Биология развития эмбриональное развитие организмов

Карл Эрнест фон Бэр – немецкий биолог, занимавшийся проблемами эмбриологии. Он считал, что зародыш формируется из зародышевых листков, каждый из которых содержит в себе зачаток всего организма. В своих работах он подробно описал структуру зародышевых листков и развитие организма из них. Его работы оказали большое влияние на развитие эмбриологии как науки.

Онтогенез у многоклеточных организмов

Онтогенез у многоклеточных организмов происходит путем последовательного деления и развития клеток. Из одной оплодотворенной яйцеклетки образуется целый организм с различными органами и системами. Этот процесс тщательно контролируется генетическими механизмами и окружающей средой.

Таблица: Этапы онтогенеза у многоклеточных организмов

На примере рассмотренных этапов можно увидеть, как сложен и фундаментален процесс онтогенеза у многоклеточных организмов. Он представляет собой удивительное сочетание генетических программ и взаимодействия с внешней средой, формирующее уникальный организм.

Заключение

Онтогенез – это удивительный процесс формирования организма от зиготы до полноценного взрослого организма. Изучение этого процесса позволяет лучше понять механизмы развития живых организмов и их взаимосвязь с окружающей средой. Благодаря работе ученых и изучению истории развития учения об онтогенезе, мы расширяем свои знания в области биологии и эмбриологии.

История развития эмбриологии в России и мире

Основателем современной эмбриологии считается академик Российской Академии К.М. Бэр. В 1828 году он опубликовал сочинение История развития животных, в котором доказывал, что человек развивается по единому плану со всеми позвоночными животными. Илья Ильич Мечников (1845 – 1916) Русский ученый, который вместе с Ковалевским А.О. изучал эволюционную эмбриологию. Благодаря работам Мечникова И.И. и Ковалевского А.О., установлены принципы развития беспозвоночных и позвоночных животных. Ковалевский Александр Онуфриевич (18401901) – автор учения о трёх зародышевых листках

Фриц Мюллер (1822 – 1897)

Эрнст Генрих Геккель (1834 – 1919) Немецкий ученный Ф. Мюллер вместе со своим соотечественником Э. Геккелем создали биогенетический закон, согласно которому онтогенез, есть краткое повторение филогенеза – исторического развития вида. В ходе онтогенеза происходит процесс реализации генетической информации, полученной от родителей. Алексей Николаевич Северцов (1866 – 1936) Академик, крупнейший эволюционный морфолог, в первой половине XX века занимался вопросами соотношения онтогенеза и филогенеза.

Онтогенез

Онтогенез (от : ον — бытие и γέννηση — происхождение, рождение или ontos- сущее и genesis – возникновение) — индивидуальное развитие организма от оплодотворения до смерти. Онтогенез начинается с оплодотворения (слияния сперматозоида и яйцеклетки). При этом образуется зигота, в которой объединяется наследственный материал отца и матери. Онтогенезом, или индивидуальным развитием, называют весь период жизни с момента образования половых клеток, их слияния и образования зиготы (при половом размножении) или отдельных групп клеток (при бесполом) до гибели организма. Онтогенез – совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований организма от его зарождения до конца жизни.

Виды онтогенеза

• Эмбриональный – от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек
• Постэмбриональный – от рождения или выхода из яйцевых оболочек до смерти организма

Эмбриональный период развития

Зародышевое развитие, имеющее у разных организмов различную продолжительность, является одним из важнейших этапов индивидуального развития. С момента образования и деления одной единственной клетки – зиготы – у всех организмов – до выхода из яйцевых оболочек или рождения продолжается зародышевый или эмбриональный период. В эмбриональном периоде происходит увеличение числа клеток, а затем их дифференцировка. Специализация клеток зародыша приводит к возникновению первых тканей в органов. В процессе эмбрионального развития ткани зародыша оказывают влияние друг на друга.

Эмбриональное развитие животных

Эмбриональное развитие животных можно разделить на внутриутробное и внетеленочное развитие. Большинство млекопитающих, включая человека, завершают своё эмбриональное развитие внутри утробы матери, в то время как у яйцекладущих и выметывающих икру животных развитие происходит вне тела матери.

Многоклеточные животные имеют разный уровень организации, и эмбриональный период развития организма состоит из трёх основных периодов:

1. Дробление
2. Гаструляция
3. Первичный органогенез

I. Дробление

Развитие организма начинается с одноклеточной стадии, которая начинается с момента оплодотворения. Процесс дробления является митотическим делением зиготы и характеризуется высокой скоростью роста. Для клеток, которые бедны желтком, деление происходит полностью, в то время как для клеток, богатых желтком, процесс деления более неравномерный.

Порядок деления

1. Образование меридиональной борозды деления (2 бластомера)
2. Меридиональная, перпендикулярная первой (4 бластомера)
3. Широкая борозда деления (8 бластомеров)
4. Последующее чередование борозд

Характеристики дробления

• Образуемые клетки называются бластомерами
• Размеры бластомеров остаются постоянными
• Образуется морула (многоклеточный зародыш)
• Завершается образованием многоклеточного зародыша – бластулы

Стадия дробления

Стадия дробления яйца лягушки легко наблюдается и может продолжаться от нескольких часов до суток, в зависимости от вида лягушки и температуры окружающей среды.

В целом, эмбриональное развитие имеет общие черты у большинства животных, независимо от способа размножения и тела матери, в котором оно происходит.

Типы дробления

I. В зависимости от количества и распространения желтка в яйцеклетке выделяют следующие типы дробления:

Полное и неполное:

• Полным называется дробление, при котором любая борозда проходит через весь зародыш.
  • Характерен для организмов с олиго- и мезолецитальными яйцеклетками.
• Неполное дробление происходит из-за большого количества желтка в яйцеклетке.

