Индивидуальное развитие организмов

Иллюстрации из учебника: Биология 11 класс
Авторы учебника - Павел Балан, Юрий Вервес
Оформитель и иллюстратор - Юлия Кущ
Киев, "Генеза", 2011



ИНДИВИДУАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМОВ

Темы:
1.  Оплодотворение
2.  Зародышевый период
     - Формирование органов
     - Стволовые и полустволовые клетки
     - Эмбриональная индукция (взаимосвязь в развитии органов)
3.  Послезародышевый период
     - Периоды индивидуального развития человека (в биологии)


      ОПЛОДОТВОРЕНИЕ — это когда сливаются женская и мужская гаметы (половые клетки) и образуется одна оплодотворённая клетка (зигота), из которой потом разовьётся зародыш (эмбрион). Оплодотворение бывает внешним и внутренним.
      ВНЕШНЕЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ: гаметы сливаются вне женского организма, в окружающей среде. Если оплодотворение происходит в воде, то яйцеклетки выделяют особые вещества, привлекающие сперматозоиды лишь определённого вида, чтобы не было межвидового скрещивания. Так спариваются большинство водных видов (среди них — черви, моллюски, раки, иглокожие, ланцетники, рыбы и земноводные), а также некоторые наземные и почвенные животные (дождевые черви, например).
      ВНУТРЕННЕЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ происходит в органах женской половой системы. Так спариваются большинство наземных животных (в том числе насекомые и птицы), а также многие обитатели толщи почвы и водоёмов (среди них — рыбы и черви).
      Сначала сперматозоид и яйцеклетка распознают друг друга. Если они одного вида (или, в редких случаях — определённых близких видов), то под действием биологически активных веществ яйцеклетки акросома (передний кончик) сперматозоида разрывается и из неё выделяются ферменты, которые обеспечивают проницаемость оболочки яйцеклетки для сперматозоида. После того, как сперматозоид попадает внутрь яйцеклетки, её оболочка становится непроницаемой для других сперматозоидов. Ядра и плазматические мембраны обеих гамет сливаются, и образуется оплодотворённая яйцеклетка. В ней активируется обмен веществ и начинается деление.
      ДВОЙНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ бывает у покрытосеменных (цветковых) растений. Пыльцевое зерно попадает на рыльце пестика. Биологически активные вещества железистых клеток рыльца взаимодействуют с внешней оболочкой пыльцевого зерна, распознавая его. Если пыльца одного вида с цветком, то она прорастает пыльцевой трубкой, которая проходит сквозь пестик и попадает в семенной зачаток, а затем — в зародышевый мешок. Через пыльцевую трубку в зародышевый мешок входят два спермия. Один из них сливается с яйцеклеткой, образуя диплоидную оплодотворённую клетку, из которой в будущем разовьётся зародыш. Второй спермий сливается с диплоидным ядром в центре зародышевого мешка, образуя триплоидную клетку, из которой развивается особая зародышевая ткань — эндосперм. В её клетках — запасные вещества для питания зародыша.
      У триплоидной клетки молекул ДНК втрое больше, чем у гаплоидной. А чем больше ДНК в ядре клетки, тем больше синтезируется белков. Поэтому зародыш покрытосеменного (цветкового) растения, у которого эндосперм образуется из триплоидной клетки, развивается быстрее, чем зародыш голосеменного растения, у которого эндосперм долгое время остаётся гаплоидным.


      ИНДИВИДУАЛЬНЫМ РАЗВИТИЕМ, или ОНТОГЕНЕЗОМ, называется развитие организма существа от зарождения до смерти. Во время индивидуального развития происходит дифференциация клеток, формирование тканей и органов.
      Индивидуальное развитие делят на два периода: зародышевый (эмбриональный) и послезародышевый (постэмбриональный).
      ЗАРОДЫШЕВЫЙ ПЕРИОД — время, когда новое существо зарождается и развивается внутри материнского организма или яйца, семени и т. п., а затем рождается (или вылупляется, или прорастает).
      ПОСЛЕЗАРОДЫШЕВЫЙ ПЕРИОД — от рождения до смерти. В это время существо растёт, развивается, крепнет, изменяется внешне и внутренне.


