Что определяет весь ход эмбрионального и постэмбрионального развития многоклеточных организмов
Постэмбриональное развитие. Эмбриональный и постэмбриональный периоды
Общее представление об образовании зародыша
Варианты оплодотворения могут быть разными, ведь живых существ очень много, и все они настолько уникальны, необычны и вариативны по внешним и внутренним особенностям, что остается только удивляться природе.
Можно выделить три основных способа:
Для растений процесс оплодотворения вообще особенный. У цветковых он назван двойным и был открыт русским ученым Навашиным в 1898 году. Споровые обязательно ищут воду для осуществления данного явления, а голосеменные с ним вообще не торопятся. Их зародыш формируется около двух лет.
Эмбриональная стадия развития: характеристика
Это очень важный период, ведь именно в нем происходит закладка всех органов и систем, определяются особенности будущего организма. Начинается он формированием зиготы, а заканчивается моментом рождения на свет.
За это время эмбрион проходит ряд последовательных стадий:
Очевидно, что затем наступает время роста и развития самого эмбриона. Так продолжается до тех пор, пока он не достигнет определенных размеров, наберется сил для рождения, будет готов к жизни в другой, наружной среде. Ведь дальше его ждет уже постэмбриональное развитие, которое протекает в совершенно иных условиях и по другим правилам.
Рождение и его виды
Виды рождения у разных организмов:
Постэмбриональный период развития
Как уже оговаривалось выше, он берет свое начало с момента появления детеныша на свет либо с выхода его из яйцевых стенок, личиночной пленки, кокона и прочего. С этого времени постэмбриональное развитие может пойти по-разному. Всего обозначается два основных пути:
Какой из них будет выбран, зависит от генетических особенностей каждого конкретного вида. Например, многие насекомые выбирают именно второй путь, так как это позволяет преодолевать основные экологические и биологические проблемы.
Для млекопитающих, птиц, человека более приемлем первый вариант, включающий будущую заботу о появляющемся потомстве.
Прямое развитие
Прямое постэмбриональное развитие организма заключается в появлении после рождения особи, полностью повторяющей по внешним и внутренним признакам материнскую, только меньшую по размерам и с не до конца развитыми системами органов.
Другими словами, на свет появляется уменьшенная копия исходной особи. Детеныш ведет такой же образ жизни, употребляет в пищу те же продукты, что и родители. Именно они в ходе жизни научат малыша всему, что ему пригодится для максимальной приспособленности к условиям среды. А также к тому, чтобы занять свою нишу в природе.
Подобное постэмбриональное развитие характерно для птиц, пресмыкающихся, млекопитающих. Можно привести массу примеров, подтверждающих это. Ни одна львица не бросит своих львят до тех пор, пока они не начнут самостоятельно добывать себе пищу. Птицы носят в свои гнезда пропитание для птенчиков, которые, едва вылупившись из гнезда, сразу хотят кушать. До этого они высиживают потомство, обеспечивая яйцам защиту и оптимальную температуру.
Непрямое развитие
Чаще всего он совершенно иной не только по внешним признакам, но и по образу жизни, способу и виду питания, занимаемой территории обитания. Причин для такого явления немало. Одними из главных являются:
Непрямое постэмбриональное развитие организмов характерно для:
Очень ярким примером могут служить стрекозы, у которых имаго и личинка резко отличны друг от друга. Известно, что сложно встретить более жестокого и прожорливого хищника, чем маленькие детеныши этих насекомых. Они способны убивать особей, которые превосходят их по размерам и массе.
Бабочки вообще кардинально различны в стадиях своего постэмбрионального развития. Ведь гусеницы выглядят совершенно иначе, нежели взрослые красивые насекомые, которыми так все восхищаются.