Равномерное и неравномерное:

• Равномерное дробление формирует одинаковые по размеру бластомеры.
  • Характерно для организмов с изолецитальной яйцеклеткой.
• Неравномерное дробление происходит у других видов животных.

Синхронное и асинхронное:

• Синхронное дробление характеризуется равными темпами деления клеток.
• Большинство видов животных имеют асинхронное дробление.

II. В зависимости от формы и смещения бластомеров выделяют следующие типы дробления:

Радиальное дробление:

• Присуще ланцетнику, амфибиям, иглокожим, круглоротым.
• Бластомеры имеют сферическую форму и располагаются строго друг над другом.

Спиральное дробление:

• У моллюсков, кольчатых, реснитчатых червей.
• Бластомеры во время цитотомии поворачиваются вокруг оси веретена.

Билатеральное дробление:

• Движения бластомеров происходят так, чтобы не нарушалась плоскость симметрии.

Анархическое дробление:

• Бластомеры сначала располагаются неправильными цепочками, а затем формируют плотное скопление – морулу.

Типы бластулы Типы бластул: 1 – целобластула; 2 – стерробластула; 3 – плакула (справа – вид сбоку); 4 – дискобластула; 5 – перибластула; 6 – стомобластула; 7 морула; бл. – бластомеры; ж – желток; б – бластоцель.

Типы бластулы 1 – морула; 2 – цслобластула; 3 – амфнбластула; 4 – дискобластула; 5 – стерробластула; 6 – перибластула; 7 – плакула.

II. Гаструляция

Гаструляция — это процесс образования зародышевых листков (экто-, мезо- и энтодерма). В случае двухслойных организмов образуется только экто- и энтодерма. эктодермы ( от греч. ectos – находящийся снаружи, derma – кожа); энтодермы ( от греч. entos – находящийся внутри, derma – кожа); мезодерма (от греч. mesos – средний, derma – кожа). Гаструляцией — Это совокупность процессов, приводящих к образованию гаструлы. Сущность процесса гаструляции заключается в перемещении клеточных масс. На этой стадии начинается использование генетической информации клеток зародыша, появляются первые признаки дифференцировки.

У многоклеточных животных, кроме кишечнополостных, возникает третий зародышевый листок – мезодерма. 1 – эктодерма 2 – энтодерма 3 – мезодерма 4 – нервная пластинка 5 – хорда 2 – эктодерма; 3 – энтодерма; 5 – мезодерма; 6 – нервная пластинка; 7 – хорда;

Гаструла (от греч. Gaster – желудок) – зародыш, состоящий из двух зародышевых листков (эктодерма и энтодерма). Начало гаструляции отмечается формированием впячивания на вегетативном полюсе бластулы и образованием первичной кишки (гастроцели). Впячивание постепенно углубляется и, наконец, формируется двухстенная чаша с широко зияющим отверстием (гастропором), ведущим в новообразованную полость зародыша. У первичноротых гастропор превращается в ротовое отверстие. У вторичноротых (хордовых) на месте первичного рта образуется анальное отверстие, а рот возникает в передней части тела.

III Органогенез Процесс формирования органов в эмбриональном развитии называют органогенезом. В органогенезе можно выделить две фазы: 1. нейруляция — этот начальный этап органогенеза, образование (формирование) комплекса осевых органов (нервная трубка, хорда, кишечная трубка и мезодерма сомитов), в который вовлекается почти весь зародыш; Зародыш на стадии нейруляции называется нейрула. Мезодерма обособляется по бокам от хорды в виде карманов, а затем врастает между экто – и энтодермой. Два мезодермальных листка срастаются под кишечной трубкой. 2. построение остальных органов — приобретение различными участками тела типичной для них формы и черт внутренней организации, установление определенных пропорций (пространственно ограниченные процессы).

III Органогенез 1. нейруляция. На стадии нейрулы из эктодермы развивается нервная пластинка, а затем нервная трубка (6) (из неё впоследствии произойдут головной и спинной мозг) остальная эктодерма даёт начало наружному слою (кожный покров, органы зрения и слуха) одновременно энтодерма образует трубку (4) (кишечник, лёгкие, печень, поджелудочная железа). Мезодерма (5) даёт начало хорде (7), мышцам, почкам, хрящевому и костному скелету, а также кровеносным сосудам.

III Органогенез

Процесс развития тканей зародыша называется – гистогенез. Органы разных видов животных, развившиеся из одних и тех же зародышевых участков, называются гомологичными. Гомология органов и систем органов позвоночных животных – доказательство единства их происхождения .

Зародышевый листок Ткани, органы, системы органов Нервная трубка (нервная система – спинной и Эктодерма – головной мозг), эпителий кожи, железы кожи, наружный слой волосы, ногти, перья, шерсть, эмаль зубов, органы клеток чувств (зрение, слух, обоняние), эпителий рта, носа, анального отверстия;

Зародышевый листок Ткани, органы, системы органов Энтодерма – внутренний слой клеток Эпителий средней кишки (желудок, кишечник, желчный пузырь), пищеварительные железы (печень, поджелудочная железа, щитовидная и околощитовидная железа), эпителий дыхательных путей, жабр и легких;

Зародышевый листок Ткани, органы, системы органов Мезодерма – средний слой клеток Дерма, мышечная ткань, соединительная ткань, хрящевой и костный скелет, дентин зубов, кровеносная и лимфатическая системы (сердце, сосуды), брыжейка, почки, половые железы и др.

