Що таке онтогенез: етапи розвитку організмів

Поняття «онтогенез» визначає процес індивідуального розвитку організму від його зародження до моменту смерті. Він включає кілька різних етапів, на кожному з яких відбуваються певні зміни. Для будь-якої стадії характерна координована регуляція активності генів. Індивідуальне розвиток організму розглядається як сукупність біохімічних, морфологічних, психічних і фізіологічний перетворень. В хоте онтогенезу розрізняють кількісні і якісні зміни. Вони дещо відрізняються для кожного типу живих організмів.

Поняття про онтогенезі

Даний термін був запропонований Геккелем в 1886 році. Онтогенез – це сукупність послідовних біохімічних, фізіологічних і морфологічних перетворень, яких зазнає організм з моменту запліднення або відділення від материнської особини до самої смерті. Перший випадок стосується статевого розмноження, другий – безстатевого. В процесі онтогенезі реалізується генетична інформація, отримана від батьків. Це характерно для статевого і безстатевого розмноження.

Онтогенез утворений від грецьких слів «ontos» і «genesis», які перекладаються, як «справжнє» і «зародження». Інакше цей процес називається індивідуальним розвитком організму. Його вивченням займаються:

• біологія розвитку;
• ембріологія – вивчає ембріогенез (початковий етап онтогенезу).

Типи онтогенезу

Питання онтогенезу вивчали багато вчених, зокрема Е. Геккеля і Ф. Мюллера. Вони сформулювали і встановили ряд узагальнень, які потім стали биогенетическим законом. Його суть в тому, що онтогенез – це рекапитуляция, тобто відносне нетривалий і стисле повторення філогенезу. Останнє поняття являє собою еволюцію біологічного виду багатоклітинних або одноклітинних організмів у часі.

Практично в цей же час М. Сєвєрцев розробляв теорію филэмбриогенезов. Вона була готова до 1920 році. Суть теорії полягає в тому, що тварини, рослини та інші організми еволюціонують на всіх стадіях онтогенезу, включаючи:

• анаболию;
• архаллаксис;
• девіацію.

За іншим визначенням онтогенез є процесом реалізації спадкової інформації певної особи в конкретних умовах середовища. Він буває двох типів, кожен з яких має ще кілька підвидів:

1. Прямий (без перетворення). Спостерігається у деяких безхребетних, плазунів, риб, птахів, вищих ссавців та людини.
2. Непрямий (з перетворенням). Цей тип характерний для деяких хребетних тварин і багатьох безхребетних. Буває повним (яйце-личинка-лялечка-доросла особина, або імаго) і неповним (яйце-личинка-доросла особина).

Прямий

При цьому типі розвитку, який з'явився на світ організм схожий з дорослою особиною. Стадія метаморфоза тут відсутня. Прямий тип поділяється на наступні підтипи:

1. Прямий внутрішньоутробний. Такий розвиток спостерігається у людини і вищих ссавців, які мають яйцеклітину практично без жовтка. Материнський організм забезпечує плоду всі життєво важливі функції. за цей процес відповідає плацента – складний провізорний орган. Він утворюється з тканин зародка і матері. Внутрішньоутробний розвиток завершується дітонародженням.
2. Прямий яйцекладный (неличиночный). Відноситься до яйцекладущим ссавцям і безхребетним, рептилій, птахів, риб. Яйця зазначених видів, навпаки, багаті жовтком. Зародок тривалий час розвивається в яйці. За формування життєвих функцій відповідають спеціальні провізорні органи, звані зародковими оболонками.

Непрямий

Наступний тип онтогенезу – непрямий. Для нього характерне формування однієї або декількох личинкових стадій. Личиночным шляхом розвиваються кишечнополостные, молюски, черви, комахи, ракоподібні. З'явилася личинка зовні і внутрішньо відрізняється від дорослої особини. Її наявність викликано невеликим запасом жовтка в яйцях і необхідністю зміни у ході розвитку середовища проживання.

