Manual pentru clasele 10-11

Capitolul VI. Dezvoltarea individuală a organismelor

Procesul de dezvoltare individuală a unui individ din momentul formării unui zigot până la sfârșitul vieții organismului se numește ontogeneză. Ontogenia este un proces inerent oricărei ființe vii, indiferent de complexitatea organizării acesteia. Cum se dezvoltă un ovul fertilizat într-un nou organism complex, cu un număr mare de organe și țesuturi atât de diferite între ele? Care sunt mecanismele de implementare a informației genetice conținute într-un ovul fertilizat?

§ 24. Dezvoltarea embrionară și postembrionară a organismelor

Clivajul zigotului. La câteva ore după fecundare are loc prima etapă de dezvoltare embrionară, numită clivaj, în urma căreia zigotul este împărțit prin mitoză în două celule. Cele două celule rezultate (Fig. 34) nu se separă. Apoi fiecare celulă se împarte din nou în două și se obține un embrion, format din patru, opt celule etc. În procesul de zdrobire, numărul de celule crește rapid, ele devin din ce în ce mai mici. Celulele aflate în proces de zdrobire formează o sferă, în interiorul căreia apare o cavitate - blastocelul; din momentul în care apare cavitatea, embrionul se numește blastula (Fig. 34, g, h). Blastula constă deja din câteva sute de celule mici, dar nu diferă ca mărime de zigot.

Orez. 34. Clivajul și începutul dezvoltării unui ou fecundat lanceletă.
a - un ou fecundat; b - celule stadiu 2; c - celule stadiu 4; d - celulele stadiului 8; e - celule stadiul 16; e - celule stadiu 32; g - blastula; h - blastula in sectiune; și - începutul formării gastrulei; to - gastrula; l - neurula precoce; m - neurula; 1 - blastocoel; 2 - ectoderm; 3 - endoderm; 4 - cavitatea intestinului primar; 5 - mezoderm; 6 - placa neural; 7 - acord

Gastrula. Formarea a trei straturi germinale. La scurt timp după formarea blastulei, începe următoarea etapă de dezvoltare a embrionului - gastrula (Fig. 34, i, j). În timpul formării gastrulei, diviziunile celulare mitotice continuă și apar modificări semnificative în structura embrionului.

Cea mai comună modalitate de formare a gastrulei este invaginarea unei porțiuni a peretelui blastulei. În timpul formării gastrulei, celulele se divid prin mitoză foarte repede, iar numărul lor crește brusc. Spre deosebire de blastula, gastrula este un sac cu două straturi, al cărui strat exterior de celule se numește ectoderm. Stratul interior al gastrulei care căptușește cavitatea sa se numește endoderm.

La embrionii animalelor pluricelulare, cu excepția bureților și celenteratelor, se depune și un al treilea strat germinativ, mezodermul. Mezodermul se formează între primul și al doilea strat germinal - ectodermul și endodermul.

Formarea organelor. Diviziunea celulară și mișcarea lor continuă în etapa următoare, numită neurula (Fig. 34, l, lg). Caracteristica principală a acestei etape este că în acest moment începe depunerea organelor individuale ale viitoarei larve sau organismului adult. În stadiul de neurula, placa neurală începe să se dezvolte din ectoderm și apoi tubul neural. Ulterior dezvoltă creierul și măduva spinării. Restul ectodermului dă naștere stratului exterior al pielii, organele vederii și auzului. În același timp, endodermul formează un tub - viitorul intestin, ale cărui excrescențe se transformă ulterior în plămâni, ficat și pancreas. Mezodermul dă naștere notocordului, mușchilor, rinichilor, cartilajului și scheletului osos, precum și vaselor de sânge ale viitorului organism.

La plantele cu flori, dezvoltarea embrionului are loc și în interiorul organismului mamei - în sacul embrionar. După fecundare, zigotul se divide prin mitoză, se formează embrionul însuși și pandantivul, care servește la atașarea embrionului de peretele sacului embrionar și la furnizarea de nutrienți din țesuturile din jur. În embrion sunt depuse țesuturile și organele plantei. Pentru a proteja embrionul de condițiile nefavorabile, se formează o sămânță, acoperită cu cochilii speciale. În interiorul sămânței se află și un țesut endosperm triploid.

