§ 32. Онтогенез — индивидуальное развитие организма

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от его возникновения до смерти. Это последовательные изменения, которые происходят на протяжении всей жизни, а не только увеличение размеров тела. Понятие помогает рассматривать организм как систему, которая меняется во времени.

Эмбриональное развитие — часть онтогенеза от образования зиготы до рождения или выхода организма из яйцевых оболочек. В него входят дробление, гаструляция и органогенез. Эти названия обозначают этапы, на которых зародыш проходит от первых клеточных делений к формированию основных структур тела.

Постэмбриональное развитие начинается после рождения или выхода из яйцевых оболочек и продолжается до смерти. В этот период организм растёт, достигает зрелости и претерпевает возрастные изменения. Это понятие показывает, что завершение развития зародыша не означает остановки всех изменений организма.

Метаморфоз — глубокое преобразование строения и образа жизни организма в ходе индивидуального развития. Например, головастик превращается во взрослую лягушку, а гусеница — в бабочку. Термин нужен, чтобы отличать такое развитие от постепенного взросления особи, которая в целом уже похожа на взрослую.

Как это устроено

Онтогенез начинается с образования зиготы при оплодотворении. В ней объединяется наследственный материал родительских клеток, а дальнейшие деления и изменения формируют организм. Развитие называют непрерывным, потому что каждый этап связан с предыдущим и подготавливает следующий. Оно не сводится к росту: меняются строение, функции и степень зрелости организма.

Во время дробления зигота многократно делится на клетки. При этом общий размер зародыша существенно не увеличивается: ранние деления распределяют исходное вещество зиготы между всё более мелкими клетками. В результате возникает скопление клеток, внутри которого формируется полость. Зародыш на этой стадии называют бластулой, и её устройство создаёт условия для последующих перемещений клеток.

При гаструляции клетки перемещаются относительно друг друга и располагаются в слоях — зародышевых листках. Это нужно потому, что будущему организму предстоит сформировать разные по строению и функциям ткани. У листков различаются положение и условия взаимодействия с соседними клетками, поэтому они становятся источниками разных клеточных линий. Так закладывается план дальнейшего формирования органов.

В ходе органогенеза из клеток зародышевых листков формируются ткани и органы. Клетки специализируются: одни приобретают свойства, необходимые для проведения нервных сигналов, другие — для сокращения или образования покровов. На их развитие влияют не только собственные наследственные программы, но и положение в зародыше и сигналы от соседних клеток. Поэтому клетки с одинаковым геномом могут выполнять разные функции.

После рождения или выхода из яйца организм продолжает расти и созревать. При прямом развитии молодая особь в целом похожа на взрослую, хотя отличается размерами и незрелостью органов; так развивается, например, цыплёнок. При развитии с метаморфозом молодая стадия заметно отличается от взрослой строением или образом жизни. Такая последовательность позволяет организму пройти личиночную стадию, прежде чем приобрести взрослую форму, как у бабочки или лягушки.

Основные этапы онтогенеза

Сначала проследите последовательность этапов: деления предшествуют образованию зародышевых листков, а они — формированию органов. Затем сопоставьте процесс и результат в каждой строке. Так таблица помогает отличать события эмбрионального развития от изменений после рождения или выхода из яйца.

Разбор задач

Задача 1. Расположите события в правильной последовательности: образование зародышевых листков, деление зиготы, формирование органов. Чтобы не перепутать этапы, соотнесём каждое событие с его названием. Деление зиготы относится к дроблению, зародышевые листки возникают при гаструляции, а органы формируются при органогенезе.

1. Найдём самое раннее событие. Деление зиготы начинает эмбриональное развитие и относится к дроблению.
2. Определим следующий этап. При гаструляции клетки перемещаются и образуют зародышевые листки.
3. Поставим последним формирование органов. Это органогенез, который следует после образования листков.

Ответ: деление зиготы → образование зародышевых листков → формирование органов.

Задача 2. У лягушки из икринки развивается головастик, который затем превращается во взрослую особь. Определите тип развития и объясните ответ. Здесь важно не просто то, что головастик со временем становится взрослым, а то, насколько они различаются. Сопоставим начальную молодую стадию и взрослую форму.

1. Отметим, что головастик — отдельная личиночная стадия развития лягушки.
2. Сравним его со взрослой особью: меняются строение тела и образ жизни, а не только размеры.
3. Сделаем вывод: выраженное преобразование организма в ходе развития называют метаморфозом.

Ответ: это развитие с метаморфозом, потому что личинка-головастик существенно преобразуется во взрослую лягушку.

Задача 3. Сравните развитие цыплёнка и бабочки: укажите, на каком этапе их развитие различается особенно заметно, и объясните значение этого различия. Сначала определим, как выглядят молодые особи по отношению к взрослым. Затем используем это различие, чтобы распознать тип развития, не принимая обычный рост за метаморфоз.

1. Цыплёнок после выхода из яйца в целом похож на взрослую курицу; ему предстоит расти и созревать.
2. У бабочки есть личиночная стадия — гусеница, сильно отличающаяся от взрослой формы. Позже происходит преобразование в куколке и появляется бабочка.
3. Следовательно, у цыплёнка развитие прямое, а у бабочки — с метаморфозом. Различие особенно заметно после выхода из яйца: цыплёнок похож на взрослую особь, а гусеница — нет.

Ответ: у цыплёнка прямое развитие, у бабочки — развитие с метаморфозом; личиночная стадия бабочки отличается от взрослой и проходит глубокое преобразование.

Типичные ошибки

Считать онтогенез только эмбриональным развитием. Такая ошибка возникает, если считать рождение или выход из яйца концом всех изменений. Но онтогенез продолжается в постэмбриональный период, когда организм растёт, созревает и стареет. Проверьте себя: если определение не охватывает жизнь после рождения и до смерти, оно неполное.

Путать рост с развитием. Рост — это увеличение размеров и массы, поэтому он кажется самым заметным изменением. Развитие включает также качественные перемены, например специализацию клеток и созревание органов. Проверка простая: спросите, меняются ли только размеры или ещё строение и функции.

Считать дробление обычным ростом зародыша. При делениях число клеток увеличивается, и это можно ошибочно принять за увеличение всего зародыша. Однако его общий размер существенно не меняется, а клетки становятся мельче. Чтобы проверить себя, отличайте рост числа клеток от роста размера зародыша.

Называть любой переход к взрослому состоянию метаморфозом. Так думают, потому что и при прямом развитии молодая особь постепенно становится взрослой. Но при прямом развитии она уже в целом похожа на взрослую, а выраженного преобразования нет. Сравните строение и образ жизни молодой и взрослой особей: резкое различие указывает на метаморфоз.

Связь с другими темами

Для понимания онтогенеза нужны знания о строении клетки, митозе и оплодотворении: именно деление клеток и образование зиготы запускают ранние этапы развития. Тема связана с генетикой и клеточной дифференцировкой, то есть приобретением клетками разных функций. Эта связь помогает объяснить, как клетки с одинаковым геномом становятся частью разных тканей. Понятия онтогенеза пригодятся при изучении эмбриологии, возрастной физиологии, размножения и эволюции жизненных циклов.

Что запомнить

• Онтогенез — индивидуальное развитие организма на протяжении всей жизни.
• Эмбриональный и постэмбриональный периоды вместе составляют онтогенез.
• Дробление — серия делений зиготы без значительного увеличения размера зародыша.
• Гаструляция приводит к образованию зародышевых листков.
• Органы и ткани формируются в ходе органогенеза.
• Развитие бывает прямым и происходящим с метаморфозом.