§ 25. Индивидуальное развитие организмов — онтогенез

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его возникновения до конца жизни. Это понятие охватывает рост, созревание, изменения строения и функций, старение, а не только увеличение размеров. Оно помогает рассматривать жизнь организма как непрерывную последовательность взаимосвязанных процессов.

Эмбриональное развитие — этап онтогенеза от образования зиготы до рождения или выхода организма из яйцевых оболочек. В это время закладываются основы будущего тела и формируются его основные структуры. Термин нужен, чтобы отличать развитие зародыша от изменений, происходящих после его появления на свет или выхода из яйца.

Постэмбриональное развитие — этап онтогенеза после рождения или выхода из яйцевых оболочек и до конца жизни. В этот период организм растёт, достигает зрелости, может размножаться, стареет и в итоге завершает жизнь. Это понятие показывает, что рождение не прекращает развитие, а только обозначает переход к следующему этапу.

Дробление — начальные деления зиготы, при которых число клеток увеличивается, а общий размер зародыша почти не растёт. Каждая новая клетка получает часть содержимого исходной клетки, поэтому клетки становятся мельче. Понимание этого процесса помогает не путать увеличение числа клеток с ростом всего зародыша.

Как это устроено

Онтогенез начинается с образования зиготы — первой клетки нового организма, возникающей при слиянии половых клеток. Затем организм последовательно меняется: клетки делятся, специализируются, формируют ткани и органы. Эти процессы связаны между собой, потому что каждая стадия создаёт условия для следующей. Поэтому онтогенез описывает развитие целиком, а не отдельное изменение вроде роста.

При дроблении зигота многократно делится, и число клеток зародыша быстро увеличивается. При этом клетки не успевают заметно увеличиться в размерах, а общий объём зародыша почти не меняется. Такое деление создаёт множество клеток, необходимых для дальнейшего построения тела. Затем во время гаструляции клетки перемещаются и располагаются слоями, образуя зародышевые листки.

После гаструляции начинается органогенез — формирование органов и тканей из зародышевых листков. Клетки получают разные задачи: одни образуют, например, нервную ткань, другие участвуют в создании мышц или покровов. Поэтому у клеток возникают различия в строении и функциях, хотя первоначально они происходят от одной зиготы. Специализация позволяет частям организма выполнять разные работы согласованно.

После рождения или выхода из яйца организм продолжает развиваться: он растёт и постепенно достигает зрелости. В зрелом возрасте многие организмы способны размножаться, но онтогенез на этом не заканчивается. Позднее происходят возрастные изменения и старение, а жизнь организма завершается. Так постэмбриональный этап включает несколько состояний, а не только период роста детёныша.

При прямом развитии молодой организм в основном похож на взрослый, хотя он меньше и ещё не достиг зрелости. При непрямом развитии из яйца выходит личинка — стадия, которая заметно отличается от взрослой формы. Затем происходит метаморфоз, то есть превращение, при котором меняются строение и образ жизни организма. Наличие личинки и такого превращения связано с тем, что взрослая форма и молодая стадия приспособлены к разным условиям или способам жизни.

Основные этапы онтогенеза

В таблице сопоставлены границы этапов, происходящие процессы и наблюдаемые изменения. Она помогает отличить крупные периоды онтогенеза от вариантов постэмбрионального развития. При сравнении обращайте внимание прежде всего на то, есть ли личиночная стадия и когда происходит описанное изменение.

Разбор задач

Задача 1. Расположите в правильном порядке этапы: органогенез, дробление, образование зиготы, гаструляция. Нужно восстановить ход эмбрионального развития, а не перечислить процессы в произвольном порядке. Начало — появление первой клетки будущего организма, а завершение среди предложенных этапов — формирование органов.

1. Сначала определяем исходную точку: образование зиготы, поскольку именно с неё начинается развитие организма.
2. После появления зигота делится на клетки; этот процесс называется дроблением.
3. Затем клетки перемещаются и формируют зародышевые листки во время гаструляции.
4. Из зародышевых листков позднее формируются ткани и органы, поэтому органогенез идёт последним.

Ответ: образование зиготы → дробление → гаструляция → органогенез. Такой порядок отражает переход от одной клетки к зародышу с тканями и органами. Если поменять местами гаструляцию и органогенез, получится, что органы возникают до формирования зародышевых листков.

