Индивидуальное развитие организма онтогенез кратко. Индивидуальное развитие организма. Основные этапы развития генетики
Введение
Индивидуальное развитие организмов или онтогенез - это длительный и сложный процесс формирования организмов с момента образования половых клеток и оплодотворения (при половом размножении) или отдельных групп клеток (при бесполом) до завершения жизни.
От греческого «ontos» - сущее и genesis - возникновение. Онтогенез это цепь строго определенных сложнейших процессов на всех уровнях организма, в результате которого формируются присущие только особям данного вида особенности строения, жизненных процессов, способность к размножению. Заканчивается онтогенез процессами, закономерно ведущими к старению и смерти.
С генами родителей новая особь получает своего рода инструкции о том, когда и какие изменения должны происходить в организме, чтобы он мог успешно пройти весь жизненный путь. Таким образом, онтогенез представляет собой реализацию наследственной информации.
1. Исторические сведения
Процесс появления и развития живых организмов интересовал людей с давних пор, но эмбриологические знания накапливались постепенно и медленно. Великий Аристотель, наблюдая за развитием цыпленка, предположил, что эмбрион образуется в результате смешения жидкостей, принадлежащих обоим родителям. Такое мнение продержалось в течение 200 лет. В XVII веке английский врач и биолог У. Гарвей проделал некоторые опыты для проверки теории Аристотеля. Будучи придворным врачом Карла I, Гарвей получил разрешение на использование для опытов оленей, обитающих в королевских угодьях. Гарвей исследовал 12 самок оленей, погибших в разные сроки после спаривания.
Первый эмбрион, извлеченный из самки оленя через несколько недель после спаривания, был очень мал и совсем не похож на взрослое животное. У оленей, погибших в более поздние сроки, зародыши были крупнее, у них было большое сходство с маленькими, только что родившимися оленятами. Так накапливались знания по эмбриологии.
Существенный вклад в эмбриологию внесли следующие ученые.
· Антонии ван Левенгук (1632-1723) обнаружил в 1677 г. сперматозоиды, им впервые был изучен партеногенез у тлей.
· Ян Сваммердам (1637-1680) впервые провел изучение метаморфоза насекомых.
· Марчелло Мальпиги (1628-1694) принадлежат первые исследования по микроскопической анатомии развития органов зародыша курицы.
· Каспар Вольф (1734-1794) считается основателем современной эмбриологии; точнее и подробнее всех своих предшественников исследовал развитие цыпленка в яйце.
· Подлинным создателем эмбриологии как науки является русский ученый Карл Бэр (1792-1876), уроженец Эстляндской губернии. Он первым доказал, что при развитии всех позвоночных животных зародыш закладывается сначала из двух первичных клеточных слоев, или пластов. Бэр увидел, описал, а затем и продемонстрировал на съезде естествоиспытателей яйцевую клетку млекопитающих у вскрытой им собаки. Он открыл способ развития осевого скелета у позвоночных (из, так называемой, спинной струны-хорды). Бэр первым установил, что развитие всякого животного представляет собой процесс развертывания чего-нибудь предшествующего, или, как теперь бы сказали, постепенной дифференцировки все более сложных образований из более простых зачатков (закон дифференцировки). Наконец, Бэр первым оценил важность значения эмбриологии как науки и положил ее в основу классификации животного царства.
· А.О. Ковалевский (1840-1901) известен своей знаменитой работой «История развития ланцетника». Особый интерес представляют его работы по развитию асцидий, гребневиков и голотурий, по постэмбриональному развитию насекомых и др. Изучая развитие ланцетника и распространяя полученные данные на позвоночных, Ковалевский еще раз подтвердил правильность идеи об единстве развития во всем животном царстве.
· И.И. Мечников (1845-1916) особую известность приобрел исследованиями губок и медуз, т.е. низших многоклеточных. Видной идеей Мечникова явилась его теория происхождения многоклеточных организмов.
· А.Н. Северцов
(1866-1936) является крупнейшим, из современных эмбриологов и сравнительных
анатомов, создателем теории филэмбриогенеза.
2. Индивидуальное развитие одноклеточных организмов
онтогенез эмбриология одноклеточный организм
У простейших организмов, тело которых состоит из одной клетки, онтогенез совпадает с клеточным циклом, т.е. с момента появления, путем деления материнской клетки, до следующего деления или смерти.
Онтогенез одноклеточных организмов складывается из двух периодов:
зрелости (подготовка к делению).
самого процесса деления.
Намного сложнее протекает онтогенез у многоклеточных организмов.
Например у различных отделов царства растений онтогенез представлен сложными циклами развития со сменой полового и бесполого поколений.
У многоклеточных животных онтогенез тоже очень сложный процесс и гораздо интересней, чем у растений.
У животных выделяют три типа онтогенеза: личиночный, яйцекладный и внутриутробный. Личиночный тип развития встречается, например, у насекомых, рыб, земноводных. Желтка в их яйцеклетках мало, и зигота быстро развивается в личинку, которая самостоятельно питается и растет. Затем, по прошествии какого-то времени, происходит метаморфоз - превращение личинки во взрослую особь. У некоторых видов наблюдается даже целая цепочка превращений на одной личинки в другую и только потом - во взрослую особь. Смысл существования личинок может заключаться в том, что они питаются другой пищей, нежели взрослые особи, и, таким образом, расширяется пищевая база вида. Сравнить, для примера питание гусениц (листьями) и бабочек (нектаром), или головастиков (зоопланктоном) и лягушек (насекомыми). Кроме того, в личиночной стадии многие виды активно заселяют новые территории. Например, личинки двустворчатых моллюсков способны к плаванию, а взрослые особи практически неподвижны. Яйцекладный тип онтогенеза наблюдается у рептилий, птиц и яйцекладущих млекопитающих, яйцеклетки которых богаты желтком. Зародыш таких видов развивается внутри яйца; личиночная стадия отсутствует. Внутриутробный тип онтогенеза наблюдается у большинства млекопитающих, в том числе и у человека. При этом развивающийся зародыш задерживается в материнском организме, образуется временный орган - плацента, через который организм матери обеспечивает все потребности растущего эмбриона: дыхание, питание, выделение и др. Внутриутробное развитие оканчивается процессом деторождения.