Dezvoltare postembrionară. Etapa de dezvoltare embrionară se termină cu nașterea sau eclozarea unui pui de animal dintr-un ou, germinarea unei semințe de plante. Următoarea etapă - dezvoltarea organismului înainte de debutul pubertății - se numește dezvoltare postembrionară. La diferite specii de organisme, această perioadă se desfășoară în moduri diferite. La multe animale, inclusiv la oameni, puii se nasc mici și neputincioși, incapabili să trăiască independent. De exemplu, la un cangur uriaș, dimensiunea unui pui nou-născut nu depășește dimensiunea unei nuci. În perioada postembrionară, astfel de animale maturizează multe organe și sisteme - sistemul nervos, digestiv, reproducător și imunitar. În acest caz, se vorbește despre dezvoltarea postembrionară directă.

La animale precum artropode, amfibieni, perioada postembrionară este foarte complexă, puii lor din ouă adesea nu arată deloc ca organisme adulte. De exemplu, o omidă - o larvă de fluture - este foarte diferită de o insectă adultă prin structura, modul de hrănire și habitatul său. Mormolocul seamănă mai mult cu un pește decât cu o broască adultă. Aceasta este dezvoltarea postembrionară indirectă sau dezvoltarea cu transformare. Dezvoltarea postembrionară a unor astfel de animale include una sau mai multe transformări, atunci când structura animalului se modifică - unele organe dispar, altele apar. De exemplu, la un mormoloc, branhiile și coada dispar, se formează plămânii și membrele. La multe insecte, dezvoltarea postembrionară include o altă etapă - pupa, timp în care organele interne ale larvelor dispar aproape complet, fiind înlocuite cu altele noi caracteristice unei insecte adulte.

La plante, poate trece mult timp între perioadele de embriogeneză și dezvoltarea ulterioară a organismului. Semințele protejate de cochilii pot rămâne viabile mulți ani. Pentru germinare, au nevoie de condiții speciale, în primul rând umiditate și o anumită temperatură. În timpul germinării, enzimele sunt activate în celulele embrionului, începe utilizarea nutrienților de rezervă, diviziunea celulară, creșterea și dezvoltarea organelor, apare un răsad, creșterea și dezvoltarea ulterioară a cărora duc la formarea unei plante adulte. La unele plante se observă și dezvoltare cu transformare. Acest lucru este de obicei asociat cu formarea organelor de depozitare - tuberculi, bulbi, rizomi, care sunt lăstari sau rădăcini modificate.

diferențierea celulară. Toate celulele embrionului, și apoi organismul adult, sunt formate din zigot prin diviziuni mitotice multiple și au aceeași cantitate de ADN, aceiași cromozomi și aceleași gene. Cum, atunci, celulele diferitelor organe și țesuturi se dovedesc a fi diferite în structura și funcțiile lor, adică diferențiate? Faptul este că proprietățile specifice ale celulelor sunt determinate de proteinele care sunt sintetizate în aceste celule. În celulele organismelor multicelulare, toate genele din ele nu funcționează niciodată, ci doar o mică parte din ele funcționează. În cursul dezvoltării individuale, aceste gene care lucrează într-un anumit organ sau țesut sunt cele care creează specificitatea structurii și funcționării celulelor diferitelor organe (amintiți-vă § 7 și Fig. 10).

Specificul activității celulelor rudimentelor organelor nu apare imediat, ci doar într-un anumit stadiu al dezvoltării embrionului. În stadiile incipiente ale clivajului, celulele individuale ale unui embrion multicelular nu sunt încă diferențiate și, dacă sunt transplantate în alt loc, își pot schimba cursul dezvoltării. Celulele din unele părți ale embrionului se diferențiază mai devreme decât altele și pot influența dezvoltarea organelor învecinate prin „oprirea” sau „pornirea” transcripției anumitor gene. Reglatorii activității genelor sunt diverse molecule sintetizate de aceste celule - proteine ​​și substanțe de natură neproteică (rețineți § 17). Date despre o astfel de influență reciprocă a celulelor au fost obținute în experimente privind transplantul unei secțiuni a ectodermului, din care se formează sistemul nervos, în stadiul de gastrulă a unei broaște sub ectodermul abdominal al embrionului altei broaște, care este la același nivel. stadiul gastrula (Fig. 35). În timpul dezvoltării normale, acest loc influențează formarea plăcii neurale din ectodermul dorsal situat în apropierea acestuia. În condițiile experimentului, pe lângă sistemul nervos propriu al embrionului care se dezvoltă în mod normal, în jurul locului transplantat de la un alt individ, s-a format și tubul neural, notocordul, a început dezvoltarea celui de-al doilea creier și a măduvei spinării, astfel încât s-a obţinut un embrion dublu. În consecință, locul transplantat este un organizator care influențează țesuturile care îl înconjoară, adică are capacitatea de a direcționa dezvoltarea celulelor care vin în contact cu acesta.

