Постембріональний розвиток тварин. Ріст організмів. Явище регенерації План

1. Типи постембріонального розвитку тварин.

2. Ріст та регенерація.

3. Життєвий цикл.

4. Прості та складні життєві цикли.

Використана література: Підручник “Загальна біологія”10-11 клас,Кучеренко м.Є.

Пригадайте: що називається онтогенезом? Які є періоди онто­генезу?

Типи постембріонального розвитку тварин. Постембріо­нальний (післязародковий) розвиток тварин - це період, який триває від народження або виходу із оболонок, що вкривають заро­док, і закінчується, коли організм стає здатним до розмноження. В цей час організм росте, диференціюються деякі його органи (напри­клад, статеві залози). Постембріональний розвиток може бути пря­мим або непрямим (мал.65).

За прямого розвитку щойно народжена тварина загалом на­гадує дорослу. Прямий розвиток відбувається внаслідок ембріоні- зації. Ембріонізація - це явище, коли ембріональний період по­довжується завдяки живленню ембріона ресурсами материнського організму (плацентарні ссавці, деякі хрящові риби) або запасними поживними речовинами яйця (плазуни, птахи).

Біологічне значення цього явища полягає в тому, що народжу­ється або вилуплюється з яйцевих оболонок тварина на вищому сту­пені розвитку, що зменшує її вразливість зовнішніми чинниками. У плацентарних ссавців, деяких сумчастих, акул, скорпіонів одна із зародкових оболонок зростається зі стінками розширеної частини яйцепроводів (матки) таким чином, що через кров матері до зарод­ка потрапляють поживні речовини та кисень, а виводяться продук­ти обміну та вуглекислий газ. Процес появи на світ такого зародка називають справжнім живонародженням.

Якщо зародок розвивається за рахунок запасних поживних речовин яйця все­редині материнського організму і звільняється від яйцевих оболонок ще в жіно­чих статевих ходах, то таке явище називається яйцєживонародженням (деякі ящірки, змії, акваріумні рибки - гулпі та мечоносці, попелиці тощо).

Коли зародок розвивається в яйці поза материнським організмом і виходить з нього в довкілля, таке явище дістало назву яйценародження (більшість плазу­нів, птахи, першозвірі, членистоногі, кишковопорожнинні тощо).Прямий розвиток характерний для деяких кишковопорожнинних (гідри), війчастих та малощетинкових червів, ракоподібних (дафнії, річковий рак), павуків, скорпіонів, молюсків (прісноводні та наземні черевоногі, головоногі), хрящових риб, плазунів, птахів, ссавців.

Непрямий розвиток, або метаморфоз (від грец. метамор­фозів - перетворення) - це глибокі зміни структури організму, за­вдяки яким личинка перетворюється на дорослу особину. Процеси метаморфозу відбуваються в кілька послідовних етапів (фаз), на кожному з яких тварина характеризується певними особливостями будови та життєвих функцій.

Наприклад, у розвитку комах з неповним перетворенням ви­діляють фази яйця, личинки та дорослої комахи (імаго) (клопи, бабки, таргани, прямокрилі, воші), а з повним перетворенням - яйця, личинки, лялечки та імаго (метелики, жуки, перетинчасто­крилі, блохи). При цьому особливе значення має фаза лялечки, на якій організм комахи зазнає докорінної зміни організації, зокрема процесів розкладу внутрішніх органів личинки та формування тка­нин й органів дорослої комахи.

Непрямий розвиток (метаморфоз) відомий у багатьох кишково­порожнинних, плоских, круглих, кільчастих (багатощетинкові) чер­вів, комах, багатоніжок, кліщів, більшості молюсків, голкошкірих, ланцетників, кісткових риб, земноводних тощо.

При ньому також може бути ембріонізація (личинки комах, що розвиваються з неповним перетворенням, ранішні стадії проходять усередині яйця, чим і пояс­нюється їхня деяка подібність до дорослих особин) і яйцеживонародження (деякі комахи, кліщі, круглий черв - трихінела тощо).

Непрямий розвиток забезпечує кілька важливих біологічних функцій, які сприяють існуванню виду:

1. Живильна функція. На певній фазі розвитку тварина дістає найбільше поживних речовин, необхідних для завершення метамор­фозу. Наприклад, у комах живильною фазою є личинкова (гусінь метеликів за час свого розвитку збільшує масу тіла в 10 000 разів і більше). Дорослі комахи, як відомо, не ростуть і живляться для під­тримання обміну речовин чи розвитку статевих продуктів, а деякі не їдять взагалі, використовуючи запаси поживних речовин, накопи­чені личинкою (одноденки, шовковичний шовкопряд, оводи).

