§ 6. Развитие организма от зарождения до смерти (онтогенез)

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его зарождения до смерти. Это понятие охватывает изменения на протяжении всей жизни: от деления первых клеток и формирования тела до взросления и старения. Оно помогает рассматривать организм не как неизменный объект, а как результат последовательных процессов.

Эмбриональное развитие — развитие организма до рождения или выхода из яйцевых оболочек. Оно начинается с образования зиготы при оплодотворении либо с начала развития неоплодотворённой яйцеклетки. За это время формируются основные части тела и закладываются органы, поэтому период особенно важен для дальнейшего развития.

Постэмбриональное развитие — этап жизни после рождения или выхода из яйцевых оболочек. Он включает рост, половое созревание, размножение и старение, а не только увеличение размеров тела. Это понятие позволяет описать изменения уже родившейся или вылупившейся особи до конца её жизни.

Метаморфоз — глубокое преобразование организма в ходе индивидуального развития. При нём заметно меняются строение и часто образ жизни, как при превращении личинки бабочки во взрослое насекомое. При прямом развитии молодая особь в основном сохраняет план строения взрослой и постепенно растёт.

Как это устроено

Онтогенез начинается с образования зиготы при оплодотворении или с запуска развития неоплодотворённой яйцеклетки. Зигота содержит наследственную информацию, необходимую для формирования организма, а последующие деления создают клетки, которые будут специализироваться. Завершает онтогенез смерть, поэтому в понятие входят не только формирование и рост, но и поздние изменения организма.

Сразу после образования зигота проходит дробление — серию быстрых делений. Клеток становится больше, но они оказываются всё мельче, поскольку деление происходит внутри исходного объёма и зародыш почти не растёт. Такой способ позволяет быстро увеличить число клеток, из которых далее будут формироваться разные части тела; результатом становится бластула.

При гаструляции клетки перемещаются и располагаются слоями, поэтому зародыш приобретает более сложное строение. Так возникают зародышевые листки — группы клеток, дающие начало определённым тканям и органам. Эктодерма образует, в частности, нервную систему и наружный покров, мезодерма — мышцы, скелет и кровеносную систему, а энтодерма — выстилку пищеварительной и дыхательной систем и некоторые железы.

После гаструляции идут нейруляция и органогенез. Во время нейруляции закладываются нервная система и осевые структуры тела; это возможно благодаря взаимодействию клеток зародышевых листков. Позднее при органогенезе возникают зачатки и формируются органы: их происхождение связано с тем, из какого листка развивались исходные клетки. Поэтому нарушение раннего формирования листков способно повлиять сразу на несколько органов.

После рождения или выхода из яйцевых оболочек начинается постэмбриональное развитие. Оно бывает прямым, когда молодая особь постепенно растёт и созревает, или сопровождается метаморфозом, при котором стадии различаются строением и образом жизни. Затем организм может достичь половой зрелости и размножаться, а с возрастом в нём происходят изменения, связанные со старением.

Основные этапы онтогенеза

Читайте таблицу слева направо: так видно, в какой последовательности развиваются события, когда они происходят и к чему приводят. Строка о бластуле уточняет результат дробления, а последующие строки показывают переход к формированию тканей, органов и изменениям после рождения.

Разбор задач

1. Последовательность стадий

Условие. Расположите стадии развития зародыша в правильной последовательности: гаструла, зигота, бластула, нейрула. Чтобы решить задачу, проследите переход от одной клетки к зародышу с органными зачатками. Не ориентируйтесь на длину или сложность названий.

1. Начальная стадия — зигота, образующаяся при оплодотворении.
2. После дробления формируется бластула.
3. Затем при гаструляции возникают зародышевые листки и образуется гаструла.
4. Позже следует нейрула, на стадии которой закладываются нервная система и осевые структуры.

Ответ. Зигота → бластула → гаструла → нейрула. Порядок отражает усложнение зародыша: от одной клетки через раннюю многоклеточную стадию к листкам и зачаткам органов.

2. Зародышевые листки

Условие. Укажите, на каком этапе образуются зародышевые листки, и объясните, почему нарушение этого процесса может повлиять на развитие многих органов. Начните с определения стадии, на которой клетки зародыша перемещаются. Затем проследите, какую роль листки играют в дальнейшем развитии.

1. Перемещение клеток и формирование листков происходят при гаструляции.
2. Каждый листок даёт начало определённым тканям и органам.
3. Если листок сформирован неправильно, нарушиться может развитие сразу нескольких его производных.

Ответ. Зародышевые листки образуются во время гаструляции. Нарушение затрагивает многие органы, потому что их зачатки происходят из общих групп клеток, сформированных на этой стадии.

3. Бабочка и человек

Условие. Сравните развитие бабочки и человека: определите, где происходит метаморфоз, и назовите этапы, позволяющие отличить развитие с превращением от прямого. Важно сравнить не только возрастные стадии, но и различия в строении организма. Именно они показывают, является ли развитие прямым.

1. У бабочки после яйца появляется личинка, затем куколка и взрослое насекомое.
2. Личинка резко отличается от взрослой особи, а переход через куколку сопровождается глубоким преобразованием.
3. У человека ребёнок постепенно растёт и созревает, не проходя стадии личинки или куколки.

Ответ. Метаморфоз происходит у бабочки: её развитие включает стадии яйца, личинки, куколки и взрослой особи. У человека развитие прямое, поскольку ребёнок постепенно изменяется, сохраняя общий план строения взрослого.

Типичные ошибки

Дробление иногда принимают за обычный рост зародыша, потому что число клеток быстро увеличивается. Однако общий размер зародыша при этом почти не меняется: делятся исходные клетки, а новые становятся меньше. Проверьте себя вопросом, вырос ли сам зародыш в размерах или увеличилось только число клеток.

Образование зародышевых листков путают с формированием готовых органов, поскольку оба процесса относятся к эмбриональному развитию. Листки возникают при гаструляции, а органы закладываются позднее, во время органогенеза. Чтобы не смешивать этапы, сопоставьте названия: листки — источник тканей и органов, но не сами готовые органы.

Постэмбриональное развитие иногда считают этапом, который начинается лишь после полового созревания. На самом деле оно начинается сразу после рождения или выхода из яйцевых оболочек и включает также рост и созревание. Проверка простая: определите, какое событие разделяет эмбриональный и постэмбриональный периоды.

Не всякое изменение организма является метаморфозом: рост и постепенное взросление тоже меняют организм. Метаморфоз предполагает глубокую перестройку строения и часто образа жизни, как у бабочки. Спросите себя, появилась ли новая резко отличающаяся стадия или особь лишь постепенно выросла и созрела.

Связь с другими темами

Чтобы понять эмбриональное развитие, нужно знать строение клетки, митоз и оплодотворение: эти темы объясняют происхождение зиготы и увеличение числа клеток зародыша. Онтогенез также связан с размножением, наследственностью и изменчивостью. Наследственная информация участвует в развитии признаков, а знания об этапах онтогенеза помогают объяснить, как организм формируется, взрослеет и стареет.

Что запомнить

• Онтогенез охватывает всю жизнь организма — от зарождения до смерти.
• В онтогенезе выделяют эмбриональный и постэмбриональный периоды.
• Дробление — серия делений зиготы без заметного увеличения зародыша.
• Зародышевые листки формируются во время гаструляции.
• Из зародышевых листков развиваются ткани и органы.
• Постэмбриональное развитие бывает прямым и с метаморфозом.