Orez. 35. Interacțiunea părților unui embrion în curs de dezvoltare (schema de transplant a unei secțiuni de ectoderm)

S-a constatat, de asemenea, că alți organizatori au un impact asupra dezvoltării siturilor adiacente. Pornind treptat, ele asigură succesiunea procesului de dezvoltare a embrionului. Organizatori similari au fost găsiți în studiul dezvoltării embrionilor de păsări, mamifere, nevertebrate și plante.

1. Formulați definițiile conceptelor de blastula, gastrula și neurula folosind Figura 34.
2. Dați exemple de dezvoltare postembrionară cu transformare.
3. Ce etape pot fi distinse în ontogeneza animalelor și plantelor?
4. Ce este diferențierea celulară?

Unitatea elementară a întregii vieți de pe Pământ este celula. Este formarea de noi celule care permite organismului să crească și să se dezvolte. Activitatea de viață și structura acestor unități este foarte complexă și depinde de specificul destinației.

Apariția termenului „zigot”

Apariția termenului „zigot” este meritul savantului german Edward Strasburger, care și-a dedicat întreaga viață studiului citologiei și teoriei cromozomiale a eredității. El a fost cel care, la sfârșitul secolului al XIX-lea, a ajuns pentru prima dată la concluzia că în organismul vegetal, animal și uman, se întâmplă aproximativ după același model.

Zigot: definiție

1. dezvoltare directă. În acest caz, copilul este similar în semne externe și interne cu părinții. Diferențele sunt în dimensiunea și subdezvoltarea unor organe. Este tipic pentru păsări și mamifere, inclusiv pentru oameni.
2. Dezvoltare indirectă. Cu acest tip de dezvoltare, copilul (larva) are multe diferențe față de părinții săi. Tipic pentru broaște și insecte.

Zigotele sunt celule care dublează genotipul părinților. Dar în procesul de dezvoltare a embrionului, celulele încep să difere ca structură și să îndeplinească diferite funcții. Acest lucru se datorează faptului că unele tipuri de gene funcționează în unele celule, în timp ce altele în altele. Astfel, corpul este un sistem complex, care se bazează pe zigot.

Sarcina începe cu fertilizarea și se termină cu nașterea unui făt matur. La mamiferele agricole, ovulul eliberat din foliculul rupt intră în partea extinsă a oviductului și își păstrează capacitatea de a fertiliza în medie 5-6 ore.

Procesul de fertilizare are loc în treimea anterioară a oviductului, unde se formează o nouă celulă (zigotul) ca urmare a fuziunii spermatozoizilor cu ovule. În 2 - 2,5 zile, zigotul se deplasează în cavitatea uterină.

Dezvoltarea unui individ trece prin patru etape:

1. stadiul blastocistului (veziculei);

2. embrionar (embrionar), caracterizat prin depunerea organismelor;

3. fetal (fetal);

4. post-fetal – de la naștere până la debutul maturității organismului.

Membrana vasculară și amniotică (apă) se dezvoltă din stratul germinal exterior, iar membrana urinară se formează din secțiunea finală a proeminenței oarbe a intestinului primar. Din embrioblast (frunza interioară) se dezvoltă în principal embrionul și apoi fătul.

Pe suprafața coroidei cresc vilozități (placenta bebelușului), care sunt încorporate în cripte din membrana mucoasă a uterului (placenta maternă).

Placenta formată (conexiunea vilozităților cu criptele) are, de asemenea, funcții importante:

1. funcția nutrițională - aprovizionarea fătului cu substanțe nutritive;

2. funcția respiratorie - furnizarea de oxigen a fătului și eliberarea de dioxid de carbon de către făt;

3. funcția excretorie - excreția produselor metabolice din sângele fătului;

4. functie hormonala - formarea de hormoni care sunt prezenti in corpul adult al femelei;

5. functie de bariera, constand in faptul ca placenta nu permite trecerea la fat a substantelor nocive, microbilor si unor virusuri.

O cantitate mare de biliverdin (pigment verde) se acumulează în placentă, ceea ce nu dă culoare verde într-o placentă normală. Când placenta se descompune sub acțiunea enzimelor sau microbilor, pigmentul este eliberat din țesuturi și apar scurgeri de culoare verde sau verde închis. Secreția verde este un indicator de diagnostic al reținerii placentei, iar în cazul nașterii prelungite, este o indicație pentru utilizarea unei operații cezariane.