2. Раціональне використання ресурсів. Різні фази розвитку розділені просторово і трофічно (за способом та об'єктами живлен­ня). Так тварини уникають надмірного зростання густоти популяції, що могло б привести до виснаження ресурсів, необхідних для існу­вання виду. Це явище спостерігають у комах з повним типом пере­творення; прохідних риб; паразитичних організмів, цикл розвитку яких відбувається зі зміною хазяїв; мешканців дна водойм, личин­ки яких розвиваються в товщі води (планктонні личинки); земно­водних тощо.

3. Розселювальна функція. Личинки багатьох тварин, які ве­дуть малорухомий чи прикріплений спосіб життя (губки, коралові поліпи, двостулкові молюски, ланцетники, вусоногі ракоподібні тощо) здатні активно чи пасивно (за допомогою течій, вітру, інших організмів) розселюватись, сприяючи поширенню виду. Так, у дво­стулкових прісноводних молюсків (жабурниць і перлівниць) личин­ки розповсюджуються на значні відстані за допомогою риб, парази­туючи в їхніх покривах.

4. Забезпечення зараження хазяїв. З курсу зоології вам відо­мо, що в організм хазяїна різними шляхами потрапляють яйця або личинки паразитичних тварин. Наприклад, личинки деяких пара­зитичних червів можуть проникати в організм хазяїна через шкіру, інших - з їжею (ціп'яки, стьожак широкий, печінковий та котячий сисуни, трихінела) чи за допомогою організмів-переносників (деякі круглі черви — філярії). В організмі хазяїна личинки мігрують до певних органів чи тканин, де і завершується їхній розвиток.

Ріст організмів - це поступове збільшен­ня їхньої маси та розмірів завдяки переважанню процесів пластич­ного обміну над енергетичним. Ріст здійснюється протягом онтогене­зу багатоклітинних чи в інтерфазі одноклітинних організмів. Він буває обмеженим і необмеженим. Обмежений ріст спостерігають у тих випадках, коли особина його припиняє, досягаючи певних роз­мірів, як правило, набуваючи здатності до розмноження (всі одноклі­тинні організми, членистоногі, круглі черви, птахи, ссавці тощо). При необмеженому рості збільшення розмірів і біомаси організмів три­ває до їхньої смерті (більшість вищих рослин, багатоклітинних водо­ростей, грибів, стьожкових та кільчастих червів, молюсків, хрящових і кісткових риб, плазунів, деякі багатоніжки та ін.).

Залежно від будови покривів тіла, особливостей онтогенезу та зовнішніх умов ріст буває безперервним або періодичним. У разі безперервного росту організм поступово збільшується, доки не досягає певних розмірів або не настає його смерть. Періодичний ріст спостерігають у тих випадках, коли періоди збільшення роз­мірів чергуються з періодами припинення росту. Наприклад, круглі черви та членистоногі ростуть лише у той період, коли скидають старі покриви і ще не затверділи нові (явище линяння). Багато членис­тоногих (комахи) у певні фази розвитку (лялечки, імаго) взагалі не ростуть. Ріст припиняється також у тих тварин, які впадають у спляч­ку під дією несприятливих чинників, а також у рослин унаслідок впливу хімічних сполук, які перешкоджають поділу клітин або галь­мують пластичний обмін.

Ріст особин кожного виду залежить від спадково визначених його закономірностей, регуляційних механізмів організму, зовнішніх чинників тощо. У тварин ріст регулюється насамперед гормонами та нейрогормонами, у рослин - фітогормонами.

Дуже важливе значення для реалізації онтогенезу має регенера­ція (мал.66). Регенерація (від лат. регенератів — відновлення, від­родження) - це процеси відновлення організмом втрачених або по­шкоджених частин, а також відтворення цілісного організму з певної

його частини. Завдяки процесам регенерації постійно замінюються клітини і тканини, термін функціонування яких вичерпаний (зало­зисті клітини кишкового епітелію, клітини крові), що необхідно для нормального функціонування організму. Процеси регенерації ле­жать в основі вегетативного розмноження. Регенерація є загально- біологічним явищем.

