Buku teks untuk kelas 10-11

Bab VI. Perkembangan individu organisme

Proses perkembangan individu individu dari saat pembentukan zigot hingga akhir kehidupan organisme disebut ontogenesis. Ontogeni adalah proses yang melekat pada makhluk hidup apa pun, terlepas dari kompleksitas organisasinya. Bagaimana sel telur yang telah dibuahi berkembang menjadi organisme kompleks baru dengan sejumlah besar organ dan jaringan yang sangat berbeda satu sama lain? Bagaimana mekanisme penerapan informasi genetik yang terkandung dalam sel telur yang telah dibuahi?

§ 24. Perkembangan organisme embrionik dan postembrionik

Pembelahan zigot. Beberapa jam setelah pembuahan, tahap pertama perkembangan embrionik terjadi, yang disebut pembelahan, akibatnya zigot dibagi dengan mitosis menjadi dua sel. Dua sel yang dihasilkan (Gbr. 34) tidak terpisah. Kemudian setiap sel kembali membelah menjadi dua, dan diperoleh embrio yang terdiri dari empat, delapan sel, dll. Dalam proses penghancuran, jumlah sel bertambah dengan cepat, menjadi semakin kecil. Sel-sel dalam proses penghancuran membentuk bola, di dalamnya muncul rongga - blastocoel; dari saat rongga muncul, embrio disebut blastula (Gbr. 34, g, h). Blastula sudah terdiri dari beberapa ratus sel kecil, tetapi ukurannya tidak berbeda dengan zigot.

Beras. 34. Pembelahan dan awal perkembangan telur lancelet yang telah dibuahi.
a - sel telur yang telah dibuahi; b - tahap 2 sel; c - tahap 4 sel; d - tahap 8 sel; e - tahap 16 sel; e - tahap 32 sel; g - blastula; h - blastula di bagian; dan - awal pembentukan gastrula; ke - gastrula; l - neurula awal; m - neurula; 1 - blastokel; 2 - ektoderm; 3 - endoderm; 4 - rongga usus primer; 5 - mesoderm; 6 - pelat saraf; 7 - akord

Gastrula. Pembentukan tiga lapisan germinal. Segera setelah pembentukan blastula, tahap perkembangan embrio selanjutnya dimulai - gastrula (Gbr. 34, i, j). Selama pembentukan gastrula, pembelahan sel mitosis berlanjut dan perubahan signifikan terjadi pada struktur embrio.

Cara pembentukan gastrula yang paling umum adalah invaginasi sebagian dinding blastula. Selama pembentukan gastrula, sel membelah dengan mitosis dengan sangat cepat dan jumlahnya meningkat tajam. Berbeda dengan blastula, gastrula adalah kantung dua lapis, lapisan luar selnya disebut ektoderm. Lapisan dalam gastrula yang melapisi rongganya disebut endoderm.

Dalam embrio hewan multisel, kecuali spons dan coelenterata, lapisan germinal ketiga, mesoderm, juga diletakkan. Mesoderm terbentuk antara lapisan kuman pertama dan kedua - ektoderm dan endoderm.

Pembentukan organ. Pembelahan sel dan pergerakannya berlanjut pada tahap berikutnya, yang disebut neurula (Gbr. 34, l, lg). Ciri utama dari tahap ini adalah saat ini peletakan organ individu dari larva masa depan atau organisme dewasa dimulai. Pada tahap neurula, lempeng saraf mulai berkembang dari ektoderm, dan kemudian tabung saraf. Ini kemudian mengembangkan otak dan sumsum tulang belakang. Sisa ektoderm memunculkan lapisan luar kulit, organ penglihatan dan pendengaran. Pada saat yang sama, endoderm membentuk tabung - usus masa depan, yang pertumbuhannya kemudian berubah menjadi paru-paru, hati, dan pankreas. Mesoderm memunculkan notochord, otot, ginjal, tulang rawan dan kerangka tulang, serta pembuluh darah organisme masa depan.

