Учебник по Биологии. 9 класс. Соболь - Новая программа

Рост и развитие организма определяются информацией, содержащейся в его ДНК.

Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор. Биология

§ 32. ПЕРИОДЫ ОНТОГЕНЕЗА В МНОГОКЛЕТОЧНЫХ ОРГАНИЗМАХ

Основные понятия и ключевые термины: ЭМБРИОГЕНЕЗ. ПОСТЭМБРИОГЕНЕЗ. Стволовые клетки.

Вспомните! Что такое онтогенез, рост и дифференциация?

Подумайте!

«Взрослый человек состоит из миллионов миллионов клеток. Их в десять раз больше, чем звёзд в нашей Галактике или песчинок на небольшом пляже. Существуют сотни типов клеток, и при этом клетки каждого конкретного типа появляются и обновляются в нужном количестве и в нужное время. Вся эта сложная конструкция развивается из одной оплодотворённой яйцеклетки» (Д. Дейвис. Онтогенез). Каким образом из отдельной зиготы появляются различные по строению и функциям клетки? Как происходит развитие организма из зиготы?

СОДЕРЖАНИЕ

Каковы стадии эмбрионального развития?

ЭМБРИОГЕНЕЗ (от греч. эмбрио - зародыш и генезис - происхождение) - это период онтогенеза от зиготы до рождения. Эмбриогенез у разных организмов протекает по-разному, но можно выделить сходные особенности. Так, общими процессами эмбриогенеза растений и животных являются митотические деления зиготы, дифференциация клеток, образование тканей (гистогенез) и органов (органогенез) и др. Все эти процессы осуществляются под контролем генов. За открытия, касающиеся генетического контроля на ранних стадиях эмбриогенеза, Э. Льюис, К. Нюсляйн-Фольгард и Э. Вишаус были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине (1995).

Особенности эмбриогенеза растений и животных рассмотрим на примере покрытосеменных и хордовых.

Эмбриогенез растений состоит из таких этапов: 1) образование из зиготы зародышевой образовательной ткани; 2) образование зародышевых органов - корешка и побега; 3) формирование семени. Результатом эмбриогенеза у цветковых растений является семя, содержащее зародыш и запас питательных веществ. Постоянные ткани и органы растения образуются уже после прорастания.

Эмбриогенез животных происходит в яйце или внутри материнского организма и состоит из этапов дробления, гаструляции и органогенеза.

Дробление - ряд последовательных митотических делений зиготы, которые заканчиваются образованием однослойной стадии - бластулы. Основной клеточный механизм развития на этом этапе - деление клеток, происходящее очень быстро. Количество клеток-бластомеров увеличивается вследствие митоза, но роста нет.

Ил. 82. Этапы эмбриогенеза животных

Гаструляция - это процесс формирования двух- или трёхслойного зародыша — гаструлы.

Роста клеток при гаструляции не происходит. Основными проявлениями поведения клеток является перемещение (миграция) клеток, благодаря чему образуются зародышевые листки: внешний слой - эктодерма, внутренний - энтодерма и средний - мезодерма. На этапе гаструляции важное значение имеют взаимодействия клеток, обеспечивающие согласованное формирование отдельных частей организма.

Гистогенез и органогенез - образование тканей и органов — осуществляются благодаря митозу, росту, миграциям и дифференциации клеток. У зародыша животных из зародышевых листков формируются эпителиальные, соединительные, мышечные и нервная ткани, которые образуют органы (ил. 82).

Перед рождением зародыш имеет органы, присущие взрослому организму, способность к самостоятельному питанию и активному перемещению.

Итак, основными стадиями эмбриогенеза являются дробление, гаструляция, гистогинез и органогенез.

Чем обусловлены особенности постэмбриогенеза организмов?

ПОСТЭМБРИОГЕНЕЗ (от лат. post - после и греч. эмбрио - зародыш) — это послезародышевый период, длящийся от рождения до смерти. В постэмбриогенезе организмы начинают самостоятельный образ жизни, усиливается влияние факторов среды. Поэтому усложняются жизненные функции организма, активируются системы защиты, регуляции функций, появляются новые органы и т. п. Основными проявлениями клеточной активности постэмбриогенеза являются деление, рост, старение, гибель клеток, регенерация тканей и органов. В постэмбриогенезе у большинства организмов происходят половое созревание, размножение, а затем старение и смерть.

Постэмбриогенез растений (на примере покрытосеменных) включает такие этапы: этап проростка (от прорастания до формирования первых зелёных листьев), этап молодости (от появления первых зелёных листьев до цветения), этап зрелости (от первого цветения до утраты способности к размножению семенами), этап старения (от окончания последнего плодоношения до гибели) и смерть. Образование растительных тканей и органов происходит после прорастания семени. Первым из зародышевого корешка формируется корень растения, а затем побег.