Odată cu debutul sarcinii, femeia oprește ciclurile sexuale, apar modificări semnificative în echilibrul hormonal, procesele metabolice și energetice. Cele mai pronunțate modificări ale organelor genitale: în ovare se formează unul sau mai mulți corpuri galbeni, care asigură dezvoltarea și menținerea sarcinii; greutatea uterului (fără făt) crește de 5-20 de ori, iar dimensiunea acestuia - de sute de ori (în principal din cauza hipertrofiei fibrelor musculare). Durata medie a sarcinii la animale (în zile): vaca 285, iapa 340.

Sarcina poate fi unică (de obicei la animalele mari) și multiplă (la cele mici), datorită maturării și ovulației mai multor ouă în timpul unei singure vânătoare.

În dezvoltarea embrionară și postembrionară a animalelor (ontogeneză), există mai multe perioade care diferă în rata de creștere și diferențiere a țesuturilor, organelor, părților și proporțiilor individuale ale corpului.

Perioada de dezvoltare embrionară a animalelor începe cu formarea unui ou fecundat - un zigot și se termină cu nașterea.

Perioada embrionară începe cu formarea embrionului și durează până la formarea fătului (cu rudimentele tuturor organelor). Perioada fertilă se încheie cu nașterea animalului.

Embrion, embrion, un organism aflat într-un stadiu incipient de dezvoltare care apare în coji de ouă sau în organe speciale ale corpului mamei. Biologii includ în dezvoltarea embrionară sau embrionară (embriogeneza) la animale întreaga perioadă de dezvoltare - de la fecundare până la începutul existenței independente a unui nou organism.

Pe de altă parte, ele sunt împărțite în perioada embrionară, când organele sunt depuse, și perioada fetală, când organele cresc și corpul este complet. Prima menstruație la bovine durează 4 săptămâni.

În perioada embrionară se disting următoarele etape:

fertilizarea, culminând cu formarea unui zigot, datorită fuziunii nucleelor ​​masculine și feminine;

zdrobire - divizarea zigotului în blastomeri, care la început par a fi o acumulare masivă omogenă de celule (morula);

restructurarea morulei într-un embrion cu un singur strat - blastula;

izolarea de acesta a părților germinale (embrioblast) și extraembrionare (trofoblast); formarea unui embrion cu două straturi din embrioblast - gastrula din două straturi germinale (ectoderm și endoderm);

izolarea de materialul ectodermului primar (la vertebratele superioare) a celui de-al treilea strat germinal - mezodermul, formarea unui embrion cu trei straturi;

formațiunea pe partea sa dorsală a tubului neural, la capătul său anterior al embrionului, iar mai târziu cinci vezicule cerebrale, sub tubul neural - firul coardei; această etapă se numește uneori neurula;

diferențierea primară a mezodermului: pe ambele părți ale tubului neural și ale coardei, mezodermul este împărțit în 3 secțiuni. Părțile sale mediale dau acumulări mezodermice masive (somite); următoarea, foarte mică secțiune de jad este rudimentul sistemului excretor. Lateral, intre ecto- si endoterm sunt situate foile laterale ale mezodermului;

diferențierea secundară a mezodermului, care afectează în primul rând somiții; partea ventral-medială se separă de ele, împărțindu-se în țesut liber care înconjoară tubul neural și coarda.

Apoi începe alocarea țesutului primar - mezenchimul, care umple spațiile dintre straturile germinale și rudimentele organelor. După ce sclerotomul (foaia scheletică) este izolat, din fiecare somit rămâne o foaie musculocutanată, care la rândul său se împarte într-o parte mezenchimală dorsală - dermatomul (viitoarea secțiune de țesut conjunctiv a pielii) și o parte profundă - miotomul, care crește puternic. și dă mușchii scheletici.

Organogeneza este trecerea la dezvoltarea fetală. Foile laterale ale mezodermului se despart într-o foaie parietală și viscerală, iar între ele se formează o cavitate secundară a întregului corp. Din ectoderm se formează epiderma și derivații săi - sistemul nervos, celulele sensibile ale organelor de simț.

Din endoderm se dezvoltă mucoasa intestinului mijlociu și posterior, a organelor respiratorii, a ficatului și a pancreasului. Din mezoderm se formează sistemul muscular, organele excretoare și sistemul reproducător. Mezenchimul, care este eliberat în principal din mezoderm, este sursa dezvoltării țesuturilor de susținere-trofice: sângele, leagă diferite tipuri. țesut, cartilaj și țesut osos. Fiecare tip de țesut suferă propria sa histogeneză și participă la organogeneză. În plus, straturile germinale formează membrane fetale: ectodermul și mezodermul parietal participă la dezvoltarea amnionului și corionului; în dezvoltarea alantoidei și a sacului vitelin – endodermul și foaia viscerală a mezodermului.