Pada tumbuhan berbunga, perkembangan embrio juga terjadi di dalam organisme induk - di dalam kantung embrio. Setelah pembuahan, zigot membelah secara mitosis, embrio itu sendiri dan liontin terbentuk, yang berfungsi untuk menempelkan embrio ke dinding kantung embrio dan memasok nutrisi dari jaringan sekitarnya. Di dalam embrio, jaringan dan organ tanaman diletakkan. Untuk melindungi embrio dari kondisi buruk, benih dibentuk, ditutup dengan cangkang khusus. Di dalam biji juga terdapat jaringan endosperma triploid.

Perkembangan postembrionik. Tahap perkembangan embrio diakhiri dengan lahir atau menetasnya bayi hewan dari telur, perkecambahan benih tumbuhan. Tahap selanjutnya - perkembangan organisme sebelum awal pubertas - disebut perkembangan postembrionik. Pada spesies organisme yang berbeda, periode ini berlangsung dengan cara yang berbeda. Pada banyak hewan, termasuk manusia, anaknya lahir kecil dan tidak berdaya, tidak dapat hidup mandiri. Misalnya, pada kanguru besar, ukuran bayi yang baru lahir tidak melebihi ukuran buah kenari. Pada periode postembrionik, hewan seperti itu mematangkan banyak organ dan sistem - sistem saraf, pencernaan, reproduksi, dan kekebalan. Dalam hal ini, seseorang berbicara tentang perkembangan postembrionik langsung.

Pada hewan seperti arthropoda, amfibi, periode postembrionik sangat kompleks, penetasan mereka dari telur seringkali sama sekali tidak terlihat seperti organisme dewasa. Misalnya, ulat - larva kupu-kupu - sangat berbeda dengan serangga dewasa dalam struktur, cara makan, dan habitatnya. Kecebong lebih mirip ikan daripada katak dewasa. Ini adalah perkembangan postembrionik tidak langsung, atau perkembangan dengan transformasi. Perkembangan postembrionik hewan tersebut mencakup satu atau lebih transformasi, ketika struktur hewan berubah - beberapa organ menghilang, yang lain muncul. Misalnya, pada kecebong, insang dan ekornya menghilang, paru-paru dan anggota tubuhnya terbentuk. Pada banyak serangga, perkembangan postembrionik mencakup tahap lain - pupa, di mana organ dalam larva hampir hilang sama sekali, digantikan oleh karakteristik baru serangga dewasa.

Pada tumbuhan, banyak waktu dapat berlalu antara periode embriogenesis dan perkembangan organisme lebih lanjut. Benih yang dilindungi oleh cangkang dapat bertahan hidup selama bertahun-tahun. Untuk perkecambahan, mereka membutuhkan kondisi khusus, terutama kelembapan dan suhu tertentu. Selama perkecambahan, enzim diaktifkan dalam sel embrio, penggunaan nutrisi cadangan, pembelahan sel, pertumbuhan dan perkembangan organ dimulai, bibit muncul, pertumbuhan dan perkembangan selanjutnya mengarah pada pembentukan tanaman dewasa. Di beberapa tumbuhan, perkembangan dengan transformasi juga diamati. Ini biasanya dikaitkan dengan pembentukan organ penyimpanan - umbi, umbi, rimpang, yang merupakan pucuk atau akar yang dimodifikasi.

Pembedaan sel. Semua sel embrio, dan kemudian organisme dewasa, terbentuk dari zigot melalui beberapa pembelahan mitosis dan memiliki jumlah DNA yang sama, kromosom yang sama, dan gen yang sama. Lalu, bagaimana sel-sel dari organ dan jaringan yang berbeda ternyata berbeda dalam struktur dan fungsinya, yaitu dibedakan? Faktanya adalah bahwa sifat spesifik sel ditentukan oleh protein yang disintesis dalam sel ini. Dalam sel organisme multisel, semua gen di dalamnya tidak pernah berfungsi, tetapi hanya sebagian kecil yang berfungsi. Dalam perjalanan perkembangan individu, gen-gen inilah yang bekerja di organ atau jaringan tertentu yang menciptakan kekhususan struktur dan fungsi sel-sel organ yang berbeda (ingat § 7 dan Gambar 10).