У різних груп тварин спостерігають різний ступінь регенерації (мал.66). У де­яких безхребетних можлива регенерація цілісного організму з незначної його частини. Так, у примітивних багатоклітинних водних тварин - губок, у яких від­сутні диференційовані тканини, описані випадки, коли цілісний організм віднов­лювався з розтертої клітинної маси. У поліпів кишковопорожнинних (гідра), як ви пам'ятаєте, особина може відновлюватись зі своєї 1/200 частини, у війчастих червів - з 1/100. Здатні відновлювати цілісні органи такі безхребетні тварини, як війчасті, багатощетинкові та малощетинкові черви, деякі ракоподібні (наприклад, краби), голкошкірі.

Серед хребетних регенерацію цілісних органів спостерігають у хвостатих зем­новодних (відновлення кінцівок, хвоста, очей, деяких внутрішніх органів), ящірок (відкинутої частини хвоста). З підвищенням рівня організації здатність до регене­рації зменшується. Так, у птахів і ссавців (в тому числі й людини) зберігається лише здатність до загоєння ран, зростання кісток, поновлення певних клітин і тканин, чий термін життя вичерпаний.

Отже, у тварин можна виділити репаративну та фізіологічну регенерацію. За репаративної (від лат. репаратіо - відновлення) регенерації відновлюються структури, втрачені внаслідок випадкових пошкоджень, а за фізіологічної - онов­люються частини, які вже відіграли свою роль в організмі.

Регенерація у тварин можлива як за рахунок недиференційованих клітин (на­приклад, проміжні клітини кишковопорожнинних), так і диференційованих (криш­талик ока хвостатих земноводних відновлюється з клітин райдужної оболонки ока). Ці процеси відбуваються внаслідок міжклітинних і міжтканинних взаємо­дій, впливу біологічно активних сполук (гормонів, нейрогормонів), нервової та імунної систем, а також спадкових факторів.

Добре розвинена здатність до регенерації і у рослин, які можуть відновлюва­ти пошкоджені тканини і органи, а також цілісний організм з певної його частини (із кореневих, стеблових чи листкових живців) або видозмінених пагонів (мал.53).

У вищих рослин важлива роль у процесах регенерації належить твірній тка­нині, клітини якої здатні ділитись, диференціюватись і давати початок різним типам тканин. За певних умов можуть відновлювати мітотичну активність і деякі зрілі тканини. Процеси регенерації у рослин регулюються біологічно активними сполуками - фітогормонами, які стимулюють поділ і диференціацію клітин у пош­коджених ділянках.

ВИСНОВКИ

Відомий прямий і непрямий постембріональний розвиток тва­рин. У разі прямого розвитку народжується або вилуплюється з яйця молодий організм, загалом подібний до дорослого, але мен­ший за розмірами. За непрямого розвитку (метаморфоз) молода особина відрізняється від дорослої особливостями будови та про­цесів життєдіяльності.

Ріст — це поступове збільшення розмірів і біомаси організмів завдяки переважанню процесів пластичного обміну над енерге­тичним. Ріст організмів може бути обмеженим і необмеженим, постійним і періодичним. Регенерація - це відновлення орга­нізмом пошкоджених або втрачених частин, а також відновлен­ня особини з певної її частини.

1. Що таке постембріональний розвиток? Які типи постембріо­нального розвитку тварин вам відомі? 2. Що таке ембріонізація роз­витку? 3. Які функції, необхідні для процвітання виду, виконують личинкові фази розвитку? 4. Назвіть групи тварин, яким притаман­ний прямий та непрямий розвиток. Відповідь оформіть у вигляді таблиці:

Групи тварин, які мають	Групи тварин, які мають
прямии розвиток	непрямии розвиток

5. Що таке ріст? Які види росту вам відомі? 6. Що таке регенера­ція? Які типи регенерації вам відомі?

Подумайте: в чому полягає біологічне значення прямого і не­прямого розвитку тварин? У чому біологічне значення регенерації?

ПОНЯТТЯ ПРО ЖИТТЄВИЙ ЦИКЛ

Пригадайте: що таке життєвий цикл?

Усі організми мають певний життєвий цикл, який повинен за­безпечити неперервність існування виду.

Жі тєвий цикл^_ Д^е період між однаковими фазами розвитку двох чи більшої кількості послідовних поколінь.

У багатоклітинних організмів онтогенез завершується смертю, але, за твердженням видатного німецького біолога А.Вейсмана (мал. 1), гинуть лише клітини, які не беруть участі в утворенні статевих клі­тин - соматичні клітини (від грец. сома - тіло). Клітини, які утворюють гамети, подібно одноклітинним організмам не гинуть, а передають свої властивості дочірнім. їх називають генеративни­ми (від лат. генеро - породжую, виробляю). Ці клітини забезпечу­ють безперервність життєвого циклу, тоді як соматичні, диферен­ціюючись, дають початок тканинам і органам, забезпечуючи побудову організму.

