Індивідуальний розвиток організмів
Процес індивідуального розвитку. Індивідуальний розвиток організму, що являє собою сукупність послідовних морфологічних, фізіологічних і біохімічних перетворень, зазнає організмом від моменту злиття гамет і до смерті організму, носить назву онтогенезу.
Термін “онтогенез” ввів у науку німецький вчений Е. Геккель в 1866 р (Область біології, що вивчає онтогенез, називають біологією розвитку.)
Онтогенез – процес складний і протікає по-різному у організмів різних систематичних груп.
Індивідуальний розвиток одноклітинних організмів полягає в тому, що в двох дочірніх особин, що виникли в результаті поділу материнської клітини, зазвичай органели материнського походження руйнуються і замінюються знову сформованими органоїдами. В ході онтогенезу одноклітинні організми ростуть, змінюється їх біохімічна і фізіологічна активність.
Розглянемо онтогенез багатоклітинних тварин, так як найзагальніші його закономірності справедливі і для рослин.
Онтогенез багатоклітинних тварин. В онтогенезі багатоклітинних організмів виділяють два основні періоди: зародковий (ембріональний) і післязародковий (постембріональний).
Зародковий період розвитку. Зародок у своєму розвитку проходить три послідовні стадії: дроблення, гаструляції, гистогенеза і органогенезу.
На цій стадії зигота спочатку мітотично ділиться 2 рази в поздовжньому напрямку. Виходять чотири однакові клітини – бластомери. Потім бластомери діляться по черзі в поперечному і поздовжньому напрямках. Розподіл клітин відбувається швидко, бластомери не ростуть, і їх розміри в міру збільшення числа клітин зменшуються.
Дроблення закінчується утворенням кулястої бластули (від грец. Blastos – зачаток, паросток), стінка якої складається з одного шару клітин.
Усередині бластула зазвичай має порожнину. Починаючи з бластули, клітини зародка прийнято називати не бластомерами, а ембріональними клітинами. У ланцетника бластула утворюється після досягнення 128 клітин.
У людини, більшості ссавців і деяких інших систематичних груп в процесі дроблення утворюється морула (від лат. Morula – шовковична ягода), яка не має порожнини (бластоцель). У ссавців морула переходить у стадію бластоцисти, що представляє собою пухирець, заповнений рідиною. Зовні бластоциста схожа на бластул, але відрізняється від неї дифференцировкой клітин.
Стадія гаструляціі. У ланцетника, як і у всіх інших багатоклітинних тварин, за дробленням настає стадія гаструляції. Вона являє собою складний процес переміщення ембріонального матеріалу з утворенням двох, а потім трьох шарів тіла зародка, званих зародковими листками (ектодерма, мезодерма, ектодерма).
У ході гаструляції зародок стає двошаровим внаслідок впячивания всередину частини клітин одношарової стінки бластули (див. Рис. 27). Поступово відокремлюються зародкові листки – ектодерма (зовнішній шар клітин) і ентодерми (внутрішній шар клітин) гаструли (від грец. Gaster – шлунок). Обмежена ентодермою порожнину називається порожниною первинного кишечника. Вона відкривається назовні отвором – первинним ротом. Вперше гаструлу описав А. О. Ковалевський в 1865 р і назвав її “кишкової личинкою”, а термін “гаструла” ввів Е. Геккель пізніше, в 1874 р Відкриття стадії двошарового зародка в розвитку багатоклітинних організмів мало істотне значення для доказу єдності походження тварин.
При подальшому розвитку гаструли утворюється третій зародковий листок – мезодерма. Вона закладається у вигляді двох карманообразние випинань ентодерми і залягає між ектодерми і ентодерми.
Стадія гистогенеза і органогенезу. Диференційований на три зародкових листка зародковий матеріал дає початок усім тканинам і органам. Процес утворення тканин називають гістогенезом, а формування органів – органогенез.
Які рушійні сили таких складних процесів?
По-перше, всі клітини зародка між собою взаємодіють, і кожна клітина як би поінформована про те, в якому місці зародка вона знаходиться. По-друге, як тільки в зародку утворюються окремі зачатки, вони починають впливати один на одного, спонукаючи до розвитку в певному напрямку.