Kekhususan kerja sel-sel dasar organ tidak segera muncul, tetapi hanya pada tahap tertentu dalam perkembangan embrio. Pada tahap awal pembelahan, sel-sel individu dari embrio multisel belum berdiferensiasi dan, jika dipindahkan ke tempat lain, mereka dapat mengubah arah perkembangannya. Sel-sel dari beberapa bagian embrio berdiferensiasi lebih awal dari yang lain dan dapat memengaruhi perkembangan organ tetangga dengan "mematikan" atau "menghidupkan" transkripsi gen tertentu. Pengatur aktivitas gen adalah berbagai molekul yang disintesis oleh sel-sel ini - protein dan zat yang bersifat non-protein (ingat § 17). Data tentang pengaruh timbal balik sel tersebut diperoleh dalam percobaan transplantasi bagian ektoderm, dari mana sistem saraf terbentuk, pada tahap gastrula satu katak di bawah ektoderm perut embrio katak lain, yang pada saat yang sama tahap gastrula (Gbr. 35). Selama perkembangan normal, situs ini memengaruhi pembentukan lempeng saraf dari ektoderm dorsal yang terletak di dekatnya. Di bawah kondisi percobaan, selain sistem saraf embrio yang berkembang secara normal, di sekitar lokasi yang ditransplantasikan dari individu lain, tabung saraf, notochord juga terbentuk, perkembangan otak kedua dan sumsum tulang belakang dimulai, sehingga diperoleh embrio ganda. Akibatnya, situs yang ditransplantasikan adalah pengatur yang mempengaruhi jaringan di sekitarnya, yaitu memiliki kemampuan untuk mengarahkan perkembangan sel yang bersentuhan dengannya.

Beras. 35. Interaksi bagian-bagian embrio yang sedang berkembang (skema transplantasi bagian ektoderm)

Penyelenggara lain juga ditemukan berdampak pada pengembangan situs yang berdekatan. Mengaktifkan secara bertahap, mereka memastikan urutan proses perkembangan embrio. Pengatur serupa telah ditemukan dalam studi tentang perkembangan embrio burung, mamalia, invertebrata, dan tumbuhan.

1. Merumuskan definisi konsep blastula, gastrula dan neurula menggunakan Gambar 34.
2. Berikan contoh perkembangan postembrionik dengan transformasi.
3. Tahapan apa yang dapat dibedakan dalam ontogeni hewan dan tumbuhan?
4. Apa itu diferensiasi sel?

Unit dasar dari semua kehidupan di Bumi adalah sel. Ini adalah pembentukan sel-sel baru yang memungkinkan tubuh untuk tumbuh dan berkembang. Aktivitas kehidupan dan struktur unit-unit ini sangat kompleks dan bergantung pada spesifikasi tujuan.

Munculnya istilah "zigot"

Munculnya istilah "zigot" adalah jasa ilmuwan Jerman Edward Strasburger, yang mengabdikan seluruh hidupnya untuk mempelajari sitologi dan teori kromosom tentang hereditas. Dialah yang, pada akhir abad ke-19, pertama kali sampai pada kesimpulan bahwa pada organisme tumbuhan, hewan, dan manusia, terjadi kira-kira menurut pola yang sama.

Zigot: definisi

1. pengembangan langsung. Dalam hal ini, tanda eksternal dan internal anak serupa dengan orang tuanya. Perbedaannya terletak pada ukuran dan keterbelakangan beberapa organ. Ini khas untuk burung dan mamalia, termasuk manusia.
2. Pembangunan tidak langsung. Dengan perkembangan seperti ini, anak (larva) memiliki banyak perbedaan dengan induknya. Khas untuk katak dan serangga.

Zigot adalah sel yang menduplikasi genotipe orang tua. Namun dalam proses perkembangan embrio, sel-sel mulai berbeda strukturnya dan menjalankan berbagai fungsi. Ini disebabkan oleh fakta bahwa beberapa jenis gen berfungsi di beberapa sel, sementara yang lain berfungsi di sel lain. Jadi, tubuh adalah sistem yang kompleks, yang didasarkan pada zigot.

