Индивидуальное развитие организма

Виды размножения

Все растения, животные, грибы и другие организмы состоят из отдельных видов. Любой отдельный организм смертен, но в целом вид существует более продолжительное время. Существование вида обеспечивается размножением — воспроизведением себе подобных.

Существует два основных способа размножения: половое и бесполое. При бесполом размножении новые особи появляются из неспециализированных (соматических) клеток.

Виды бесполого размножения

  • Деление митозом
    • Бинарно — деление надвое (инфузория — поперек, эвглена — вдоль, плоские черви).
    • Шизогония — множественное деление с образованием большого количества новых организмов (характерно для паразитов).
  • Спорообразование
    Спора — это защищенная от неблагоприятных условий клетка (грибы, папоротники; - все споровые растения).
  • Спорогония (простейшие) — это множественное деление, но с образованием спор.
    Наблюдается в холодное время года.
  • Почкование (дрожжи, гидра пресноводная)
  • Вегетативное размножение — черенками, усиками (клубника), отводками (крыжовник, смородина).
  • Прививками — искусственно.
  • Клонирование (проводилось на амфибиях, млекопитающих.

Половое размножение

Обязательно происходит смена поколений, или генераций.

Половое размножение происходит в результате слияния половых клеток. При этом образуется диплоидная зигота (2n).

Чем более высоко организованы организмы, тем реже среди них встречается бесполое размножение.

Половое размножение имеет огромное генетическое преимущество по сравнению с бесполым, т.к. при бесполом размножении происходит увеличение числа особей, имеющих одинаковый генетический материал. При половом размножении происходит постоянная перекомбинация генов — комбинативная изменчивость.

Разнообразие особей обеспечивает возможность более успешного и быстрого приспособления к меняющимся условиям среды.

Половое размножение всегда происходит в результате слияния яйцеклетки и сперматозоида.

Преобладает сингамия — перекрестное оплодотворение.

Сперматозоиды мелкие и подвижные, их функция — доставка хромосом в яйцеклетку. Яйцеклетка обычно крупнее сперматозоида и имеет микропиле — отверстие для проникновения сперматозоидов.

Изогамия
— половые клетки одинаковы.
Гетерогамия
— яйцеклетка немного крупнее сперматозоида.
Оогамия
— крупная яйцеклетка (человек).

Обычно организмы раздельнополы, особенно высшие, - одна особь продуцирует половые клетки только одного типа (♂ или ♀).

В некоторых группах встречаются обоеполые виды - гермафродиты (кишечнополостные, плоские и дождевые черви, моллюски и др.). При гермафродитизме продуктивность увеличивается в 2 раза.

Партеногенез

Партеногенез
— это развитие нового организма из неоплодотворенной яйцеклетки.

Выделяют гаплоидный партеногенез (пчелы, муравьи) и диплоидный (растения, ящерицы) — обычно происходит в результате нерасхождения хромосом при мейозе.

Развитие половых клеток

Сперматозоиды развиваются в семенниках, яйцеклетки — в яичниках. Созревшие клетки несут одинаковый гаплоидных набор хромосом.

В результате сперматогенеза и овогенеза образуются равноценные генетически клетки. Сперматозоид вносит в яйцеклетку свой хромосомный набор и активизирует ее развитие. Яйцеклетка берет на себя функцию развития зародыша.

Стадии сперматогенеза

Сперматогенез – развитие сперматозоидов.

  1. Стадия размножения
    Первичные половые клетки многократно делятся митозом (2n 2c).
  2. Стадия роста
    Происходит после удвоения хромосом (2n 4c).
    Выражена очень слабо.
  3. Стадия созревания
    Происходит мейоз.
    Остаются гаплоидные клетки (1n 1c).
  4. Период формирования
    Формируются жгутик, внешний вид и др.

Овогенез (оогенез)

  1. Аналогично сперматогенезу
  2. Очень продолжительна. Накапливаются питательные вещества, объем увеличивается в сотни, тысячи раз.
  3. При каждом делении все питательные вещества концентрируются в одной единственной клетке.


Овогенез

В яйцеклетке конденсируется максимальное количество желтка для развития будущего зародыша. Это достигается путем утраты генетически равноценных хромосомных наборов, входящих в состав направительных телец.

Онтогенез

Онтогенез – это индивидуальное развитие организма.

Отдельные онтогенезы в течение ряда поколений складываются в единый процесс – гологенез, который лежит в основе эволюции.

Онтогенез — это процесс реализации генетической информации, полученной от родителей.

Онтогенез начинается с момента оплодотворения и образования зиготы и заканчивается смертью.

Онтогенез делят на эмбриональный — с момента зачатия до рождения (вылупления) и постэмбриональный — от рождения до смерти.

Эмбриональный период

Этапы:

  1. Дробление — это многократное деление с образованием 64 клеток — бластомеров.
  2. Гаструляция
    Образуется двухслойный зародыш — экто- и энтодерма.
  3. Первичный органогенез, или нейруляция
    Закладываются нервная, кишечная трубки и хорда.

Дробление

Зиготы имеют обычно два полюса — вегетативный и анимальный. Отсюда у разных зигот (яиц) наблюдаются различные типы дробления.


Способы дробления зиготы


Бластула

В результате дробления образуется бластула (64 клетки) и полость — бластоцель.

Объем бластулы, как правило, равен объему зиготы.

Во время дробления

  • накапливается клеточный материал и образуется бластула,
  • все клетки образуются одинаковыми недифференцированными,
  • наблюдается очень короткий клеточный цикл,
  • происходит синтез ДНК и белка, РНК не синтезируется,
  • цитоплазма не перемещается и не перемешивается.