      ЗАРОДЫШЕВЫЙ ПЕРИОД начинается с того, что оплодотворённая яйцеклетка начинает делиться. Во время этого деления вес и объём всего множества образовавшихся клеток (т. е. зародыша) не изменяются, а остаются такими же, как у начальной клетки. ДЕЛЕНИЕ ОПЛОДОТВОРЁННОЙ ЯЙЦЕКЛЕТКИ бывает полным и неполным.
      ПОЛНОЕ ДЕЛЕНИЕ — это когда яйцеклетка полностью делится на множество клеток. Полное деление бывает РАВНОМЕРНЫМ (каждая клетка делится на две клетки одинакового размера) и НЕРАВНОМЕРНЫМ (каждая клетка делится на две: одну большую и одну маленькую).
      НЕПОЛНОЕ ДЕЛЕНИЕ — это когда делится только часть яйцеклетки, а остальная часть остаётся цельной и служит для хранения питательных веществ. Например, у птиц, пресмыкающихся и первозверей делится только зародышевый диск на одном из полюсов яйцеклетки, а остальная часть — желток — не делится и хранит в себе питательные вещества. У насекомых деление происходит только на поверхности яйцеклетки: образуется снаружи — слой клеток, а внутри — желток.
      В конце последней стадии деления образуется ОДНОСЛОЙНЫЙ ЭМБРИОН (бластула или бластоциста), выглядящий как полая сфера из одного слоя клеток. У БЛАСТУЛЫ все клетки одинаковы, но на следующей стадии развития они преобразуются в клетки разных типов и дадут начало разным зародышевым листкам, а затем и разным тканям. У БЛАСТОЦИСТЫ уже существуют два типа клеток. Через клетки первого типа питательные вещества от матери поступают в клетки второго типа, из которых будет развиваться зародыш. Из клеток первого типа в будущем разовьётся плацента — орган связи между матерью и зародышем-эмбрионом. Бластоциста — это стадия зародышевого развития млекопитающих (в том числе человека).

      Следующий этап — ФОРМИРОВАНИЕ ЗАРОДЫШЕВЫХ ЛИСТКОВ. ЭМБРИОН становится ДВУХСЛОЙНЫМ, а затем и МНОГОСЛОЙНЫМ. ЗАРОДЫШЕВЫЕ ЛИСТКИ — это слои клеток, из которых на следующих этапах будут формироваться органы.
      Первые два листка могут формироваться двумя способами.
      Первый способ: часть клеток перемещается во внутреннюю полость однослойного эмбриона и они формируют внутренний слой клеток. Эмбрион по-прежнему выглядит, как сфера из клеток.
      Второй способ: клетки на определённом участке однослойного эмбриона вгибаются (впячиваются) внутрь, образуя внутренний слой клеток — первичную кишку. Отверстие, через которое вода и пища из внешней среды может попасть в первичную кишку, называется первичным ртом. На этом этапе завершается зародышевый период развития у кишечнополостных. У большинства животных между наружным и внутренним зародышевыми листками формируется третий — средний слой.

      Четвёртый этап — ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ (СПЕЦИАЛИЗАЦИЯ) КЛЕТОК. Изначально однородные клетки преобразовываются в клетки разных типов. Управляет этим процессом ДНК. После дифференциации ФОРМИРУЮТСЯ ТКАНИ И ОРГАНЫ. Ткани определённых типов развиваются из разных зародышевых листков. В этом важную роль играют межклеточные взаимодействия, влияние биологически активных веществ и др.
      Клетки, участвующие в формировании и воссоздании тканей, бывают стволовыми, полустволовыми и зрелыми.
      СТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ могут делиться и дают начало новым клеткам всех типов при формировании и восстановлении любых тканей. Стволовые клетки недифференцированы, а значит, все они одинаковы. Они могут делиться практически до бесконечности и устойчивы к разным неблагоприятным воздействиям. Стволовые клетки могут делиться двумя разными способами. После деления первого типа (асимметричного деления) материнской клетки одна из двух дочерних клеток остаётся стволовой, а вторая преобразовывается в дифференцированную. После деления второго типа (стохастичекого деления) обе дочерние клетки преобразовываются из стволовых в более специализированные.
      ПОЛУСТВОЛОВЫЕ КЛЕТКИ (КЛЕТКИ-ПРЕДШЕСТВЕННИКИ) — это дифференцированные клетки, сохраняющие способность к делению.
      ЗРЕЛЫЕ КЛЕТКИ (ДИФФЕРЕНЦИРОВАННЫЕ КЛЕТКИ) — это клетки определённых тканей. Они не способны делиться. В их формировании, созревании и деятельности важную роль играют гормоны и межклеточные взаимодействия. Так, взаимное расположение клеток влияет на деятельность их ДНК. При этом активность одних генов возрастает, других — снижается.
      Таким же образом регулируется деятельность стволовых клеток. Когда зрелых клеток становится больше оптимального количества, они начинают выделять биологически активные вещества, которые тормозят размножение стволовых клеток и клеток-предшественников. Если зрелых клеток становится меньше (например, в результате травмы), их тормозящее влияние ослабляется, поэтому стволовые и полустволовые клетки начинают размножаться активнее.
      Некоторые клетки во время зародышевого периода могут перемещаться в определённом направлении, ориентируясь с помощью "щупа" (тонкого цитоплазматического отростка) и воздействия выделяемых соседними клетками гормонов и других биологически активных веществ.