Kehamilan dimulai dengan pembuahan dan diakhiri dengan lahirnya janin yang matang. Pada mamalia pertanian, sel telur yang dilepaskan dari folikel yang pecah memasuki bagian saluran telur yang melebar dan mempertahankan kemampuan untuk membuahi selama rata-rata 5-6 jam.

Proses pembuahan terjadi pada sepertiga anterior saluran telur, dimana sel baru (zigot) terbentuk sebagai hasil peleburan sperma dengan sel telur. Dalam 2 - 2,5 hari, zigot bergerak ke dalam rongga rahim.

Perkembangan individu melewati empat tahap:

1. tahap blastokista (vesikel);

2. embrionik (embrionik), ditandai dengan bertelurnya organisme;

3. janin (janin);

4. pasca-janin - sejak lahir hingga awal kematangan tubuh.

Selaput vaskular dan ketuban (air) berkembang dari lapisan kuman luar, dan selaput kemih terbentuk dari bagian terakhir dari tonjolan buta usus primer. Dari embrioblas (daun bagian dalam), embrio terutama berkembang, dan kemudian janin.

Di permukaan koroid, vili (bayi plasenta) tumbuh, yang tertanam dalam kripta di selaput lendir rahim (plasenta ibu).

Plasenta yang terbentuk (koneksi vili dengan kripta) juga memiliki fungsi penting:

1. fungsi nutrisi - memasok nutrisi ke janin;

2. fungsi pernapasan - suplai oksigen ke janin dan pelepasan karbon dioksida oleh janin;

3. fungsi ekskresi - ekskresi produk metabolisme dari darah janin;

4. fungsi hormonal - pembentukan hormon yang terdapat pada tubuh wanita dewasa;

5. fungsi penghalang, terdiri dari fakta bahwa plasenta tidak membiarkan zat berbahaya, mikroba dan beberapa virus masuk ke janin.

Sejumlah besar biliverdin (pigmen hijau) terakumulasi di plasenta, yang tidak memberi warna hijau pada plasenta normal. Ketika plasenta terurai di bawah aksi enzim atau mikroba, pigmen dilepaskan dari jaringan dan keluarnya cairan berwarna hijau atau hijau tua. Keputihan hijau adalah indikator diagnostik retensi plasenta, dan dalam kasus persalinan lama, ini merupakan indikasi penggunaan operasi caesar.

Dengan dimulainya kehamilan, siklus seksual wanita berhenti, ada perubahan signifikan dalam keseimbangan hormonal, proses metabolisme dan energi. Perubahan yang paling menonjol pada alat kelamin: satu atau lebih korpus luteum terbentuk di ovarium, yang memastikan perkembangan dan pemeliharaan kehamilan; berat rahim (tanpa janin) meningkat 5-20 kali lipat, dan ukurannya ratusan kali lipat (terutama karena hipertrofi serat otot). Durasi rata-rata kebuntingan pada hewan (dalam hari): sapi 285, kuda betina 340.

Kehamilan bisa tunggal (biasanya pada hewan besar) dan banyak (pada hewan kecil), karena pematangan dan ovulasi beberapa telur selama satu perburuan.

Dalam perkembangan embrionik dan postembrionik hewan (ontogenesis), ada beberapa periode yang berbeda dalam laju pertumbuhan dan diferensiasi jaringan, organ, bagian, dan proporsi tubuh individu.

Periode perkembangan embrio hewan dimulai dengan pembentukan sel telur yang telah dibuahi - zigot dan diakhiri dengan kelahiran.

Periode embrio dimulai dengan pembentukan embrio dan berlangsung hingga pembentukan janin (dengan dasar semua organ). Masa subur diakhiri dengan lahirnya hewan tersebut.

Embrio, embrio, organisme pada tahap awal perkembangan yang terjadi di kulit telur atau di organ khusus tubuh ibu. Ahli biologi memasukkan dalam perkembangan embrionik, atau embrionik, (embriogenesis) pada hewan seluruh periode perkembangan - dari pembuahan hingga awal keberadaan organisme baru yang mandiri.