Стадии эмбрионального развития ланцетника

А – бластула: 1 – кожная эктодерма; 2 кишечная энтодерма; 3 – материал хорды; 4 материал мезодермы; 5 – нейральная эктодерма. Б – гаструла: 2 – кишечная энтодерма; 3 дорсальная губа бластопора; 4 – вентральная губа бластопора; 5 – боковая губа бластопора; 6 бластопор; 7 – материал хорды; 8 – материал мезодермы; 9 – нейральная эктодерма. В – Начало органогенеза: а. обособление материала нервной трубки; 1 – нейральная эктодерма; 2 – кожная эктодерма; 3 – гастроцель; 4 – кишечная энтодерма; 5 – зачаток мезодермы. Г – обособление материала хорды, мезодермы и вторичной кишки; Д – Завершение органогенеза: формирование хорды и вторичной кишки; 1 – нервная трубка; 2 – хорда; 3 – мезодерма; 4 – кишечная энтодерма; 5 – полость вторичной кишки.

Эмбриональный период многоклеточного организма состоит из следующих стадий зиготы; морулы – стадии многоклеточного зародыша после дробления зиготы; бластулы – стадии образования однослойного зародыша; гаструлы – стадии образования зародышевых листков; нейрулы; гисто- и органогенеза – стадии появления специфических функциональных, морфологических и биохимических различий между отдельными клетками и частями развивающегося зародыша.

Влияние факторов среды на зародыш

С первых часов своего развития каждый эмбрион крайне чувствителен к неблагоприятному воздействию факторов среды Факторы среды обитания Биотические Абиотические Вирусы, бактерии, грибы, животные, растения Влажность, температура, давление, радиация, химические в-ва.

Аномалии При нарушении почти любого звена эмбрионального развития возникают отклонения от нормального хода развития, т.е. аномалии. Аномалии могут касаться органов кровообращения, дыхания, пищеварения, мочеполовой системы; возможно незаращение перегородок между предсердиями, образование добавочных селезёнок, удвоение почек и т.п. Аномалии могут быть наследственными или появляться в результате неблагоприятных воздействий внешней среды. Действие радиоактивности, рентгеновых лучей, ядовитых веществ, алкоголя, наркотиков, различных медикаментов могут привести к очень тяжёлым последствиям – рождению ребёнка без рук, ног и даже без головы.

Постэмбриональный период развития Постэмбриональное развитие в основном сводится к: росту; половому созреванию; репродукции; старению. У разных организмов постэмбриональный период имеет различную продолжительность: от нескольких часов (у бактерий) до 5000 лет (у секвойи ).

Постэмбриональный период развития Ювенальный этап Пубертатный этап Старость

Ювенильный период Этот период (от лат. juvenilis — юный) определяется временем от рождения организма до полового созревания. У разных организмов он протекает по-разному и зависит от типа онтогенеза организмов.

Постэмбриональный период развития Непрямое развитие (личиночное развитие, развитие с метаморфозом) — появившийся из яйца организм (личинка) отличается по строению от взрослого организма, обычно устроен проще, может иметь специфические органы, способ питания. Личинка питается, растет и со временем личиночные органы заменяются органами, свойственными взрослому организму (имаго) (развитие лягушки, насекомых, червей. Постэмбриональное развитие сопровождается ростом.

Виды непрямого развития

Непрямое постэмбриональное развитие Виды непрямого развития Неполное превращение (кузнечики, клопы, саранча) Фазы развития: 1.Яйцо 2.Личинка 3. Взрослая особь с выпадением стадии куколки. Развитие, при котором из яйцевых оболочек выходит организм, строение которого сходно со строением взрослого организма, но размеры намного меньше. Такой организм называют личинкой. Полное превращение (бабочки, жуки, муравьи, пчелы) Фазы развития: 1.Яйцо 2.Личинка 3.Куколка (переход личинки в взрослую особь) 4.Взрослая особь (имаго), без выпадения любой из фаз. Развитие, при котором из яйцевых оболочек освобождается личинка, существенно отличающаяся по строению от взрослых особей.

Непрямое постэмбриональное развитие Виды непрямого развития Неполное превращение (кузнечики, клопы, саранча) Фазы развития: 1.Яйцо 2.Личинка 3. Взрослая особь с выпадением стадии куколки. Полное превращение (бабочки, жуки, муравьи, пчелы) Фазы развития: 1.Яйцо 2.Личинка 3.Куколка (переход личинки в взрослую особь) 4.Взрослая особь (имаго), без выпадения любой из фаз.

Непрямое постэмбриональное развитие. Метаморфоз Метаморфозы широко встречаются у кишечнополостных (гидры, медузы, коралловые полипы), плоских червей (фасциолы), круглых червей (аскариды), моллюсков (устрицы, мидии, осьминоги), членистоногих (раки, речные крабы, омары, креветки, скорпионы, пауки, клещи, насекомые) и даже у некоторых хордовых (оболочечники и земноводные). Метаморфоз – представляет собой глубокие преобразования в строении организма, в результате которых личинка превращается во взрослое насекомое. Метаморфоз – процесс превращения фаз развития (личинок) во взрослое животное, сопровождающийся анатомоморфологической и физиологической перестройкой организма.

Непрямое постэмбриональное развитие. Метаморфоз В зависимости от характера постэмбрионального развития у насекомых различают два типа метаморфоза: • неполный (гемиметаболия), когда развитие насекомого характеризуется прохождением только трех стадий – яйца, личинки и взрослой фазы (имаго); • полный (голометаболия), когда переход личинки во взрослую форму осуществляется на промежуточной стадии через куколку. Наиболее выразительные формы метаморфозов наблюдают у насекомых, которые подвергаются как неполным, так и полным метаморфозам.

