§ 16. Индивидуальное развитие организмов — онтогенез

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от образования зиготы до смерти. Это не один короткий этап, а последовательная смена состояний: организм растёт, меняется и приобретает способность к размножению. Понятие помогает проследить весь жизненный путь одной особи.

Эмбриональное развитие — часть онтогенеза от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек. За это время клетки многократно делятся, перемещаются и специализируются, а из зародыша формируются ткани и органы. Этот термин нужен, чтобы отличать развитие зародыша от жизни после рождения или вылупления.

Постэмбриональное развитие — этап онтогенеза после рождения или выхода из яйца. Оно включает рост организма, его созревание и старение. Это понятие показывает, что развитие продолжается и после того, как молодая особь начинает самостоятельную жизнь.

Метаморфоз — преобразование организма, при котором молодая особь отличается от взрослой строением и образом жизни. Например, личинка насекомого может питаться и передвигаться иначе, чем взрослая особь. Понятие помогает отличить такое превращение от обычного увеличения размеров и созревания.

Как это устроено

Онтогенез начинается с оплодотворения и образования зиготы. При слиянии половых клеток возникает одна клетка, в которой объединён наследственный материал родителей. Именно зигота содержит исходную программу развития и служит началом многоклеточного организма, потому что её потомки образуют все клетки тела.

Затем происходит дробление — серия делений зиготы на клетки. Между делениями клетки не успевают значительно вырасти, а запас вещества исходной яйцеклетки распределяется между всё большим числом клеток. Поэтому число клеток увеличивается, их размеры уменьшаются, а общий зародыш почти не становится крупнее.

При гаструляции клетки не только делятся, но и перемещаются относительно друг друга. В результате возникают зародышевые листки — слои клеток, из которых позднее развиваются разные ткани и органы. Такое разделение создаёт основу специализации: клетки оказываются в определённом окружении и получают условия для дальнейшего развития.

Следующий важный процесс — органогенез, то есть образование органов. Зародышевые листки дают начало тканям, а клетки внутри них приобретают особенности строения и функций; это называется дифференцировкой. По мере такой специализации из клеточных групп складываются органы, необходимые для работы организма.

После рождения или выхода из яйца организм продолжает развиваться, но способы развития различаются. При прямом развитии молодая особь в целом похожа на взрослую: ей предстоит главным образом вырасти и созреть. При развитии с метаморфозом молодая форма заметно иная, поэтому для перехода ко взрослому состоянию организму нужно пройти преобразование строения и образа жизни.

Этапы индивидуального развития организмов

Читайте таблицу сверху вниз, чтобы восстановить последовательность эмбриональных процессов: дробление, гаструляция, органогенез. Строки о типах постэмбрионального развития сравнивают не отдельные процессы, а разные пути изменения молодой особи. Сопоставляйте время, процессы и результат — так проще не смешивать этап развития с его типом.

Разбор задач

Задача 1. Расположите процессы в правильной последовательности: образование органов, дробление зиготы, гаструляция. Нужно определить, какой процесс начинается раньше, а какой возможен только после появления зародышевых листков. Для этого проследим, как постепенно усложняется зародыш.

1. Дробление — первые деления зиготы; на этом этапе зародыш состоит из множества клеток.
2. Гаструляция следует за дроблением: клетки перемещаются и формируют зародышевые листки.
3. Образование органов относится к органогенезу и происходит после формирования листков.

Ответ: дробление зиготы → гаструляция → образование органов.

Задача 2. У зародыша сформировались зародышевые листки, но органы ещё не образовались. Какой этап развития завершился и какой начинается? В условии уже назван результат одного процесса, поэтому сначала соотнесём этот результат с этапом. Затем определим, какой процесс формирует органы.

1. Зародышевые листки появляются во время гаструляции. Значит, образование этих листков показывает, что гаструляция завершилась.
2. Формирование органов происходит при органогенезе. Раз органы ещё не образовались, этот этап должен начаться следующим.
3. Не следует называть листки органами: они служат источниками, из которых развиваются ткани и органы.

Ответ: завершилась гаструляция, начинается органогенез.

Задача 3. Личинка насекомого заметно отличается от взрослой особи и после ряда превращений становится взрослым организмом. Определите тип постэмбрионального развития и сравните его с прямым. Важно опираться не на сам факт роста, а на различие между молодой и взрослой формами.

1. Личинка не похожа на взрослое насекомое и проходит преобразования, прежде чем стать им.
2. Такое заметное изменение молодой формы называется метаморфозом; значит, это развитие с метаморфозом.
3. При прямом развитии молодая особь похожа на взрослую и постепенно растёт и созревает, не проходя столь резкого превращения.

Ответ: у насекомого развитие с метаморфозом; при прямом развитии молодая особь похожа на взрослую.

Типичные ошибки

Считать, что онтогенез заканчивается рождением или выходом из яйца, — значит смешивать весь жизненный путь с его начальным этапом. Так ошибаются, потому что рождение заметно меняет условия жизни организма. Проверьте себя: если после этого организм растёт, созревает и стареет, его развитие продолжается.

Дробление часто принимают за обычный рост зародыша, ведь число клеток быстро увеличивается. Но при дроблении клетки становятся меньше, а общий размер зародыша почти не меняется. Чтобы проверить ответ, спросите себя, увеличивается ли сам зародыш, а не только количество его клеток.

Зародышевые листки иногда называют готовыми органами, потому что это уже различимые слои клеток. Однако листки — лишь источники, из которых позднее развиваются ткани и органы. Проверка простая: если орган ещё не сформирован, перед вами не орган, а более ранняя основа его развития.

Не всякое развитие после рождения является метаморфозом: это заблуждение возникает, когда рост и изменение внешности считают достаточными признаками. Метаморфоз предполагает заметное преобразование и отличие молодой особи от взрослой по строению и образу жизни. Сравните обе формы: если молодая особь в целом похожа на взрослую и только растёт, это не метаморфоз.

Связь с другими темами

Для понимания онтогенеза нужны знания о строении клетки и делении клеток. Оплодотворение соединяет половые клетки и приводит к образованию зиготы, с которой начинается развитие организма. Поэтому тема связана с размножением и оплодотворением.

Представление об этапах развития помогает разбираться в наследственности и индивидуальном развитии человека. Наследственная информация реализуется по мере роста и специализации клеток, а не в один момент. Онтогенез также помогает сравнивать жизненные циклы животных и понимать, почему их молодые формы могут различаться.

Что запомнить

• Онтогенез — индивидуальное развитие организма от зиготы до смерти.
• Онтогенез включает эмбриональный и постэмбриональный этапы.
• Дробление — последовательные деления зиготы без существенного увеличения размеров зародыша.
• При гаструляции формируются зародышевые листки.
• При органогенезе образуются ткани и органы.
• Постэмбриональное развитие бывает прямым и с метаморфозом.