Di sisi lain, mereka dibagi menjadi periode embrionik, saat organ diletakkan, dan periode janin, saat organ tumbuh dan tubuh selesai. Menstruasi pertama pada sapi berlangsung selama 4 minggu.

Pada periode embrionik, tahapan berikut dibedakan:

pembuahan, yang berpuncak pada pembentukan zigot, akibat peleburan inti jantan dan betina;

penghancuran - pembagian zigot menjadi blastomer, yang pada awalnya tampak sebagai akumulasi sel masif yang homogen (morula);

restrukturisasi morula menjadi embrio satu lapis - blastula;

isolasi dari bagian germinal (embrioblas) dan ekstra-embrionik (trofoblas); pembentukan embrio dua lapis dari embrioblas - gastrula dari dua lapisan kuman (ektoderm dan endoderm);

isolasi dari bahan ektoderm primer (pada vertebrata yang lebih tinggi) dari lapisan kuman ketiga - mesoderm, pembentukan embrio tiga lapis;

formasi di sisi punggung tabung saraf, di ujung anterior embrio, dan kemudian lima vesikel serebral, di bawah tabung saraf - untaian akord; tahap ini terkadang disebut neurula;

diferensiasi primer mesoderm: di kedua sisi tabung saraf dan akord, mesoderm dibagi menjadi 3 bagian. Bagian medialnya memberikan akumulasi mesodermal masif (somit); bagian berikutnya yang sangat kecil dari batu giok adalah dasar dari sistem ekskresi. Secara lateral, antara ecto- dan endoterm, lembaran lateral mesoderm berada;

diferensiasi sekunder dari mesoderm, terutama mempengaruhi somit; bagian ventral-medial terpisah darinya, membelah menjadi jaringan longgar yang mengelilingi tabung saraf dan akord.

Kemudian dimulailah alokasi jaringan primer - mesenkim, yang mengisi ruang antara lapisan kuman dan dasar organ. Setelah sclerotome (lembar rangka) diisolasi, lembaran muskulokutaneus tetap dari setiap somit, yang pada gilirannya terbagi menjadi bagian mesenkim punggung - dermatom (bagian jaringan ikat masa depan kulit) dan bagian dalam - myotome, yang tumbuh dengan kuat dan memberikan otot rangka.

Organogenesis adalah transisi ke perkembangan janin. Lembaran lateral mesoderm terbelah menjadi lembaran parietal dan visceral, dan di antara mereka terbentuk rongga sekunder dari seluruh tubuh. Dari ektoderm, epidermis dan turunannya terbentuk - sistem saraf, sel sensitif organ indera.

Dari endoderm berkembang lapisan usus tengah dan belakang, organ pernapasan, hati dan pankreas. Dari mesoderm, sistem otot, organ ekskresi, dan sistem reproduksi terbentuk. Mesenkim, yang dilepaskan terutama dari mesoderm, adalah sumber perkembangan jaringan pendukung trofik: darah, menghubungkan berbagai jenis. jaringan, tulang rawan dan jaringan tulang. Setiap jenis jaringan mengalami histogenesisnya sendiri dan berpartisipasi dalam organogenesis. Selain itu, lapisan kuman membentuk selaput janin: ektoderm dan mesoderm parietal berpartisipasi dalam perkembangan amnion dan korion; dalam pengembangan allantois dan kantung kuning telur - endoderm dan lembaran visceral mesoderm.

Polyembryony Polyembryony adalah perkembangan lebih dari satu embrio dari satu zigot pada hewan atau pembentukan beberapa embrio dalam satu biji pada tumbuhan. Poliembrioni adalah fenomena perkembangan lebih dari satu embrio dari satu zigot pada hewan atau pembentukan beberapa embrio dalam satu benih pada tumbuhan. Kata berasal dari bahasa Yunani “poly” many dan “embrion” germ Kata berasal dari bahasa Yunani “poly” many dan “embrion” germ

