Индивидуальное развитие организма

Онтогенез (от греч. ontos — сущее, genesis — происхождение) — индивидуальное развитие особи от момента ее образования до конца жизни. Термин ввел в 1866 г. Эрнст Геккель.

Онтогенез характеризуется последовательностью морфологических, физиологических и биохимических изменений.

После открытия генов и хромосом ученые установили, что индивидуальное развитие организма, его признаки обусловливаются генетической информацией, заключенной в ДНК.

У животных различают два типа онтогенеза:

Непрямой тип характеризуется наличием личиночной стадии в процессе развития. Личинка в жизненном цикле образуется из-за того, что яйцеклетка содержит недостаточное количество питательных веществ для завершения развития. В конце личиночной стадии происходит метаморфоз — превращение личинки во взрослую особь.

Личиночный тип онтогенеза можно проследить на примере лягушки. У нее из икринки развивается головастик (личинка), который по строению, образу жизни и среде обитания кардинально отличается от взрослой особи. Головастик больше похож на рыб: обтекаемая форма тела, имеются жабры, орган боковой линии, хвост, двухкамерное сердце, один круг кровообращения. Когда головастик достигает определенного уровня развития, он превращается во взрослую лягушку.

Личиночный тип онтогенеза характерен для многих беспозвоночных, а также рыб и амфибий.

Наличие личиночной стадии является эволюционным приспособлением. Смена среды обитания, смена образа жизни животного снижают внутривидовую конкуренцию, а также во многих случаях способствуют расселению вида, расширению его ареала.

Прямой тип онтогенеза характеризуется отсутствием личиночной стадии. Существуют два его вида. Яйцекладный вид онтогенеза присущ рептилиям, птицам и яйцекладущим млекопитающим. Внутриутробный тип онтогенеза наблюдается у большинства млекопитающих, в том числе человека. Птицы, пресмыкающиеся и некоторые млекопитающие (ехидна, утконос) откладывают яйца, в которых развиваются зародыши без связи с организмом матери. Таких животных называют яйцекладущими. В яйцах есть желток, который обеспечивает зародыш необходимым количеством питательных веществ.

У человека и большинства млекопитающих зародыш развивается внутриутробно. Зародыш непосредственно связан с организмом матери, и благодаря образованию плаценты, эмбрион получает необходимые условия для роста и развития.

Онтогенез многоклеточных животных состоит из двух периодов — эмбрионального и постэмбрионального.

Эмбриональный, или зародышевый период — промежуток времени от первого деления зиготы до выхода из яйца, или рождения молодой особи у животных, или до прорастания семян — у растений.

Эмбриональное развитие большинства животных включает три основных этапа: дробление, гаструляцию и органогенез.

Рассмотрим эти этапы на примере ланцетника — примитивного хордового животного.

После оплодотворения зигота начинает делиться. Многочисленные клетки, которые образуются при этом, называются бластомерами. Бластомеры с каждым делением становятся все мельче и мельче, они не расходятся и не увеличиваются в размерах. Дробление — это процесс деления, приводящий к увеличению числа клеток без их увеличения в размере. Результатом дробления является образование многоклеточного зародыша без увеличения объема, который изначально имела зигота.

Дробление завершается образованием однослойного многоклеточного зародыша — бластулы. Бластула представляет собой полую сферу со стенкой из одного ряда мелких бластомеров (бластодермой) и центральной полостью, которая заполнена жидкостью (бластоцелем). Бластоцель в дальнейшем превращается в первичную полость тела, которая характерна только для круглых червей.

Далее происходит процесс гаструляции. У ланцетника гаструляция осуществляется путем выпячивания части бластодермы в бластоцель. В результате формируется гаструла — чашевидный зародыш, который состоит из двух зародышевых листков: наружного — эктодермы и внутреннего — энтодермы. Полость гаструлы называется первичной кишкой. Она связана с внешней средой отверстием, которое называется первичным ртом, или бластопором.

Бластопор у моллюсков, червей, членистоногих превращается в рот. У хордовых животных первичный рот превращается в анальное отверстие, ротовое отверстие формируется на противоположной стороне зародыша.

Кишечнополостные и губки заканчивают свое развитие на стадии образования только двух зародышевых листков. У остальных животных образуется мезодерма — третий зародышевый листок. Эпителий первичной кишки у хордовых образует парные выпячивания в пространство между наружным и внутренним зародышевыми листками. В результате, от первичной кишки отделяются замкнутые полые мешочки, или пузырьки. Сами пузырьки являются зачатками мезодермы, а полость внутри них — вторичной полостью тела.

У хордовых после завершения процесса гаструляции начинается органогенез нервной трубки, хорды и пищеварительной (кишечной) трубки. Нервная пластинка, которая тянется по всей спинной стороне зародыша, образуется из клеток эктодермы, расположенных возле первичного рта. Дальше боковые края пластинки приподнимаются, а ее центральная часть опускается. Это приводит к образованию нервного желобка. Со временем края желобка соединяются, он преобразуется в лежащую под эктодермой нервную трубку, которая является зачатком центральной нервной системы.

Хорда формируется из группы клеток энтодермы. Она представляет собой упругий скелетный тяж, расположенный у эмбрионов всех хордовых под нервной трубкой. На протяжении всей жизни хорда сохраняется только у некоторых рыб, у остальных позвоночных животных она замещается позвоночником. Остальная энтодерма образует пищеварительную трубку, которая располагается под хордой.

Двусторонняя симметрия тела определяется осевым комплексом органов зародыша. Стадия закладки осевых органов носит название нейрулы.

В дальнейшем дифференцировка клеток каждого зародышевого листка приводит к образованию определенных тканей и органов. Из клеток эктодермы образуются нервная система, органы чувств, эпидермис кожи с железами и производными структурами. Из энтодермы образуются органы дыхательной и пищеварительной систем, щитовидная железа. Из клеток мезодермы формируются все виды тканей внутренней среды, выделительная, кровеносная, половая системы и опорно-двигательный аппарат.

Когда организм появился на свет, начинается его постэмбриональное развитие. Продолжительность этого периода у разных организмов варьирует от нескольких дней до сотен лет.

Постэмбриональный период также имеет свои подпериоды — ювенильный, период зрелости (пубертатный период) и период старения, который заканчивается смертью.

Ювенильный период длится до полового созревания организма. Он характеризуется прямым либо непрямым развитием организма.

Период зрелости (пубертатный период) определяется способностью организма к половому размножению. В таком состоянии большинство животных проводит основную часть своей жизни.

Старение, которому подвержены все организмы, заканчивается смертью.

Растения отличаются от животных тем, что у них формирование органов и тканей осуществляется на протяжении всего постэмбрионального развития, а не только во время развития зародыша.

Совокупность всех стадий развития организма называется жизненным циклом, или циклом развития.

Выделяют простой и сложный жизненные циклы животных. Простой характерен для животных с прямым типом развития, сложный — с непрямым.

У растений в жизненном цикле различают два поколения: половое (гаплоидное) — гаметофит, бесполое (диплоидное) — спорофит. Гаметофит хорошо развит у мхов, в то время как у папоротников он сильно упрощен. У высших растений в жизненном цикле преобладает спорофит, а гаметофит редуцирован.