I. Эмбриональный период
Индивидуальное развитие многоклеточных организмов можно поделить на два этапа:
· эмбриональный период.
· постэмбриональный период.
Эмбриональный или зародышевый период индивидуального развития многоклеточного организма охватывает процессы, происходящие в зиготе с момента первого деления до выхода из яйца или рождения.
Наука, изучающая законы индивидуального развития организмов на стадии зародыша называется эмбриологией (от греч. эмбрион - зародыш).
Эмбриональное развитие может протекать двояко: внутриутробно и заканчиваться рождением (у большинства млекопитающих), а так же вне тела матери и заканчиваться выходом из яйцевых оболочек (у птиц, рыб, пресмыкающихся, земноводных, иглокожие, моллюски и некоторых млекопитающих)
Многоклеточные животные имеют разный уровень сложности организации; могут развиваться в утробе и вне тела матери, но у преобладающего большинства эмбриональный период протекает сходным образом и состоит из трех периодов: дробления, гаструляции и органогенеза.
) Дробление.
Начальный этап развития оплодотворенного яйца носит название дробления. Через несколько минут или несколько часов (у разных видов по-разному) после внедрения сперматозоида в яйцеклетку образовавшаяся зигота начинает делиться митозом на клетки, называемые бластомерами. Этот процесс получил название дробления, так как в ходе его число бластомеров увеличивается в геометрической прогрессии, но они не вырастают до размеров исходной клетки, а с каждым делением становятся мельче. Бластомеры, образующиеся при дроблении, представляют собой ранние зародышевые клетки. Во время дробления митозы следуют один за другим, и к концу периода весь зародыш ненамного крупнее зиготы.
Тип дробления яйца зависит от количества желтка и характера его распределения. Различают полное и неполное дробление. В бедных желтком яйцах наблюдается равномерное дробление. Полному дроблению подвергаются зиготы ланцетника и млекопитающих, так как они содержат мало желтка и он распределен относительно равномерно.
В яйцах, богатых желтком, дробление может быть полным (равномерным и неравномерным) и неполным. Бластомеры одного полюса из-за обилия желтка всегда отстают в темпе дробления от бластомеров другого полюса. Полное, но неравномерное дробление характерно для амфибий. У рыб и птиц дробится лишь часть яйца расположенная на одном из полюсов; происходит неполное. дробление. Часть желтка остается вне бластомеров, которые располагаются на желтке в виде диска.
Рассмотрим более подробно дробление зиготы ланцетника. Дробление охватывает всю зиготу. Борозды первого и второго дробления проходят через полюса зиготы во взаимно перпендикулярных направлениях, в результате чего образуется зародыш, состоящий из четырех бластомеров.
Последующие дробления проходят попеременно в продольном и поперечном направлениях. На стадии 32 бластомеров зародыш напоминает ягоду шелковицы или малины. Он называется морулой. При дальнейшем дроблении (примерно на стадии 128 бластомеров) зародыш расширяется и клетки, располагаясь однослойно, образуют полый шар. Эта стадия называется бластулой. Стенка однослойного зародыша называется бластодермой, а находящаяся внутри полость - бластоцелью (первичной полостью тела).
Рис. 1. Начальные стадии развития
ланцетника: а - дробление (стадия двух, четырех, восьми, шестнадцати
бластомеров); б - бластула; в - гастру. чяция; г - схематический поперечный
разрез через зародыш ланцетника; 2 - вегетативный полюс бластулы; 3 -
энтодерма; 4 - бластогель; 5 - рот гаструлы (бластопор); 6,7 - спинная и
брюшная губы бластопора; 8 - образование нервной трубки; 9 - образование хорды;
10 - образование мезодермы
) Гаструляция
Следующий этап эмбрионального развития - образование двухслойного зародыша - гаструляция. После того как бластула ланцетника полностью сформировалась, дальнейшее дробление клеток особенно интенсивно происходит на одном из полюсов. Вследствие этого они как бы втягиваются (впячиваются) внутрь. В результате образуется двухслойный зародыш. На этой стадии зародыш похож на чашу и называется гаструлой. Наружный слой клеток гаструлы называется эктодермой или наружным зародышевым листком, а внутренний слой, выстилающий полость гаструлы - гастральную полость (полость первичного кишечника), носит название энтодермы или внутреннего зародышевого листка. Полость гаструлы, или первичный кишечник, превращается у большинства животных на дальнейших этапах развития в пищеварительный тракт, открывается наружу первичным ртом, или бластопором. У червей, моллюсков и членистоногих бластонор превращается в рот взрослого организма. Поэтому их называют первичноротыми. У иглокожих и хордовых рот прорывается на противоположной стороне, а бластонор превращается в заднепроходное отверстие. Их называют вторичноротыми.
На стадии двух зародышевых листков заканчивается развитие губок и кишечнополостных. У всех остальных животных образуется третий - средний зародышевый листок, расположенный между эктодермой и энтодермой. Он называется мезодермой.
После гаструляции начинается следующий этап в развитии зародыша - дифференцировка зародышевых листков и закладка органов (органогенез). Вначале происходит формирование осевых органов - нервной системы, хорды и пищеварительной трубки. Стадия, на которой осуществляется закладка осевых органов, называется неирулой.