Метаморфоз у беспозвоночных Для низших беспозвоночных (губки, кишечнополостные) характерен метаморфоз, при котором различные свободноплавающие личинки выполняют функцию расселения вида. Часто такой метаморфоз осложняется чередованием поколений, размножающихся половым либо бесполым путем. Своеобразен некротический метаморфоз, характерный для немертин, при котором будущая взрослая особь развивается внутри личинки, при этом основная масса тела личинки отмирает.

Метаморфоз у позвоночных У позвоночных метаморфозы встречаются среди земноводных и костных рыб. Для личиночной стадии характерно наличие провизорных органов, которые либо повторяют признаки предков, либо имеют явно приспособительное значение.

Значение развития с метаморфозами

1. Личинки могут самостоятельно питаться и расти, накапливая материал для формирования постоянных органов. 2. У паразитических и сидячих видов животных подвижные личинки расширяют ареал, способствуют расселению вида. 3. Снижение пищевой конкуренции между взрослыми особями и личинками. 4. Возможность перенести неблагоприятные условия.

Личинка

Следующая за яйцом фаза метаморфоза у большинства беспозвоночных, некоторых рыб и земноводных. Некоторые личинки могут вообще не превратиться во взрослую форму и способны к размножению. Существуют много форм личинок.

Личинка Аксолотль — неотеническая личинка амбистомы (хвостатые земноводные). Актинотроха — личинка форонид. Аурикулярия — ранняя фаза развития личинки голотурий. Бипиннария — ранняя фаза развития личинки морских звёзд. Брахиолярия — поздняя фаза развития личинки морских звезд. Велигер — личинка брюхоногих и двустворчатых моллюсков. Глаукотоэ — ползающая личинка ракообразных. Глохидий — личинка двустворчатых моллюсков. Головастик — личинка бесхвостых амфибий. Гусеница — личинка бабочек. Диплеврула (диплеурула) — общая для иглокожих и кишечнодышащих ранняя форма личинки, позже преобразующаяся в разных группах в аурикулярию, бипиннарию, плютеуса или торнарию. Долиолярия — средняя фаза развития личинки голотурий. Зоеа — ранняя личинка десятиногих ракообразных. Коретра — личинка комара из семейства Chaoboridae. Крыска — личинка некоторых мух-журчалок (Diptera: Syrphidae).

Личинка Лептоцефал — личинка (малёк) угря и других угреобразных рыб. Ликофора — личинка цестодообразных. Ложногусеница — личинка пилильщиков (Hymenoptera-Symphyta). Ложнопроволочник — личинка жуков семейств чернотелок и пыльцеедов. Мегалопа — поздняя личинка десятиногих ракообразных. Метанауплиус — личиночная стадия многих видов ракообразных, следующая за науплиусом. Метатрохофора — личинка многощетинковых кольчатых червей, развивается из трохофоры и превращается в нектохету. Мизис — поздняя личинка длиннохвостых десятиногих ракообразных (Decapoda-Macrura). Мирацидий — личинка спороцисты сосальщиков (Trematoda). Мотыль — личинка комаров-звонцов (Diptera: Chironomidae). Мюллеровская личинка — личинка ресничных червей-поликлад (многоветвистых) (Polyclada) Науплиус — ранняя фаза развития личинки, свойственная многим ракообразным.

Личинка Наяда — личинка стрекоз. Нектохета — поздняя личинка многощетинковых кольчатых червей, развивается из метатрохофоры. Нимфа — традиционное название личиночной стадии развития некоторых членистоногих с неполным превращением (клещей и ряда групп насекомых). Онкомирацидий — личинка моногеней (моногенетических сосальщиков). Онкосфера , или шестикрючная личинка — личинка ленточных червей (Cestoda). Опарыш — личинка круглошовных мух. Паренхимула — личинка губок. Пентакула — поздняя фаза развития личинок голотурий. Пескоройка — личинка миноги. Пилидий — личинка немертин. Планктосфера — личинка кишечнодышащих. Планула — личинка кишечнополостных.

Личинка Плютеус, или плутеус — личинка иглокожих. Для личинок офиур и морских ежей используют специальные термины: – Офиоплютеус, или офиоплутеус — личинка офиур; – Эхиноплютеус, или эхиноплутеус — личинка морских ежей. Проволочник — личинка жуков-щелкунов. Протозоеа — личинка ракообразных, вышедшая из яйца. Протонимфон — личинка морских пауков. Ратный червь — личинка ратного комарика. Торнария — личинка кишечнодышащих. Триунгулин — начальная фаза развития личинки у насекомых с гиперметаморфозом. Трохофора — ранняя личинка трохофорных животных (моллюсков, многощетинковых кольчатых червей, сипункулид и др.). Церкария — личинка мар иты сосальщиков (Trematoda). Циприсовидная личинка — последняя личиночная стадия развития усоногих ракообразных.

Личинка Цистицерк — одна из разновидностей личиночной стадии развития — финки некоторых ленточных червей. Схожа с цистицеркоидом. Цистицеркоид — одна из разновидностей личиночной стадии развития — финки некоторых ленточных червей. Цифонаут (цифонаутес) — личинка мшанок. Шестикрючная личинка, или онкосфера — личинка ленточных червей (Cestoda).

Куколка

Куколка – фаза развития насекомых с полным метаморфозом. Куколка соответствует нимфе насекомых с неполным метаморфозом.

Имаго Окончательная стадия индивидуального развития членистоногих животных со сложным жизненным циклом. У насекомых с полным превращением имаго развивается из куколки. У насекомых с неполным превращением имаго развивается из личинки (нимфы).

Постэмбриональный период развития Прямое развитие — развитие, при котором появившийся организм идентичен по строению взрослому организму, но имеет меньшие размеры и не обладает половой зрелостью. Дальнейшее развитие связано с увеличением размеров и приобретением половой зрелости (развитие рептилий, птиц, млекопитающих) Без метаморфозов. Сводится к росту и половому созреванию.