      Одновременно с формированием тканей происходит РАЗВИТИЕ ОРГАНОВ И ИХ СИСТЕМ. Вот как оно происходит у хордовых:
      Сначала нервная пластинка сворачивается в НЕРВНУЮ ТРУБКУ, заполненную жидкостью. Особые биологически активные вещества определяют, какой именно из концов трубки разовьётся в ГОЛОВНОЙ МОЗГ. На боках зародышевого мозга вырастают ЗАЧАТКИ ГЛАЗ.
      Одновременно с образованием нервной трубки под ней формируются КИШЕЧНИК и ХОРДА. Хорда — это эластичная скелетная ось, которая формируется из среднего зародышевого листка. Она бывает только у хордовых животных, причём у большинства из них хорда существует только у зародышей. У взрослых роль скелетной оси играет хрящевой или костный позвоночник. По мере взросления существа хорда остаётся только в виде межпозвоночных дисков (у млекопитающих и крокодилов), или вообще исчезает (у птиц). Лишь у некоторых групп хордовых (ланцетники, осетровые и двоякодышащие рыбы) хорда остаётся скелетной осью на всю жизнь.

      Из каких слоёв клеток формируются органы:
      ВНЕШНИЙ ЗАРОДЫШЕВЫЙ ЛИСТОК — наружный слой покровов, кожные железы, элементы органов чувств, нервная ткань, внешние жабры земноводных, компоненты желез внутренней секреции, передняя и задняя кишки, и др.
      ВНУТРЕННИЙ ЗАРОДЫШЕВЫЙ ЛИСТОК — органы пищеварения и пищеварительные железы (в том числе печень), компоненты некоторых желез внутренней секреции, плавательный пузырь, внутренние жабры, лёгкие, и др.
      СРЕДНИЙ ЗАРОДЫШЕВЫЙ ЛИСТОК — хрящевая, костная и мышечная ткани, кровеносные и лимфатические сосуды, половые железы, протоки выделительных органов, соединительные слои кожи, плевра, эпителий полости тела, перикард (околосердечная сумка), и др.

      В нормальных условиях все отдельные части организма формируются согласовано. Зачатки одних органов развиваются взаимосвязано с зачатками других. Части зародыша, которые закладываются ранее, влияют на развитие тех частей, которые закладываются позже (такое воздействие называется ЭМБРИОНАЛЬНОЙ ИНДУКЦИЕЙ). А те, в свою очередь, влияют на развитие тех частей, которые закладываются ещё позднее (вторичная индукция). Те части, которые влияют, называются ОРГАНИЗАТОРАМИ (ИНДУКТОРАМИ), а те, которые воспринимают это влияние — РЕАГИРУЮЩИМИ. Воздействие происходит с помощью межклеточного взаимодействия и биологически активных веществ. Эмбриональная индукция может происходить только на ранних этапах формирования органов, перед началом дифференциации клеток частей-организаторов. Позже она уже не происходит: дифференцированные клетки не занимаются организацией других участков.


