Онтогенез и филогенез

Процесс индивидуального развития особи от начала её существования и до конца жизни называют онтогенезом.

У бактерий и простейших онтогенез практически совпадает с клеточным циклом.

У многоклеточных видов, которые размножаются бесполым путём, онтогенез начинается с момента выделения группы клеток материнского организма, которые затем делятся митозом и формируют новую особь со всеми системами и органами.

У тех видов, которые размножаются половым путём, онтогенез начинается с момента оплодотворения яйцеклетки и образования зиготы — первой клетки нового организма.

У животных выделяют три типа онтогенеза: личиночный, яйцекладный и внутриутробного развития.

Личиночный тип развития.

Он встречается, например, у насекомых, рыб, земноводных. Желтка в яйцеклетках этих организмов мало, и зигота быстро развивается в личинку, которая самостоятельно питается и растёт. Затем, по прошествии какого-то времени, происходит метаморфоз, — то есть превращение личинки во взрослую особь.

У некоторых видов наблюдается даже целая цепочка превращений из одной личинки в другую и только потом — во взрослую особь.

Например, у кузнечика личинка питается, растёт, несколько раз линяет. После окончательной линьки она становится взрослой половозрелой особью с крыльями и больше не растёт.

Яйцекладный тип онтогенеза

Он наблюдается у рептилий, птиц и яйцекладущих млекопитающих, яйцеклетки которых богаты желтком. Зародыш таких видов развивается внутри яйца; личиночная стадия отсутствует.

Питание зародыша обеспечивает желток. Содержимое яйца окружено двумя подскорлупковыми оболочками, внутренней и наружной. Снаружи находится скорлупа. После откладки яйца на его тупом конце постепенно образуется воздушная камера.

Однако у большинства млекопитающих яйцо не образуется, а зародыш развивается внутри тела самки в половом органе — матке.

Внутриутробный тип онтогенеза

Он наблюдается у большинства млекопитающих, в том числе и у человека. При этом развивающийся зародыш задерживается в материнском организме, образуется временный орган — плацента, через который организм матери обеспечивает все потребности растущего эмбриона: дыхание, питание, выделение и др. Внутриутробное развитие оканчивается процессом деторождения.

Периоды онтогенеза

Любой вид индивидуального развития у многоклеточных животных принято делить на два периода: эмбриональный и постэмбриональный.

Эмбриональный период начинается с оплодотворения и представляет собой процесс формирования сложного многоклеточного организма, в котором представлены все системы органов.

Заканчивается этот период выходом личинки из своих оболочек (при личиночном типе онтогенеза), выходом особи из яйца (при яйцекладном типе) или рождением особи (при внутриутробном типе).

Постэмбриональный период начинается с завершения эмбрионального. Он включает в себя половое созревание, взрослое состояние, старение, которое заканчивается смертью.

Этапы эмбрионального развития на примере ланцетника.

Вспомним, что ланцетник ― это примитивное морское животное из семейства ланцетниковых. Ланцетник рассматривается как промежуточное звено между позвоночными и беспозвоночными животными.

В результате оплодотворения гаплоидные ядра половых клеток сперматозоида и яйцеклетки сливаются. Так возникает одноклеточная стадия развития организма — зигота, которая содержит диплоидный набор хромосом.

Зигота является началом нового организма. Она делится митозом.

Митотические деления называются делениями дробления. 

Дробление (бластуляция) ― это процесс образования многоклеточного зародыша.

Первое деление происходит в вертикальной плоскости, и клетка делится на две одинаковые клетки с диплоидным набором хромосом. Их называют бластомерами.

Бластомеры не расходятся, а делятся ещё раз, и образуется уже 4 клетки.

Третье деление происходит в горизонтальной плоскости, и из четырёх образуется 8 бластомеров.

Далее продольные и поперечные деления сменяют друг друга. Возникает все больше бластомеров, которые не успевают расти.

После нескольких делений, когда число бластомеров достигает 32, они образуют полый шарик со стенками в один ряд клеток. Этот шарик получил название бластулы.

Бластула имеет внутри полость (пустое пространство). Эту полость называют первичной полостью тела или бластоцелью.

У человека на шестой день после оплодотворения бластула выходит из яйцевода в полость матки, а затем внедряется в её стенку. Этот процесс называется имплантацией зародыша.

После этого на одном из полюсов бластулы её клетки начинают делится быстрее, чем на другом, и впячиваться внутрь бластоцели. Этот процесс получил название гаструляции.

Так формируется второй внутренний слой клеток ― зародышевый листок. Такой двуслойный шарик называется гаструлой.

