§ 16 Индивидуальное развитие организмов — онтогенез

Организм за период своей жизни претерпевает существенные преобра­зования: растет и развивается.

Совокупность преобразований, происходящих в организме от его за­рождения до естественной смерти, называют индивидуальным развитием или онтогенезом (от греч. ontos— «сущее» и genesis— «возникновение», «происхож­дение»). У одноклеточных организмов жизнь укладывается в один клеточ­ный цикл и все преобразования происходят между двумя делениями клетки. В многоклеточных организмах этот процесс гораздо сложнее.

При бесполом размножении, в том числе и вегетативном, онтогенез начинается с момента деления инициальной (т. е. дающей начало) клет­ки материнского организма. Организм на ранних этапах развития называют зачатком.

Одноклеточные организмы, как и все клетки, возникают путем клеточ­ного деления. Во вновь образовавшейся клетке не всегда оказываются сфор­мированными внутриклеточные структуры, обеспечивающие ее специфичес­кие функции и процессы жизнедеятельности. Необходимо определенное вре­мя, чтобы сформировались все органоиды и были синтезированы все нужные ферменты. Этот ранний период существования клетки (и одноклеточного орга­низма) в клеточном цикле называют созреванием. После него следует период зрелой жизни клетки, завершающийся ее делением.

В индивидуальном развитии многоклеточного организма выделяют не­сколько этапов, которые часто называют возрастными периодами. Различают четыре возрастных периода: зародышевый (эмбриональный), молодости, зре­лости и старости.

У животных нередко выделяют только два периода: эмбриональный и постэмбриональный. Эмбриональный период — это развитие зародыша (эмбри­она) до его рождения. Постэмбриональным называют период развития организ­ма от его рождения или выхода из яйцевых или зародышевых оболочек до смерти.

Эмбриональный период онтогенеза (эмбриональное развитие), происходя­щий внутриутробно в теле матери и оканчивающийся рождением, есть у боль­шинства млекопитающих, в том числе у человека. У яйцекладущих организмов и выметывающих икру эмбриональное развитие происходит вне тела матери и оканчивается выходом из яйцевых оболочек (у рыб, земноводных, пресмы­кающихся, птиц, а также у многих беспозвоночных животных — иглокожих, моллюсков, червей и др.).

У преобладающего большинства животных организмов процесс эмбрио­нального развития происходит сходным образом. Это подтверждает общность их происхождения.

У человека в ходе эмбрионального развития первым начинает обособляться головной и спинной мозг. Это происходит в течение третьей недели после зачатия. На этой ста­дии длина зародыша человека составляет всего 2 мм.

С первых дней эмбрионального развития зародыш очень чувствителен к повреждаю­щим воздействиям, особенно химическим (лекарства, яды, алкоголь, наркотики) и ин­фекционным. Например, если женщина в промежутке между 4-й и 1 2-й неделями беременности заболевает краснухой, то это может вызвать выкидыш или нарушить у зародыша формирование сердца, головного мозга, органов зрения и слуха, т. е. органов, развитие которых происходит в этот период.

Большое влияние на развитие зародыша имеют факторы среды: радиа­ция, токсические вещества (никотин, алкоголь, наркотики), недостаток кисло­рода, вирусы, паразиты, неудовлетворительное питание и т. п. Их постоян­ное воздействие может привести или к гибели зародыша, или к нарушению нормального развития (например, к появлению двухголовых ящериц, сиам­ских близнецов, слабоумию и др.).

После рождения или выхода из яйца начинается постэмбриональное раз­витие организма. У одних организмов этот период жизни занимает несколько дней, у других — несколько десятков и сотен лет, в зависимости от видовой при­надлежности.

Лев умирает от старости в возрасте около 50 лет, крокодил может прожить до 100 лет, дуб — до 2000 лет, секвойя — более 3000 лет, а овес — 4-6 месяцев. Некоторые насекомые живут несколько дней. Человек умирает от старости в возрасте между 75-100 годами, хотя некоторые люди живут более 100 лет.

Постэмбриональное развитие складывается из трех возрастных перио­дов: молодости, зрелости и старости. Каждому из этих периодов свойственны определенные преобразования в строении и процессах жизнедеятельности организма, обусловленные его наследственностью и воздействием внешних условий. В процессе постэмбрионального развития организм претерпевает количественные и качественные изменения.

