§ 3. Индивидуальное развитие организмов. Биогенетический закон

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его возникновения до смерти. Оно охватывает и формирование зародыша, и изменения после рождения или выхода из яйца. Это понятие помогает рассматривать жизнь как единый процесс, а не только как период роста.

Эмбриональное развитие — период от образования зиготы до рождения или выхода организма из яйцевых оболочек. Зигота — клетка, возникающая при слиянии половых клеток. Этот термин нужен, чтобы обозначить начальный этап онтогенеза, когда закладывается план строения организма.

Постэмбриональное развитие — этап онтогенеза после рождения или выхода из яйца. В это время организм растёт, достигает половой зрелости, а позднее стареет. Понятие показывает, что развитие не заканчивается появлением детёныша или молодого организма.

Биогенетический закон — положение о связи индивидуального развития организма с историческим развитием его вида. Он помогает объяснить сходство зародышей родственных групп как следствие общего происхождения. Современное понимание закона не предполагает точного повторения в онтогенезе всех взрослых стадий предков.

Как это устроено

Онтогенез начинается с образования зиготы при оплодотворении, потому что именно в этой клетке объединяется наследственный материал родителей и возникает начало нового организма. Затем зигота последовательно делится, клетки взаимодействуют и приобретают разные функции. Развитие продолжается после рождения или выхода из яйца, поскольку организм ещё растёт, созревает и стареет. Поэтому границы онтогенеза охватывают всю жизнь особи.

На раннем эмбриональном этапе происходит дробление: зигота делится на множество клеток, которые называют бластомерами. Эти деления идут без заметного увеличения общего размера зародыша, так как он остаётся ограничен оболочками яйцеклетки или яйцевыми оболочками. В результате единичная клетка превращается в многоклеточное образование. Следом начинается гаструляция, при которой клетки перемещаются и формируют зародышевые листки.

Из клеток зародышевых листков возникают разные ткани, а из тканей — органы. Это возможно благодаря дифференцировке: клетки приобретают особенности строения и работы, соответствующие их роли. Одни клетки, например, обеспечивают сокращение, другие — передачу сигналов или защиту. Органы и системы формируются не изолированно: их согласованное взаимодействие позволяет частям зародыша развиваться в единый организм.

После рождения или выхода из яйца развитие может идти двумя путями. При прямом развитии молодой организм похож на взрослого, поэтому его изменения в основном связаны с ростом и созреванием. При непрямом развитии появляется личинка — стадия, которая может отличаться от взрослой особи строением, образом жизни и питанием. Превращение личинки во взрослый организм называют метаморфозом; оно позволяет разным стадиям использовать разные условия среды.

Биогенетический закон связывает онтогенез с филогенезом — историческим развитием вида. Сходство ранних зародышей позвоночных объясняется тем, что родственные виды унаследовали общие особенности развития от предков. По мере развития различия между зародышами становятся заметнее, поскольку формируются признаки конкретного вида. Поэтому закон выражает связь и преемственность, а не утверждение, будто особь проходит все взрослые формы своих предков.

Этапы индивидуального развития и их особенности

Сначала определите, описывается период до или после рождения (выхода из яйца): так различают два этапа онтогенеза. Затем сравните молодую особь со взрослой и выясните, есть ли личинка и метаморфоз. Таблица помогает классифицировать развитие по двум разным основаниям: этапу жизни и типу постэмбриональных изменений.

Разбор задач

Задача 1. Расположите события раннего эмбрионального развития в правильной последовательности: образование зародышевых листков, образование зиготы, дробление. Нужно установить, какой процесс создаёт исходную клетку, а какие происходят после неё. Зародышевые листки формируются не сразу, а в ходе гаструляции.

1. Образование зиготы происходит при оплодотворении и задаёт начало нового организма. Значит, это событие должно стоять первым.
2. Затем зигота многократно делится, образуя многоклеточный зародыш. Этот процесс называется дроблением и предшествует формированию листков.
3. Во время гаструляции клетки перемещаются и образуют зародышевые листки. Поэтому это событие ставится после дробления.

Ответ: образование зиготы → дробление → образование зародышевых листков. Последовательность определяется тем, что дробиться может уже возникшая зигота, а гаструляция требует многоклеточного зародыша. Перестановка событий нарушила бы причинный порядок развития.