Постэмбриональный период: ювенильный
Кроме той классификации, которую мы уже привели, следует указать еще одну. Постэмбриональное развитие организмов включает в себя три этапа:
Очень важно на этом этапе получение достаточного количества питательных веществ. В дикой природе это также момент получения ценных знаний от родителей и том, как жить в окружающем мире. Млекопитающие учат детенышей ходить, охотиться, выбирать пропитание, ухаживать за собой.
Пубертатный период
Этот постэмбриональный период у большинства видов существ занимает основную часть жизни. Ведь он включает в себя весь сознательный и осмысленный этап зрелости. У людей это возраст в рамках примерно с 16 и до 55-60 лет. Конечно, у каждого по-разному. Ведь генетические особенности у каждой особи свои, поэтому сложно обозначить четкие границы.
В этот период проходит основной жизненный этап, в том числе воспроизведение потомства и его воспитание и выращивание.
Старение и смерть
Данный период завершает постэмбриональное развитие животных. То же самое относится и к человеку.
Жизненный цикл разных видов насекомых
Непрямое постэмбриональное развитие, как мы уже говорили, более всего характерно именно для насекомых. Среди беспозвоночных можно найти множество примеров, подтверждающих это явление:
При этом превращение во взрослую особь не у всех происходит одинаково. Есть существа, которые осуществляют его не полностью. Такой метаморфоз именуется неполным. Большинство же превращается в родителей достаточно быстро и полностью.
Развитие животных после рождения
А вот самки земноводных, рыб, червей, насекомых могут откладывать миллионы яиц, икринок и так далее. Поэтому заботиться не имеет смысла. Из такого количества потомства все равно останется немало выживших.
Что определяет весь ход эмбрионального и постэмбрионального развития многоклеточных организмов
Эмбриональное и постэмбриональное развитие
Онтогенез – это индивидуальное развитие организма от момента его зарождения до смерти. Онтогенез начинается с оплодотворения (слияния сперматозоида и яйцеклетки). При этом образуется зигота, в которой объединяется наследственный материал отца и матери.
периоды онтогенеза
Дробление зиготы (полное или неполное)
Увеличение числа клеток зародыша (бластомеров) без увеличения его в размере
Образование морулы (примерно 32 бластомера, полости нет), затем бластулы – однослойного (примерно 64 бластомера) зародыша с полостью внутри (бластоцелью)
Образование комплекса осевых органов
Из эктодермы образуются нервная трубка, кожный эпителий, органы чувств.
Из энтодермы формируются хорда, эпителий кишечной трубки, пищеварительные железы, органы дыхания.
Из мезодермы – кости, хрящи, сухожилия, подкожная клетчатка, мышцы, кровеносная, выделительная и половая системы.
Дальнейшее формирование зародыша.
Зародышевое (эмбриональное) развитие
Это период с момента оплодотворения до выхода ребёнка из яйца (рождения). Включает в себя стадии дробления, гаструляции, органогенеза.
Дробление – это серия делений зиготы путем митоза. Промежуток между делениями очень короткий, в нем происходит только удвоение ДНК, а рост клеток не происходит (яйцеклетка и так была очень большая). В процессе дробления клетки постепенно уменьшаются, пока не достигают нормальных размеров. После дробления образуется бластула – полый шарик из одного слоя клеток (клетки – бластомеры, полость – бластоцель).
Органогенез (образование органов) начинается с формирования нервной пластинки в эктодерме на спинной стороне зародыша. В дальнейшем
из эктодермы образуется кожа и нервная система;
из энтодермы – пищеварительная и дыхательная система;
из мезодермы – всё остальное (скелет, мышцы, кровеносная, выделительная, половая системы).
Продолжается от рождения (вылупления) до начала размножения (наступления полового созревания). Бывает двух видов:
Прямое – когда ребенок похож на родителя, только меньше по размерам и у него недоразвиты некоторые органы (млекопитающие, птицы).
Непрямое (с превращением, с метаморфозом) – когда ребенок (личинка) сильно отличается от родителя (лягушки, насекомые). Преимущество непрямого развития состоит в том, что родители и дети не конкурируют друг с другом за пищу и территорию.
