Индивидуальное развитие организма: особенности онтогенеза

Размножение и индивидуальное развитие организмов (10 класс изучает данную тему в курсе биологии) у представителей разных систематических единиц имеет свои особенности. В этой статье мы рассмотрим основные этапы, характеристики и значение этих процессов.

Биология: индивидуальное развитие организмов

Начнем с определения понятий. Термин "онтогенез" в 1886 году впервые ввел в науку немецкий философ и естествоиспытатель Эрнст Геккель. Это индивидуальное развитие организма, которое сопровождается рядом физиологических и морфологических изменений.

Но по порядку. Индивидуальное развитие организмов и тип размножения тесно взаимосвязаны. Поэтому у представителей разных систематических единиц этот процесс имеет свои границы. К примеру, при вегетативном размножении растений онтогенез начинается с момента отщепления от материнской особи, а при половом процессе у животных - от оплодотворения. У большинства организмов онтогенез завершается гибелью. А вот у бактерий, простейших и одноклеточных водорослей - делением их клетки. Но в любом случае онтогенез предполагает реализацию генетической информации.

Типы онтогенеза

Индивидуальное развитие иллюстрирует и процесс адаптации организмов. Так, у насекомых и земноводных наблюдается личиночный онтогенез. Его еще называют непрямым. Такой тип обусловлен тем, что яйца этих животных имеют незначительный запас питательных веществ. Кроме того, многие виды меняют среду обитания по мере своего развития. Личинки способны к самостоятельной жизни. Они активно передвигаются, самостоятельно питаются, растут и развиваются.

Неличиночный, или яйцекладный, онтогенез встречается у некоторых беспозвоночных, рыб, пресмыкающихся, птиц и примитивных млекопитающих. Желток их яиц содержит достаточный запас веществ, необходимых для развития будущего организма. Поэтому зародыш находится в яйце продолжительное время.

Самым прогрессивным является внутриутробный онтогенез. Он характерен для млекопитающих и человека. Их яйцеклетки практически не содержат желтка. Питание зародыша происходит за счет плаценты. Это временный орган, через который происходит обмен веществ между организмом матери и ребенка.

Эмбриональный период

Индивидуальное развитие организма (в 10 классе изучается в разделе "Размножение и развитие организма") включает несколько этапов. Самый первый называется эмбриональным. Он начинается с момента формирования зиготы. Так называется оплодотворенная яйцеклетка. Завершается эмбриональное развитие рождением или выходом из яйцевых оболочек.

У животных различают наружное и внутреннее оплодотворение. Первое происходит вне организма самки. К примеру, самки рыб мечут икру - выделяют половые клетки, а самцы поливают ее семенной жидкостью. При таком типе оплодотворения шансы на выживание у будущего поколения невелики. Ведь икра - любимое лакомство многих водных обитателей. Поэтому рыбы выделяют сразу несколько сотен яйцеклеток.

Внутреннее оплодотворение осуществляется внутри женского организма. Оно характерно для животных, которые заботятся о своем потомстве. К примеру, птицы и пресмыкающиеся охраняют свои гнезда, высиживают яйца. У большинства млекопитающих эмбрион развивается внутри материнского организма, что максимально увеличивает их шансы на выживание.

А теперь рассмотрим стадии эмбрионального периода.

Дробление

Онтогенез, или индивидуальное развитие организма, начинается с деления яйцеклетки. Чаще всего она является оплодотворенной. В ней соединяется материал исходных родительских форм. Но известны случаи, когда развитие нового организма происходит из женской гаметы без оплодотворения. Такой процесс называется партеногенезом.

В процессе дробления яйцеклетка многократно делится. В результате образуется однослойный зародыш - бластула. При этом ни объем, ни масса эмбриона не изменяются. С каждым делением увеличивается количество клеток, из которых он состоит. Они называются бластомерами. Деление продолжается до тех пор, пока размеры не достигнут показателей, характерных для соматических (не половых) клеток.

Тип дробления зависит от характера расположения желтка в клетке. К примеру, у земноводных желток распределен неравномерно, поэтому формируются бластомеры разной величины. Причем те, которые содержат желток, крупнее. Такое дробление называется полным неравномерным.

Особенно богаты желтком яйца рептилий и птиц. В этом случае дроблению подвергается свободная от него цитоплазма, которая скапливается на одном полюсе. Именно здесь находится и ядро зиготы. Это пример неполного дискоидального дробления. Если желток равномерно распределяется в цитоплазме, то образуются одинаковые по размерам бластомеры. В этом случае делится все яйцо.