Задача 2. Установите, к какому этапу онтогенеза относятся рост детёныша после рождения и формирование органов у зародыша в яйце. Здесь описаны два процесса, происходящие по разные стороны границы рождения или выхода из яйцевых оболочек. Нужно определить время каждого процесса, а не судить по тому, насколько заметно меняется организм.

1. Рост детёныша начинается после рождения, значит, он относится к постэмбриональному развитию.
2. Формирование органов у зародыша в яйце происходит до выхода из яйцевых оболочек.
3. Все изменения до этой границы относятся к эмбриональному развитию, в том числе органогенез.

Ответ: рост детёныша — постэмбриональное развитие, формирование органов зародыша в яйце — эмбриональное. Проверка простая: выясните, появился ли организм на свет или вышел из яйца к моменту процесса. Не считайте любой рост обязательно постэмбриональным: зародыш тоже развивается, но его развитие до выхода из оболочек остаётся эмбриональным.

Задача 3. У бабочки из яйца выходит гусеница, которая затем превращается в куколку и взрослое насекомое. Определите тип развития и обоснуйте ответ. Важно установить, похожа ли молодая стадия на взрослую и есть ли между ними превращение. Сам факт изменения с возрастом для ответа недостаточен.

1. Гусеница — личиночная стадия, заметно отличающаяся от взрослой бабочки.
2. Переход через куколку к взрослому насекомому является метаморфозом.
3. Сопоставляем признаки: наличие личинки и метаморфоза указывает на непрямое развитие.

Ответ: развитие бабочки непрямое, поскольку после яйца появляется личинка, а затем происходит метаморфоз. Куколка — промежуточная стадия превращения, а не признак прямого развития. Обоснование опирается на последовательность стадий, а не просто на то, что бабочка меняется со временем.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что онтогенез заканчивается рождением. Так думают, потому что появление на свет воспринимается как завершение развития зародыша; на самом деле это граница между двумя его этапами. Проверьте себя вопросом: растёт ли и стареет ли организм после рождения? Если да, онтогенез продолжается.

Ошибка — приравнивать рост к онтогенезу. Рост заметен, потому что организм увеличивается в размерах, но развитие включает также созревание, специализацию клеток и возрастные изменения. Чтобы проверить себя, назовите изменения, которые происходят без простого увеличения тела. Если такие изменения есть, развитие шире понятия роста.

Ошибка — считать дробление обычным ростом зародыша. Её допускают, потому что при делении клеток их число увеличивается, и кажется, что зародыш становится больше. Однако при дроблении общий размер почти не меняется, а клетки становятся мельче. Проверьте себя: отдельно оценивайте число клеток и размер всего зародыша.

Ошибка — называть развитие непрямым лишь потому, что организм меняется с возрастом. Возрастные изменения происходят при любом онтогенезе, поэтому сами по себе они не определяют его тип. Для непрямого развития характерны личиночная стадия и метаморфоз. Проверьте себя: есть ли форма, заметно отличающаяся от взрослой, и превращается ли она в неё?

Связь с другими темами

Для понимания онтогенеза нужны знания о строении клетки, делении клеток и размножении организмов. Зигота возникает в результате размножения, а её деления дают начало клеткам зародыша. Поэтому процессы, изученные на клеточном уровне, объясняют, как начинается развитие целого организма.

Понятие онтогенеза пригодится при изучении размножения и развития животных, наследственности и эмбриологии. Оно помогает связать признаки организма с этапами его развития и понять, когда формируются его структуры. Возрастные изменения тоже рассматривают в рамках онтогенеза, поскольку индивидуальное развитие продолжается после рождения и зрелости.

Что запомнить

• Онтогенез — индивидуальное развитие организма на протяжении всей жизни.
• Эмбриональный этап начинается с образования зиготы.
• Дробление увеличивает число клеток зародыша почти без увеличения его размеров.
• При гаструляции формируются зародышевые листки.
• Из зародышевых листков в ходе органогенеза развиваются ткани и органы.
• Постэмбриональное развитие бывает прямым и непрямым.
• Личиночная стадия и метаморфоз характерны для непрямого развития.