На ранній стадії гістогенезу клітини майбутньої хорди стимулюють клітини ектодерми, що лежать над ними, і з ектодерми розвиваються тканини нервової системи. У ланцетника (і у всіх інших хордових) нервова тканина спочатку має форму пластинки. Ця платівка зростає інтенсивніше інших ділянок ектодерми і потім прогинається, утворюючи жолобок. Пізніше виникає нервова трубка, яка тягнеться вздовж тіла зародка від переднього до заднього кінця. На передньому кінці нервової трубки шляхом подальшого росту і диференціювання у хордових формується головний мозок. Крім того, з ектодерми розвиваються покриви тіла ланцетника (у ссавців з ектодерми розвивається зовнішній покрив шкіри – епідерміс і його похідні: кігті, нігті, волосся, сальні і потові залози, а також епітелій ротового і анального отворів, слинні залози, емаль зубів).
“Кармани” мезодерми (середнього зародкового листка) відокремлюються від первинного кишечника, а їх порожнину перетворюється в порожнину тіла. Між правим і лівим зачатками мезодерми розташовується зачаток хорди. Він тягнеться уздовж всього зародка безпосередньо під нервової трубкою і над кишечником.
Поступово змінюється зовнішній вигляд зародка. Він подовжується, відокремлюються відділи тіла. Кишечник зародка набуває форму трубки, виникають ротовий і анальний отвори. У місцях контакту ентодерми з ектодермою з боків передньої частини тіла формуються зяброві щілини (див. Рис. 27). Зяброві щілини у ланцетника і зябра у риб функціонують протягом всього життя тварин, а в інших хордових зяброві щілини заростають вже на стадії ембріона.
У ході зародкового розвитку з зародкових листків у багатоклітинних тварин виникають всі системи органів цілісного організму. Розвиток кишковопорожнинних закінчується на стадії двох зародкових листків – ектодерми і ентодерми.
З ектодерми (зовнішнього зародкового листка) формуються органи нервової системи, органи чуття та зовнішні покриви тіла (епідерміс). Мезодерма (середній зародковий листок) дає початок скелету, мускулатури, кровоносної, сечовидільної систем і системі органів розмноження, а також дентину зубів і дермі шкіри. З клітин ентодерми (внутрішнього зародкового листка) формуються травна система (крім слинних залоз), легені та епітелій дихальних шляхів.
Критичні періоди ембріонального розвитку людини. Експериментальне вивчення зародкового розвитку тварин привело до уявлення про так званих критичних періодах. Відносно розвитку зародка людини велике значення мають наступні критичні періоди: 6-7-у добу після зачаття (імплантація в стінку матки, формування плаценти), кінець 2-го тижня вагітності (період нейруляции – закладки нервової системи) і пологи (різка зміна умов існування після пологів і перебудова діяльності всіх систем організму: змінюється характер кровообігу, газообміну, харчування і т. д.).
Вивчення критичних періодів в зародковому розвитку людини показує необхідність охорони організму вагітної жінки від впливу шкідливих факторів середовища, в тому числі тютюнопаління, алкоголю, наркотичних і токсичних речовин.
Примітно, що у всіх хребетних тварин (у людини в тому числі) одні й ті ж зародкові листки дають початок одним і тим же органам і тканинам, що свідчить про їх єдиному еволюційне походження.
Спільні риси в ранньому зародковому розвитку хребетних, включаючи і людину, встановив російський вчений-натураліст К. М. ВЕР (див. Рис. 27). У 1829 – 1830 рр. він також відкрив, що розвиток ссавців, як і інших тварин, починається зі стадії яйцеклітини. Відкриття Бера сприяли розвитку клітинної теорії і проклали дорогу теорії еволюції.
Період послезародишевого розвитку. Цей період у тварин може протікати по-різному – за типом прямого або непрямого розвитку.
Прямий розвиток відбувається без личинкових стадій, шляхом поступового переходу вийшов з яєчних оболонок тварини під дорослу форму. Прямий розвиток спостерігається у деяких комах, більшості риб, плазунів, птахів і ссавців (рис. 28).
Непрямий розвиток характеризується однією або декількома личинковими стадіями. Як ви знаєте з розділу “Тварини”, у комах розрізняється розвиток з повним і неповним метаморфозом.
