§ 41. Индивидуальное развитие организмов. Биогенетический закон

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его возникновения до естественной смерти. Он охватывает всю жизнь особи и включает эмбриональный и постэмбриональный периоды. Это понятие помогает видеть развитие как непрерывный процесс, а не только как рост после рождения.

Эмбриональное развитие — период от образования зиготы до рождения или выхода организма из яйцевых оболочек. В нём последовательно происходят дробление, гаструляция и органогенез. Эти этапы позволяют проследить, как из одной клетки формируется зародыш с тканями и органами.

Постэмбриональное развитие — развитие после рождения или выхода из яйца. Оно включает рост и созревание организма, а позднее — старение. Понятие нужно, чтобы отличать изменения зародыша от процессов, которые идут уже у появившейся на свет или вылупившейся особи.

Биогенетический закон — положение о связи индивидуального развития организма с историческим развитием его вида. Сходство зародышей родственных организмов связано с общим происхождением, однако зародыш не повторяет в точности взрослые формы предков. Такое понимание помогает использовать данные эмбриологии для изучения эволюции, не истолковывая сходство буквально.

Как это устроено

Онтогенез начинается с образования зиготы и представляет собой согласованную последовательность изменений клеток, тканей и органов. Зигота делится, клетки получают разные функции, а части зародыша формируются в определённом порядке. Поэтому развитие нельзя свести к увеличению размеров: организм растёт потому, что одновременно меняются его строение и работа клеток.

Сначала происходит дробление: зигота многократно делится, образуя бластомеры — клетки зародыша. При этом клетки становятся меньше, а общий размер зародыша существенно не растёт, поскольку деления идут без обычного увеличения объёма между ними. Это позволяет быстро увеличить число клеток и подготовить материал для дальнейшей перестройки зародыша. После серии делений формируется бластула — ранняя стадия, обычно имеющая полость.

Затем наступает гаструляция. Клетки перемещаются и меняют взаимное расположение, потому что будущим частям организма нужно занять разные положения. Так возникают зародышевые листки — слои клеток, каждый из которых даёт начало определённым тканям и органам. Это важный этап: без распределения клеток по слоям невозможно упорядоченное формирование тела.

Во время органогенеза клетки зародышевых листков дифференцируются, то есть приобретают различия в строении и функциях. Одни группы клеток образуют зачатки органов, другие формируют ткани, которые обеспечивают их работу. Такой процесс становится возможным благодаря тому, что клетки уже расположены в нужных областях зародыша. После рождения или выхода из яйца развитие не прекращается: организм продолжает расти и созревать в постэмбриональном периоде.

Этапы индивидуального развития и их особенности

Читайте таблицу сверху вниз, чтобы восстановить порядок основных этапов: дробление предшествует гаструляции, а органогенез следует за ней. Столбец с процессами помогает не путать, что происходит на каждом этапе, а последний показывает его результат. Постэмбриональное развитие начинается после завершения эмбрионального периода.

Разбор задач

Задача 1

Расположите дробление, гаструляцию и органогенез в порядке их наступления и укажите, какой этап связан с образованием зародышевых листков. Чтобы решить задачу, нужно вспомнить, как от делений одной клетки организм переходит к формированию органов. Речь идёт о последовательности этапов эмбрионального развития, а не о периоде после рождения.

1. Сначала происходит дробление: зигота делится на бластомеры, и число клеток растёт.
2. Затем следует гаструляция, когда клетки перемещаются и образуют зародышевые листки.
3. После этого начинается органогенез: клетки дифференцируются, формируя ткани и органы.

Ответ: дробление → гаструляция → органогенез. Зародышевые листки образуются во время гаструляции, а органы закладываются позднее.

Задача 2

У животного развитие продолжается после выхода из яйца и включает личиночную стадию с последующим превращением во взрослую особь. Определите, к какому периоду онтогенеза относятся эти события и какой тип развития наблюдается. Сначала выясним, когда происходят описанные изменения, а затем — указывает ли наличие личинки на постепенное развитие без превращения или на смену стадий.

1. Выход из яйца означает, что эмбриональный период завершён, а постэмбриональное развитие уже началось.
2. Личиночная стадия относится к постэмбриональному периоду, поскольку возникает после выхода из яйцевых оболочек.
3. Переход от личинки к взрослой особи — превращение, поэтому развитие идёт с метаморфозом, то есть с существенной перестройкой организма.

Ответ: описанные события относятся к постэмбриональному развитию; наблюдается развитие с превращением (метаморфозом). Наличие личинки позволяет определить тип развития, но не меняет границу между эмбриональным и постэмбриональным периодами.

Задача 3

У зародышей разных позвоночных обнаружено сходство на ранних стадиях, но позднее формируются разные органы и признаки. Нужно объяснить, как это связано с биогенетическим законом и почему наблюдение не доказывает буквального повторения стадий эволюции предков. Важно разделить два вывода: о родстве организмов и о последовательности развития конкретного зародыша.

1. Сходство ранних зародышей служит свидетельством общих черт развития родственных групп и их общего происхождения.
2. Позднее различия усиливаются: у зародышей развиваются характерные для видов органы и признаки.
3. Эволюция меняла процессы и сроки развития, поэтому онтогенез современных видов не является точной копией истории их предков.

Ответ: сходство ранних зародышей согласуется с биогенетическим законом и указывает на эволюционное родство. Однако оно не означает, что зародыш буквально проходит все взрослые стадии предков: развитие вида изменялось и само.

Типичные ошибки

Ошибка — считать дробление обычным ростом зародыша. Её допускают, потому что при делениях клеток становится больше и создаётся впечатление увеличения организма. Проверьте себя: при дроблении число бластомеров возрастает, но общий размер зародыша существенно не увеличивается.

Ошибка — путать гаструляцию с органогенезом. Оба этапа связаны с формированием будущего тела, поэтому их результаты легко смешать. Спросите себя, что именно возникает: зародышевые листки образуются при гаструляции, а закладка органов происходит позднее, при органогенезе.

Ошибка — начинать онтогенез с рождения или выхода из яйца. Эти события заметны, поэтому их можно принять за начало жизни организма. Для проверки найдите более раннее событие: индивидуальное развитие начинается с образования зиготы, а рождение разделяет эмбриональный и постэмбриональный периоды.

Ошибка — понимать биогенетический закон как буквальное повторение взрослым организмом всех стадий эволюции предков. Такое толкование возникает, если сходство зародышей принять за полное совпадение их развития. Проверьте вывод: закон связывает онтогенез с эволюционной историей, но онтогенез отражает её в изменённом виде.

Связь с другими темами

Чтобы понять, как зигота делится и даёт начало зародышу, нужно знать строение клетки, митоз и оплодотворение. Представления о зародышевых листках и эмбриональных этапах помогают объяснять происхождение тканей и органов, в том числе при изучении развития человека. А связь онтогенеза с филогенезом — историческим развитием вида — позволяет осмысленно использовать данные сравнительной эмбриологии и связывать их с эволюционной теорией.

Что запомнить

• Онтогенез — индивидуальное развитие организма на протяжении всей его жизни.
• Онтогенез включает эмбриональный и постэмбриональный периоды.
• Основные этапы эмбрионального развития — дробление, гаструляция и органогенез.
• Зародышевые листки формируются во время гаструляции.
• Постэмбриональное развитие начинается после рождения или выхода из яйца.
• Биогенетический закон связывает индивидуальное развитие с эволюционной историей вида, но не означает её буквального повторения.