§ 24. Зародышевое и постэмбрионалъное развитие организмов
Дробление зиготы. Через несколько часов после оплодотворения наступает первая стадия зародышевого развития, называемая дроблением, в результате которого зигота делится митозом на две клетки. Две образующиеся клетки (рис. 34) не разъединяются. Затем каждая клетка опять делится также на две и получается зародыш, состоящий из четырех, восьми клеток и т. д. В процессе дробления количество клеток быстро растет, они становятся все мельче и мельче. Клетки в процессе дробления образуют сферу, внутри которой возникает полость — бластоцель; с момента возникновения полости зародыш называется бластулой (рис. 34, ж, з). Бластула состоит уже из нескольких сотен мелких клеток, но по размеру не отличается от зиготы.
Рис. 34. Дробление и начало развития оплодотворенного яйца ланцетника.
а — оплодотворенное яйцо; б — стадия 2 клеток; в — стадия 4 клеток; г — стадия 8 клеток; д — стадия 16 клеток; е — стадия 32 клеток; ж — бластула; з — бластула в разрезе; и — начало образования гаструлы; к — гаструла; л — ранняя нейрула; м — нейрула; 1 — бластоцель; 2 — эктодерма; 3 — энтодерма; 4 — полость первичной кишки; 5 — мезодерма; 6 — нервная пластинка; 7 — хорда
Гаструла. Образование трех зародышевых слоев. Вскоре после образования бластулы наступает следующая стадия развития зародыша — гаструла (рис. 34, и, к). В процессе образования гаструлы продолжаются митотические деления клеток и происходят существенные изменения в строении зародыша.
Наиболее широко распространенным способом образования гаструлы является впячивание внутрь участка стенки бластулы. При образовании гаструлы клетки делятся митозом очень быстро и число их резко увеличивается. В отличие от бластулы гаструла представляет собой двухслойный мешок, наружный слой клеток которого называют эктодермой. Внутренний слой гаструлы, выстилающий ее полость, называют энтодермой.
У зародышей многоклеточных животных, за исключением губок и кишечнополостных, закладывается еще и третий зародышевый слой — мезодерма. Мезодерма образуется между первым и вторым зародышевыми слоями — эктодермой и энтодермой.
Образование органов. Деление клеток и их перемещение продолжаются и на следующей стадии, называемой нейрулой (рис. 34, л, лг). Главная особенность этой стадии заключается в том, что в это время начинается закладка отдельных органов будущей личинки или взрослого организма. На стадии нейрулы из эктодермы начинается развитие нервной пластинки, а затем нервной трубки. Из нее впоследствии развивается головной и спинной мозг. Остальная эктодерма дает начало наружному слою кожного покрова, органам зрения и слуха. Одновременно энтодерма образует трубку — будущий кишечник, выросты которого впоследствии превращаются в легкие, печень, поджелудочную железу. Мезодерма дает начало хорде, мышцам, почкам, хрящевому и костному скелету, а также кровеносным сосудам будущего организма.
У цветковых растений развитие зародыша также происходит внутри материнского организма — в зародышевом мешке. После оплодотворения зигота делится митозом, образуются собственно зародыш и подвесок, который служит для прикрепления зародыша к стенке зародышевого мешка и для снабжения его питательными веществами из окружающих тканей. В зародыше закладываются ткани и органы растения. Для защиты зародыша от неблагоприятных условий формируется семя, покрытое специальными оболочками. Внутри семени находится также триплоидная ткань эндосперма.
Постэмбриональное развитие. Стадия эмбрионального развития заканчивается рождением или вылуплением из яйца детеныша животных, прорастанием семени растений. Следующую стадию — развитие организма до наступления половой зрелости — называют постэмбриональным развитием. У различных видов организмов этот период протекает по-разному. У многих животных, включая человека, детеныши появляются на свет маленькими и беспомощными, неспособными к самостоятельной жизни. Например, у огромного кенгуру размер новорожденного детеныша не превышает размера грецкого ореха. В постэмбриональный период у таких животных происходит дозревание многих органов и систем — нервной, пищеварительной, половой, иммунной. В этом случае говорят о прямом постэмбрионалъном развитии.
