§ 21. Индивидуальное развитие организмов

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его возникновения до конца жизни. Оно охватывает два периода: эмбриональный, пока организм развивается внутри яйца или тела матери, и постэмбриональный — после рождения либо выхода из яйца. Это понятие помогает рассматривать жизнь организма как непрерывный процесс, а не только как развитие зародыша.

Эмбриональное развитие — развитие организма от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек. Зигота — клетка, образованная при слиянии половых клеток; именно с неё начинается развитие нового организма. В этот период последовательно происходят дробление, гаструляция и органогенез, то есть закладываются основы будущего тела.

Дробление — последовательные деления зиготы без увеличения размеров зародыша. После каждого деления появляются более мелкие клетки — бластомеры, поэтому клеток становится больше, а общий объём зародыша почти не меняется. Это позволяет быстро получить многоклеточный зародыш, не увеличивая его размеры на раннем этапе.

Гаструляция — этап развития, во время которого формируются зародышевые листки, то есть слои клеток зародыша. Клетки перемещаются и распределяются по этим слоям, а затем из каждого развиваются определённые ткани и органы. Поэтому гаструляция задаёт основу дальнейшего построения организма.

Как это устроено

Онтогенез начинается с образования зиготы, потому что именно в этой клетке объединяется наследственный материал будущего организма. Дальше развитие не обрывается при появлении детёныша или выходе из яйца: организм продолжает расти, созревать и стареть. Поэтому онтогенез делят на эмбриональный и постэмбриональный периоды по важной границе — появлению организма во внешней среде.

Во время дробления зигота делится на всё более мелкие клетки, сохраняя общий размер зародыша. Так происходит потому, что клетки делятся без обычного увеличения объёма между делениями. В результате зародыш быстро становится многоклеточным, но не занимает намного больше места, чем исходная зигота. Образовавшиеся клетки называют бластомерами.

При гаструляции клетки перемещаются и распределяются по зародышевым листкам. Простого увеличения числа клеток уже недостаточно: будущему организму нужно упорядочить их и задать направления дальнейшего развития. Из листков затем образуются разные ткани и системы органов, поэтому их расположение и свойства имеют значение для строения тела.

В ходе органогенеза из зародышевых листков формируются органы. Это возможно благодаря тому, что клетки постепенно специализируются: одни приобретают строение и функции, подходящие для мышечной ткани, другие — для нервной или иной. В результате из общего набора клеток возникают структуры, которые выполняют разные задачи и работают согласованно.

После рождения или выхода из яйца организм растёт и достигает зрелости, потому что его органы продолжают развиваться и выполнять свои функции. При прямом развитии молодая особь в основном похожа на взрослую, хотя она меньше и ещё не способна к размножению. При непрямом развитии появляется личинка, заметно отличающаяся от взрослого организма; её превращение называют метаморфозом.

Периоды и особенности индивидуального развития

Сначала сравните сроки двух периодов: границей между ними служит рождение или выход из яйца. Затем сопоставьте процессы и изменения организма, чтобы увидеть, что эмбриональный период связан прежде всего с формированием тела, а постэмбриональный — с его ростом и дальнейшим развитием. Примеры в последней строке помогают отличить этапы эмбрионального развития от вариантов развития после появления организма.

Разбор задач

Задача 1. Расположите образование зиготы, дробление, гаструляцию и органогенез в порядке их наступления. Все перечисленные события относятся к эмбриональному развитию, но каждое готовит условия для следующего. Чтобы установить порядок, нужно проследить путь от одной исходной клетки к зародышу с формирующимися органами.

1. Начинаем с образования зиготы: до её появления развитие нового организма ещё не началось.
2. Затем идёт дробление, при котором зигота делится на бластомеры и становится многоклеточной.
3. После этого происходит гаструляция: клетки распределяются по зародышевым листкам.
4. Завершает последовательность органогенез, во время которого из листков развиваются органы.

Ответ: образование зиготы → дробление → гаструляция → органогенез. Порядок отражает постепенное усложнение зародыша: от одной клетки к слоям клеток, а затем к органам. Перестановка этапов нарушила бы эту последовательность.

