Индивидуальное развитие организмов. Биогенетический закон.

Определения и обозначения

Онтогенез — индивидуальное развитие организма от образования зиготы до смерти. Его ход связан с наследственной программой, которая задаёт основные особенности организма, и с условиями среды, влияющими на рост и развитие. Это понятие помогает рассматривать жизнь организма как единый процесс, а не только как период до рождения.

Эмбриональное развитие — период развития организма от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек. В это время закладываются основные ткани, органы и системы органов. Понятие позволяет отделить развитие зародыша от последующих изменений организма.

Постэмбриональное развитие — период жизни организма от рождения или выхода из яйцевых оболочек до смерти. В это время организм растёт, достигает зрелости, а затем может стареть. Термин нужен, чтобы учитывать продолжение онтогенеза после появления новой особи на свет.

Биогенетический закон — положение о связи индивидуального развития организма с историческим развитием его вида. Сходство зародышей родственных организмов указывает на общность их происхождения, но не означает, что зародыш буквально повторяет все этапы эволюции. Это положение помогает объяснить сходные черты развития и не путать их с точным воспроизведением жизни предков.

Как это устроено

Онтогенез начинается с оплодотворения: мужская и женская гаметы сливаются, и образуется зигота. В ней объединяется наследственный материал родителей, поэтому она становится первой клеткой нового организма. Далее наследственная программа направляет развитие, но условия среды могут влиять на его темп и успешность. Например, для нормального развития зародышу необходимы подходящие условия.

При дроблении зигота многократно делится, образуя всё больше клеток. Эти клетки называют бластомерами, а их размеры остаются небольшими, потому что деления происходят быстрее, чем рост клеток. Поэтому общий размер зародыша в этот период почти не увеличивается. Такое деление позволяет быстро получить множество клеток, необходимых для дальнейшего формирования зародыша.

После дробления формируется бластула — ранний зародыш, состоящий из клеток, окружающих полость. Затем начинается гаструляция: клетки перемещаются и располагаются слоями, которые называют зародышевыми листками. Перемещения нужны, чтобы клетки заняли разные положения и получили условия для дальнейшего развития. Из листков позднее образуются ткани и органы, поэтому сами листки ещё не являются готовыми органами.

Во время органогенеза из зародышевых листков развиваются органы и системы органов. Клетки различаются по строению и функциям, а их согласованное развитие создаёт части тела зародыша. Поэтому на этом этапе его строение постепенно приобретает черты, характерные для данного вида. Формирование органов опирается на процессы, начавшиеся при образовании зародышевых листков.

После рождения или выхода из яйца начинается постэмбриональное развитие: организм растёт и созревает. При прямом развитии молодая особь в целом похожа на взрослую, а её изменения связаны главным образом с ростом и созреванием. У некоторых видов развитие включает метаморфоз — заметное преобразование строения, например превращение гусеницы в бабочку. Разные варианты связаны с особенностями жизненного цикла вида.

Основные этапы индивидуального развития

Таблица помогает восстановить последовательность развития: от делений зиготы к формированию органов и дальнейшему росту организма. Сопоставляй процессы с результатами, чтобы не путать, например, зародышевые листки с готовыми органами. Постэмбриональный этап начинается после рождения или выхода из яйцевых оболочек.

Разбор задач

Задача 1. Расположите дробление, гаструляцию и органогенез в порядке их наступления и кратко объясните последовательность. Нужно определить, что происходит сначала, а какие процессы возможны только после образования клеточных слоёв. Для этого проследим, как постепенно усложняется зародыш.

1. Сначала идёт дробление: зигота делится, и появляется множество бластомеров.
2. Затем происходит гаструляция, потому что клетки должны переместиться и сформировать зародышевые листки.
3. После этого начинается органогенез: из листков развиваются органы и системы органов.

Ответ: дробление → гаструляция → органогенез. Такая последовательность объясняется тем, что органы формируются из тканей, развитие которых связано с зародышевыми листками.

