§ 23. Онтогенез — индивидуальное развитие организма

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его возникновения до смерти. Оно начинается с образования зиготы и включает эмбриональный и постэмбриональный периоды. Это понятие помогает описать всю жизнь организма как последовательность изменений, происходящих по наследственной программе и при взаимодействии клеток.

Эмбриональное развитие — период развития организма до рождения или выхода из яйцевых оболочек. В это время формируются основные ткани и органы, а клетки зародыша приобретают разные особенности. Понятие позволяет отделить развитие зародыша от этапов, которые идут уже после его появления на свет или выхода из яйца.

Дробление — серия быстрых делений зиготы без увеличения общего размера зародыша. При каждом делении возникают более мелкие клетки — бластомеры. Термин нужен, чтобы отличать увеличение числа клеток от роста всего зародыша: это не одно и то же.

Гаструляция — этап развития, во время которого формируются зародышевые листки и закладывается план строения тела. Зародышевые листки — группы клеток, которым предстоит дать начало разным тканям и органам. Благодаря этому этапу клетки распределяются по направлениям дальнейшего развития.

Как это устроено

Онтогенез начинается, когда после оплодотворения образуется зигота. В ней объединяется наследственный материал родителей, поэтому дальнейшее развитие получает исходную программу. Однако программа не действует как готовый чертёж: клетки обмениваются сигналами и влияют друг на друга. Поэтому организм формируется постепенно, в ходе последовательных изменений.

Сразу после образования зигота делится, и начинается дробление. Между быстрыми делениями почти нет времени на рост, поэтому клетка не успевает увеличить объём перед следующим делением. В результате число бластомеров растёт, а каждый из них становится меньше. Общий размер зародыша при этом почти сохраняется, потому что делится исходный запас вещества зиготы.

После дробления формируется бластула — ранний зародыш, состоящий из клеток, окружающих полость. Затем начинается гаструляция: клетки перемещаются и располагаются слоями. Так появляются зародышевые листки, поскольку разные группы клеток получают разное положение и условия взаимодействия. Это создаёт основу для дальнейшего разделения функций и построения тела.

Во время органогенеза клетки зародышевых листков специализируются: одни становятся, например, мышечными, другие — нервными или эпителиальными. Специализированные клетки объединяются в ткани, а ткани участвуют в формировании органов. Такое распределение возникает не случайно: наследственная программа направляет развитие, а сигналы от соседних клеток уточняют, какой путь выбрать. Поэтому нарушение взаимодействия клеток может повлиять на формирование органов.

После рождения или выхода из яйца начинается постэмбриональное развитие, которое продолжается в течение оставшейся жизни. При прямом развитии молодая особь в основном похожа на взрослую, хотя ей предстоит расти и созревать. При непрямом развитии сначала появляется личинка, отличающаяся от взрослой особи образом жизни или строением. Её превращение во взрослую форму называется метаморфозом.

Основные этапы онтогенеза

Таблица показывает, в какой последовательности проходят основные этапы и чем каждый из них заканчивается. Сначала прочитайте строку с названием этапа, затем сопоставьте процесс и результат. Так легче увидеть переход от развития зародыша к жизни организма после рождения или выхода из яйца.

Разбор задач

Задача 1. Расположите этапы развития зародыша в правильной последовательности: гаструляция, дробление, органогенез. Решение:

1. Дробление — первое из перечисленных событий: зигота делится на бластомеры.
2. Затем идёт гаструляция, во время которой клетки образуют зародышевые листки.
3. После этого начинается органогенез: из клеток листков формируются ткани и органы.

Ответ: дробление → гаструляция → органогенез. Порядок можно проверить по результату каждого этапа: бластомеры, затем зародышевые листки, затем зачатки органов. Если поставить органогенез раньше гаструляции, органам неоткуда было бы развиваться.

Задача 2. Укажите, почему при дроблении число клеток увеличивается, а размер зародыша почти не меняется. Решение:

1. Вспомните, что дробление состоит из быстрых делений зиготы.
2. Между делениями клетки почти не растут, поэтому исходный объём не успевает увеличиться.
3. После делений клеток становится больше, но каждой достаётся меньшая часть исходного вещества.

Ответ: размер зародыша почти не меняется, потому что зигота делится без заметного роста между делениями, а образующиеся бластомеры мельчают. Проверка рассуждения: рост общего зародыша потребовал бы увеличения его объёма, но на этапе дробления этого почти не происходит. Значит, число клеток и общий размер нужно оценивать отдельно.

Задача 3. У лягушки из икринки выходит головастик, который позднее превращается во взрослую особь. Определите тип постэмбрионального развития и объясните выбор. Решение:

1. Сравните головастика со взрослой лягушкой: это разные стадии, заметно различающиеся по строению и образу жизни.
2. Установите, что головастик является личинкой, а не просто маленькой копией взрослой особи.
3. Учтите, что переход от личинки к взрослой форме происходит через метаморфоз.

Ответ: развитие непрямое, потому что у лягушки есть личиночная стадия, а затем происходит метаморфоз. Решающий признак — не сам факт выхода из икринки, а наличие личинки и её последующее превращение. При прямом развитии такого превращения не было бы.

Типичные ошибки

Считать, что онтогенез заканчивается рождением, — значит смешивать весь жизненный путь с его эмбриональной частью. Эту ошибку допускают, потому что появление на свет выглядит как очевидный рубеж. Проверьте себя: если развитие продолжается после рождения, значит, онтогенез ещё не завершён.

Путать дробление с обычным ростом зародыша неверно: при дроблении клеток становится больше, но общий размер почти не увеличивается. Так считают, если обращают внимание только на рост числа клеток. Для проверки спросите себя, растут ли бластомеры между делениями; если нет, это дробление, а не увеличение зародыша.

Смешивать гаструляцию с органогенезом — значит приписывать им один результат. Путаница возникает потому, что оба этапа связаны с формированием тела. Проверьте последовательность: при гаструляции возникают зародышевые листки, а органы закладываются позже, во время органогенеза.

Считать любое развитие после рождения прямым — ошибка, потому что тип определяет наличие или отсутствие личиночной стадии. Рубеж в виде рождения сам по себе ничего не говорит о типе развития. Чтобы проверить себя, выясните, похожа ли молодая особь на взрослую и происходит ли затем метаморфоз; личинка и превращение указывают на непрямое развитие.

Связь с другими темами

Чтобы понять онтогенез, нужно знать строение клетки и митоз — деление, при котором образуются новые клетки. Также важно понимать оплодотворение: именно в его результате возникает зигота, с которой начинается развитие организма. Эти знания объясняют, откуда берутся клетки зародыша и почему он может расти и изменяться.

Тема связана с размножением, наследственностью и изменчивостью: развитие начинается после образования зиготы и проходит под влиянием наследственной программы. Представление об этапах онтогенеза пригодится при изучении индивидуального развития человека. Оно помогает связывать процессы в клетках с формированием организма в целом.

Что запомнить

• Онтогенез — индивидуальное развитие организма на протяжении всей его жизни.
• Эмбриональное развитие начинается с образования зиготы.
• При дроблении число клеток растёт, а общий размер зародыша почти не меняется.
• При гаструляции формируются зародышевые листки.
• Из зародышевых листков в ходе дальнейшего развития формируются ткани и органы.
• Постэмбриональное развитие бывает прямым и непрямым.