Во времени жизнь организма рассматривается как смена поколений организмов. Организмы каждого поколения осуществляют закономерный процесс развития или жизненный цикл. Жизненный цикл, или цикл развития, складывается из последовательных фаз (которые часто называют стадиями), отмечающих важнейшие, узловые состояния организма – зарождение, развитие и размножение. Совершающиеся в определенной последовательности преобразования клеток, образующихся в результате деления зиготы и ее потомков, обуславливают рост организма, выделение в нем клеток разных направлений специализации и частей, различающихся строением и выполняемыми функциями, достижение состояния зрелости. Зрелый организм выполняет главную биологическую задачу – воспроизведение особей следующего поколения. В жизненных циклах организмов, размножающихся половым способом, выделяют две фазы – гаплоидную и диплоидную. Относительная продолжительность этих фаз варьируется у представителей различных групп живых организмов. Так, у простейших и грибов преобладает гаплоидная фаза, а у высших растений и животных – диплоидная. В дальнейшем организм стареет, что проявляется в снижении уровня его жизнедеятельности. Жизненный цикл завершается смертью.

Жизненные циклы бывают простыми и сложными. Сложные состоят из простых циклов, которые в этом случае оказываются незамкнутыми звеньями сложного цикла

Совокупность взаимосвязанных и детерминированных хронологических событий, закономерно совершающихся в процессе осуществления организмом жизненного цикла – онтогенез или индивидуальное развитие.

Различают два главных типа онтогенеза:

Непрямое (с метаморфозом) характеризуется наличием особой вставочной формы – личинки, отличительной от зрелой особи по строению тела и ведущей активный образ жизни. Совокупность процессов, в результате которых происходит переход от личиночной к взрослой форме – метаморфоз. Он заключается в изменении внешнего вида и строения животного и достижении им половозрелого состояния. Непрямой тип индивидуального развития свойственен видам, откладывающим яйца с относительно малым количеством желтка.

Прямое: зародышевый период заканчивается рождением молодой формы, имеющей общий план строения, набор органов и систем, характерный для зрелого состояния, но отличающейся меньшими размерами, функциональной и структурной незрелостью органов и систем. Этот тип развития присущ животным, откладывающим яйца с высоким содержанием желтка.

Периодизация онтогенеза.

В онтогенезе различают 2 периода – эмбриональный и постэмбриональный. Для высших животных и человека принято деление на пренатальный, или антенатальный (до рождения), и постнатальный (после рождения). Предложено также выделить предзиготный период, предшествующий образованию зиготы.

Предзиготный период развития связан с образованием гамет (гаметогенез). Процессы, характеризующие овогенез, приводят к образованию гаплоидного набора хромосом и формированию сложных структур в цитоплазме. В яйцеклетках происходит накопление желтка. В зависимости от количества желтка и характера его распределения различают яйца трех основных типов: изолецитальные, телолецитальные и центролецитальные. Различное строение яиц связано с приспособление к условиям различия и закрепилось в процессе эволюции.

У животных, которые в постэмбриональный период проходят стадию личинок (иглокожие, насекомые, амфибии), яйца содержат сравнительно немного желтка. Личинки покидают яйцевые оболочки до окончания развития и продолжают его вне яйца. У многих животных с неличиночным типом онтогенеза яйца телолецитальные. У животных с внутриутробным типом развития (млекопитающие) яйца бедны желтком, и он распределен в них равномерно.

В предзиготный период развития в яйце накапливаются рРНК и иРНК, различные участки цитоплазмы приобретают отличия по химическому составу, образуется ряд структур. Многие из них заметны благодаря присутствию различных пигментов. Под клеточной мембраной образуется кортикальный слой цитоплазмы, содержащий гранулы гликогена. Яйцо приобретает полярность: вегетативный и анимальный полюса.

Эмбриональный период, или эмбриогенез, начинается с образования зиготы. Окончание этого периода при различных типах онтогенеза связано с различными моментами развития: при личиночном типе – с выходом из яйцевых оболочек, при неличиночном – с выходом из зародышевых оболочек, при внутриутробном – с моментом рождения.

Эмбриональный период делится на стадии зиготы, дробления, бластулы, образования зародышевых листков, гисто- и органогенеза. Зародыш млекопитающих и человека до образования зачатков органов принято называть эмбрионом, а в дальнейшем плодом.

2. Общая характеристика эмбрионального развития: оплодотворение, зигота, дробление. Прогенез.

Оплодотворение

Оплодотворение - это процесс слияния половых клеток. В результате оплодотворения образуется диплоидная клетка - зигота, это начальный этап развития нового организма. Оплодотворению предшествует выделение половых продуктов, т. е. осеменение. Существует два типа осеменения:

1) наружное. Половые продукты выделяются во внешнюю среду (у многих пресноводных и морских животных);

2) внутреннее. Самец выделяет половые продукты в половые пути самки (у млекопитающих, человека).