Задача 2. К какому периоду онтогенеза относится развитие бабочки из куколки и почему? В условии речь идёт о превращении, происходящем после выхода бабочки из яйцевых оболочек. Нужно определить период и назвать характер изменения организма.

1. Сначала устанавливаем, что выход из яйца уже произошёл, значит, эмбриональный период завершён.
2. Развитие после выхода из яйцевых оболочек относится к постэмбриональному периоду.
3. Превращение куколки во взрослую бабочку — часть метаморфоза, то есть заметного изменения строения.

Ответ: это постэмбриональное развитие с метаморфозом. На принадлежность к этому периоду указывает то, что превращение происходит после завершения эмбрионального развития.

Задача 3. Зародыши позвоночных на ранних этапах имеют сходные черты, но позднее различаются. Объясните это с точки зрения биогенетического закона и укажите, почему его нельзя понимать как точное повторение эволюции. Важно связать сходство с происхождением, а последующие различия — с особенностями развития видов.

1. Раннее сходство зародышей показывает, что у позвоночных есть общие черты развития и эволюционная связь.
2. По мере развития проявляются особенности наследственной программы каждого вида, поэтому зародыши становятся различными.
3. Из этого не следует, что каждый зародыш проходит все взрослые стадии предков: сходство касается отдельных признаков и этапов, а не полной истории эволюции.

Ответ: биогенетический закон отражает связь индивидуального развития с эволюционной историей вида. Он не утверждает, что зародыш буквально повторяет эволюцию или последовательно становится взрослыми формами своих предков.

Типичные ошибки

Считать онтогенез развитием только до рождения. Так думают, потому что эмбриональное развитие заметно отличается от дальнейшей жизни. Но онтогенез продолжается и после появления организма на свет. Проверь себя: если речь идёт о росте, созревании или старении, это тоже часть индивидуального развития.

Путать дробление с обычным ростом. Из-за увеличения числа клеток может показаться, что зародыш сразу становится крупнее. При дроблении клетки делятся, но не успевают увеличиваться, поэтому размер зародыша почти не меняется. Чтобы проверить себя, спроси: увеличиваются ли клетки и общий объём зародыша?

Считать зародышевые листки готовыми органами. Это ошибка возникает, когда слова «листки» и «слои» принимают за названия уже сформированных частей тела. На самом деле из них позднее развиваются ткани и органы. Проверка проста: готовые органы формируются в ходе органогенеза, а листки возникают раньше, при гаструляции.

Понимать биогенетический закон как буквальное повторение стадий предков. Сходство зародышей действительно заметно, поэтому его легко истолковать слишком широко. Закон говорит о связи индивидуального развития с эволюционной историей, а не о прохождении зародышем всех взрослых форм предков. Проверяй себя: если объяснение утверждает, что зародыш буквально проживает эволюцию вида, оно неверно.

Связь с другими темами

Для понимания онтогенеза нужны знания о строении клетки, митозе, оплодотворении и половом размножении: они объясняют происхождение зиготы и увеличение числа клеток. Тема связана с наследственностью и изменчивостью, потому что развитие зависит от наследственной программы и условий среды. Она также помогает изучать эволюцию, размножение и индивидуальное развитие человека. Эти связи показывают, как процессы на уровне клетки приводят к формированию целого организма.

Что запомнить

• Онтогенез — развитие отдельного организма на протяжении всей его жизни.
• Зигота образуется при слиянии гамет и даёт начало новому организму.
• Дробление — последовательные деления зиготы без заметного увеличения зародыша.
• При гаструляции формируются зародышевые листки.
• Органы и системы органов формируются в ходе органогенеза.
• Постэмбриональное развитие бывает прямым или сопровождается метаморфозом.
• Биогенетический закон отражает связь индивидуального развития с эволюционной историей вида, но не означает её буквального повторения.