      ПОСЛЕЗАРОДЫШЕВЫЙ ПЕРИОД длится от рождения (или выхода из яйца) и до смерти. Он делится на два периода: ДО ВОЗМОЖНОСТИ РАЗМНОЖЕНИЯ (ПРЕДРЕПРОДУКТИВНЫЙ) и ПРИ ВОЗМОЖНОСТИ РАЗМНОЖЕНИЯ (РЕПРОДУКТИВНЫЙ). Одни животные и растения умирают сразу после размножения, другие нет — у них период возможности размножения длится долго. Многие существа, которые не умирают сразу после размножения, обладают большей свободой выбора: они могут выбирать время для размножения и могут сами воспитывать своих детей.
      РАЗВИТИЕ ЖИВОТНЫХ, РЫБ И НАСЕКОМЫХ. Есть два типа послезародышевого развития: "прямое" (без превращений) и "непрямое" (с превращениями).
      РАЗВИТИЕ БЕЗ ПРЕВРАЩЕНИЙ (ПРЯМОЕ РАЗВИТИЕ).
      Первый тип развития. Одна из зародышевых оболочек срастается со стенками матки (расширенной части яйцеводов), образуя плаценту, пронизанную многочисленными кровеносными сосудами, через которые от матери к малышу поступают питательные вещества и кислород, а от малыша к матери — продукты обмена веществ и углекислый газ. Когда малыш готов к жизни вне организма матери, плацента отделяется от стенки матки, и он рождается, то есть выходит из материнского организма. Такое рождение называется ЖИВОРОЖДЕНИЕМ.
      Второй тип развития. Яйцо с зародышем находится внутри организма матери, но не связано со стенками матки, и зародыш развивается за счёт запасных питательных веществ внутри яйца. Когда малыш готов к жизни вне организма матери, он сначала выходит из оболочек яйца, а затем и из материнского организма. Такое рождение называется ЯЙЦЕЖИВОРОЖДЕНИЕМ.
      Третий тип развития похож на второй. Но зародыш рождается в яйце и развивается в нём до тех пор, когда он сможет жить вне яйца. Такое рождение называется ЯЙЦЕРОЖДЕНИЕМ.
      РАЗВИТИЕ С ПРЕВРАЩЕНИЯМИ (НЕПРЯМОЕ РАЗВИТИЕ) состоит из нескольких фаз.
      Например, у насекомых есть два типа развития.
      Первый — НЕПОЛНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ: яйцо, личинка, взрослое насекомое.
      Второй — ПОЛНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ: яйцо, личинка, куколка, взрослое насекомое.

РОСТ ОРГАНИЗМОВ бывает ограниченным и неограниченным, непрерывным и периодическим.
ОГРАНИЧЕННЫЙ РОСТ: существо растёт только до определённых размеров или определённого возраста (обычно до начала возможности размножения).
НЕОГРАНИЧЕННЫЙ РОСТ: существо растёт всю жизнь, от рождения до смерти.
НЕПРЕРЫВНЫЙ РОСТ: существо растёт постоянно, без остановок.
ПЕРИОДИЧЕСКИЙ РОСТ: существо растёт время от времени; периоды роста чередуются с периодами остановки роста.

      ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ — это период между одинаковыми фазами развития двух или нескольких последовательных поколений.
      ПРОСТЫЕ ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ — без чередования различных поколений (например, полового и бесполого).
      СЛОЖНЫЕ ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ — с чередованием различных поколений, которые отличаются друг от друга особенностями строения и индивидуального развития, способами размножения, и другим.


      Послезародышевое развитие человека тоже делится на периоды. На сегодняшний день их определяют так:


НАЗВАНИЕ Новорожденность                        первые 10 дней                    первые 10 дней
Грудной период                      с 11 дней — до 1 года         с 11 дней — до 1 года
Раннее детство                          с 1 года — до 4 лет              с 1 года — до 4 лет
Первое детство                          с 4 лет — до 7 лет                с 4 лет — до 7 лет
Второе детство                         с 8 лет — до 12 лет              с 8 лет — до 11 лет
Подростковый период            с 13 лет — до 16 лет            с 12 лет — до 15 лет
Юношеский период                с 17 лет — до 21 года          с 16 лет — до 20 лет
Зрелый возраст                        с 22 лет — до 60 лет           с 21 года — до 55 лет
Пожилой возраст                    с 61 года — до 74 лет           с 56 лет — до 74 лет
Старческий возраст                             с 75 лет                               с 75 лет