Личинка потрібна і при розселенні видів, які ведуть паразитичний, або малорухливий сидячий спосіб життя. Вона самостійно живе, розвивається, живиться і росте. За рахунок личинки розширюється харчова база виду. Наприклад, пуголовки живляться зоопланктоном, а жаби – комахами. Личинка має спеціальні провізорні органи, які відсутні у дорослих особин. Перетворення в імаго відбувається в результаті метаморфоза. Існує два види непрямого типу розвитку:

1. З неповним перетворенням. У такому разі тимчасові личинкові органи личинки поступово втрачаються. Їх замінюють постійні, які є у дорослої особини. Прикладом служать коники.
2. З повним перетворенням. У цьому випадку личинка спочатку стає нерухомою – лялечкою. Потім з неї виходить вже доросла особина – імаго. За таким типом розвивається метелик. Вона значно відрізняється від личинки.

Періоди онтогенезу

Для багатоклітинних тварин характерно розвиток за стадіями. Етапи класифікуються в залежності від виду і характеру змін його стану в кожному з періодів. Перша стадія називається предзародышевой (проэмбриональной). На ній відбувається розвиток статевих клітин – гаметогенез, і подальше їх запліднення. Для ссавців і людини цей період називається пренатальным або дородовий. Етап триває до:

• вилуплення з яйця у яйцекладущих;
• до народження – у живонароджених.

Наступна стадія – ембріональна. Інакше вона називається зародкової. Вона триває від утворення зиготи до виходу організму з яйцевих оболонок. Весь процес відбувається в кілька стадій. Протягом цього періоду організм являє собою зародок, або ембріон. Етап ембріогенезу поділяється на:

1. Запліднення. Це процес злиття гамет – двох статевих клітин. На даному етапі відбувається комбінування генів від двох батьківських особин, а також виникає новий організм.
2. Дроблення. Під цією стадією розуміється ряд мітотичних поділів клітини, в результаті чого утворюються більш дрібні клітини – бластомеры. Закінченням етапу стає бластула – зародок у вигляді пухирчастого освіти. Він має один або кілька шарів клітин, що оточують внутрішню порожнину.
3. Гаструляцию. На цій стадії онтогенезу утворюється гаструла – дво - або тришаровий зародок. Шари називаються екто-, ендо - і мезодермой.
4. Первинний органогенез, або нейруляция. Тут частина эктодермальных клітин відокремлюються на нервову пластинку, змикаються і утворюють трубку з невроцелием, а інші – стають нервовим гребенем, або ганглиозной платівкою.
5. Гістогенез. Являє собою сукупність процесів утворення і відновлення тканин. Наприклад, з ектодерми утворюється нервова, з мезодерми – м'язова.
6. Остаточний органогенез. На цій фазі розвиваються всі інші органи.

Останній етап – післязародковий (постэмбриональный, постнатальний). Він триває від народження до самої смерті організму. На цьому етапі організм, що розвивається прямого або непрямого типу. Особливість постэмбриональной стадії в тому, що її тривалість в десятки або сотні разів перевищує тривалість ембріонального. Післязародковий етап поділяється ще на кілька фаз, включаючи:

• ювенальну;
• дорослий стан;
• старість.

Онтогенез тварин

Всі етапи онтогенезу відрізняються певними особливостями будови організму і зрушеннями у його розвиток, включаючи обмін речовин, хімічний склад, норму реакції на навколишнє середовище і опірність несприятливим факторам. Ці зміни різні для конкретних тварин. Загальним для них є розвиток по одному з типів: личинковому, неличиночному або внутрішньоутробного.

Личинковий онтогенез

Із-за малої кількості жовтка в яйцеклітині зигота швидко перетворюється на личинку. З плином часу внаслідок анатомо-фізіологічних змін вона перетворюється на дорослу особину. Даний процес називається метаморфозом. Такий тип розвитку ще називається непрямим. Він характерний для більшості нижчих хребетних і деяких інших організмів, включаючи:

• риб;
• амфібій;
• голкошкірих;
• кишковопорожнинних;
• губок;
• кільчастих червів;
• деяких безхребетних;
• комах.