У таких животных, как членистоногие, амфибии, постэмбриональный период отличается большой сложностью, у них вылупившиеся из яиц детеныши зачастую совсем не похожи на взрослые организмы. Например, гусеница — личинка бабочки — очень сильно отличается от взрослого насекомого и строением, и способом питания, и местом обитания. Головастик похож скорее на рыбу, чем на взрослую лягушку. Это — непрямое постэмбриональное развитие, или развитие с превращением. Постэмбриональное развитие таких животных включает в себя одно или несколько превращений, когда строение животного изменяется — исчезают одни органы, появляются другие. Например, у головастика исчезают жабры, хвост, образуются легкие, конечности. У многих насекомых постэмбриональное развитие включает еще одну стадию — куколку, во время которой практически полностью исчезают личиночные внутренние органы, заменяясь новыми, характерными для взрослого насекомого.
У растений между периодами эмбриогенеза и дальнейшим развитием организма может проходить немало времени. Семена, защищенные оболочками, могут сохранять жизнеспособность в течение многих лет. Для прорастания им нужны особые условия, прежде всего влажность и определенная температура. При прорастании в клетках зародыша активируются ферменты, начинается использование запасных питательных веществ, деление клеток, рост и развитие органов, появляется проросток, дальнейший рост и развитие которого приводят к образованию взрослого растения. У некоторых растений также наблюдается развитие с превращением. Обычно это связано с образованием запасающих органов — клубней, луковиц, корневищ, являющихся видоизмененными побегами или корнями.
Дифференцировка клеток. Все клетки зародыша, а затем и взрослого организма образуются из зиготы путем многократных митотических делений и имеют одинаковое количество ДНК, одинаковые хромосомы и одинаковые гены. Каким же образом клетки разных органов и тканей оказываются разными по своему строению и функциям, т. е. дифференцированными? Дело в том, что специфические свойства клеток определяются белками, которые синтезируются в этих клетках. В клетках многоклеточных организмов никогда не работают все имеющиеся в них гены, а работает только небольшая их часть. В ходе индивидуального развития именно эти работающие в определенном органе или ткани гены и создают специфичность строения и функционирования клеток разных органов (вспомните § 7 и рис. 10).
Специфичность работы клеток зачатков органов возникает не сразу, а лишь на определенной стадии развития зародыша. На ранних стадиях дробления отдельные клетки многоклеточного зародыша еще не дифференцированы и, если их пересадить на другое место, могут изменить ход своего развития. Клетки некоторых участков эмбриона дифференцируются раньше других и могут влиять на развитие соседних органов, «выключая» или «включая» транскрипцию определенных генов. Регуляторами активности генов служат синтезируемые этими клетками различные молекулы — белки и вещества небелковой природы (вспомните § 17). Данные о таком взаимовлиянии клеток были получены в опытах по пересадкам участка эктодермы, из которого формируется нервная система, на стадии гаструлы одной лягушки под брюшную эктодерму зародыша другой лягушки, находящегося на той же стадии гаструлы (рис. 35). В процессе нормального развития этот участок влияет на формирование нервной пластинки из расположенной около него спинной эктодермы. В условиях опыта, кроме нормально развивающейся собственной нервной системы эмбриона, вокруг участка, пересаженного от другой особи, также образовались нервная трубка, хорда, начиналось развитие второго головного и спинного мозга, так что получился двойной эмбрион. Следовательно, пересаженный участок является организатором, который влияет на окружающие его ткани, т. е. обладает способностью направлять развитие клеток, приходящих в соприкосновение с ним.