Нервная система у позвоночных формируется из эктодермы в виде нервной трубки. У хордовых первоначально она имеет вид нервной пластинки. Эта пластинка растет интенсивнее всех остальных участков эктодермы и затем прогибается, образуя желобок. Края желобка смыкаются, возникает нервная трубка, которая тянется от переднего конца к заднему. На переднем конце трубки затем формируется головной мозг. Одновременно с образованием нервной трубки происходит формирование хорды. Хордальный материал энтодермы выгибается, так что хорда выделяется из общей пластинки и превращается в обособленный тяж в виде сплошного цилиндра. Нервная трубка, кишечник и хорда образуют комплекс осевых органов зародыша, который определяет двустороннюю симметрию тела. Впоследствии хорда у позвоночных животных замещается позвоночником, и только у некоторых низших позвоночных ее остатки сохраняются между позвонками даже во взрослом состоянии.
Одновременно с образованием хорды происходит обособление третьего зародышевого листка - мезодермы. Способов образования мезодермы несколько. У ланцетника, например, мезодерма, как и все основные органы, образуется вследствие усиленного деления клеток с двух сторон первичной кишки. В результате образуются два энтодермальных кармана. Эти карманы увеличиваются, заполняя собой первичную полость тела, края их отрываются от энтодермы и смыкаются между собой, образуя две трубки, состоящие из отдельных сегментов, или сомитов. Это и есть третий зародышевый листок - мезодерма. В середине трубок находится вторичная полость тела, или целом.
) Органогенез.
Дальнейшая дифференцировка клеток каждого зародышевого листка приводит к образованию тканей (гистогенез) и формированию органов (органогенез). Кроме нервной системы из эктодермы развивается наружный покров кожи - эпидермис, и его производные (ногти, волосы, сальные и потовые железы), эпителий рта, носа, анального отверстия, выстилка прямой кишки, эмаль зубов, воспринимающие клетки органов слуха, обоняния, зрения и т.д.
Из энтодермы развиваются эпителиальные ткани, выстилающие пищевод, желудок, кишечник, дыхательные пути, легкие или жабры, печень, поджелудочную железу, эпителий желчного и мочевого пузыря, мочеиспускательного канала, щитовидную и околощитовидную железы.
Производными мезодермы являются соединительнотканная основа кожи (дерма), вся собственно соединительная ткань, кости скелета, хрящи, кровеносная и лимфатическая системы, дентин зубов, брыжейка, почки, половые железы, мускулатура.
Зародыш животных развивается как единый организм, в котором все клетки, ткани и органы находятся в тесном взаимодействии. При этом один зачаток оказывает влияние на другой, в значительной мере определяя путь его развития. Кроме того, на темпы роста и развития зародыша оказывают влияние внешние и внутренние условия.
Эмбриональное развитие организмов протекает по-разному у разных типов животных, но во всех случаях необходимая связь зародыша со средой обеспечивается специальными внезародышевыми органами, функционирующими временно и называемыми провизорными. Примерами таких временных органов являются желточный мешок у личинок рыб, плацента у млекопитающих.
Развитие зародышей высших позвоночных животных, в том числе и человека, на ранних стадиях развития весьма похоже на развитие ланцетника, но у них, уже начиная со стадии бластулы, наблюдается появление специальных зародышевых органов - дополнительных зародышевых оболочек (хориона, амниона и аллантоиса), обеспечивающих защиту развивающегося зародыша от высыхания и различного рода воздействий среды.
Наружная часть сферического
образования, развивающегося вокруг бластулы, называется хорионом. Эта оболочка
покрыта ворсинками. У плацентарных млекопитающих хорион вместе со слизистой
оболочкой матки образует детское место, или плаценту, обеспечивающую связь
плода с материнским организмом.
Рис. 2.5. Схема зародышевых
оболочек: 1 - зародыш; 2 - амнион и его полость (3), заполненная амниотической
жидкостью; 4 - хорион с ворсинками, образующими детское место (5); 6 - пупочный
или желточный пузырь; 7 - аллантоис; 8 - пуповина
Второй зародышевой оболочкой является амнион (лат. amnion - околозародышевый пузырь). Так в древности называли чашу, в которую сливали кровь животных, приносимых в жертву богам. Амнион зародыша заполнен жидкостью. Амниотическая жидкость - водный раствор белков, Сахаров, минеральных солей, содержащий также гормоны. Количество этой жидкости у шестимесячного зародыша человека достигает 2 л, а к моменту родов - 1 л. Стенка амниотической оболочки - производное экто- и мезодермы.
Аллантоис (лат. alios - колбаса, oidos - вид) - третья зародышевая оболочка. Это зачаток мочевого мешка. Появляясь в виде небольшого мешковидного выроста на брюшной стенке задней кишки, он выходит через пупочное отверстие и очень быстро разрастается и охватывает амнион и желточный мешок. У различных позвоночных животных его функции различны. У пресмыкающихся и птиц в нем накапливаются продукты жизнедеятельности зародыша до вылупливания из яйца. У зародыша человека он не достигает больших размеров и исчезает на третьем месяце эмбрионального развития.
Органогенез завершается в основном к концу эмбрионального периода развития. Однако дифференцировка и усложнение органов продолжается и в постэмбриональном периоде.
У развивающегося зародыша (особенно у человеческого) есть периоды, называемые критическими, когда он наиболее чувствителен к повреждающему воздействию факторов среды. Это период имплантации на 6-7 сутки после оплодотворения, период плацентации - конец второй недели и период родов. В эти периоды происходит перестройка во всех системах организма.
