§ 19. Развитие организмов и окружающая среда

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от образования зиготы или рождения до естественной смерти. Он включает все изменения тела и жизнедеятельности, а не только рост. Этот термин нужен, чтобы рассматривать жизнь организма как единый последовательный процесс.

Эмбриональное развитие — развитие организма до рождения или выхода из яйцевых оболочек. В этот период из одной клетки постепенно формируется многоклеточный зародыш с органами. Понятие помогает выделить самый ранний и часто наиболее чувствительный этап онтогенеза.

Постэмбриональное развитие — период жизни после рождения или выхода из яйца до смерти. В него входят рост, созревание, размножение и старение организма. Такое деление позволяет понять, какие изменения происходят уже вне зародышевых оболочек.

Метаморфоз — заметное изменение строения и образа жизни организма в ходе постэмбрионального развития. При прямом развитии молодая особь похожа на взрослую, а при непрямом появляется личинка, сильно от неё отличающаяся. Эти термины помогают сравнивать жизненные циклы разных животных.

Как это устроено

Общий план онтогенеза определяется наследственной программой, потому что именно гены управляют делением клеток, их специализацией и формированием органов. Однако гены действуют не изолированно: клеткам нужны кислород, питательные вещества и подходящая температура. Поэтому среда может ускорить или замедлить развитие, а при сильных нарушениях изменить его результат.

Эмбриональное развитие начинается с дробления зиготы. Клеток становится всё больше, но общий размер зародыша сначала почти не увеличивается. Затем формируются зародышевые листки, из которых развиваются ткани и органы, а после этого органы растут и начинают работать согласованно.

После рождения или выхода из яйца организм продолжает изменяться, потому что его тело ещё не достигло окончательных размеров и зрелости. Сначала преобладают рост и развитие органов, затем наступает половая зрелость и способность к размножению. Позднее восстановление тканей ослабевает, накапливаются повреждения, поэтому появляются признаки старения.

При прямом развитии детёныш похож на взрослую особь по общему плану строения, хотя меньше по размеру и ещё не способен размножаться. При непрямом развитии личинка имеет иное строение, питание или место обитания, а затем проходит метаморфоз. Личинка и взрослая особь могут занимать разные экологические ниши, поэтому меньше конкурируют за пищу и убежища.

Температура влияет на скорость химических реакций, питание обеспечивает материал и энергию для роста, а кислород нужен для получения энергии. Свет может управлять суточными и сезонными ритмами, влажность особенно важна для водного обмена и развития многих зародышей. Наиболее опасны отклонения условий в периоды интенсивного деления клеток и формирования органов.

Этапы и типы индивидуального развития организмов

В таблице сначала показаны крупные периоды онтогенеза, а затем два типа постэмбрионального развития. Сравнивая строки, обращайте внимание не только на последовательность стадий, но и на зависимость процессов от условий среды. Примеры влияния помогают понять, почему одинаковая наследственная программа может реализоваться по-разному.

Разбор задач

Задача 1

Условие: определите этапы онтогенеза организма, если после рождения он растёт, достигает половой зрелости, размножается и стареет. Нужно установить не отдельный момент, а последовательность периодов жизни. Для этого сопоставим каждое изменение с этапом постэмбрионального развития.

1. Сразу после рождения начинается постэмбриональное развитие, потому что организм уже не находится в зародышевых оболочках.
2. Период роста и формирования признаков взрослого организма называют ювенильным, или периодом развития до зрелости.
3. Достижение способности к размножению означает наступление зрелости, за которой следует репродуктивный период.
4. После снижения жизненных функций наступает старение, завершающееся естественной смертью.

Ответ: постэмбриональный онтогенез проходит периоды роста и созревания, зрелости и размножения, затем старения.

Задача 2

Условие: сравните развитие бабочки и кузнечика, указав сходства и различия в стадиях. Оба животных относятся к насекомым и развиваются непрямо, поэтому между молодой и взрослой формами есть различия. Но глубина перестройки тела у них неодинакова.

1. У бабочки последовательность такова: яйцо, личинка-гусеница, куколка, взрослая особь.
2. У кузнечика стадии идут иначе: яйцо, личинка, похожая на маленькую взрослую особь, затем несколько линек и взрослый кузнечик.
3. Куколка есть у бабочки, поэтому её развитие называют полным метаморфозом, а у кузнечика куколочной стадии нет.

Ответ: сходство состоит в наличии яйца, личиночной стадии и взрослой особи, а различие — в куколке и сильной перестройке тела у бабочки. У кузнечика развивается неполный метаморфоз.

Задача 3

Условие: объясните, почему при недостатке кислорода или питательных веществ зародыш развивается медленнее и может погибнуть. Зародыш активно делится и формирует ткани, поэтому его потребности особенно велики. Найдём, какое условие ограничивает жизненные процессы.

1. Кислород нужен клеткам для дыхания и получения энергии, а питательные вещества служат источником энергии и строительным материалом.
2. При недостатке одного из ресурсов деление клеток, рост и формирование органов замедляются, потому что энергетические и пластические потребности не покрываются.
3. Если дефицит продолжается, нарушается работа клеток и органов зародыша, а критическое отклонение приводит к его гибели.

Ответ: кислород или питание становятся ограничивающим фактором, то есть условием, нехватка которого сильнее всего сдерживает развитие. Чем раньше и дольше действует дефицит, тем тяжелее последствия.

Типичные ошибки

Ошибка 1. Онтогенез считают только эмбриональным развитием. Так происходит из-за того, что именно ранние изменения часто изучают подробнее, но онтогенез продолжается после рождения до смерти. Проверка: спросите себя, входят ли рост, размножение и старение в индивидуальную жизнь организма.

Ошибка 2. Прямое развитие принимают за отсутствие роста. Молодая особь при таком развитии похожа на взрослую, но увеличивается в размерах, созревает и приобретает способность размножаться. Проверка: ищите сходство общего строения, а не прекращение изменений.

Ошибка 3. Куколку называют отдельным видом организма. На самом деле это стадия жизненного цикла насекомого с полным превращением, во время которой перестраивается тело. Проверка: восстановите всю последовательность от яйца до взрослой особи.

Ошибка 4. Считают, что любой фактор одинаково действует на всех этапах. Чувствительность организма меняется, а ранние стадии часто особенно уязвимы. Проверка: уточните возраст, длительность воздействия и то, какой процесс в этот момент идёт наиболее активно.

Связь с другими темами

Для понимания онтогенеза нужны знания о строении клетки, делении клеток, размножении организмов и факторах окружающей среды. Позже эта тема помогает изучать наследственность, эволюцию, возрастные особенности человека и приспособления к среде. С экологией её связывает зависимость развития от совместного действия абиотических и биотических факторов: температуры, воды, пищи, света, кислорода и других организмов.

Что запомнить

• Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его возникновения до смерти.
• Эмбриональный период предшествует рождению или выходу организма из яйца.
• Постэмбриональное развитие включает рост, созревание, размножение и старение.
• При прямом развитии молодая особь в основном похожа на взрослую.
• При непрямом развитии организм проходит личиночную стадию и метаморфоз.
• Условия среды могут ускорять, замедлять или нарушать развитие.
• Наиболее чувствительными часто бывают ранние этапы развития.