Онтогенез — это развитие индивидуума (особи), обусловленное наследст­венностью и влиянием условий среды обитания.

Онтогенез, безусловно, одно из самых удивительных биологических явлений. Появившись в виде крошечного зародыша или зачатка, организм проходит ряд сложных стадий развития, в процессе которых у него посте­пенно формируются все органы и механизмы, обеспечивающие жизнедея­тельность. Достигнув половой зрелости, организм реализует главнейшую функцию живого — дает потомство, чем обеспечивает длительность и непре­рывность существования своего вида.

Существование любого организма представляет собой сложный и не­прерывный процесс эмбрионального и постэмбрионального развития в опре­деленных условиях обитания и на протяжении сроков, свойственных каж­дому виду.

1. Охарактеризуйте период эмбрионального развития организма.

2. Замените терминами следующие определения: организм на ранних этапах развития; индивидуальное развитие многоклеточного организма.

3*. Поясните, почему влияние опасных внешних воздействий (радиа­ция, курение) оказывается более разрушительным на эмбриональном этапе онтогенеза, нежели на постэмбриональном.

Краткое содержание главы

Размножение присуще всем живым организмам. С помощью размно­жения обеспечивается самовоспроизведение организмов и непрерывность существования вида. Есть два основных типа размножения организмов — бесполое и половое. Непрямое клеточное деление (митоз) в процессе прохож­дения ряда фаз (профазы, метафазы, анафазы, телофазы) обеспечивает пере­дачу дочерним клеткам одинаковой с родительской наследственной информа­ции, заключенной в хромосомах ядра. В интерфазе осуществляется подготовка клетки к делению.

Наиболее древний тип размножения — бесполое размножение. Он обес­печивает стабильность генетической информации, сохранение свойств вида, более быстрое увеличение численности и расселение на новые территории.

Половое размножение возникло в процессе эволюции позднее бесполо­го. Благодаря мейозу, кроссинговеру и оплодотворению половое размножение обеспечивает генетическую изменчивость, позволяющую организмам приоб­ретать новые признаки и свойства, а значит, лучше приспосабливаться к меня­ющимся условиям окружающей среды.

В процессе мейоза происходит редукционное деление половых клеток и образование гаплоидного (In) набора хромосом в ядре гамет. При оплодотво­рении клеток происходит слияние мужской и женской половых клеток с гапло­идным набором хромосом и образуется зигота с диплоидным (2п) набором хромосом в ядре.

Зигота дает начало развитию нового организма. Протекание жизни организма от зарождения до смерти называют индивидуальным развитием (онтогенезом). У многоклеточных онтогенез складывается из эмбрионального и постэмбрионального периодов.

Индивидуальное развитие всех организмов осуществляется в соответ­ствии с наследственными свойствами, присущими виду, и в зависимости от условий среды обитания.

Проверьте себя

1. Поясните, в чем проявляется биологическая роль женских и муж­ских половых гамет.

2. Объясните основные отличия митоза от мейоза.

3. В чем проявляется зависимость индивидуального развития орга­низма от условий среды в эмбриональном и постэмбриональном пе­риодах?

4. Какие этапы наблюдаются в клеточном цикле одноклеточных орга­низмов?Поясните значение интерфазы в жизни клетки.

1. Охарактеризуйте понятия «рост организма» и «развитие организма».

Проблемы для обсуждения

1. Охарактеризуйте биологическую роль разных типов размножения, если они наблюдаются у организмов одного и того же вида. Приведи­те примеры.

2. Раскройте механизм обеспечения непрерывности жизни.

3. Правильно ли утверждение, что развитие организма происходит в эмбриональном периоде, а в постэмбриональном периоде идет лишь увеличение размеров тела, т. е. рост организма? Подтвердите ваши суждения конкретными примерами.

Основные понятия

Бесполое размножение. Половое размножение. Гамета. Зигота. Хромо­сома. Митоз. Мейоз. Кроссинговер. Клеточный цикл. Диплоидная клетка. Гаплоидная клетка. Онтогенез.