Развитие организма с момента его рождения или выхода из яйцевых оболочек до смерти называют постэмбриональным периодом. У разных организмов он имеет различную продолжительность: от нескольких часов (у бактерий) до 5000 лет (у секвойи).
Различают два основных типа постэмбрионального развития:
· непрямое.
Прямое развитие , при котором из тела матери или яйцевых оболочек выходит особь, отличающаяся от взрослого организма только меньшим размером (птицы, млекопитающие). Различают: неличиночный (яйцекладный) тип, при котором зародыш развивается внутри яйца (рыбы, птицы), и внутриутробный тип, при котором зародыш развивается внутри организма матери - и связан с ним через плаценту (плацентарные млекопитающие).
Заключение
Индивидуальное развитие живых организмов завершается старением и смертью.
Продолжительность эмбрионального периода может длиться от нескольких десятков часов, до нескольких месяцев.
Продолжительность постэмбрионального
периода у разных многоклеточных организмов различна. Например: черепахи -
100-150 лет, грифа - 117 лет, белуги - 80-100 лет, попугая - 70-95 лет, слона -
77 лет, гуся - 50-100 лет, человека - 70 лет, крокодила - 60 лет, карпа -
50-100 лет, актинии - 50-70 лет, филина - 68 лет, носорог - 45 лет, омар - 50
лет, лошадь - 40 лет, чайка - 30-45 лет, обезьяна - 35-40 лет, лев - 35 лет, уж
- 30 лет, корова - 20-30 лет, кот - 27 лет, лягушка - 12-20 лет, ласточка - 9
лет, мышь - 3-4 года.
Индивидуальное развитие человека, как и всякого другого организма, есть онтогенез с заложенной в нем филогенетической программой, его периодизация неизбежно покоится на выделении ряда универсальных возрастных процессов (рост, созревание, развитие, старение), в ходе которых формируются соответствующие возрастные свойства (различия). То и другое обобщается в понятии возрастных стадий (фаз, этапов, периодов) или этапов развития (детство, переходный возраст, зрелость, старость и др.). Возрастные процессы подразумевают вопрос, как формируются возрастные свойства и каким путем (постепенно или резко, скачкообразно) происходит переход из одной возрастной стадии в другую.
В современной науке существует три главных термина для описания индивидуального развития в его целом - время жизни, жизненный цикл, и жизненный путь. Хотя их не редко используют как синонимы, они существенно различны по содержанию. Время жизни, ее протяженность или пространство, обозначает временный интервал между рождением и смертью. Продолжительность жизни имеет важные социальные и психологические последствия. От нее во многом зависит, например, длительность существования поколений и продолжительность первичной социализации детей. Понятие жизненный цикл более определенно и содержательно. Оно предполагает, что ход жизни подчинен известной закономерности, а его этапы ("возрасты жизни", или "времена жизни", подобные временам года) представляют собой постоянный круговорот. Идея циклического круговорота жизни, подобного цикличности природных процессов (чередование дня и ночи, смена времен года и т.д.). Многие биологические и социальные возрастные процессы действительно являются циклическими. Организм нормально проходит фазы рождения, роста, созревания, старения и смерти. Личность усваивает, затем выполняет и, наконец, постепенно оставляет определенный набор социальных ролей (трудовых, семейных, родительских), после чего тот же цикл повторяют ее потомки. Цикличность характеризует и смену поколений в обществе, где младшие (дети) сначала учатся у старших, затем активно действуют рядом с ними, а потом, в свою очередь, социализируют младших. Понятие жизненного пути отличается от "жизненного цикла" прежде всего многомерностью, тем, что оно предполагает множество разных тенденций и линий развития в пределах одной и той же биографии, причем эти линии одновременно автономны и взаимосвязаны. В основе его периодизации - нелинейные, раз и навсегда определенные фазы, а конкретные жизненные события. Время, последовательность и способ осуществления любого жизненного события, будь то вступление в брак или выход на пенсию, не менее важны, чем сам факт, что данное событие имело место. Это требует сочетания социологического, психологического и исторического анализа. Таким образом, содержательная характеристика процессов, свойств и стадий индивидуального развития возможно либо в системе онтогенеза, либо в системе жизненного цикла, либо в системе жизненного пути. Однако эти системы не рядоположны: жизненный путь личности включает в себя жизненный цикл индивида, а этот в свою очередь включает онтогенез.
Рост развития человеческого организма
На процессы роста и развития оказывает влияние большое число самых разнообразных эндо - и экзогенных факторов. "Рост" и "развитие" обычно употребляются как понятия тождественные, неразрывно связанные между собой. Между тем, биологическая природа этих процессов различна, отличаются их механизмы и последствия.
Рост - это количественное увеличение биомассы организма за счет геометрических размеров и массы отдельных клеток.
Развитие -- это качественные преобразования в многоклеточном организме за счет дифференцированных процессов (увеличения разнообразия многоклеточных структур), которые приводят к качественным и количественным изменениям функций организма.
Процесс роста и развития характеризуется следующими закономерностями:
1. Дифференциация и интеграция частей и функций, автономиза-ция развития, возрастающая в ходе филоонтогенеза.
2. Диалектическое единство непрерывного и прерывистого; постепенность и цикличность. На кривой роста человека можно отметить три основных цикла в постнатальном развитии:
а) от рождения до 10--13 лет при постоянном снижении скорости;
б) пубертатный спурт;
в) падение скорости ниже уровня до пубертатного периода и прекращение роста.
Сочетание периодов ускоренного развития и относительной стабилизации можно выявить даже на коротких отрезках онтогенеза. Например, при долговременном наблюдении с недельными интервалами детей от рождения до 2-х лет. Нелинейность роста (мини-скачки) наблюдается примерно у 70 % детей и подростков при еженедельном обследовании в течение 6-10 месяцев.