Гаструляция

На втором этапе индивидуального развития организма происходит формирование зародышевых листков. В ходе гаструляции бластомеры практически не делятся и не увеличиваются в размерах. Они активно передвигаются, в результате чего из одного слоя образуется несколько.

В этот период зародыш называется гаструлой. У представителей кишечнополостных он представлен свободноживущей личинкой. Но в большинстве случаев гаструла находится в яйце или утробе матери. Внутри такого зародыша располагается полость - гастроцель. Сообщение с окружающей средой происходит через бластопор - первичный рот.

У губок, гидроидных полипов и медуз в ходе гаструляции образуется два зародышевых листка: наружный - эктодерма, и внутренний - энтодерма. У других животных между ними еще закладывается мезодерма. Формирование зародышевых листков является результатом дифференцирования клеток бластулы.

Органогенез

Продолжается индивидуальное развитие организма образованием осевых органов. В этом и заключается суть органогенеза. Они формируются из зародышевых листков. Так, наружный слой, или эктодерма, дает начало нервной пластинке. Впоследствии из нее развиваются спинной и головной мозг, черепно- и спинномозговые нервы. Из эктодермы также формируются органы чувств, эмаль зубов, железы внешней секреции, эпителий прямой кишки и ротовой полости, покровы кожи и ее производные: ногти, когти, волосы, копыта.

Производным внутреннего слоя, или энтодермы, является внутренний осевой скелет - хорда. У примитивных животных, например, у ланцетника, она сохраняется на протяжении всей жизни. У большинства позвоночных из хорды развивается скелет, который состоит из черепа, позвоночника, грудной клетки, поясов и свободных конечностей. Энтодерма также дает начало легким и пищеварительным железам: печени и поджелудочной. Из внутреннего слоя также образуется эпителиальный слой жабр и кишечной трубки.

Важные для организма структуры формируются также из среднего слоя, или мезодермы. Это кровеносная, выделительная, половая системы, скелетные мышцы, а также все разновидности соединительной ткани: хрящи, сухожилия, дерма, кости.

Постэмбриональный период

Процесс индивидуального развития организма после рождения или выхода из яйца продолжается до его гибели. Он сопровождается количественными изменениями - ростом. У растений и грибов он непрерывный, поскольку они увеличиваются в размерах в течение всей жизни. Животные растут только определенный период своей жизни. Такой рост называется ограниченным.

Количественные изменения сопровождаются качественными - развитием. В результате организм приобретает новые способности. В разные периоды жизни интенсивность роста и развития неодинакова, что определяет физиологические, анатомические и психические особенности. Их еще называют возрастными.

Независимо от вида организма, постэмбриональный период проходит три периода. Первый - ювениальный возраст, когда половое созревание еще не достигнуто. У человека он завершается в 11-12 лет. Второй период характеризуется достижением половой зрелости. Это пубертатный возраст. За ним следует период старения, завершающийся прекращением жизни.

Прямое развитие

Индивидуальное развитие организма в постэмбриональный период проходит двумя путями. У пресмыкающихся, птиц и млекопитающих рождаются животные только незначительно отличающиеся от половозрелой особи. Детеныш просто имеет меньшие размеры по сравнению с взрослым организмом. Его дальнейшее развитие предполагает рост и достижение половой зрелости.

Непрямое развитие

У насекомых, многих костных рыб, лягушек новорожденная особь значительно отличается от взрослой. Это касается особенностей строения, питания, образа жизни. К примеру, личинка лягушки - головастик - первоначально напоминает малька рыб. Она дышит с помощью наружных жабр. Они имеют вид небольших пучков, расположенных по бокам головы. На коже можно заметить боковую линию. У головастика, как у костных рыб, двухкамерное сердце и один круг кровообращения. Головастик быстро растет. Сначала он питается желтком икринок. Потом у личинки прорезается рот, и животное переходит к самостоятельной добыче водорослей, простейших и мелких беспозвоночных. Через время у головастика развиваются конечности, формируются легкие, трехкамерное сердце, два круга кровообращения. При этом хвост укорачивается, наружные жабры редуцируются. Так головастик превращается в лягушку, которая переходит на сушу. Этот процесс длится до трех месяцев.

Итак, индивидуальное развитие организмов называется онтогенезом. Он включает количественное и качественное изменения особи от зарождения до завершения жизни, обеспечивая осуществление всех биологических функций.