Гаструляция

Особенность животных в том, что они делятся на первичноротых и вторичноротых.


Гаструла

У вторичноротых на месте первичного ротового отверстия закладывается анальное отверстие, а ротовое отверстие закладывается на другом полюсе (иглокожие и хордовые).

Гаструляция включает в себя перемещение клеток и их дифференцировку (специализацию).

Во время гаструляции зародыш практически не растет и деление клеток почти отсутствует.

Образуются эктодерма и энтодерма, как правило, выпячиванием — инвагинацией.


Инвагинация бластулы

Позже образуется мезодерма (средний листок) — это крупный ароморфоз.


Образование мезодермы

Ограногенез (нейрула)

Начинается дифференцировка клеток — процесс появления и развития различий между клетками и частями зародыша.

Дифференциация может проявляться как в строении, так и в выполняемых функциях.

Специализация клеток проявляется через синтез свойственным только им специфических белков (хитиновый покров насекомых, инсулин печени).

Из эктодермы образуются

  • нервная система,
  • эмаль зубов,
  • эпителий кожи,
  • органы чувств.

Из энтодермы образуются

  • эпителий кишок и легких,
  • многие внутренние органы (печень).

Из мезодермы образуются

  • мышечная и соединительная (хрящевая, костная) ткани,
  • внутренние органы (почки),
  • половые железы,
  • кровеносные сосуды,
  • дентин зубов,
  • эпителий сосудов.

У всех животных из одних и тех же зародышевых листков развиваются одни и те же органы и системы.

Эмбриональная индукция — это влияние различных частей зародыша на близко расположенные клетки. Если в процессе развития пересадить клетки на новое место, то они будут развиваться уже по-другому.

Постэмбриональный период развития

Выделяют несколько вариантов, или типов, развития:

  • Прямое развитие
    При рождении организм похож на взрослую особь и имеет характерные для нее органы (человек, рак речной, белая планария).
  • Развитие с превращением — метаморфозом
    При рождении недостает несколько органов или частей органов или они недоразвиты. В отдельных случаях закладываются органы не характерные для взрослого состояния — провизорные органы (у гусениц ротовой аппарат грызущего типа, у бабочек — сосущего).
    • Развитие с полным превращением (бабочки, жуки)
      яйцо → личинка → куколка → взрослый организм
    • Развитие с неполным превращением (тараканы, кузнечики)
      яйцо → личинка → взрослый организм
    • Иногда размножение происходит на стадиях личинки или куколки (аксолотль — личинка амбистома)
  • При развитии с метаморфозом личинки и взрослые особи обычно живут в различных условиях — это понижает пищевую конкуренцию (бабочка — нектаром, личинка — листьями).

    Если яйцо (зигота) богата питательными веществами, то обычно наблюдается прямое развитие. Если желтка мало — то с превращением. При неполном превращении питательного материала почти хватило для прямого развития. При полном превращении желтка не хватило в значительной мере.

    Законы онтогенеза

    Изучение эмбрионального и постэмбрионального развития многих организмов позволило найти черты сходства в этих процессах и сформулировать несколько законов.

  1. Закон зародышевого сходства
    Процессы развития зародышей у животных, относящихся к одному типу, во многом сходны.
    У хордовых в эмбриональном развитии закладываются жаберные щели, нервная трубка, хорда (как у ланцетника). Во взрослом состоянии жаберные щели есть только у ланцетника; хорда – у ланцетника и некоторых хрящевых рыб; нервная трубка – только у ланцетника.
    На основе этих данных Бэр сформулировал закон: "Эмбрионы обнаруживают уже начиная с ранних стадий известное общее сходство в пределах типа."
    Сходство эмбрионов – это признак общего их происхождения.
    Эмбриональное развитие отражает эволюцию своего вида.

    Филогенетическое дерево

    Стадия зиготы представляет собой одну клетку и повторяет стадию какого-то доисторическогоо одноклеточного.
    Бластула повторяет шаровидную колонию одноклеточных (вольвокс).
    Двухслойная гаструла повторяет стадию кишечнополостного.
    Жаберные щели – от морских предков и т.д.
    На основе этого Мюллер и Геккель сформулировали второй закон:
  2. Онтогенез каждой особи есть краткое и быстрое повторение филогенеза
    Этот закон разрабатывался и в настоящее время. Северцов утвержал, что повторяются признаки не взрослых особей, а их зародышей (зародыши рыб имеют те же жаберные щели, что и млекопитающие).
    В настоящее время считается, что основу филогенеза составляют изменения (мутации) происходящие в онтогенезе отдельной особи.

Старение и смерть

Механизм старения

В течение жизни постоянно возникают определенные возрастные изменения, повышающие, с одной стороны, вероятность смерти и понижающие, с другой стороны, адаптивные возможности организма.

Продолжительность жизни является видовым признаком (человек – 160-200 лет, попугай – до 30, черепахи – 200-300, одуванчик – 1, лук – 2, секвойя – 6000).

Возрастные изменения

  • Изменяется ДНК, следовательно, нарушается энергетический и пластический обмены.
  • Митотическая активность клеток снижается.
  • Снижается функциональная активность систем.

Гипотезы механизма старения

  1. Старение – это генетически запрограммированный процесс, т.е. функции генотипа ослабевают с возрастом.
  2. Старение – это результат накопления генетических повреждений, полученных в ходе онтогенеза.