Для розвитку з повним метаморфозом в життєвому циклі характерна, крім стадії личинки, стадія лялечки. Лялечка – нерухома стадія, під час якої відбувається різка перебудова тканин і органів. Вона пов’язана з руйнуванням личинкових тканин і органів і використанням їх матеріалу для побудови тканин і органів дорослого організму. З повним метаморфозом розвиваються жуки, метелики, двокрилі, перетинчастокрилі, блохи (рис. 29).
Розвиток з неповним метаморфозом спостерігається у тарганів, попелиць, вошей, клопів, прямокрилих. Стадії лялечки у них немає, і личинка перетворюється в доросла комаха через багаторазові линьки.
Личинки відрізняються від дорослих форм наявністю спеціальних личинкових оболонок і личинкових органів, які на даному етапі онтогенезу мають велике значення. У дорослих організмів ці органи відсутні. Прикладами таких органів можуть служити зябра личинок бабок, зябра і хвіст у пуголовків та ін.
Личинки ведуть рухливий спосіб життя. У багатьох видів личиночная стадія забезпечує розселення. Особливо це важливо для сидячих і малорухомих організмів, оскільки дозволяє уникнути перенаселення, яке могли б створити нащадки в местообитании батьківських особин. Перенаселення спричинило б за собою посилення конкуренції за їжу та інші ресурси середовища проживання. Тому багато морські організми (мідії, морські жолуді та ін.) Виробляють величезну кількість свободноплавающих личинок, широко поширюються у водному середовищі.
Личинки зазвичай істотно відрізняються від дорослих особин за своїм місцем проживання (наприклад, дорослі жаби живуть у наземно-повітряному середовищі, а їх личинки (пуголовки) – у водному). Розрізняються личинки і дорослі особини також за способами харчування, пересування, поводженню. Завдяки таким особливостям в популяціях тварин значно знижується конкуренція за їжу, простір та ін.
Період послезародишевого розвитку включає також етапи життя дорослого організму і старіння. Тривалість етапу життя дорослого організму, як і тривалість всього життя, – видова ознака. У багатьох видів комах період життя дорослого організму найкоротший у онтогенезі. Наприклад, доросла форма поденки живе всього кілька годин. У птахів, ссавців, деяких риб і плазунів період життя дорослого організму найтриваліший в онтогенезі і може тривати кілька десятків років. Деякі рослини-довгожителі в дорослому формі живуть сотні і навіть тисячі років. Наприклад, максимальна тривалість життя дуба черешчатого 2000 років, ялини звичайної – 1200 років.
До онтогенезу відносяться і ті зміни, які ведуть до зниження функціональних і адаптивних можливостей дорослого організму, т. Е. Процеси старіння. У рослин і грибів старіння проявляється в припиненні росту, а також в руйнівних процесах, які зачіпають деякі органи. У тварин старіння пов’язане з ослабленням функцій нервової, ендокринної, серцево-судинної та інших систем органів. Старіння характеризується втратою функції розмноження.
Старіння властиве всім організмам і протікає на всіх рівнях організації живого – від молекулярно-генетичного до организменного. Вважають, що у тварин, зокрема у людини, провідними механізмами старіння на молекулярно-генетичному рівні є незворотні порушення ДНК, зміни в синтезі РНК і білків, порушення в процесах утворення, транспортування та використання енергії.
Процеси старіння ще недостатньо вивчені, але в останні десятиліття вони стали об’єктом інтенсивних досліджень в біології та медицині.
Завдяки успіхам медицини та охорони здоров’я середня тривалість життя людини значно збільшилася, проте максимальна її тривалість не змінилася.
Вивченням закономірностей старіння (починаючи від молекулярного і клітинного рівнів до цілісного організму) займається наука геронтологія (від грец. Geron – старий). Завдання геронтології полягає не тільки в тому, щоб продовжити життя людини, а й дати можливість людям похилого віку активно і повноцінно жити і працювати.
У процесі старіння в результаті тривалого поступового згасання основних життєвих функцій настає природна (фізіологічна) смерть, т. Е. Припинення життєдіяльності організму, загибель його як цілісної системи. Причини передчасної смерті – хворобливий стан організму, ураження його життєво важливих органів.
(1 votes, average: 5.00 out of 5)