Poliembrionul Poliembrionul este dezvoltarea a mai mult de un embrion dintr-un zigot la animale sau formarea mai multor embrioni într-o singură sămânță la plante. Poliembrionia este fenomenul de dezvoltare a mai mult de un embrion dintr-un zigot la animale sau formarea mai multor embrioni într-o singură sămânță la plante. Cuvântul provine din grecescul „poly” many și „embrion” germen Cuvântul provine din grecescul „poly” many și „embrion” germen

Poliembrionul animal La animale, se disting o poliembrion specific (inerent unei anumite specii) și un poliembrion sporadic sau aleatoriu. Poliembrionul specific se găsește la animalele din diferite grupe sistematice (briozoare, insecte, armadillo etc.). Poliembrionia specifică se găsește la animalele din diferite grupe sistematice (briozoare, insecte, armadillos etc.) Semnificația sa biologică este de a crește numărul de descendenți care se dezvoltă dintr-un ou fecundat. Sensul său biologic este de a crește numărul de descendenți care se dezvoltă dintr-un ou fertilizat. Poliembrionia sporadică este cauzată de expunerea la factori aleatori și apare la multe specii de animale, inclusiv la oameni. Ca urmare a poliembrioniei, se dezvoltă două organisme care sunt absolut identice în genotipuri, dar au diferențe de fenotip (consecințele expunerii mediului). Poliembrionia sporadică este cauzată de expunerea la factori aleatori și apare la multe specii de animale, inclusiv la oameni. Ca urmare a poliembrioniei, se dezvoltă două organisme care sunt absolut identice în genotipuri, dar au diferențe de fenotip (consecințele expunerii mediului).

Poliembrionul plantelor Poliembrionul plantelor poate fi adevărat și fals. Poliembrion adevărat toți embrionii se dezvoltă în același sac embrionar, respectiv fals în saci embrionari diferiți. Poliembrionarea plantelor este adevărată și falsă. Poliembrion adevărat toți embrionii se dezvoltă în același sac embrionar, respectiv fals în saci embrionari diferiți.

Gemeni monozigoți Gemenii monozigoți sunt formați dintr-un zigot, împărțit în două (sau mai multe) părți în timpul etapei de zdrobire. Au aceleași genotipuri. Gemenii monozigoți sunt întotdeauna de același sex. Gemenii monozigoți sunt formați dintr-un zigot, împărțit în două (sau mai multe) părți în stadiul de zdrobire. Au aceleași genotipuri. Gemenii monozigoți sunt întotdeauna de același sex.

Gemeni monozigoți Un grup special printre gemenii identici sunt tipuri neobișnuite: cu două capete (de obicei neviabile) și xifopagi („gemeni siamezi”). Cel mai faimos caz s-a născut în 1811 în Siam (azi Thailanda) gemenii siamezi Chang și Eng. Au trăit 63 de ani. Acestea erau conectate printr-un jumper de material de aproximativ 10 cm lățime de la stern la buric. Mai târziu s-a constatat că puntea care le-a conectat conținea țesut hepatic care lega cei doi ficat. Orice încercare chirurgicală de a separa frații nu ar fi avut succes la momentul respectiv. Legăturile mai complexe dintre gemeni sunt în prezent rupte. Un grup special printre gemenii identici sunt tipuri neobișnuite: cu două capete (de obicei neviabile) și xifopagi („gemeni siamezi”). Cel mai faimos caz s-a născut în 1811 în Siam (azi Thailanda) gemenii siamezi Chang și Eng. Au trăit 63 de ani. Acestea erau conectate printr-un jumper de material de aproximativ 10 cm lățime de la stern la buric. Mai târziu s-a constatat că puntea care le-a conectat conținea țesut hepatic care lega cei doi ficat. Orice încercare chirurgicală de a separa frații nu ar fi avut succes la momentul respectiv. Legăturile mai complexe dintre gemeni sunt în prezent rupte.

Concluzie Poliembrionul este o metodă de reproducere asexuată în care se formează noi indivizi din fragmente de părți în care se descompune embrionul. Acest mod apare în timpul dezvoltării embrionare. Poliembrionul este o metodă de reproducere asexuată în care se formează noi indivizi din fragmente de părți în care se descompune embrionul. Acest mod apare în timpul dezvoltării embrionare.