3. Гетерохрония (разновременность) в созревании разных систем организма (или тканей) и разных признаков в пределах одной системы. Согласно концепции системогенеза П.К.Анохина определяющими темпами созревают жизненно важные функции, обеспечивающие первоочередное формирование комплексных адаптивных реакций, специфических для каждого конкретного этапа взаимоотношений организма с внешней средой.
4. Значительное индивидуальное разнообразие возрастной динамики по отдельным этапам онтогенеза, зависящее от генетической программы.
Тема 11. Периодизация индивидуального развития (онтогенеза)
Онтогенез - комплекс последовательных преобразований организма, начиная со стадии оплодотворения яйцеклетки и до окончания жизненного цикла.
Пифагор (VI в. до н.э.) выделял 4 периода человеческой жизни: весну (до 20 лет), лето (20-40 лет), осень (40-60 лет) и зиму (60-80 лет), которые соответствовали становлению, молодости, расцвету сил и угасанию.
Гиппократ разделил весь постнатальный онтогенез на десять семилетних циклов.
Онтогенез подразделяется на 2 периода: эмбриональный и фетальный (плодный). В течение первого периода, который продолжается 8 недель, происходит формирование органов и частей тела, свойственных, взрослому человеку. В фетальный период увеличиваются размеры и завершается органообразование. Скорость роста плода возрастает до 4-5 месяцев. После 6 месяцев скорость роста линейных размеров уменьшается.
На VII Всесоюзной конференции по возрастной морфологии, физиологии и биохимии, состоявшейся в 1965 г. в Москве была принята следующая схема возрастной периодизации онтогенеза человека. Эта схема нашла широкое применение в антропологии, педиатрии, педагогике.
Схема возрастной периодизации онтогенеза человека
|
Новорожденные |
|
|
Грудной возраст |
10 дней--1 год |
|
Раннее детство |
|
|
Первое детство |
|
|
Второе детство |
8-12 лет (мальчики) 8-11 лет (девочки) |
|
Подростковый возраст |
13-16 лет (мальчики) 12-15 лет (девочки) |
|
Юношеский возраст |
17-21 лет (юноши) 16--20 лет (девушки) |
|
Зрелый возраст (1 период) |
22-35 лет (мужчины) 21-35 лет (женщины) |
|
Зрелый возраст (2 период) |
36-60 лет (мужчины) 36-55 лет (женщины) |
|
Пожилой возраст |
61-74 лет (мужчины) 56-74 лет (женщины) |
|
Старческий возраст |
|
|
Долгожители |
90 лет и выше |
С момента рождения наступает период новорожденности. В это время ребенок вскармливается молозивом в течение 8-10 дней. Следующий период - грудной - продолжается до 1 года. Начало его связано с переходом к питанию "зрелым молоком". Длина тела увеличивается от рождения до года примерно в 1,5 раза, а вес утраивается. С 6 месяцев начинают прорезываться молочные зубы, и на 2-3 году жизни заканчивается прорезывание молочных зубов. В период первого детства, начиная с 6 лет, появляются первые постоянные зубы. В период второго детства выявляются половые различия в размерах и форме тела, а также начинается усиленный рост в длину. В среднем к 12--13 годам у мальчиков и девочек заканчивается смена зубов. Начинают развиваться вторичные половые признаки. Следующий период - подростковый -- называют периодом полового созревания, или пубертатным, к концу которого размеры тела составляют 90-97 % своей окончательной величины, а основные функциональные характеристики подростков приближаются к характеристикам взрослого организма. В период юношеского возраста заканчивается процесс роста и формирование организма, все основные размерные признаки достигают дефинитивной (окончательной) величины. В зрелом возрасте форма и строение тела изменяются мало. Между 30-ю и 45-50-ю годами длина тела остается постоянной, а потом начинает уменьшаться. В пожилом и старческом возрасте происходят инволютивные изменения организма.
Тема 12. Пубертатный скачок роста
Важным событием пубертатного периода является спурт - скачкообразное увеличение роста, наблюдающееся у мальчиков в среднем в 13-15 лет, а у девочек - в 11-13 лет. В течение этого времени абсолютная скорость роста непостоянна и постепенно снижается: у мальчиков - от 12 до 7 см / год, у девочек - от 11 до 6 см / год.
В осуществлении ростового спурта задействованы многие факторы, и в первую очередь половые гормоны и гормон роста - СТГ, оказывающий свое воздействие посредством соматомединов - пептидов, синтезирующихся в печени. Помимо этих гормонов, существенное значение в данном периоде имеет универсальный анаболический гормон инсулин и гормоны щитовидной железы - тироксин и трийодтиронин. Инсулин регулирует белковый и жировой обмен, а тироксин и трийодтиронин влияют на рост и дифференцировку тканей, повышение интенсивности основного обмена и теплопродукции. Созревание репродуктивной функции завершается к 18--20 годам.
Морфологическое созревание лобной корки достигается только к 12 годам, а окончательное формирование полушарий конечного мозга - в 20-22 года. Для пубертатного периода характерными считаются: усиление подкорковых влияний и ослабление деятельности коры головного мозга, нарушение вегетативной сферы, повышенная эмоциональность, особенно у девочек.
ОНТОГЕНЕЗ
Онтогенез – индивидуальное развитие организма, в основе которого лежит реализация наследственной информации на всех стадиях существования в определенных условиях внешней среды, он начинается образованием зиготы (при половом размножении) и заканчивается смертью.
Онтогенез многоклеточных животных, размножающихся половым путем, разделяют на два периода: эмбриональный (зародышевый) и постэмбриональный.
ЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ПЕРИОД
Эмбриональный период начинается с образования зиготы и заканчивается выходом из яйцевых оболочек или рождением организма.
Эмбриональное развитие большинства многоклеточных животных включает три основных этапа:
1. дробление;
2. гаструляция;
3. гисто- и органогенез.
1. Дробление
Стадия дробления характеризуется образованием многоклеточного однослойного зародыша – стадия бластулы.
Тип дробления яйца зависит от количества желтка и характера его распределения.
Различают яйца трех основных типов:
- изолецитальные яйца – содержат мало желтка, и он распределен равномерно, такие яйца встречаются у ланцетника и млекопитающих.
- телолецитальные яйца характерны для земноводных, рептилий, птиц, содержат большое количество желтка, сосредоточенного на одном из полюсов – вегетативном. Противоположный полюс, содержащий ядро и цитоплазму без желтка, называется анимальным.
- центролецитальные яйца характеризуются тем, что желток находится в центре клетки, а цитоплазма расположена на периферии (яйца насекомых).
ТИП ДРОБЛЕНИЯ
Полное Неполное
(дробится вся яйцеклетка) (дробится часть яйцеклетки)
равномерное неравномерное дискоидальное
(образующиеся бласто- (образующие бластомеры (дробится только диск
меры равны по размеру), не равны по размеру), цитоплазмы с ядром)
характерно для зигот с характерно для яиц с характерно только для яиц
желтка – ланцетник желтка (лягушки) желтка – пресмыкающиеся,
После оплодотворения происходит дробление диплоидной зиготы – митотические деления без роста клеток. В процессе дробления объем зародыша не изменяется, а размеры клеток с каждым разом уменьшается. Образующиеся в результате дробления зиготы клетки называются бластомерами.
При полном дроблении (у ланцетника) на стадии 32 бластомеров зародыш имеет вид ягоды малины и называеся морулой (зародыш не имеет полости) . На стадии 64 бластомеров в нем образуется полость, а бластомеры располагаются в один слойвокруг неё. Эта стадия называется бластулой (многоклеточный однослойный зародыш). Полость находящаяся внутри называется бластоцелью – первичная полость тела . Все клетки зародыша имеют диплоидный (2n) набор хромосом.
2. Гаструляция
Гаструляция – следующий этап эмбрионального развития – образование двухслойного зародыша. У ланцетника 2-х слойный зародыш образуется путем впячивания (инвагинации) бластодермы в полость бластоцели. Гаструла имеет два слоя клеток: наружный эктодерма и внутренний – энтодерма. Их называют первым и вторым зародышевыми листками. Полость называется гастроцелью или полость первичной кишки, а вход в неё – первичный рот, или бластопор. У беспозвоночных бластопор превращается в окончательный рот (первичноротые), у вторичноротых животных (хордовые), из бластопора формируется анальное отверстие, а рот образуется на противоположной стороне тела.
На стадии двух зародышевых листков заканчивается развитие кишечнополостных (гидры, медузы), у всех остальных типов животных между экто- и энтодермой образуется третий зародышевый листок – мезодерма (формируется из клеток энтодермы).
Зародышевые листки – это отдельные пласты клеток, занимающие отдельное положение в зародыше, из которых в дальнейшем развиваются все системы органов.
3. Гисто и органогенез – процесс образования тканей и органов – следующий этап эмбрионального развития.
Эктодерма на спинной стороне зародыша прогибается, образуя желобок, края которого смыкаются. Образовавшаяся нервная трубка погружается под эктодерму. На переднем конце нервной трубки формируется головной мозг. Процесс образования зародыша с комплексом осевых органов (нервная трубка, хорда, кишечная трубка) называется нейруляцией, а образовавшийся зародыш – нейрулой. Отростки нервных клеток ц.н.с образуют периферические нервы. Кроме того из эктодермы развиваются покровы и их производные (ногти, волосы, сальные и потовые железы, эмаль зубов, воспринимающие клетки (рецепторы) анализаторов, мозговой слой надпочечников.
Энтодерма , расположенная под нервной трубкой, обособляется и образует
эластичный тяж – хорду . Из остальной части энтодермы образуется эпителий
кишечной трубки, пищеварительные железы (печень, поджелудочная железа), органы дыхания.
Из мезодермы развиваются все виды соединительной ткани: кости, хрящи, сухожилия, подкожная клетчатка и др.), мышцы, кровеносная, выделительная и половая системы.
ПРОВИЗОРНЫЕ (ВРЕМЕННЫЕ ОРГАНЫ)
В процессе эмбриогенеза необходимая связь зародыша со средой обеспечивается специальными внезародышевыми органами, функционирующими временно и называемими провизорными. Назначение провизорных органов – обеспечение жизненно важных функций функций зародыша в разнообразных условиях среды.
Так у истинно наземных животных (пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие), потерявшие связь с водной средой, зародыши развиваются в специальной оболочке, заполненной жидкостью – амнион. Позвоночные, обладающие амнионом объединяются в группу высших позвоночных – амниотов.
Амниоты кроме амниона имеют и другие зародышевые оболочки аллантаис и желтлчный мешок (рептилии, птицы). У млекопитающих помимо амниона, аллантоиса и желточного мешка имеется и хорион.
1. Хорион (сосудистая оболочка) образуется из эктодермы зародыша, покрыт ворсинками, которые врастают в слизистую оболочку матки. Позже часть хориона теряет ворсинки и получает название гладкого, а место наибольшего разветвления ворсинок хориона, наиболее тесно контактирующих с маткой, носит название детского места, или плп плаценты. Через плаценту плод снабжается питательными веществами, кислородом и освобождается от продуктов жизнедеятельности (СО 2 и др.), плацента осуществляет барьерную функции, задерживая многие вредные вещества и микроорганизмы, но через неё могут пройти алкоголь, никотин и некоторые лекарственные вещества.
2. Амнион - внутренняя зародышевая оболочка (водная оболочка – околоплодный пузырь). Функцией его эпителия является секреция околоплодных вод, определяющих важнейшие условия развития плода, а также выведение продуктов его обмена в околоплодную жидкость, предотвращает потерю эмбрионом воды, служит защитной подушкой и создает эбриону возможность для некоторой подвижности.
3. Желточный мешок у млекопитающих редуцирован, заполнен жидкостью, содержащей белки и соли. На ранних стадиях развития он играет роль кроветворного органа, из особых кровяных островков образуются первые клетки крови и сосуды зародыша, также здесь образуются половые клетки зародыша, желточный мешок входит в состав плаценты. Позже из желточного мешка образуется пуповина.
4. Аллантоис (мочевая оболочка) растет из задней кишки зародыша, пока не придет в соприкосновение с хорионом, образуя богатую сосудами структуру хорионаллантоис. Аллантоис вместе с желточным мешком участвует в образовании пупочного канатика.
ПОСТЭМБРИОНАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ
Постэмбриональный период онтогенеза начинается с момента рождения или выхода из яйцевых оболочек и заканчивается смертью организма. Этот период характеризуется ростом и половым созреванием. Различают прямое и непрямое (с метаморфозами) постэмбриональное развитие.
Постэмбриональное развитие
Прямое – Непрямое –
Характеризуется ростом развитие с превращениями (с метаморфозом)
и половым созреванием
(пресмыкающиеся, птицы, с полным с неполным
млекопитающие) преващением: преващением:
Яйцо - яйцо
Личинка (гусеница) - личинка
Куколка (головастик)
Имаго - взрослая особь
При прямом развитии на свет появляется организм похожий на взрослую особь, но отличается от него только размерами, недоразвитием половых органов, а также пропорциями тела. Постэмбриональное развитие, в этом случае, сводится к росту и половому созреванию. Характерно для пресмыкающихся, птиц и млекопитающих.
При непрямом развитии (развитие с метаморфозами) – превращениями, из яйцевых оболочек выходит личинка, отличающаяся от взрослого организма (морфологически и физиологически). У неё имеются специализированные личиночные органы, отсутствуют некоторые органы взрослой особи. Личинка питается, растет, личиночные органы разрушаются, формируются органы взрослого животного. Биологическое значение непрямого развития заключается в том, что организм на стадии личинки растет и развивается не за счет запасных питательных веществ яйцеклетки, а благодаря самостоятельному питанию. Следовательно, такой тип развития характерен для организмов, яйцеклетки которых содержат малое количество желтка (земноводные, многие членистоногие и др.)
Таким образом, при непрямом развитии уменьшается конкуренция за пищу и место обитания между взрослыми особями и их потомством. Например, личинка лягушки – головастик питается растениями, а взрослая лягушка – насекомыми. Также, у ряда видов, например кораллов, взрослые особи ведут прикрепленный образ жизни, они не могут передвигаться. Зато личинка у них подвижна, что способствует расселению вида.
Индивидуальное развитие организмов - совокупность биологических процессов, обуславливающих рост и изменение клеток на протяжении всего периода их существования. Общепринятое научное название - онтогенез. Основной его задачей является наблюдение, выявление основных стадий и особенностей каждого периода, выявление закономерностей, а также анализ изменений и выявление факторов, которые данные изменения могут вызывать.
Присуще не только человеку, но и всем живым существам и растениям. Основными являются:
Рассматривать индивидуальное развитие организма растений в этой небольшой статье мы не будем, а остановимся на более близком человеку развитии представителей животного мира. Этапы развития, как уже было упомянуто, у человека не изменяются и соответствуют тем, что были указаны выше.
Гаметогенез у человека слагается из двух составляющих: сперматогенеза (созревания мужских половых клеток - сперматозоидов) и оогенеза (созревания женских половых клеток - яйцеклеток). Оплодотворение возможно только при условии созревших половых клеток у мужской и женской особи. При возникновении патологий в оплодотворении могут образовываться организмы - химеры, некоторые из которых вполне жизнеспособны.
Эмбриогенез человека - одна из важнейших стадий. Его подразделяют на начальную стадию (0 - 1 неделя после оплодотворения), собственно зародышевую стадию (2 - 8 неделя) и фетальный или плодный этап (9 неделя - рождение). Именно в этот период формируются жизненно-важные органы, оформляется тело, могут проявить себя генетические или иные патологии.
Индивидуальное развитие организма в заключается в дальнейшем развитии органов, увеличении размеров и массы, приобретением новых психических функций, изменение двигательной активности и освоение ее новых видов.
Постнатальный период - самый важный в развитии нового человека. Его протяженность составляет порядка 17 лет (от новорожденности до подросткового периода). На индивидуальное развитие организма в этом периоде влияют не только особенности, обусловленные наследственностью, но и психологические, социальные факторы. Формируется сознание, речь, мышление и иные процессы К концу этого периода новые особи, как правило, приходят с завершенным гаметогенезом.
Старение организма - стадия увядания, истощения всех ресурсов организма. Происходят необратимые нарушения в нервных клетках, снижается качество зрения и слуха, "изнашиваются" жизненно-важные органы, изменяются кожные покровы, утрачивается функция воспроизводства и резко замедляется регенерация тканей и т.д.
>> Индивидуальное развитие организмов
Индивидуальное развитие организмов.
1. Где развивается зародыш млекопитающих?
2. Что такое зигота?