Гаструла состоит из двух зародышевых листков. Верхние клетки составляют наружный зародышевый листок ― эктодерму.

А внутренние ― внутренний зародышевый листок ― энтодерму.

Полость, которая образовалась внутри гаструлы, является первичной кишкой.

А отверстие, ведущее в первичную кишку, — первичным ртом.

У позвоночных животных на месте первичного рта в процессе эмбриогенеза образуется анальное отверстие, а настоящий (вторичный рот) возникает на противоположном полюсе зародыша. Поэтому млекопитающих (как и всех хордовых животных) относят к вторичноротым. 

Между энтодермой и эктодермой образуется третий (средний) зародышевый листок — мезодерма.

Следующая стадия развития зародыша называется нейрулой.

На этой стадии происходит формирование нервной трубки и хорды.

У большинства хордовых хорда присутствует только в период эмбрионального развития, в дальнейшем замещаясь позвоночником.

У низших хордовых она сохраняется всю жизнь, выполняя опорную функцию, например, как у ланцетника.

На будущей спинной стороне зародыша начинается впячивание эктодермы в форме желобка — закладывается нервная пластинка, которая в дальнейшем развивается в нервную трубку. 

Процесс образования нервной пластинки и её замыкание в нервную трубку в процессе зародышевого развития хордовых называется — нейруляцией.

Нервная трубка погружается под эктодерму и образует зачаток спинного мозга. А из его переднего широкого конца развивается головной мозг.

Таким образом, уже на ранних стадиях эмбрионального периода онтогенеза из внешне одинаковых бластомеров развиваются различные по строению и функциям ткани, органы и системы. Этот процесс получил название дифференцировки клеток.

Дифференцировка происходит благодаря активации определённых групп генов в различных клетках зародыша, благодаря чему в клетках синтезируются белки, каждый из которых будет выполнять те или иные функции.

Следом за эмбриональным развитием сразу наступает постэмбриональное развитие.

У разных организмов этот период может происходить по-разному.

Постэмбриональное развитие начинается с выхода новой особи из яйцевых оболочек (при живорождении) из организма матери.

Постэмбриональное развитие подразделяется на три периода:

ювенИльный период, продолжается до окончания полового созревания;

пубертАтный (период половой зрелости) и период старения.

Развитее организма в ювенильный период.

У разных видов развитие организма в ювенильный период может протекать по двум разным путям.

У одних развитие может быть прямое. У других непрямое.

Прямое развитие происходит без превращений. В этом случае вновь появившийся на свет организм отличается от взрослой особи только размерами, пропорциями и недоразвитием некоторых органов.

Такое развитие наблюдается у рыб, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих.

У большинства млекопитающих зародыш развивается внутри тела самки. Такой вариант развития называют внутриутробным.

Когда организм новой особи становится способным к самостоятельному дыханию и питанию, происходят роды — из половых путей самки выходит детёныш.

Непрямое постэмбриональное развитие иногда требует сложной перестройки при переходе к взрослой форме.

Различают два типа непрямого развития — с полным и неполным превращением.

Развитие с превращением характерно для ряда насекомых и земноводных.

Личинки насекомых с неполным превращением внешне сходны со взрослыми особями.

Таким образом, при неполном превращении насекомое проходит три стадии: яйцо, личинка и имаго ― взрослое насекомое.

У насекомых при развитии с полным превращением особь проходит несколько последовательных стадий, отличающихся друг от друга образом жизни и характером питания.

При развитии с превращением из яйца появляется личинка, совершенно не похожая на взрослый организм. Такое развитие называется непрямым или развитием с метаморфозом, т. е. постепенным превращением организма во взрослую особь.

Таким образом, у насекомых с полным развитием в онтогенезе присутствуют четыре стадии: яйцо, личинка, куколка и имаго.

Ювенильный период всегда сопровождается ростом организма. Процесс роста запрограммирован генетически, а также здесь немалую роль играют условия существования.

Пубертатный период — период половой зрелости, у большинства позвоночных животных занимает, большую часть жизни.

После пубертатного периода начинаются изменения, которые снижают возможность организма к приспособлениям к изменяющимся условиям окружающей среды.

Наступает третий период — период старения. А затем и смерть — прекращение жизнедеятельности организма. Без смерти не происходила бы смена поколений — одна из основных движущих сил эволюции.

Филогенез — это историческое развитие организмов. Филогенез рассматривает эволюцию в качестве процесса, в котором генетическая линия — организмы от предка к потомкам — разветвляется во времени, и её отдельные ветви могут приобретать те или иные изменения или исчезать в результате вымирания. Этот процесс принято изображать графически в виде филогенетического древа, показывающего возможные родственные связи между отдельными ветвями живого.