Прямое постэмбриональное развитие Прямое развитие свойственно человеку и другим млекопитающим, птицам, пресмыкающимся, некоторым насекомым. Организм с самого начала обладает основными морфологически признаками половозрелой особи.

ЛИЧИНОЧНЫЙ Встречается у насекомых, рыб, земноводных. Может длиться от дней или месяцев до нескольких лет (минога). Желтка в яйце мало, и зигота быстро развивается в личинку, которая самостоятельно питается и растёт. Личинка – это свободно живущий зародыш. Как правило она имеет временные (специальные личиночные органы, провизорные) органы, отсутствующие у взрослого животного; часто личинка ведет иной образ жизни, чем взрослое животное (амфибии, насекомые). Затем, через определённое время происходит метаморфоз – превращение личинки во взрослую особь. Период важен для питания и расселения. У человека личиночному периоду гомологичен период развития плода в матке.

ЛИЧИНОЧНЫЙ МЕТАМОРФО́З (от греч. metamorphosis — превращение) 1) у растений — видоизменения основных органов (корня, стебля, листа, цветка) в связи с изменением функции. 2) У животных — глубокое преобразование организма в период постэмбрионального развития (напр., превращение головастика в лягушку или личинки насекомого во взрослую особь — имого).

ЯЙЦЕКЛАДНЫЙ Тип онтогенеза наблюдается у рептилий, птиц и яйцекладущих млекопитающих, яйцеклетки которых богаты желтком. Зародыш таких видов развивается внутри яйца. Личиночная стадия отсутствует.

ВНУТРИУТРОБНЫЙ Тип онтогенеза наблюдается у большинства млекопитающих, в том числе у человека. При этом развивающийся зародыш задерживается в материнском организме, образуя временный орган – плаценту, через который организм матери обеспечивает все потребности растущего эмбриона: дыхание, питание, выделение и др. Внутриутробное развитие оканчивается процессом деторождения.

Пубертатный период Пубертатный период является крайне важной – рубежной фазой развития. Этот период называют еще зрелым, и он связан с половой и физической зрелостью организмов. Развитие организмов в этот период достигает максимума. На рост и развитие в постэмбриональный период большое влияние оказывают факторы среды. Для животных первостепенное значение имеет полноценное кормление (наличие в корме белков, углеводов, липидов, минеральных солей, витаминов, микроэлементов). Важны также кислород, температура, свет (синтез витамина D). Рост и индивидуальное развитие животных организмов подвержены нейрогуморальной регуляции со стороны гуморальных и нервных механизмов регуляции.

Регенерации На всех периодах онтогенеза организмы способны к восстановлению утраченных или поврежденных частей тела. Это свойство организмов носит название регенерации, которая бывает физиологической и репаративной. Регенерации Физиологическая Репаративная

Регенерации Физиологическая регенерация — это замена утерянных частей тела в процессе жизнедеятельности организма. Регенерации этого типа очень распространены в животном мире. Например, у членистоногих она представлена линькой, которая связана с ростом. У рептилий регенерация выражается в замещении хвоста и чешуи, у птиц — перьев, когтей и шпор. У млекопитающих примером физиологической регенерации может быть ежегодное сбрасывание оленями рогов.

Регенерации Репаративная регенерация — это восстановление части тела организма, отторгнутой насильственным путем. Регенерация этого типа возможна у многих животных, но ее проявления различны. Например, она часта у гидр и связана с размножением последних, поскольку из части регенерирует весь организм. У других организмов регенерации проявляются в виде способности отдельных органов к восстановлению после утраты ими какой-либо части. У человека достаточно высокой регенеративной способностью обладают эпителиальная, соединительная, мышечная и костная ткани.

Старость как этап онтогенеза Старость является предпоследним этапом онтогенеза животных, причем ее длительность определяется общей продолжительностью жизни, которая является видовым признаком и которая у разных животных является разной. Наиболее точно старость изучена у человека.

Старость как этап онтогенеза

Механизм старения до сих пор загадка. Существует более 300 теорий Прогрессивная деградация клеток Посттрансляционная модификация белков Прогрессивное изменение структуры хромосом Теория укорачивания теломер хромосом. С каждым делением теломеры соматических клеток укорачиваются, и после определенного количества делений, названного пределом Хайфлика, клетка перестает делиться.

Старение организмов

Механизм старения до сих пор загадка. Существует более 300 теорий Свободнорадикальная теория. В процессе синтеза АТФ, происходящего в митохондриях, вырабатываются свободные радикалы кислорода. Они обладают чрезвычайно высокой реакционной способностью, вследствие чего повреждают практически все системы человека.

Продолжительность жизни Сравнение данных о продолжительности жизни разных представителей фауны показывают, что среди растений и животных разные организмы живут разное время. Например, ряд видов членистоногих живет 40-60 лет, рыбы многих видов, например, осетровые живут 55-80 лет, лягушки — 16 лет, крокодилы — 50-60 лет, дикие свиньи — 25 лет, змеи и ящерицы — 25-30 лет, птицы некоторых видов — до 100 лет и более. Продолжительность жизни млекопитающих является меньшей. Например, мелкий рогатый скот живет — 20-25 лет, крупный рогатый скот — 30 лет и более, лошади — 30 лет, собаки — 20 лет и более, волки — 15 лет, медведи — 50 лет, слоны — 100 лет, кролики — 10 лет, некоторые люди доживали до 110 лет и более. В то же время долгожители часто сохраняют на высоком уровне как физические, так и умственные способности.

