§ 13. Индивидуальное развитие организма (онтогенез)

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его возникновения до смерти. Оно охватывает всю жизнь, а не только рост или формирование зародыша, и включает эмбриональный и постэмбриональный периоды. Это понятие помогает рассматривать изменения организма как единый процесс.

Эмбриональное развитие — развитие организма от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек. В это время формируются зародышевые листки, ткани и зачатки органов. Этот термин обозначает начальную часть онтогенеза, протекающую до появления организма во внешней среде.

Постэмбриональное развитие — период жизни организма после рождения или выхода из яйцевых оболочек. В нём организм растёт, созревает, может размножаться, стареет, а затем умирает. По характеру изменений различают прямое развитие и развитие с превращением.

Метаморфоз — глубокое преобразование строения и образа жизни организма в ходе развития. При прямом развитии молодая особь похожа на взрослую, как человек; при непрямом появляется личинка, заметно отличающаяся от взрослой формы. Метаморфоз позволяет личинке и взрослому организму жить и питаться по-разному.

Как это устроено

Обычно онтогенез нового организма начинается с оплодотворения: мужская и женская половые клетки сливаются, и образуется зигота. В ней объединяется наследственный материал родителей, поэтому она несёт информацию, необходимую для дальнейшего развития. Зигота — одна клетка, но при делениях её потомки образуют множество клеток. Так единичная клетка становится исходной точкой сложного организма.

Затем начинается дробление — серия быстрых делений зиготы. Каждое деление увеличивает число клеток, но они не успевают вырасти до прежнего размера, поэтому весь зародыш сначала почти не увеличивается. Постепенно он становится похож на шар из клеток с внутренней полостью; такая стадия называется бластулой. Дробление перераспределяет исходный материал зиготы и создаёт клетки для следующих этапов развития.

Во время гаструляции клетки меняют положение и перемещаются относительно друг друга. В результате возникают зародышевые листки — слои клеток, которые отличаются направлением дальнейшего развития. Наружный слой называется эктодермой, внутренний — энтодермой, а между ними у многих животных формируется мезодерма. Перемещение клеток важно потому, что будущим тканям и органам нужны клетки, собранные в определённых местах.

После гаструляции у позвоночных формируется нервная трубка — зачаток центральной нервной системы, а также другие зачатки органов. Клетки постепенно специализируются: одни приобретают строение и функции нервных, другие — мышечных или эпителиальных. Это происходит не случайно: развитие клетки зависит от её положения в зародыше и сигналов от соседних клеток. Благодаря специализации из общих клеток возникают разные ткани, а из тканей складываются органы и системы органов.

После рождения или выхода из яйца организм продолжает развиваться. При прямом развитии молодая особь похожа на взрослую, хотя меньше и ещё не способна к размножению; человек проходит именно такой путь. При непрямом развитии сначала появляется личинка, которая отличается от взрослого организма, а затем происходит превращение. У насекомых с полным превращением есть стадии яйца, личинки, куколки и взрослой особи, например у бабочки; при неполном превращении куколки нет, а молодые стадии постепенно становятся взрослыми.

Периоды и особенности индивидуального развития

Сначала определите, о каком отрезке жизни идёт речь: до рождения или после него. Затем сопоставьте этапы и изменения организма с соответствующим столбцом. Таблица показывает, что появление на свет не завершает онтогенез, а отделяет один его период от другого.

Разбор задач

Задача 1. Расположите стадии эмбрионального развития в правильном порядке: гаструла, зигота, бластула, дробление.

1. Начальная стадия — зигота: она возникает после оплодотворения.
2. За зиготой следует дробление: клетка делится на всё большее число клеток, при этом зародыш почти не растёт.
3. После дробления формируется бластула, а перемещения клеток позднее приводят к образованию гаструлы.

Ответ: зигота → дробление → бластула → гаструла. Чтобы не перепутать порядок, полезно связать название стадии с процессом, который её формирует.

Задача 2. Установите соответствие между зародышевыми листками и возникающими из них структурами: нервная ткань, эпителий кишечника, мышцы.

1. Нервная ткань развивается из наружного зародышевого листка — эктодермы.
2. Эпителий кишечника связан с внутренним листком — энтодермой, который участвует в формировании выстилки пищеварительной системы.
3. Мышцы образуются из среднего листка — мезодермы.

Ответ: нервная ткань — эктодерма; эпителий кишечника — энтодерма; мышцы — мезодерма. Здесь нужно сопоставлять не названия будущих органов, а происхождение структур из конкретных зародышевых листков.

Задача 3. У бабочки из яйца выходит гусеница, затем образуются куколка и взрослая особь. Определите тип постэмбрионального развития и обоснуйте ответ.

1. Гусеница — личинка, которая не похожа на взрослую бабочку и отличается от неё образом жизни.
2. Стадия куколки показывает, что между личинкой и взрослой особью происходит глубокая перестройка организма.
3. Такое преобразование называют метаморфозом, а наличие стадии куколки отличает полное превращение.

Ответ: развитие непрямое, с полным превращением. Основание для вывода — личиночная стадия и последующее преобразование через куколку.

Типичные ошибки

Ошибка — считать дробление обычным ростом зародыша. Так думают, потому что число клеток быстро увеличивается, но при этом размер зародыша сначала почти не меняется: клетки становятся мельче. Проверка простая: разделяйте увеличение числа клеток и увеличение общего размера.

Ошибка — путать бластулу и гаструлу. Обе стадии состоят из клеток зародыша, поэтому их легко воспринимать как одно и то же. Помните порядок: бластула появляется после дробления, а гаструла — после перемещения клеток и формирования зародышевых листков.

Ошибка — называть зародышевые листки готовыми органами. Такое представление возникает из-за того, что листки дают начало определённым структурам, но сами они остаются слоями клеток. Проверьте себя вопросом: перед вами уже работающий орган или группа клеток, из которой он только сформируется?

Ошибка — считать любое развитие после рождения непрямым. Время развития само по себе ничего не говорит о наличии превращения, поэтому такая путаница возникает при смешении понятия «постэмбриональное» с «непрямым». Для непрямого развития ищите личиночную стадию и заметное преобразование; если молодой организм похож на взрослый, развитие прямое.

Связь с другими темами

Чтобы понять онтогенез, нужно знать строение клетки и то, как клетки делятся. Также пригодятся сведения об оплодотворении и образовании зиготы: именно эти процессы объясняют начало развития нового организма. Без них трудно проследить, как от одной клетки зародыш переходит к многоклеточным стадиям.

Знания об онтогенезе помогают изучать наследственность и эмбриологию, поскольку показывают, как наследственная информация реализуется в развитии. Они также связаны с темами размножения и индивидуальных особенностей организма. Сопоставляя ход развития у разных организмов, можно понять, откуда берутся различия в строении и жизненном цикле.

Что запомнить

• Онтогенез — развитие организма на протяжении всей его жизни.
• Онтогенез включает эмбриональный и постэмбриональный периоды.
• Дробление — ряд делений зиготы без заметного увеличения размеров зародыша.
• При гаструляции образуются зародышевые листки.
• Из зародышевых листков развиваются ткани и органы.
• Постэмбриональное развитие бывает прямым и непрямым.
• Метаморфоз — преобразование организма в ходе развития.