3.8. Индивидуальное развитие организмов

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его зарождения до смерти. Он начинается с образования зиготы и включает эмбриональный и постэмбриональный периоды. Это понятие помогает проследить весь жизненный путь организма, а не только его развитие до рождения.

Эмбриональное развитие — развитие организма от образования зиготы до рождения или выхода из яйца. В это время закладываются основные части тела, ткани и органы будущей особи. Выделение этого периода нужно, чтобы отличать формирование зародыша от последующего роста и созревания.

Дробление — серия быстрых митотических делений зиготы без увеличения общей массы зародыша. Возникающие клетки называются бластомерами, поэтому их число растёт, а размеры постепенно уменьшаются. Этот этап подготавливает зародыш к дальнейшему перемещению клеток и формированию его слоёв.

Гаструляция — этап эмбрионального развития, при котором формируются зародышевые листки и первичная организация тела. Клетки меняют положение и начинают специализироваться по направлениям будущего развития. Поэтому гаструляция связывает простое скопление клеток с последующим образованием тканей и органов.

Как это устроено

Онтогенез начинается с образования зиготы при слиянии половых клеток. Сначала идёт эмбриональный период: зародыш формируется внутри яйца или организма матери и заканчивается рождением либо выходом из яйца. Затем наступает постэмбриональный период, в котором организм растёт, созревает, размножается и стареет.

При дроблении зигота делится на всё более мелкие клетки, потому что между последовательными митозами почти нет времени на рост. Поэтому число бластомеров увеличивается, но цитоплазма исходной зиготы лишь перераспределяется между ними. Такой способ деления позволяет быстро получить много клеток, из которых затем можно построить разные части тела.

Во время гаструляции клетки перемещаются относительно друг друга и образуют эктодерму, энтодерму и мезодерму. Эктодерма участвует в формировании нервной системы и покровов, энтодерма — внутренней выстилки пищеварительной и дыхательной систем и связанных с ними желёз. Мезодерма даёт начало мышцам, соединительным тканям, скелету, крови и многим внутренним органам, поэтому положение листка определяет направление дальнейшего развития.

После гаструляции начинаются органогенез и дифференцировка клеток. При дифференцировке клетки включают разные наборы генов и приобретают особое строение: одни становятся нервными, другие мышечными или эпителиальными. Затем специализированные клетки объединяются в ткани, ткани — в органы, а органы — в согласованно работающие системы.

Постэмбриональное развитие бывает прямым или с превращением. При прямом развитии молодая особь уже имеет общий план строения взрослого организма и постепенно растёт, как у человека. При метаморфозе личинка или другая молодая стадия резко отличается от взрослой, а превращение позволяет использовать разные условия среды и пищу на разных этапах.

Периоды и основные этапы индивидуального развития

Таблицу удобно читать сверху вниз: этапы эмбрионального развития идут в определённой последовательности. Если нужно определить результат этапа, сопоставьте его с последним столбцом, а причины происходящего ищите в столбце основных процессов.

Граница между эмбриональным и постэмбриональным периодами проходит после рождения или выхода из яйца. Поэтому постэмбриональное развитие не является отдельным этапом внутри зародыша, а начинается уже после завершения эмбриональной части онтогенеза.

Разбор задач

Задача 1. Последовательность этапов

Условие. Расположите дробление, гаструляцию и органогенез в правильной последовательности. Укажите, какой этап следует за образованием зиготы.

1. Началом служит зигота, поэтому первым из названных этапов будет дробление: она быстро делится на бластомеры.
2. После появления клеточного материала клетки перемещаются и формируют зародышевые листки, значит, следующим этапом является гаструляция.
3. Когда листки уже сформированы, из их клеток закладываются ткани и органы, поэтому третьим идёт органогенез.

Ответ. Правильный порядок: дробление → гаструляция → органогенез. Сразу за образованием зиготы начинается дробление.

Задача 2. Происхождение тканей и органов

Условие. Установите, какие зародышевые листки участвуют в образовании нервной ткани, эпителия кишечника и мышечной ткани. Обоснуйте распределение.

1. Нервная система и наружные покровы связаны с эктодермой, поэтому нервную ткань относят к её производным.
2. Клетки, выстилающие кишечник, происходят из энтодермы, поскольку этот листок формирует внутреннюю выстилку пищеварительной системы.
3. Мышцы развиваются из мезодермы, которая также даёт начало соединительным тканям и скелету.

Ответ. Нервная ткань — эктодерма, эпителий кишечника — энтодерма, мышечная ткань — мезодерма. Проверить себя можно по направлению: наружные структуры чаще связывают с эктодермой, внутреннюю выстилку — с энтодермой, опорные и двигательные ткани — с мезодермой.

Задача 3. Прямое развитие и метаморфоз

Условие. Сравните развитие бабочки и человека. Определите, у какого организма наблюдается метаморфоз, и назовите тип развития каждого.

1. У бабочки из яйца выходит личинка-гусеница, которая резко отличается от взрослого насекомого строением, образом жизни и питанием.
2. После личиночной стадии бабочка проходит куколочную стадию и превращается во взрослую особь, поэтому здесь есть метаморфоз.
3. Новорождённый человек имеет основные признаки строения взрослого организма и меняется постепенно, следовательно, его развитие прямое.

Ответ. Бабочка развивается с превращением, потому что проходит личиночную и куколочную стадии. Человек развивается прямо: ребёнок похож на взрослого по общему плану строения и постепенно растёт и созревает.

Типичные ошибки

Ошибка: считать дробление обычным ростом зародыша. Её допускают, потому что число клеток действительно быстро увеличивается, но при этом забывают о почти неизменной общей массе. Проверьте себя: при дроблении растёт количество бластомеров, а не размер всего зародыша.

Ошибка: путать дробление и гаструляцию. Причина — оба процесса происходят в начале эмбрионального развития и связаны с клетками. Запомните различие: дробление увеличивает число клеток, а гаструляция формирует зародышевые листки.

Ошибка: считать, что все органы формируются из одного листка. Такое представление возникает, если воспринимать зародыш как однородное скопление клеток. Чтобы проверить ответ, сопоставляйте орган с источником: разные листки дают начало разным тканям и органам.

Ошибка: называть развитие с метаморфозом прямым. При метаморфозе молодая особь заметно отличается от взрослой и проходит превращение, поэтому простое увеличение размера здесь не описывает развитие. Спросите себя, похожа ли личинка на взрослый организм и есть ли особая стадия превращения.

Связь с другими темами

Для понимания онтогенеза нужны знания о митозе, оплодотворении и строении клетки. Митоз объясняет увеличение числа клеток при дроблении, а оплодотворение — появление зиготы как начала развития. Строение клетки помогает понять, почему клетки зародыша могут дифференцироваться.

Тема связана с размножением организмов и индивидуальными особенностями развития. Позже она помогает разбирать наследственность, потому что признаки проявляются в ходе развития, а также эволюцию и возрастные изменения организма.

Что запомнить

• Онтогенез — индивидуальное развитие организма от зарождения до смерти.
• Онтогенез включает эмбриональный и постэмбриональный периоды.
• Дробление — деление зиготы без заметного увеличения общей массы зародыша.
• Во время гаструляции формируются зародышевые листки.
• Органы и ткани развиваются из клеток зародышевых листков.
• Постэмбриональное развитие бывает прямым и с превращением.