Оплодотворение состоит из трех последовательных стадий: сближения гамет, активации яйцеклетки, слияния гамет (сингамии), акросомной реакции.

Сближение гамет.

Обусловлено совокупностью фактором, повышающих вероятность встречи гамет: половой активностью самцов и самок, скоординированной во времени, соответствующим половым поведением, избыточной продукцией сперматозоидов, крупными размерами яйцеклеток. Ведущий фактор выделение гаметами гамонов (специфических веществ, способствующих сближению и слиянию половых клеток). Яйцеклетки выделяют гиногамоны, которые обусловливают направленное движение к ней сперматозоидов (хемотаксис), а сперматозоиды выделяют андрогамоны.

Для млекопитающих также важна длительность пребывания гамет в половых путях самки. Это необходимо для того, чтобы сперматозоиды приобрели оплодотворяющую способность (происходит так называемая капацитация, т. е. способность к акросомной реакции).

Акросомная реакция

Акросомная реакция -выброс, которые содержатся в акросоме сперматозоида. Под их влиянием происходит растворение оболочек яйцеклетки в месте наибольшего скопления сперматозоидов. Снаружи оказывается участок цитоплазмы яйцеклетки (так называемый бугорок оплодотворения), к которому прикрепляется только один из сперматозоидов. После этого плазматические мембраны яйцеклетки и сперматозоида сливаются, образуется цитоплазматический мостик, сливаются цитоплазмы обеих половых клеток. Далее в цитоплазму яйцеклетки проникают ядро и центриоль сперматозоида, а его мембрана встраивается в мембрану яйцеклетки. Хвостовая часть сперматозоида отделяется и рассасывается, не играя какой-либо существенной роли в дальнейшем развитии зародыша.

Активация яйцеклетки

Активация яйцеклетки происходит закономерно в результате контакта ее со сперматозоидом. Имеет место кортикальная реакция, защищающая яйцеклетку от полиспермии, т. с. проникновения в нее более одного сперматозоида. Она заключается в том, что происходят отслойка и затвердевание желточной оболочки под влиянием специфических ферментов, выделяющихся из кортикальных гранул.

В яйцеклетке изменяется обмен веществ, повышается потребность в кислороде, начинается активный синтез питательных веществ. Завершается активация яйцеклетки началом трансляционного этапа биосинтеза белка (так как м-РНК, т-РНК, рибосомы и энергия в виде макроэргов были запасены еще в овогенезе).

Слияние гамет

Ядро сперматозоида превращается в мужской пронуклеус: в нем удваивается количество ДНК, набор хромосом в нем соответствует n2c (содержит гаплоидный набор редуплицированных хромосом).

После завершения мейоза ядро превращается в женский пронуклеус и также содержит количество наследственного материала, соответствующее n2с.

Оба пронуклеуса проделывают сложные перемещения внутри будущей зиготы, сближаются и сливаются, образуя синкарион (содержит диплоидный набор хромосом) с общей метафазной пластинкой. Затем формируется общая мембрана, возникает зигота. Первое митотическое деление зиготы приводит к образованию двух первых клеток зародыша (бластомеров), каждая из которых песет диплоидный набор хромосом 2n2с.

Происходит активизация наследственного материала. Зигота - одноклеточная стадия развития многоклеточного организма. В зиготе удалось проследить значительные перемещения цитоплазмы, т. е. Усиливается химическая неоднородность участков цитоплазмы, также в зиготе для двусторонне симетричных орг. Появляется билатеральная симметрия. Уже в зиготе осуществляется интенсивный синтез белка, т.к с образованием зиготы прекращается анобиотическое состояние гамет и начинается активация наследственного материала.

Дробление.

Дробление - это ряд последовательных митотических делений зиготы и далее бластомеров, заканчивающихся образованием многоклеточного зародыша - бластулы. Первое деление дробления начинается после объединения наследственного материала пронуклеусов и образования общей метафазной пластинки. Возникающие при дроблении клетки называют бластомерами (от греч. бласте-росток, зачаток). Особенностью митотических делений дробления является то, что с каждым делением клетки становятся все мельче и мельче, пока не достигнут обычного для соматических клеток соотношения объемов ядра и цитоплазмы.Сначала бластомеры прилегают друг к другу, образуя скопление клеток, называемое морулой. Затем между клетками образуется полость - бластоцель, заполненная жидкостью. Клетки оттесняются к периферии, образуя стенку бластулы - бластодерму.