Смерть Смерть является завершающим этапом онтогенеза. Научные данные свидетельствуют о том, что у одноклеточных организмов (растений и животных) следует отличать смерть от прекращения их существования. Смертью является их гибель, тогда как прекращение существования связано с их делением. Следовательно, недолговечность одноклеточных организмов компенсируется их размножением. У многоклеточных растений и животных смерть является в полном смысле слова завершением жизни организма. Различают клиническую и биологическую смерть. Клиническая смерть выражается в потере сознания, прекращении сердцебиения и дыхания, однако большинство клеток и органов все же остаются живыми. Происходит самообновление клеток, продолжается перистальтика кишечника.

Иогенетический закон

Многоклеточные организмы развиваются из оплодотворенной яйцеклетки. Развитие зародышей у животных, относящихся к одному типу, во многом сходно. Карл Бэр сформулировал закон зародышевого сходства: «Эмбрионы обнаруживают, уже начиная с самых ранних стадий, известное общее сходство в пределах типа» Между индивидуальным развитием организмов (в том числе зародышевом сходстве) и их историческим развитием существует глубокая связь, которая нашла свое отражение в биогенетическом законе, сформулированном двумя немецкими учеными Ф. Мюллером и Э. Геккелем в XIX веке: «Онтогенез (индивидуальное развитие) каждой особи есть до определенной степени краткое и быстрое повторение филогенеза (исторического развития) вида, к которому эта особь относится».

Биогенетический закон Ф. Мюллер Э. Геккель Карл Бэр

Биогенетический закон Явление, свидетельствующее о родстве представителей разных классов в пределах типа Сходство зародышей

4. Развитие человека Человек начинает свое эмбриональное развитие с одной клетки – зиготы, т.е. как бы проходит стадию простейших, бластула аналогична колониальным животным, сходным с вольвоксом, гаструла – аналог двухслойных кишечнополостных. В первые недели эмбриогенеза у будущего человека есть хорда, жаберные щели и хвост, т.е. он напоминает древнейших хордовых, сходных по строению с нынешним ланцетником. Строение сердца человеческого зародыша в ранний период формирования напоминает строение этого органа у рыб: оно с одним предсердием и одним желудочком.

Возрастные периоды онтогенетического развития человека

Основное название Возраст Внутриутробное развитие (антенатальный, пренатальный онтогенез) Эмбриональный период 0–3 мес. Фетальный период 3–9 мес. Внеутробное развитие (постнатальный онтогенез) Период новорожденности, или Грудной возраст От рождения до 4 нед. 4 нед. – 1 год Раннее детство 1–3 года Первое детство 4–7 лет Второе детство Мальчики 8–12 лет, девочки 8–11 лет

Возрастные периоды онтогенетического развития человека Основное название Возраст Подростковый возраст Мальчики 13–16 лет, девочки 12–15 лет Юношеский возраст 16–20 лет Зрелый возраст – I период Мужчины 22–38 лет, женщины 21–35 лет Зрелый возраст – II период Мужчины 36–60 лет, женщины 36–55 лет Пожилой возраст 61–79 лет Старческий возраст 75–90 лет Долгожители 90 лет и старше

Другие названия возрастных периодов онтогенетического развития человека Для внутриутробного развития: – развитие эмбриона; – развитие плода; Для внеутробного развития: – неотальный период; – ясельный возраст; – дошкольный возраст; – отрочество, младший школьный возраст; – пубертатный период, старший школьный возраст; – юность; – зрелость.

Онтогенез одноклеточных организмов

5. Онтогенез одно- и многоклеточных организмов Онтогенез одноклеточных организмов У простейших организмов тело которых состоит из одной клетки онтогенез совпадает с клеточным циклом т.е. с момента появления, путем деления материнской клетки до следующего деления или смерти.

Онтогенез многоклеточных организмов

Намного сложнее протекает онтогенез у многоклеточных организмов. Например у различных отделов царства растений онтогенез представлен сложными циклами развития со сменой полового и бесполого поколений. Цикл развития мха

Цикл развития папоротника

Цикл развития голосеменного растения

У многоклеточных животных онтогенез тоже очень сложный процесс и гораздо интересней, чем у растений Циклы развития кишечнополостных

Ачало «эпохи клонирования»

Клони́рование — в самом общем значении — точное воспроизведение какого-либо объекта любое требуемое количество раз. Объекты, полученные в результате клонирования называются клоном. Наиболее успешным из методов клонирования высших животных оказался метод «переноса ядра». Был применён для клонирования овцы Долли в Великобритании.

Начало «эпохи клонирования» Клонирование человека Возможность Основные препятствия •Технология клонирования человека не отработана. •Репродуктивная – получение полноценного индивида общества. •Терапевтическая – получения эмбриона как источника стволовых клеток. •Технологические трудности •Социально-этический аспект •Этико-религиозный аспект •Отношение в обществе •Биологическая безопасность

Ыводы

В процессе онтогенеза организм реализует свою генетическую программу. Развитие организма тесно связано с факторами окружающей среды, неблагоприятные действия которой приводят к нарушению развития организма или его гибели. Механизмы развития и старения организмов не до конца изучены. Это предполагает дальнейшие исследования в различных областях науки о жизни и эволюции природы и человека.

Литература, используемая в презентации 1. Белоусов Л.В. Основы общей эмбриологии. (3-е изд., переработ. и дополн.) — М.: Изд-во МГУ-Наука, 2005 2. Константинов, В.М. Общая биология: учебник для студ. образоват. учреждений сред. проф. образования / В.М. Константинов, А.Г. Резанов, Е.О. Фадеева; под ред. В.М. Константинова. — 5-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 256 с. 3. Лисова, Н.Д. Общая биология: Учебное пособие для 11-го класса 11-летней общеобразовательной школы, для базового и повышенного уровней. Н.Д. Лисов, Л.В. Камлюк, Н.А. Лемеза и др. Под ред. Н.Д. Лисова.- Мн.: Беларусь, 2002.- 279 с 4. Садохин, А.П. Концепции современного естествознания: учебник для студентов вузов, обучающихся по гуманитарным специальностям и специальностям экономики и управления / А.П. Садохин. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2006. – 447 с.