Рис. 35. Взаимодействие частей равивающегося зародыша(схема пересадки участка эктодермы)
3.3 Онтогенез и присущие ему закономерности. Эмбриональное и постэмбриональное развитие организмов
Видеоурок 1: Индивидуальное развитие. Эмбриональный период
Видеоурок 2: Индивидуальное развитие. Постэмбриональный период
Лекция: Онтогенез и присущие ему закономерности. Эмбриональное и постэмбриональное развитие организмов
Онтогенез
В его ходе наблюдается последовательная закономерная смена фенотипов, характерная для конкретного вида.
Онтогенез может быть:
Непрямой – это развитие организма с метаморфозом – стадией личинки, резко отличающейся от внешнего вида взрослой особи. Во взрослую особь личинка превращается после однократной или многократных линек. Такой тип онтогенеза характерен для насекомых (со стадией куколки), рыб, моллюсков, плоских червей, земноводных.
Прямой – развитие организма без стадии личинки. Появившийся на свет организм подобен взрослому по своему строению, но отличается меньшими размерами и неспособностью к размножению. Для достижения взрослой стадии ему необходим рост и развитие. К этому типу онтогенеза принадлежат все виды живорождения и яйцеживорождения.
Эмбриональное и постэмбриональное развитие
В индивидуальном развитии организма выделяется два основных периода:
Развитие в эмбриональном периоде разделяется на несколько стадий:
зиготы – это краткий период времени от слияния двух половых клеток родителей до начала деления получившейся диплоидной клетки;
бластулы – дробления зиготы. Как правило, яйцеклетка намного больше соматических клеток, после оплодотворения она начинает делиться (дробиться), пока размеры получающихся при ее дроблении бластомеров не сравняются с размерами соматических клеток, характерных для данного вида. При этом общий размер и масса зародыша не меняются;
гаструлы – в этот период происходит образование зародышевых листков. У примитивных организмов – кишечнополостных и губок образуется зародыш двуслойный, состоящий из эктодермы и энтодермы. У всех остальных, более высокоразвитых многоклеточных, зародыши состоят из трех слоев – эктодермы, мезодермы и энтодермы;
нейрулы – с этой стадии начинается органогенез или закладка и последующий рост и развитие органов. Из эктодермы образуется нервная пластинка, затем из нее разовьются внешние покровы и органы восприятия, мезодерма становится местом закладки зачатка хорды, с последующим развитием из него мышц, почек, кровеносной системы, из энтодермы образуется кишечник, а впоследствии – другие внутренние органы – легкие, печень.
Причины нарушения развития организмов
В начале ХХ в немецким ученым Г. Шпеманом и его ученицей Х. Мангольд было открыто явление эмбриональной индукции.
Эмбриональная индукция – это способность клеток зародыша к самоорганизации, влиянию одних его клеток на развитие других.
Учеными проводились многочисленные эксперименты, в ходе которых выяснилось, что в некоторых случаях, например при пересадке части клеток на другое место зародыша, влиянии некоторых химических веществ и ультрафиолетовом облучении – ход развития значительно меняется. Так, например, после облучения ультрафиолетом зародыши земноводных теряли способность к образованию нервной трубки и полноценному развитию.
Эмбриология доказала, что кроме генетических мутаций и аномалий в исходных половых клетках, на развитие зародыша могут оказать сильное негативное влияние многочисленные факторы, действующие в определенные периоды его развития:
алкоголь и никотин;
действие бактериальных и вирусных токсинов;
дефициты необходимых для развития веществ;
различные виды ионизирующего излучения.
Человеческий эмбрион наиболее уязвим к негативным факторам внешней среды в период закладки систем органов – это 18-60 сутки развития.
Что определяет весь ход эмбрионального и постэмбрионального развития многоклеточных организмов
Раздел ЕГЭ: 3.3. Онтогенез и присущие ему закономерности. Эмбриональное и постэмбриональное развитие организмов. Причины нарушения развития организмов
Онтогенез (индивидуальное развитие) включает весь период жизни особи от зиготы до смерти. Различают два периода: эмбриональный и постэмбриональный.