Постэмбриогенез животных (на примере хордовых) включает такие этапы: неполовозрелый этап (от рождения до полового созревания), этап полового созревания (период появления способности к половому размножению), этап половой зрелости (совпадает со способностью к половому размножению), этап старения (от потери способности к половому размножению и гибели) и смерть. Ткани и органы родившегося организма заложены в эмбриогенезе, а в постэмбриогенезе они растут и обновляются.

Ил. 83. Косвенное развитие: А - с неполным превращением; Б - с полным превращением

По особенностям преобразований постэмбриогенез животных может быть прямым и непрямым.

Прямое развитие - это развитие, при котором только что родившееся животное вообще напоминает взрослое (млекопитающие, пресмыкающиеся, птицы, хрящевые рыбы, пауки). Биологическое значение заключается в том, что снижается уязвимость рождённого животного в среде жизни.

Непрямое развитие - это развитие, при котором образуется личинка; она превращается во взрослую особь непосредственно или через преобразования (ил. 83). Биологическое значение непрямого развития заключается в осуществлении следующих функций: а) питательной; б) рационального использования ресурсов; в) расселения; г) заражения хозяев. Разновидностями непрямого развития являются:

• непрямое развитие с полным превращением; развитие личинки сопровождается перестройкой всех его органов (твёрдо-, чешуе-, дву-, перепончатокрылые, блохи, костные рыбы, амфибии);

• непрямое развитие с неполным превращением; это развитие личинки, в которой преобразования затрагивают отдельные органы (прямокрылые, тараканы, клопы).

Итак, особенности постэмбриогенеза обусловливают начало самостоятельной жизни и необходимость размножения.

Каково значение стволовых клеток в постэмбриональном развитии?

Стволовые клетки есть у всех многоклеточных организмов. Этим клеткам присуще деление, при котором одна дочерняя клетка остаётся стволовой, а другая - становится клеткой-предшественницей для других типов клеток. Существуют две категории стволовых клеток: эмбриональные стволовые клетки, которые происходят непосредственно от бластомеров, и стволовые клетки взрослого организма, содержащиеся в зрелых тканях. У зародышей эмбриональные стволовые клетки дифференцируются в эмбриональные ткани. Стволовые клетки взрослого организма действуют как репаративная система, поддерживая нужное количество специализированных клеток. Они обладают способностью не только перемещаться, но и находить и устранять повреждения различных органов и тканей. По способности к дифференциации стволовые клетки делятся на тотипотентные, плюрипотентные и унипотентные. Тотипотентные клетки способны давать начало всем тканям тела и целому организму, плюрипотентные - могут дифференцироваться в любой из типов клеток взрослого организма, но новый организм из них образоваться уже не может, а унипотентные способны развиваться в клетки только одного типа. Тотипотентными являются лишь зигота и бластомеры до стадии морулы включительно (стадия дробления из 32 бластомеров).

Ил. 84. Дифференциация стволовых клеток

Итак, стволовые клетки - неспециализированные клетки, способные к неограниченному делению, дающие начало новым клеткам.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Задание на сопоставление

Онтогенез растений	Онтогенез животных
ЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ПЕРИОД (ЭМБРИОГЕНЕЗ)
1.	1.
2.	2.
3.	3.
ПОСТЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ПЕРИОД (ПОСТЭМБРИОГЕНЕЗ)
1.	1.
2.	2.
3.	3.
4.	4.
5.	5.

С помощью таблицы «Сравнительная характеристика периодов и этапов онтогенеза растений и животных» сравните в рабочих тетрадях последовательность периодов и этапов онтогенеза растений и животных. Определите сходство и различия.

ОТНОШЕНИЕ

Биология + Экология

Бронзовка мохнатая, или оленка волосатая (Tropinota hirta), - насекомое ряда Жесткокрылые, которая является вредителем многих сельскохозяйственных растений. В последние годы наблюдается нашествие этого жука, который на стадии имаго поедает цветы яблонь, груш, вишни и многих других садовых культур, нанося большой ущерб. Каковы же особенности развития этого насекомого и на каких стадиях онтогенеза меры борьбы с вредителем будут эффективными?

РЕЗУЛЬТАТ

Оценка	Задания для самоконтроля
1-6	1. Что такое эмбриогенез? 2. Назовите общие процессы эмбриогенеза растений и животных. 3. Что такое постэмбриогенез? 4. Назовите этапы постэмбриогенеза растений. 5. Назовите этапы постэмбриогенеза животных. 6. Что такое стволовые клетки?
7-9	7. Назовите стадии эмбриогенеза. 8. Чем обусловлены особенности постэмбриогенеза организмов? 9. Каково значение стволовых клеток в постэмбриогенезе?
10-12	10. Каковы причины различий эмбриогенеза и постэмбриогенеза растений и животных?