Тривалість життєвого циклу у різних організмів різна: у бакте­рій чи дріжджів, наприклад, проміжок часу між поділами клітини не перевищує ЗО хвилин, тоді як у деяких вищих рослин і хребетних тварин він триває протягом багатьох років (наприклад, сосна зви­чайна досягає статевої зрілості на 30-40-му році життя, а представ­ник осетероподібних риб - білуга - на 12-18-му). Тривалі життєві цикли можуть мати і безхребетні тварини. Так, личинки одного з видів північноамериканських цикад розвиваються впродовж 17 ро­ків. У цілому тривалість життєвого циклу залежить від кількості поколінь, які змінюються протягом року, або кількістю років, протя­гом яких здійснюється один життєвий цикл.

Протягом життєвих циклів, як правило, спостерігають чергування ядерних фаз (про це явище йшлося раніше) (мал.ЗО). У багатоклітинних тварин, голона­сінних і покритонасінних рослин життєві цикли супроводжуються гаметичною редукцією. Із зиготичною редукцією відбуваються життєві цикли деяких зелених водоростей, більшості грибів, багатьох одноклітинних тварин, а з проміжною - у більшості бурих та червоних водоростей, вищих спорових рослин (мохів, папоро­тей, хвощів, плаунів), деяких одноклітинних тварин (форамініфер).

Прості та складні життєві цикли. За простого життєвого циклу всі послідовні покоління не відрізняються одне від одного. Приклади простих життєвих циклів рослин наведено на малюн­ках 12, 52.

У деяких водоростей (наприклад, бурих), а також вищих рослин життєві цикли складні, бо супроводжуються закономірним чергуван­ням поколінь: статевого, переважно гаплоїдного (гаметофіта) та нестатевого диплоїдного (спорофіта) (мал. 67). У життєвому циклі мохоподібних домінує статеве покоління, тоді як у папоротепо­дібних, хвощеподібних і плауноподібних - нестатеве. Гаметофіт може бути однодомним чи дводомним. Однодомний гаметофіт харак­теризується тим, що на одній особині формуються як чоловічі статеві органи, так і жіночі (сфагнум, щитник чоловічий). Якщо гаметофіт дводомний (зозулин льон, хвощ польовий), то чоловічі статеві орга­ни виникають на одних особинах, а жіночі - на інших. У мохоподіб­них спорофіт тісно пов'язаний з гаметофітом, на якому утворюється і від якого може отримувати поживні речовини. В інших вищих споро­вих рослин, у яких в життєвому циклі переважає спорофіт, гаметофіт (заросток) є самостійним організмом (мал.67).

Чергування статевого і нестатевого поколінь властиве також го­лонасінним і покритонасінним рослинам. Але у них статеве поко­ління значно редуковане.

У покритонасінних чоловічий гаметофіт представлений пилковим зерном й у дозрілому стані складається всього з трьох гаплоїдних клітин (однієї вегетативної та двох сперміїв), які утворилися внаслідок поділу однієї диплоїдної генеративної клітини (мал.58). Жіночий гаметофіт - це зародковий мішок, що, як вам відомо, складається із семи клітин, оточених тканинами спорофіта: шість гаплоїдних (яй­цеклітина, дві синергіди, які її оточують, і три клітини-антиподи) та одна централь­на диплоїдна, ядро якої утворилося після злиття двох гаплоїдних ядер (мал.58).

У тварин також може бути простий і складний життєвий цикл. Простий життєвий цикл у них не супроводжується зміною по­колінь або складними перетвореннями організму (наприклад, в амеби-протея). Простий життєвий цикл притаманний тваринам з прямим типом розвитку (гідра, молочно-біла планарія, дощовий черв'як, річковий рак, павук-хрестовик, ставковик, плазуни, птахи, ссавці).Складний життєвий цикл (мал. 68) можна простежити про­тягом життя однієї особини (якщо він відбувається з метаморфо­зом) або кількох поколінь (якщо спостерігається їхня зміна). Складні життєві цикли, які можна простежити протягом життя однієї особи­ни, мають жуки, метелики, перетинчастокрилі, стьожкові черви, кісткові риби, земноводні тощо.

Складні життєві цикли, що супроводжуються чергуванням поко­лінь, відомі у багатьох груп безхребетних: найпростіших, кишково­порожнинних, плоских і круглих червів, членистоногих тощо.