Личинка може перетворюватися в імаго в результаті повного або неповного перетворення. В останньому випадку постійні органи змінюють тимчасові. Останні допомагають личинці виконувати життєво важливі функції. Інакше ці органи називаються провизорными. При повному перетворенні личинка спочатку стає нерухомою лялечкою. Потім з неї виходить дорослий організм.

Неличиночный тип

Це підтип прямого онтогенезу. Інакше він ще називається яйцекладным, бо як характерний для тварин, які відкладають яйця. Яйцеклітини у них багаті поживним матеріалом – жовтком. Його кількості вистачає для завершення етапи ембріогенезу. Весь процес розвитку зародка відбувається в яйці. Під час цього ембріон здійснює живлення, виділення і дихання за допомогою спеціальних провізорних органів. Вони носять назву зародкових оболонок. Личинкова стадія тут відсутня. Даний тип розвитку зазначається у:

• птахів;
• плазунів;
• риб;
• однопрохідних ссавців;
• безхребетних.

Внутрішньоутробний

Даний тип онтогенезу властивий для ссавців і людини. Всі життєві функції плода здійснюються через материнський організм, тому як в яйцеклітині практично відсутня поживний матеріал. Провизорными зародковими органами тут виступають:

1. Плацента. Забезпечує зв'язок матері і плода, існує лише під час вагітності. Плацента розташовується на задній або передній стінці матки. Її формування закінчується до 15-16 тижні вагітності. Активний обмін через плаценту починається на 20 тижні.
2. Зародкові оболонки. Утворюються навколо зародка, служать для підтримки його життєдіяльності і захисту від пошкоджень.

Внутрішньоутробний тип розвитку забезпечує більш високу виживаність. У філогенезі він є найбільш пізнім. Завершенням внутрішньоутробного типу розвитку виступає дітонародження. Новонароджений потребує вигодовуванні матір'ю, яка дає йому молоко – секрет молочних залоз. Внутрішньоутробний період розвитку у людини ще називається антенатальным.

Онтогенез рослин

Кожна рослина теж проходить кілька етапів свого розвитку. Вони мають кілька відмінностей від онтогенезу тварин. Для насіннєвої рослини характерні такі етапи розвитку:

1. Ембріональний. Являє собою утворення зародка і насіння, яке після дозрівання зберігається в стані спокою до моменту проростання.
2. Ювенільний. Триває від моменту проростання насіння до закладання квіток. У однорічних рослин це займає кілька тижнів, у деревних – десятки років. На цій стадії з'являються коріння, стебла і листя – вегетативні органи.
3. Зрілість. Починається після закладки зачатків квіток і триває до появи нових зародків, тобто до запліднення.
4. Розмноження. Триває до повного дозрівання насіння і плодів. На цій стадії утворюються вегетативні органи розмноження, наприклад, бульби або цибулини.
5. Старіння. Починається після повного припинення плодоношення. Закінчується відмиранням вегетативних органів і смертю рослини.

Для вищих рослин характерним є життєвий цикл, що складається з двох фаз, або інакше – поколінь. Особливість в тому, що протягом життя вони можуть чергуватися. Кожне покоління описується наступним чином:

1. Безстатева фаза (спорофаза). Відбувається без утворення гамет або статевих клітин. Для розмноження потрібно тільки один організм. При такому способі спадкові особливості передаються без яких-небудь змін.
2. Статева фаза (гаметофаза, або гаметофит). Ще називається гаплоидным поколінням. На гаметофите утворюються статеві органи. Чоловічі називаються антеридиями, а жіночі – аргехониями. В результаті запліднення останньої утворюється диплоидная зигота. З неї формується зародок, а потім – спорофіт.

Відео

Онтогенез. Навчальний фільм

Онтогенез