§ 22. Индивидуальное развитие организма. Эмбриональный период

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его возникновения до конца жизни. В нём выделяют эмбриональный период и постэмбриональный период, который начинается после рождения или выхода из яйца. Это понятие помогает рассматривать жизнь организма как единый процесс, а не только как развитие зародыша.

Эмбриональный период — этап онтогенеза от образования зиготы до рождения или выхода организма из яйца. У разных организмов он завершается по-разному, потому что одни развиваются внутри материнского организма, а другие — в яйце. Понятие позволяет определить, какие изменения относятся к развитию зародыша.

Дробление — серия последовательных делений зиготы без увеличения общей массы зародыша. Образующиеся клетки называют бластомерами; после каждого деления их становится больше, а размер каждой уменьшается. Это определение помогает отличить ранние деления от обычного роста организма.

Гаструляция — этап, во время которого клетки зародыша перемещаются и формируют зародышевые листки. Это эктодерма, энтодерма и мезодерма; позднее из них развиваются ткани и органы. Понимание этого этапа объясняет, откуда берутся разные части организма.

Как это устроено

Эмбриональное развитие начинается после оплодотворения — слияния мужской и женской гамет. У гамет гаплоидный набор хромосом, поэтому после их слияния образуется диплоидная зигота с полным набором. Она содержит наследственную информацию нового организма и становится исходной клеткой его развития.

Зигота начинает делиться, и возникает дробление. Каждое деление распределяет содержимое исходной клетки между новыми клетками, но зародыш пока не успевает заметно вырасти. Поэтому количество бластомеров увеличивается, а каждый из них становится меньше; так ранние клетки размещаются внутри ограниченного объёма.

В результате дробления формируется бластула — стадия, в которой клетки окружают внутреннюю полость. Она ещё не имеет набора сформированных органов, но её клетки участвуют в дальнейших перестройках. Наличие полости и клеточного слоя показывает, что зародыш уже организован сложнее, чем скопление отдельных делящихся клеток.

Далее начинается гаструляция: клетки меняют положение, и зародыш разделяется на эктодерму, энтодерму и мезодерму. Такое распределение важно, потому что разные группы клеток получают разные направления дальнейшего развития. Зародышевые листки становятся источниками тканей и органов, но сами ещё не являются готовыми частями тела.

После гаструляции идёт органогенез — формирование органов и систем органов из клеток и тканей зародыша. Клетки специализируются, то есть приобретают особенности строения и работы, нужные для определённых функций. Основной порядок стадий сохраняется, однако сроки и детали развития различаются у разных организмов.

Основные этапы эмбрионального развития

Пользуйтесь таблицей как схемой последовательности: каждый этап подготавливает условия для следующего. Если нужно определить, где возникло описанное изменение, сопоставьте его с колонкой «Что происходит». Последняя колонка помогает понять, почему этап важен для развития организма.

Разбор задач

Задача 1. Расположите события в правильной последовательности: гаструляция, образование зиготы, дробление, органогенез. Нужно восстановить ход эмбрионального развития, а не просто перечислить термины. Начинайте с момента появления первой клетки и двигайтесь к формированию органов.

1. Образование зиготы происходит при оплодотворении, поэтому это начальное событие в списке.
2. Затем зигота делится на бластомеры: этот процесс называется дроблением.
3. После ранних делений клетки перестраиваются и формируют зародышевые листки во время гаструляции.
4. Органы начинают формироваться позднее, в ходе органогенеза.

Ответ: образование зиготы → дробление → гаструляция → органогенез. Такой порядок следует из связи стадий: клетки сначала появляются и размножаются, затем распределяются по зародышевым листкам и участвуют в образовании органов.

Задача 2. После нескольких делений зиготы число клеток увеличилось, но размеры зародыша почти не изменились. Назовите процесс и объясните наблюдение. В условии важно сопоставить изменение числа клеток с отсутствием заметного роста. Не следует считать, что увеличение числа клеток обязательно означает увеличение всего зародыша.

1. Последовательные деления зиготы на ранней стадии развития называют дроблением.
2. При этих делениях общий размер зародыша почти не увеличивается, поэтому образующиеся бластомеры становятся мельче.
3. Следовательно, увеличение числа клеток не приводит к заметному увеличению зародыша.

Ответ: это дробление. Число бластомеров растёт, но объём зародыша почти не меняется, потому что ранние деления проходят без обычного роста между ними.

Задача 3. У зародыша нарушено формирование мезодермы. Объясните, почему это может повлиять на развитие сразу нескольких тканей и органов. Для ответа нужно вспомнить назначение зародышевых листков, а не искать готовый орган, соответствующий одному листку. Нарушение на раннем этапе способно затронуть дальнейшее развитие разных структур.

1. Мезодерма — один из трёх зародышевых листков, которые возникают во время гаструляции.
2. Каждый листок служит источником ряда тканей и органов, а не только одной готовой структуры.
3. Если мезодерма формируется неправильно, развитие всех связанных с ней производных может нарушиться.

Ответ: нарушение мезодермы может повлиять на несколько тканей и органов, потому что они развиваются из одного и того же зародышевого листка. Точное последствие зависит от того, какие именно клетки и направления развития затронуты.

Типичные ошибки

Считать дробление обычным ростом зародыша — ошибка: при нём увеличивается число клеток, а общий размер почти не меняется. Так путают увеличение числа частей с увеличением всего объекта. Проверка проста: спросите себя, стали ли зародыш и его клетки больше; при дроблении бластомеры мельчают.

Путать бластулу и гаструлу — значит смешивать разные стадии развития. Бластула формируется после дробления, а зародышевые листки возникают во время гаструляции. Ошибку допускают, потому что обе стадии относятся к раннему эмбриональному развитию; для проверки назовите характерный результат каждой.

Зародышевые листки не являются готовыми органами: они дают начало тканям и органам позднее. Такое заблуждение возникает, если воспринимать слово «листок» как название уже сформированной части тела. Проверьте себя вопросом, что происходит после гаструляции: дальнейшая специализация клеток и органогенез.

Неверно утверждать, что эмбриональный период у всех организмов заканчивается рождением. У организмов, развивающихся в яйце, он завершается выходом из яйца, поэтому окончание зависит от способа размножения. Чтобы проверить формулировку, уточните, где развивается зародыш и каким событием он начинает самостоятельную постэмбриональную жизнь.

Связь с другими темами

Для понимания эмбрионального развития нужны знания о строении половых клеток, оплодотворении и наборах хромосом. Гаплоидность гамет и их слияние объясняют, почему зигота диплоидна. Без этой связи трудно понять, с какой клетки начинается развитие организма.

Тема объединяет деление клеток и их дифференцировку — приобретение клетками различий в строении и функциях. Эти процессы объясняют появление тканей, органов и систем органов. Позднее они помогут разобраться в постэмбриональном развитии и в том, как разные факторы влияют на развитие организма.

Что запомнить

• Онтогенез включает эмбриональный и постэмбриональный периоды.
• Эмбриональное развитие начинается с образования зиготы.
• При дроблении зигота делится на бластомеры без заметного увеличения размеров зародыша.
• После дробления формируется бластула.
• Во время гаструляции возникают эктодерма, энтодерма и мезодерма.
• Из зародышевых листков развиваются ткани и органы.
• После гаструляции в ходе органогенеза формируются органы и системы органов.