Задача 2. В зародыше сформировались слои клеток, из которых позднее развиваются разные ткани. Определите этап развития и объясните его значение. В условии говорится не о появлении готовых органов, а о возникновении слоёв — это ключ к выбору этапа. Нужно соотнести описание с процессами гаструляции и органогенеза.

1. Выделяем признак: сформировались слои клеток, то есть зародышевые листки.
2. Связываем этот признак с гаструляцией, во время которой клетки перемещаются и распределяются по листкам.
3. Объясняем значение: листки дают начало разным тканям и органам на последующих этапах развития.

Ответ: это гаструляция. Её результат — зародышевые листки, которые задают основу дальнейшего образования тканей и органов. Если бы в условии говорилось о формировании самих органов, речь шла бы об органогенезе.

Задача 3. Сравните развитие бабочки и человека после начала самостоятельной жизни: укажите, где происходит метаморфоз, и определите форму развития каждого организма. Нужно выяснить, возникает ли личиночная стадия и насколько молодая особь отличается от взрослой. По наличию превращения различают непрямое и прямое развитие.

1. У бабочки есть личиночная стадия — гусеница, которая заметно отличается от взрослой особи.
2. Переход от личинки к взрослой бабочке включает метаморфоз, поэтому развитие бабочки непрямое.
3. Ребёнок в основном похож на взрослого человека, постепенно растёт и созревает; отдельной личиночной стадии и метаморфоза нет.

Ответ: метаморфоз происходит у бабочки, её развитие непрямое. У человека развитие прямое. Оно не означает, что ребёнок сразу становится взрослым: особь растёт и меняется, но не проходит превращение из личинки.

Типичные ошибки

Ошибка: считать онтогенез только развитием зародыша. Так думают, потому что самые заметные изменения происходят до рождения или выхода из яйца, но после этого рост и созревание продолжаются. Проверьте себя: если в определении есть конец эмбрионального периода, добавьте к нему постэмбриональную жизнь организма.

Ошибка: путать дробление с обычным ростом зародыша. При делении клеток становится больше, поэтому может показаться, что увеличивается и весь зародыш, однако его общий размер почти не меняется. Проверка простая: учитывайте отдельно число клеток и общий размер зародыша.

Ошибка: смешивать гаструляцию и органогенез. Их легко перепутать, потому что оба этапа связаны с усложнением строения зародыша. Но сначала при гаструляции возникают зародышевые листки, и только потом в ходе органогенеза из них формируются органы; сверяйте, что именно описано в условии.

Ошибка: называть любое развитие после рождения прямым. Рождение само по себе не определяет форму развития, поэтому такую ошибку допускают, не проверяя наличие личиночной стадии. Чтобы убедиться, выясните, появляется ли личинка и происходит ли её превращение во взрослую особь.

Связь с другими темами

Для понимания онтогенеза нужно знать, что такое клеточное деление, зигота и оплодотворение. Эти понятия объясняют, откуда начинается развитие и как увеличивается число клеток зародыша. Повторите их, если сложно проследить путь от одной клетки к многоклеточному организму.

Тема связана с изучением клеток и тканей: зародышевые листки дают начало разным тканям и органам. Специализация клеток помогает понять, почему структуры организма отличаются строением и выполняют разные функции. Так развитие зародыша связывается с тем, как устроено тело взрослого организма.

Знание онтогенеза пригодится при изучении наследственности, размножения и эволюции организмов. Оно помогает проследить, как наследственные особенности проявляются в ходе жизни и как возникают различия в развитии. Сравнение форм развития также помогает сопоставлять организмы разных видов.

Что запомнить

• Онтогенез — индивидуальное развитие организма на протяжении всей его жизни.
• В онтогенезе выделяют эмбриональный и постэмбриональный периоды.
• Дробление — деление зиготы на клетки без заметного увеличения размера зародыша.
• Во время гаструляции формируются зародышевые листки.
• Органы развиваются из зародышевых листков в ходе органогенеза.
• При прямом развитии молодая особь в основном похожа на взрослую.
• Метаморфоз — превращение организма в ходе непрямого развития.