных в биологии.
Карл Максимович Бэр (1792—1876) — профессор, основатель науки сравнительной эмбриологии. Ему принадлежит ряд выдающихся открытий. Он первым доказал наличие яйцеклеток у млекопитающих животных и человека, обосновал теорию зародышевых листков, которые являются зачатками будущих органов
Бэр одним из первых обратил внимание, что в индивидуальном развитии (онтогенезе) повторяется история происхождения вида (филогенез), и сформулировал биогенетический закон, одно из положений которого гласит: «На ранней стадии развития животные бывают сходны с аналогичными стадиями развития (но не взрослыми особями) более примитивных форм»
Половое размножение
Биологический смысл полового размножения состоит в объединении генетической информации родительских особей, в результате чего повышается генетическое разнообразие потомства и его жизнестойкость.
Мейоз – один из важнейших общебиологических процессов, предшествующий образованию половых клеток.
Особенность мейоза — уменьшение числа хромосом в 2 раза.
Этапы мейоза
Половые клетки родителей обладают гаплоидным набором (n) хромосом, а в зиготе при объединении двух таких наборов число хромосом становится диплоидным (2n): каждая пара гомологичных хромосом содержит одну отцовскую и одну материнскую хромосому.
Гаплоидные клетки образуются из диплоидных в результате особого клеточного деления — мейоза.
Мейоз — разновидность митоза, в результате которого из диплоидных (2п) соматических клеток половых желез образуются гаплоидные гаметы (1n). При оплодотворении ядра гаметы сливаются, и восстанавливается диплоидный набор хромосом.
Таким образом, мейоз обеспечивает сохранение постоянного для каждого вида набора хромосом и количества ДНК.
Мейоз представляет собой непрерывный процесс, состоящий из двух последовательных делений, называемых мейозом I и мейозом II. В каждом делении различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу. В результате мейоза I число хромосом уменьшается вдвое (редукционное деление): при мейозе II гаплоидность клеток сохраняется (эквационное деление).
Гаметогенез
Гаметогенез — (gametogenesis) — процесс образования сперматозоидов и яйцеклеток.
Гаметогенез — (от гаметы и …генез), процесс развития и формирования половых клеток (гамет) — женских (оогенез) и мужских (сперматогенез).
Гаметогенез происходит в половых железах животных – семенниках и яичниках.
Сперматогенез – процесс превращения диплоидных предшественников половых клеток – сперматогониев в сперматозоиды.
Овогенез – образование яйцеклеток у особей женского пола. У животных он происходит в яичниках.
Оплодотворение
Оплодотворение — это процесс слияния мужской и женской половых клеток, в результате которого образуется одна клетка, являющаяся началом нового организма.
наружным и внутренним.
Практически всем наземным и некоторым водным организмам свойственно внутреннее оплодотворение. Оно заключается в том, что встреча сперматозоида и яйцеклетки происходит в половых путях самки, где создаются условия повышенной влажности и защищенности. Внутреннее оплодотворение является результатом приспособления к наземному образу жизни