Литература, используемая в презентации 5. Введение в молекулярную медицину. Под ред. Пальцева М.А. М., 2004. 6. Полищук Ю.М. Общая экология, учебное пособие. – ХантыМансийск: РИЦ ЮГУ, 2004. – 206 с. 7. Тейлор, Д. Биология. / Тейлор Д., Грин Н., Стаут У./ Пер. с англ. / Под ред. Р. Сопера — 3-е изд., — М.: Мир, 2004. — 454 с, ил. В 3 томах. 8. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. Новосибирск, 2006. 9. Генетика. Под ред. Иванова В.И. М., 2006. 10. Нуртазин С.Т., Всеволодов Э.Б. Биология индивидуального развития. А., 2005.

Интернет ресурсы, используемые в презентации 1. http://www.zooeco.com/0-rib/0-ribi3-48.html – Мир животных 2. http://en.goldenmap.com/Embryology – эмбриология 3. http://biofile.ru/ – Биофайл. Научно-информационный журнал 4. http://bioword.narod.ru/O/O096.htm – Биологический словарь онлайн 5. http://fb.ru/article/44598/urovni-organizatsii-jizni 6. http://www.it-n.ru/ 7. http://health.passion.ru/l.php/serotonin_1.htm 8. http://meduniver.com/Medical/Biology/81.html 9. http://wreferat.bazareferat.ru/%D0%9A%D0%BE%D0%B2%D0% B0%D0%BB%D0%B5%D0%BD%D1%82%D0%BD%D0%B0%D1% 8F_%D1%81%D0%B2%D1%8F%D0%B7%D1%8C

Интернет ресурсы, используемые в презентации 10. http://niceone.ru/publ/uchebnye_materialy/materialovedenie/tipy_khimicheskikh_ svjazej/44-1-0-1161 11. http://pochemuha.ru/kak-soedinyayutsya-neodinakovye-atomymolekuly-uglekislogo-gaza 12. http://vdoctor.ru/toknow_stomatologia_medvedkovo/about_therapy/anatomiya/ 13. http://finalhearts.narod.ru/chronocross/keyitem.htm 14. http://old.kpfu.ru/nilkto/cell/rasdel1/r1_p4_s1.html 15. http://www.peredelka.tv/articles/flat/systemsconstructions/communications/filtry-dlya-vody/

Первый зародышевый листок

Строение нейрулы ланцетника

Этапы развития ланцетника эмбрионального развития

Телобластический способ образования мезодермы

Зародившийся листок позвоночного животного обозначенный на рисунке

Дробление оплодотворенного яйца ланцетника и образование

Три зародышевых листка

Строение бластулы ланцетника

Зародышевые листки ланцетника

Гаструла ланцетника инвагинация

Зародышевые и внезародышевые листки

Зародыш ланцетника гаструляции эмбриона

Схема развития внезародышевых органов у птиц

Зародышевые листки человека

Эмбриогенез ЕГЭ биология

Яйцеклетка бластула гаструла ланцетника

Зигота бластомеры бластула

Строение нейрулы позвоночных

Бластула костистой рыбы

Corona Radiata яйцеклетка

Этапы онтогенеза бластула гаструла нейрула

Онтогенез бластула гаструла

Развитие органов из зародышевых листков таблица

Кольчатые черви вторичная полость тела

Зародышевые листки нематоды

Стадии эмбрионального развития ланцетника

Схема эмбриогенеза ланцетника

Строение гаструлы млекопитающих

Морула бластула гаструла

Амнион хорион аллантоис желточный мешок

Инвагинация эпиболия деламинация иммиграция

Зигота бластула гаструла нейрула

Строение зародыша эмбриогенез

Этапы эмбриогенеза бластула

Типы яйцеклеток дробления и бластул

Строение яйца амниот

Строение зародыша человека

Амфибластула Тип дробления

Хорион амнион аллантоис функции

Зародыш курицы 36 часов инкубации

Гаструляция птиц схема

Гаструла типы гаструляции

Эмбриогенез развитие тканей гистология схема

Первичнпя полоска зародыш курицы(поперечний срез)

Расскажите о зародышевых листках

Строение яйца птиц хорион

Наружный слой трофобласта

Гистогенез схематичный рисунок

ФГБОУ ВО СЗГМУ ИМ. И.И. МЕЧНИКОВА МИНЗДРАВА РОССИИ кафедра Медицинской биологии Лектор: ДОЦЕНТ, К.М.Н. МАТВЕЕВА ОЛЬГА НИКОЛАЕВНА 2021

Биология развития Область науки о живом, которая возникла в середине XX века на стыке 3 наук: • Эмбриологии • Молекулярной биологии • Генетики Биология развития изучает наследственные, молекулярные, структурные и функциональные основы индивидуального развития, механизмы регуляции жизнедеятельности организма

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМА Это совокупность взаимосвязанных и детерминированных хронологических событий, закономерно совершающихся в процессе жизненного цикла Это полный цикл развития особи, в основе которого лежит реализация наследственной информации на всех стадиях существования в определенных условиях среды

ОНТОГЕНЕЗ Процесс Индивидуального развития организма ФИЛОГЕНЕЗ Процесс Исторического развития организмов

Периодизация ОНТОГЕНЕЗА Онтогенез – это процесс непрерывный, однако для решения конкретных научных и практических задач предложено несколько схем периодизации

ПЕРИОДЫ ОНТОГЕНЕЗА • Преэмбриональный (прогенез) соответствует гаметогенезу и оплодотворению, т.к. эти процессы во многом определяют развитие организма • Эмбриональный • Постэмбриональный