Эмбриональный период
Эмбриональный период (зародышевое развитие) — период онтогенеза от образования зиготы в процессе оплодотворения до рождения или выхода из яйцевых оболочек.
Этапы эмбрионального периода
В процессе дробления зигота многократно делится, при этом размеры дочерних клеток-бластомеров становятся всё меньше, так как после деления они не растут. В результате дробления образуется однослойный многоклеточный зародыш — бластула. Он напоминает полый шар с эпителиальной стенкой (бластодермой) и центральной полостью (бластоцелью, или первичной полостью тела), которая заполнена жидкостью.
После дробления наступает процесс гаструляции, который характеризуется перемещением части клеточного материала с поверхности внутрь, на места будущих органов. В результате образуется гаструла. Гаструла — чашевидный зародыш, состоящий из двух слоёв (зародышевые листки): наружный (эктодерма) и внутренний (энтодерма). На этой стадии заканчивается развитие низших животных. Нейрула — стадия закладывания внутренних органов (полости первичной кишки, нервной пластинки, хорды в случае хордовых животных). На этом этапе происходит образование третьего зародышевого листка — мезодермы, которая формируется в виде карманов — целом (вторичная полость тела).
Органогенез — дифференцировка клеток каждого зародышевого листка. В процессе органогенеза образуются ткани и органы.
Из эктодермы формируются нервная система, органы чувств, эпителий кожи с его железами и производными структурами (волосы, перья, когти и др.), эмаль зубов. Производными мезодермы являются все виды соединительной и мышечная ткани, кровеносная, выделительная и половая системы. Из энтодермы образуются эпителий средней кишки и его придаточные железы (печень, поджелудочная железа), жабры и их производные — лёгкие, плавательный пузырь и др., а также щитовидная железа.
Органогенез у хордовых связан возникновением комплекса осевых органов: нервной трубки, хорды и кишечника — и дальнейшей их дифференцировкой.
Постэмбриональный период
Постэмбриональный период развития начинается рождением или выходом из яйцевых оболочек и заканчивается смертью организма.
Постэмбриональное развитие начинается с выхода новой особи из яйцевых оболочек или (при живорождении) из организма матери. Оно подразделяется на три периода — ювенильный, пубертатный и период старения.
Этапы постэмбрионального периода
1) Ювенильный, продолжается до окончания полового созревания. Развитие организма в этот период может протекать по двум различным путям. Прямое развитие происходит, если из яйца или из организма матери выходит особь, похожая на взрослую, но меньшая по размерам и с несформированной половой системой. Другой тип развития называется непрямым и проходит с метаморфозом. Ювенильный период практически всегда сопровождается ростом организма. С одной стороны, процесс роста запрограммирован генетически, а с другой — зависит от условий существования. У человека рост контролируется целым рядом гормонов, выделяемых гипоталамусом, гипофизом, щитовидной и половыми железами.
2) Пубертатный (т. е. период зрелости). У большинства позвоночных животных он занимает, как правило, большую часть жизни.
3) Старение — это общебиологическая закономерность, свойственная живым организмам. В определенном для каждого вида возрасте в организме начинаются изменения, снижающие возможности этого организма к приспособлению к изменяющимся условиям существования.
Процесс старения запрограммирован генетически, однако до сих пор не создано единой теории, объясняющей старение. Одни исследователи считают, что старение является следствием работы группы генов, которая осуществляет некую «программу старения». Эту точку зрения подтверждает существование редчайшего заболевания человека — прогерии. У ребенка, больного прогерией, проявляются явные, нарастающие признаки старости, и в 10—12 лет он выглядит как очень пожилой человек.
Типы постэмбрионального развития
Это конспект для 10-11 классов по теме «Онтогенез (индивидуальное развитие)». Выберите дальнейшее действие: