§ 31. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИНДИВИДУАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ

Основные понятия и ключевые термины: ОНТОГЕНЕЗ. Рост. Дифференциация.

Вспомните! Что такое развитие?

Упражнение

Средняя масса новорождённого составляет 3200 г, а масса взрослого человека - в среднем 64 кг. Во сколько раз и благодаря чему происходит увеличение массы новорождённого в ходе онтогенеза человека?

СОДЕРЖАНИЕ

Каковы основные закономерности онтогенеза?

ОНТОГЕНЕЗ (от греч. онтос - то, что существует; генезис - происхождение) - это индивидуальное развитие особи от её зарождения до смерти. Термин «онтогенез» ввёл в науку немецкий естествоиспытатель Э. Геккель ещё в 1866 г. Исследованиями онтогенеза занимается биология развития. Основными задачами этой относительно молодой науки, возникшей в течение последних 40 лет ХХ в., является изучение закономерностей реализации генетической информации организмов на протяжении жизни, познание механизмов роста и дифференциации клеток, формирование тканей и органов, а также процессов регуляции функций, регенерации, старения и др.

Ил. 80. Эрнест Геккель (1834-1919)

Особенности онтогенеза различных организмов зависят от уровня организации, особенностей жизнедеятельности, происхождения и т. п. Так, у многоклеточных животных в процессе образования зародыша возникают зародышевые листки (эктодерма, энтодерма и мезодерма), из которых формируются ткани (эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная), и органы, присущие взрослым особям. А у высших растений зародыш имеет зачаточные органы (зародышевый корешок, стебелёк и почечку), формируемые из зародышевой образовательной ткани.

Несмотря на существенные отличия, онтогенез различных организмов имеет и общие закономерности.

1. Запрограммированность онтогенеза. Программа индивидуального развития - это закодированная в генах наследственная информация, которая реализуется во взаимодействии с факторами среды.

2. Неравномерность процессов онтогенеза. Процессы онтогенеза (рост, дифференциация, размножение, регенерация, старение) происходят с различной интенсивностью в разные периоды и стадии развития особей. Например, скорость роста выше в начале онтогенеза, с возрастом наблюдается снижение адаптационных возможностей и жизнеспособности организма.

3. Необратимость онтогенеза. При реализации генетической программы возвращение к предыдущим стадиям онтогенеза невозможно. Хотя учёные описали вид медузы туритопсис (Turritopsis dohrnii), которая уникальна тем, что демонстрирует определённую форму бессмертия. Это единственный известный экземпляр среди животных, который способен после достижения половой зрелости полностью возвращаться к неполовозрелой колониальной стадии развития.

4. Периодичность онтогенеза. Основными периодами онтогенеза организмов являются эмбриональный (зародышевый) и постэмбриональный (послезародышевый).

Познание закономерностей, причин и факторов онтогенеза служит научной основой для поиска средств влияния на развитие растений, животных и человека, имеющего важное значение для сельского хозяйства, биотехнологии, экологии, медицины.

Итак, онтогенез - это индивидуальное, запрограммированное, неравномерное, периодическре развитие организмов.

Какие процессы являются основой онтогенеза?

Онтогенез - одно из удивительнейших биологических явлений, происходящих благодаря росту и дифференциации.

Рост - процесс, обеспечивающий увеличение массы, размеров, объема клеток благодаря преобладанию анаболизма. У одноклеточных организмов рост осуществляется в интерфазе и связан с увеличением клетки. Онтогенез многоклеточных организмов кроме роста клеток сопровождается увеличением их количества. Рост бывает ограниченным и неограниченным. Ограниченным является рост особи до определённых размеров, обычно при наступлении половой зрелости (например, большинство членистоногих, круглые черви, птицы, млекопитающие). В случае неограниченного роста особи увеличиваются в течение всей жизни (например, у высших растений, грибов, кольчатых червей, моллюсков, рыб, пресмыкающихся). В зависимости от строения покровов тела, особенностей развития и условий окружающей среды рост бывает непрерывным или периодическим. При непрерывном росте особь постепенно увеличивается, пока не достигнет определённых размеров или не умрёт. Периодический рост происходит, когда периоды увеличения размеров чередуются с периодами прекращения роста (например, круглые черви и членистоногие растут только во время линьки). Тип роста особей каждого вида наследуется и зависит от регуляционных механизмов организма, действия факторов среды и т. п.

Дифференциация - процесс возникновения различий в строении и функциях клеток, тканей и органов в ходе онтогенеза. Другими словами - это образование различных клеток из изначально однородных клеток. Генетический материал клеток при этом остаётся неизменным. Происходит преимущественно в эмбриогенезе, а также в постэмбриогенезе благодаря стволовым клеткам у животных и инициальным клеткам у высших растений. Для упорядоченности роста и дифференциации различных клеток в многоклеточном организме происходят процессы интеграции. Интеграция клеток - это процесс объединения клеток в постоянные или временные клеточные комплексы для выполнения определённых функций. В такой системе первостепенное значение имеют межклеточные контакты. Благодаря интеграции проявляются свойства биологических систем, что является эффектом взаимодействия клеток.

В онтогенезе происходят и другие важные процессы: миграции клеток, сортировка и склеивание (адгезия) клеток, процесс запрограммированной гибели клеток (апоптоз), регенерация и др.

Итак, основными процессами онтогенеза организма являются рост и дифференциация клеток.

Как происходит регуляция онтогенеза?

Индивидуальное развитие организмов осуществляется путём избирательной деятельности определённых генов в соответствующем месте и в подходящее время. Центральной гипотезой биологии развития является гипотеза дифференциальной активности генов (или дифференциальной экспрессии генов), которая заключается в том, что дифференциация клеток происходит без изменений генотипа. Все клетки имеют определённый набор генов, присущий организму, но экспрессия этих генов регулируется таким образом, что клетки синтезируют различные белки, которые и определяют особенности клеток. Основными механизмами, которые обусловливают избирательную работу генов, в результате чего возникают отличия между клетками, является регуляция на уровнях: а) транскрипции; б) созревания РНК; в) трансляции; г) посттрансляционнй модификации белков.

Известно также, что на разных этапах онтогенеза активность генов зависит как от внутренних, так и от внешних факторов. На начальных этапах развития между клетками, образующимися из зиготы, возникают отличия в составе цитоплазмы, связанные с разным количеством желточных включений и органелл. Считается, что это цитоплазматическое распределение (сегрегация) и является исходным фактором, активирующим в клетках разные гены.

На более поздних этапах эмбрионального развития вступает в действие эмбриональная индукция. Это взаимодействие между частями зародыша, благодаря чему одна из них определяет направление развития соседней (ил. 81). Эмбриональная индукция осуществляется в случае непосредственного контакта клеток между собой. За открытие организующих эффектов в эмбриональном развитии немецкий эмбриолог Х. Шпеман (1869-1941) получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине (1935). Позже было установлено, что эти взаимовлияния осуществляются при участии специальных белковых веществ-индукторов, которые попадают в ядро и изменяют активность генов.

Ил. 81. Взаимодействие частей зародыша, который развивается

На всех этапах развития организмов большое значение имеет регуляция онтогенеза с помощью гормонов. Так, значительное количество изменений у головастика при непрямом развитии происходит под действием тироксина. У животных регуляция развития значительно сложнее, поскольку кроме гормональной происходит и нервная регуляция.

Кроме того, на всех этапах онтогенеза значительное влияние на развитие организмов оказывают факторы внешней среды (например, изменения температуры, еда, поступление кислорода и т. д.).

Итак, реализация наследственной информации генотипа при индивидуальном развитии происходит благодаря дифференциальной активности генов, которая подвергается воздействию внутренних и внешних факторов.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Задание на сопоставление

Перед вами на иллюстрациях онтогенез вишни и лягушки. С помощью таблицы сравните на конкретных примерах онтогенез растений и животных и сделайте вывод о причинах сходства и отличий.

ОТНОШЕНИЕ

Биология + Наука

Александр Ковалевский (1840-1901) - украинский естествоиспытатель, которого интересовали сравнительная анатомия и эмбриология, физиология и гистология животных. Сформулировал учение о зародышевых листках и установил общие закономерности развития позвоночных и беспозвоночных животных. О чём свидетельствуют эти общие закономерности онтогенеза животных?

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Биология 9 класс Соболь (новая программа)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)