При половом размножении начало всему организму дает одна клетка - зигота, при бесполом размножении - одна клетка или несколько клеток родительской особи. Но в любом случае для того, чтобы малое число клеток превратилось в полноценный организм, необходим целый ряд сложных, меняющих друг друга превращений. Процесс индивидуального развития особи от момента ее образования до конца жизни получил название онтогенеза (от греч. ontos - сущее и genesis - происхождение).
Онтогенез делят на два периода: эмбриональный (от греч. embrion - зародыш) и постэмбриональный.
Эмбриональный период (эмбриогенез) длится с момента образования зиготы до рождения (например, у млекопитающих) или выхода из яйцевых оболочек (например, у птиц). Постэмбриональный период начинается с момента рождения и длится до конца жизни особи.
Эмбриональный период.
У всех многоклеточных организмов стадии эмбрионального развития зародыша одни и те же, однако они могут протекать по-разному. Яйцеклетки одних животных содержат мало питательных веществ, и образовавшаяся зигота может развиваться свободно. У других животных яйцеклетка снабжена огромным, по сравнению с ее размерами, запасом питательных веществ, и развитие зиготы происходит совсем по-другому. Примером таких животных являются птицы.
Разберем эмбриональное развитие зародыша у ланцетника (рис. 48). Первый его этап называется дроблением. оплодотворенная яйцеклетка - зигота - начинает делиться митозом. Первое деление происходит в вертикальной плоскости, и зигота делится на две одинаковые клетки, которые называются бластомерами (от греч. blastos - зародыш и meros - часть).
Бластомеры не расходятся, а делятся еще раз, и образуются уже 4 клетки. Третье деление происходит в горизонтальной плоскости, и из четырех образуется 8 бластомеров. Далее продольные и поперечные деления сменяют друг друга, возникает все больше бластомеров. Деления происходят очень быстро, бластомеры не растут, а даже - по мере последовательных делений - уменьшаются в размерах. Постепенно бластомеры располагаются в один слой и образуют полый шарик - бластулу (рис. 48). Полость внутри бластулы получила название первичной полости тела или бластоцели.
На одном из полюсов бластулы клетки ее стенки, быстро делясь митозом , начинают впячиваться внутрь первичной полости тела (рис. 48). Так образуется второй, внутренний слой клеток зародыша. Получившийся двуслойный шарик называется гаструлой (от греч. gaster - желудок) (рис. 48).
Наружный слой клеток называется эктодерма или наружный зародышевый листок, а внутренний - энтодерма или вутренний зародышевый листок. Полость, образовавшаяся - внутри гаструлы, является первичной кишкой, а отверствие, ведущее в первичную кишку, называется первичным ртом (рис. 48). Затем между энтодермой и мезодермой образуется третий зародышевый листок - мезодерма. Эта стадия зародыша называется нейрулой. На стадии нейрулы начинается формирование тканей и органов будущего животного.
Из эктодермы закладывается нервная пластинка (рис. 48), которая в дальнейшем развивается в нервную трубку. У позвоночных животных из нервной трубки образуются спинной и головной мозг. Из эктодермы формируются также органы зрительной, обонятельной и слуховой систем, а также наружный слой кожи.
Клетки энтодермы образуют трубку - будущий кишечник, а выросты зачатка кишечника впоследствии превращаются в печень, поджелудочную железу и легкие .
Большая часть организма животных образуется из третьего зародышевого листка - мезодермы. Из нее развиваются хрящевой и костный скелет, почки, мышечная, половая и сердечно-сосудистая системы.
Весь организм развивается из одной клетки - зиготы, а клетки всех органов и тканей, несмотря на разнообразие строения, содержат одинаковый набор генов.
Постэмбриональный период.
В момент рождения или выхода организма из яйцевых оболочек наступает период постэмбрионального развития.
Постэмбриональное развитие может быть прямым, когда. из яйца или организма матери появляется существо, сходное со взрослым (пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие), и непрямым, когда образовавшаяся в эмбриональный период личинка устроена проще, чем взрослый организм, и отличается от него способами питания, движения и др. (кишечнополостные, плоские и кольчатые черви, ракообразные, насекомые, земноводные).
При прямом развитии происходит рост организма, развиваются некоторые системы органов, например половая система и др. Таким образом, изменения в организме велики, но общий план его строения и способ существования не меняются.
При непрямом развитии из яйца выходит личинка: часто это дает таким организмам некоторые преимущества.
Например, у малоподвижного двустворчатого моллюска беззубки свободноплавающая личинка может прикрепляться зубчатыми створками раковины к телу рыб и таким:бразом перебираться на новые, отдаленные места обитания. У неподвижных асцидий личинка сама способна перемещаться на большие расстояния. Как правило, личинки и взрослые особи питаются по-разному и не конкурируют друг с другом. Например, головастик лягушки живет в воде и питается растительной пищей, а взрослая особь - живет на суше и является хищником.
Гусеницы бабочек питаются чаще всего листьями, а взрослые бабочки - нектаром цветков или совсем не питаются. У отдельных видов личинки даже пособны самостоятельно размножаться, например некоторые плоские черви, земноводные. В личиночный период жизни происходит интенсивное питание, рост и расселение животных.
Непрямое постэмбриональное развитие требует сложной перестройки при переходе к взрослой форме: одни органы должны исчезнуть (хвост и жабры головастика), другие - возникнуть (конечности и легкие лягушки).
1. Чем начинается и чем заканчивается эмбриональный период развития?
2. Чем начинается и чем заканчивается постэмбриональный период развития?
3. Какие системы органов образуются из эктодермы? энтодермы? мезодермы?
4. Приведите примеры животных с прямым и непрямым развитием.
Каменский А. А., Криксунов Е. В., Пасечник В. В. Биология 9 класс
Отправлено читателями с интернет-сайта