В соответствии со способностью организма осуществлять функцию полового размножения постэмбриональный онтогенез делят на 3 периода: Дорепродуктивный – рост и развитие молодого организма, половое созревание Репродуктивный – период активного функционирования и размножения Пострепродуктивный – старение организма, угасание функций

ЭМБРИОЛОГИЯ В комплексе наук, составляющих биологию развития, ключевое место принадлежит эмбриологии, т.к. именно в зародышевый период онтогенеза происходит формирование структур и функций основных систем организма, реализуется программа наследственности Эмбриология – наука, изучающая закономерности зародышевого развития организмов

Большой вклад в развитие современной эмбриологии внесли представители отечественной научной школы К.Э. Бэр (1792-1876) впервые описал яйцеклетку млекопитающих И.И. Мечников (1845-1916) А.О. Ковалевский (1840-1901) А.Н. Северцов (1866-1936)

Эмбриональный или зародышевый период онтогенеза начинается с момента оплодотворения и продолжается до выхода зародыша из яйцевых оболочек или рождения

Преэмбриональный перид – ПРОГЕНЕЗ Включает: o Развитие сперматозоидов и яйцеклеток из первичных половых клеток в процессе гаметогенеза o Процесс оплодотворения Эти процессы – промежуточное звено, связывающее онтогенезы родителей с онтогенезом их потомства —————————————Первичные половые клетки обособляются на ранних стадиях эмбриогенеза: o у анамний – из энтодермальных клеток o у амниот – из клеток желточного мешка и мигрируют в развивающиеся железы

ОВОГЕНЕЗ • Морфофизиологические особенности яиц имеют важное значение для начальных фаз эмбриогенеза. • Важным явлением в овогенезе является амплификация генов – это образование многочисленных копий генов, кодирующих синтез рРНК, необходимой для раннего эмбриогенеза • В цитоплазме яйцеклетки происходит образование питательных веществ: белка (желтка), гликогена, жира. Это сопровождается увеличением размеров яйцеклетки (период большого роста), что ведет к снижению ядерно-цитоплазменных отношений

Классификации яйцеклеток (от греч. lecitos – желток – совокупность питательных веществ в цитоплазме яйцеклетки) По количеству желтка По распределению желтка Алецитальные Олиголецитальные Мезолецитальные Полилецитальные • Изолецитальные • Центролецитальные • Телолецитальные Умереннотелолецитальные Резкотелолецитальные

Классификация яйцеклеток По распределению желтка в цитоплазме выделяют следующие группы яйцеклеток: o Яйцеклетки, содержащие небольшое количество желтка, который распределен равномерно в цитоплазме, называются изолецитальными (иглокожие, ланцетник) o У большинства позвоночных желтка в цитоплазме значительное количество (амфибии, птицы) и он распределен неравномерно в цитоплазме. Такие яйца называют телолецитальными (умеренно и резкотелолецитальными) o Желток располагается в центре цитоплазмы (насекомые), яйцеклетки называются центролецитальными

Полярность яйцеклеток На стадии накопления желтка в яйцах большинства животных выявляется полярность, отмечается анимально-вегетативная ориентация: количество желтка увеличивается по направлению к вегетативному полюсу Отмечается так называемая ооплазматическая сегрегация – неравномерное распределение веществ цитоплазмы: мРНК, гликоген концентрируются на анимальном полюсе, аскорбиновая кислота – на экваторе, желток – на вегетативном полюсе

Полярность яйцеклеток с большим количеством желтка

Ооплазматическая сегрегация • Благодаря ооплазматической сегрегации уже на уровне яйцеклетки можно представить карту презумптивных зачатков – частей будущего организма. Этот процесс особенно активно продолжается после оплодотворения

ОПЛОДОТВОРЕНИЕ – процесс слияния половых клеток, в результате которого образуется зигота (от др.-греч. ζυγωτός — спаренный, удвоенный) Складывается из 3-х этапов: 1. Сближение гамет и проникновение сперматозоида в цитоплазму яйцеклетки 2. Кортикальная реакция 3. Активация метаболизма яйцеклетки

1 стадия Оплодотворения Сближение гамет и проникновение сперматозоида в цитоплазму яйцеклетки Гамета выделяет вещества – гамоны, которые активируют движение сперматозоида, происходит акросомная реакция – растворение яйцевых оболочек, слияние мембран яйцеклетки и сперматозоида. Образуется цитоплазматический мостик, ядро и центриоль сперматозоида входят в цитоплазму яйцеклетки, хвостик отпадает

2 стадия Оплодотворения Кортикальная реакция: изменяется кортикальный слой ооплазмы (кортикальные гранулы растворяются) и образуется оболочка оплодотворения (желточная)

3 стадия Оплодотворения Активация метаболизма яйцеклетки характеризуется синтезом белка на уровне трансляции, т.к. мРНК, тРНК, рибосомы и энергия были запасены еще в овогенезе. Яйцеклетка в момент встречи со сперматозоидом находится на одной из стадий мейоза (метафаза II). Блок мейоза снимается, мейоз завершается, после чего ядро яйцеклетки превращается в женский пронуклеус. Ядро сперматозоида принимает вид профазного, в нем удваивается ДНК и формируется мужской пронуклеус. Оба пронуклеуса сближаются и сливаются, образуя общую метафазную пластинку – это сингамия

ЭМБРИОНАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ Эмбриональный или зародышевый период онтогенеза начинается с момента оплодотворения и продолжается до выхода зародыша из яйцевых оболочек Стадии эмбриогенеза, различаемые по характеру формообразовательных процессов: Зигота Дробление Гаструляция Гистогенез Органогенез