Poliembrioni hewan Pada hewan, poliembrioni spesifik (melekat pada spesies tertentu), dan sporadis, atau acak, dibedakan. Poliembrioni spesifik ditemukan pada hewan dari berbagai kelompok sistematis (bryozoa, serangga, armadillo, dll.). Poliembrioni spesifik ditemukan pada hewan dari berbagai kelompok sistematis (bryozoa, serangga, armadillo, dll.) Arti biologisnya adalah untuk meningkatkan jumlah keturunan yang berkembang dari satu telur yang telah dibuahi. Makna biologisnya adalah untuk meningkatkan jumlah keturunan yang berkembang dari satu sel telur yang telah dibuahi. Poliembrioni sporadis disebabkan oleh paparan faktor acak dan terjadi pada banyak spesies hewan, termasuk manusia. Sebagai hasil dari poliembrioni, dua organisme berkembang yang benar-benar identik dalam genotipe, tetapi memiliki perbedaan dalam fenotipe (konsekuensi paparan lingkungan). Poliembrioni sporadis disebabkan oleh paparan faktor acak dan terjadi pada banyak spesies hewan, termasuk manusia. Sebagai hasil dari poliembrioni, dua organisme berkembang yang benar-benar identik dalam genotipe, tetapi memiliki perbedaan dalam fenotipe (konsekuensi paparan lingkungan).

Poliembrioni tumbuhan Poliembrioni tumbuhan dapat benar dan salah. Poliembrioni sejati semua embrio berkembang dalam kantung embrio yang sama, salah dalam kantung embrio yang berbeda. Poliembrioni tumbuhan adalah benar dan salah. Poliembrioni sejati semua embrio berkembang dalam kantung embrio yang sama, salah dalam kantung embrio yang berbeda.

Kembar monozigot Kembar monozigot terbentuk dari satu zigot, dibagi menjadi dua (atau lebih) bagian selama tahap penghancuran. Mereka memiliki genotipe yang sama. Kembar monozigot selalu berjenis kelamin sama. Kembar monozigot terbentuk dari satu zigot, dibagi menjadi dua (atau lebih) bagian pada tahap penghancuran. Mereka memiliki genotipe yang sama. Kembar monozigot selalu berjenis kelamin sama.

Kembar monozigot Kelompok khusus di antara kembar identik adalah tipe yang tidak biasa: berkepala dua (biasanya tidak dapat hidup) dan xifopagi ("kembar siam"). Kasus paling terkenal lahir pada tahun 1811 di Siam (sekarang Thailand) si kembar siam Chang dan Eng. Mereka hidup selama 63 tahun. Mereka dihubungkan dengan jumper kain selebar 10 cm dari tulang dada ke pusar. Belakangan diketahui bahwa jembatan yang menghubungkan keduanya mengandung jaringan hati yang menghubungkan kedua hati tersebut. Upaya pembedahan apa pun untuk memisahkan saudara-saudara tidak akan berhasil pada saat itu. Ikatan yang lebih kompleks antara saudara kembar saat ini sedang diputuskan. Kelompok khusus di antara kembar identik adalah tipe yang tidak biasa: berkepala dua (biasanya tidak dapat hidup) dan xifopagi ("kembar siam"). Kasus paling terkenal lahir pada tahun 1811 di Siam (sekarang Thailand) si kembar siam Chang dan Eng. Mereka hidup selama 63 tahun. Mereka dihubungkan dengan jumper kain selebar 10 cm dari tulang dada ke pusar. Belakangan diketahui bahwa jembatan yang menghubungkan keduanya mengandung jaringan hati yang menghubungkan kedua hati tersebut. Upaya pembedahan apa pun untuk memisahkan saudara-saudara tidak akan berhasil pada saat itu. Ikatan yang lebih kompleks antara saudara kembar saat ini sedang diputuskan.

Kesimpulan Polyembryony adalah metode reproduksi aseksual di mana individu baru terbentuk dari fragmen bagian di mana embrio pecah. Mode ini terjadi selama perkembangan embrionik. Polyembryony adalah metode reproduksi aseksual di mana individu baru terbentuk dari fragmen bagian di mana embrio pecah. Mode ini terjadi selama perkembangan embrionik.