Задача 2. У двух видов после выхода из яйца у одного детёныш похож на взрослую особь, а у другого появляется личинка, которая затем превращается во взрослую форму. Определите тип развития каждого вида. Нужно опираться не на то, что оба организма выходят из яйца, а на особенности последующих стадий. Именно наличие личинки и превращения отличает типы.

1. У первого вида молодая особь похожа на взрослую. Признаков личиночной стадии в условии нет, значит, развитие прямое.
2. У второго вида сначала появляется личинка. Она превращается во взрослую форму, то есть проходит метаморфоз.
3. Сопоставляем признаки с определениями: развитие с личинкой и метаморфозом является непрямым. Сам факт выхода из яйца тип развития не определяет.

Ответ: у первого вида развитие прямое, у второго — непрямое. Ключевой признак первого случая — сходство детёныша со взрослой особью. Для второго решающими являются личиночная стадия и последующее превращение.

Задача 3. Ученик утверждает, что сходство зародышей позвоночных доказывает, будто каждый организм в онтогенезе проходит все взрослые стадии своих предков. Оцените утверждение. В нём верно замечено сходство зародышей, но вывод о буквальном повторении стадий требует отдельной проверки. Следует различить сходство раннего развития и прохождение взрослых форм.

1. Сходство зародышей родственных позвоночных действительно наблюдается. Оно объясняется общностью происхождения и связью индивидуального развития с историей вида.
2. Однако сходные зародышевые признаки не означают, что организм становится взрослым представителем каждого предкового вида. Речь идёт о сходстве и преемственности развития, а не о последовательной смене взрослых форм.
3. Сравниваем вывод ученика с современным пониманием биогенетического закона. Утверждение о прохождении всех взрослых стадий предков выходит за пределы этого закона и неверно.

Ответ: утверждение неверно. Биогенетический закон связывает онтогенез с филогенезом, но не описывает буквальное повторение всех взрослых стадий предков. Сходство зародышей служит свидетельством родства, а не доказательством такого повторения.

Типичные ошибки

Считать онтогенез только эмбриональным развитием — значит исключать из него рост, созревание и старение. Так ошибаются, когда смешивают «развитие организма» с формированием зародыша. Проверьте себя: если речь идёт о жизни особи после рождения, она тоже относится к онтогенезу.

Дробление часто принимают за обычный рост, потому что в обоих случаях меняется число клеток. Но при дроблении клетки делятся без заметного увеличения общего размера зародыша. Чтобы проверить ответ, спросите, увеличивается ли сам зародыш, а не только количество его клеток.

Личинку при непрямом развитии иногда считают просто маленькой взрослой особью. Это заблуждение возникает из-за того, что обе стадии принадлежат одному организму, хотя личинка может отличаться строением, образом жизни и питанием. Проверьте себя: если между молодым организмом и взрослым происходит метаморфоз, развитие непрямое.

Биогенетический закон неверно трактовать как буквальное повторение всех взрослых стадий предков. Сходство зародышей может подтолкнуть к такому выводу, если не различать общие черты раннего развития и взрослые формы. Для проверки сформулируйте вывод точнее: закон говорит о связи онтогенеза с филогенезом, а не о копировании каждой стадии.

Связь с другими темами

Для понимания темы полезны знания о клетке, митозе, оплодотворении, зиготе и дифференцировке клеток. Митоз объясняет, как увеличивается число клеток при дроблении, а знания об оплодотворении помогают понять происхождение зиготы. Понимание дифференцировки позволяет проследить, как клетки зародыша получают разные функции.

Тема пригодится при изучении размножения и развития организмов, эмбриологии, эволюции и сравнительной анатомии. Эмбриология исследует развитие зародыша, а эволюция помогает объяснить сходство родственных организмов. Сопоставляя их строение и развитие, можно лучше понять происхождение общих и различающихся признаков.

Что запомнить

• Онтогенез — индивидуальное развитие организма на протяжении жизни.
• Эмбриональный период начинается с образования зиготы.
• Дробление — серия делений зиготы без заметного увеличения размера зародыша.
• При гаструляции формируются зародышевые листки.
• Постэмбриональное развитие бывает прямым и непрямым.
• Биогенетический закон связывает онтогенез с историческим развитием вида.
• Онтогенез не является буквальным повторением всех стадий филогенеза.