Правильне чергування в життєвому циклі поколінь, що розмно­жуються нестатевим та статевим шляхами, є у деяких най­простіших (форамініфери, споровики) та кишковопорожнинних. У сцифоїдної медузи аурелії (мал. 69) нестатеве покоління — поліпи - розмножується брунькуванням, утворюючи нових поліпів. За допо­могою поперечного поділу поліпи можуть давати початок особинам статевого покоління - медузам. Чоловічі та жіночі особини медуз продукують статеві клітини. Із заплідненої яйцеклітини розвива­ється личинка, яка певний час плаває за допомогою війок, а згодом осідає на дно і перетворюється на поліп.

В інших тварин (представників плоских червів — сисунів, деяких членистоногих тощо) чергуються покоління, які розмножуються статевим шляхом і партеногенетично {мал. 68,70).

Наприклад, серед рачків дафній звичайно у прісних чи солонуватих водоймах трапляються лише самки, що розмножуються партеногенетично: вони відклада­ють незапліднені яйця. З них виходить наступне покоління самок, які знову від­кладають незапліднені яйця. Але за певних умов (зниження температури, нестача їжі, підвищення солоності води тощо) з незапліднених диплоїдних яєць виходять не тільки самки, але й самці. У самок формуються гаплоїдні яйця, розвиток яких можливий лише після запліднення. Вони багаті на запасні поживні речовини (жов­ток), після запліднення вкриваються щільною оболонкою і здатні переживати не­сприятливі умови. Після періоду спокою, з настанням сприятливих умов, з цих яєць виходить нове покоління самок, які знову розмножуються партеногенетич­но. Близький за характером тип життєвого циклу відомий у рівнокрилих комах- попелиць (мал.68).

Чергування поколінь, які розмножуються статевим шляхом та партеногенетично, має важливе біологічне значення для організ­мів, котрі існують в умовах, що періодично змінюються і не можуть переживати несприятливий період в активному стані. Статеве роз­множення забезпечує безперервність існування виду в нестабіль­них умовах, а партеногенез дає змогу повною мірою використовува­ти сприятливі умови, швидко збільшуючи чисельність виду.

У життєвому циклі деяких тварин чергуються роздільноста­теве та гермафродитне покоління.

Так, у представника круглих червів - рабдитиса - особини гермафродитного покоління паразитують у легенях жаб. Яйця, які продукують гермафродитні особини, виводяться з організму жаби назовні. З них виходять личинки, що розвиваються в особин роздільностатевого покоління. Вони живуть у грунті й удвічі менші за розмірами, ніж гермафродитні. Личинки, які виходять з яєць, відкладених самками роздільностатевого покоління, для подальшого розвитку повинні потрапити в організм жаби, де перетворюються на особин гермафро­дитного покоління.

Чергування поколінь, що розмножуються різними способами (статевим і нестатевим, статевим і партеногенетично), підсилює комбінативну мінливість, яка забезпечує здатність виду до існування в різних умовах довкілля і швидкого реагування на змі­ни цих умов.

ВИСНОВКИ

Життєвий цикл — це сукупність усіх фаз розвитку чи різних за будовою та процесами життєдіяльності поколінь організмів певного виду. У прокаріот і багатьох одноклітинних організмів життєвий та клітинний цикли збігаються.

Відомі прості та складні життєві цикли. Прості життєві цик­ли рослин відбуваються без чергування поколінь, тоді як під час складного життєвого циклу спостерігається зміна статевого (га­метофіта) і нестатевого (спорофіта).

У тварин прості життєві цикли не супроводжуються складни­ми перетвореннями організму (метаморфозом) або чергуванням різних поколінь. У складних циклах можуть чергуватися стате­ве і нестатеве, статеве і партеногенетичне, роздільностатеве і гермафродитне покоління.

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ:

1. Що таке життєвий цикл? 2. Які життєві цикли рослин і тварин називають простими, а які — складними? 3. Які види чергування поколінь спостерігають у життєвих циклах рослин? 4. Які види чер­гування поколінь відомі в життєвих циклах тварин? 5. Яка трива­лість життєвих циклів у різних організмів?

Подумайте: в чому полягає біологічне значення явища зміни різних поколінь протягом життєвого цикл

ДІЯЛЬНІСТЬ ЛЮДИНИ ТА СТАН БІОСФЕРИ

План

1.Зростання населення Землі. 2. Урбанізація (зростання великих міст). 3. Знищення лісів. 4. Проблеми використання енергоресурсів. 5. Кліматичні зміни. 6. Діяльність людини і стан атмосфери. 7. Вплив діяльності людини на гідросферу. 8. Зникнення видів.