Прогенез Прогенез – гаметогенез (спермато– и овогенез) и оплодотворение. Сперматогенез осуществляется в извитых канальцах семенников и подразделяется на четыре периода: 1) период размножения – I; 2) период роста – II; 3) период созревания – III; 4) период формирования – IV. Овогенез осуществляется в яичниках и подразделяется на три периода:1) период размножения (в эмбриогенезе и в течение 1-го года постэмбрионального развития); 2) период роста (малого и большого); 3) период созревания.Яйцеклетка состоит из ядра с гаплоидным набором хромосом и выраженной цитоплазмы, в которой содержатся все органеллы, за исключением цитоцентра.

Дробление. Характеристика дробления. Основные типы яйцеклеток по расположению желтка. Связь строения яйцеклетки с типом дробления. Бластомеры и эмбриональные клетки. Строение и типы бластул.

Дробление

Период эмбрионального развития многоклеточного животного начинается с дробления зиготы и завершается рождением новой особи. Процесс дробления заключается в серии последовательных митотических делений зиготы. Образующиеся в результате нового деления зиготы две клетки и все последующие поколения клеток на этом этапе носят название бластомеров. В ходе дробления одно деление следует за другим, и не происходит роста образующихся бластомеров, вследствие чего каждое новое поколение бластомеров представлено более мелкими клетками. Эта особенность клеточных делений при развитии оплодотворенной яйцеклетки и определила появление образного термина - дробление зиготы.

У разных видов животных яйцеклетки различаются по количеству и характеру распределения в цитоплазме запасных питательных веществ (желтка). Это в значительной степени определяет характер последующего дробления зиготы. При небольшом количестве и равномерном распределении желтка в цитоплазме происходит деление всей массы зиготы с образованием одинаковых бластомеров - полное равномерное дробление (например, у млекопитающих). При скоплении желтка преимущественно у одного из полюсов зиготы происходит неравномерное дробление - образуются бластомеры, различающиеся по размерам: более крупные макромеры и микромеры (например, у амфибий). Если же яйцеклетка очень богата желтком, то дробится ее часть, свободная от желтка. Так, у пресмыкающихся, птиц дроблению подвергается лишь дисковидный участок зиготы у одного из полюсов, где располагается ядро - неполное, дискодальное дробление. Наконец, у насекомых в процессе дробления задействован лишь поверхностный слой цитоплазмы зиготы - неполное, поверхностное дробление.

В результате дробления (когда число делящихся бластомеров достигает значительного числа) образуется бластула. В типичном случае (например, у ланцетника) бластула представляет собой полый шар, стенка которого образована одним слоем клеток (бластодерма). Полость бластулы - бластоцель, иначе называемая первичной полостью тела, заполнена жидкостью. У амфибий бластула имеет очень небольшую полость, а у некоторых животных (например, членистоногих) бластоцель может полностью отсутствовать.

В яйцеклетке ланцетника желтка мало и он равномерно распределен в цитоплазме, поэтому дробление оплодотворенной яйцеклетки полное и равномерное (рис. 31). Первая борозда проходит в меридиональной плоскости по направлению от анимального полюса к вегетативному, разделяя зиготу на две клетки равной величины. Образующиеся в результате дробления зиготы клетки называют бластомерами («бластос» - зародыш, «мерос» - часть). Вторая борозда также проходит в меридиональной плоскости, но перпендикулярно первой. Получаются четыре клетки. Третья борозда дробления - широтная, она проходит несколько выше экватора и сразу разделяет четыре бластомера на восемь клеток. Далее правильно чередуются меридиональные и широтные борозды. По мере увеличения числа клеток деление их становится асинхронным. Бластомеры все дальше расходятся от центра зародыша, формируя полость. В конце концов зародыш принимает форму пузырька со стенкой, образованной одним слоем клеток, тесно прилегающих друг к другу. Внутренняя полость зародыша, первоначально сообщающаяся с внешней

средой через промежутки между бластомерами, в результате их плотного смыкания становится совершенно изолированной. Эта полость носит название первичной полости тела, а сам зародыш в конце периода дробления -бластулы. Общий объем бластомеров, появившиеся в результате дробления, не превышает объёма зиготы. Таким образом, митотическое деление зиготы и бластомеров не сопровождается ростом образовавшихся дочерних клеток до размеров материнской, и размеры бластомеров в результате последовательных делений прогрессивно уменьшаются. Эта особенность митотического деления бластомеров наблюдается при развитии оплодотворенных яйцеклеток всех типов.

В яйцеклетке лягушки желтка больше, чем у ланцетника, и он сосредоточен в основном у вегетативного полюса. Дробление яйцеклетки лягушки полное, но не равномерное. Первые две меридиональные борозды делят яйцо на четыре одинаковых бластомера. Третья борозда широтная, она сильно смещена в сторону анимального полюса, где желтка меньше. Вследствие этого размеры образовавшихся бластомеров на восьми клеточной стадии развития зародыша резко различаются (рис. 32).

В результате продолжающегося дробления клетки, меньше перегруженные желтком, делятся чаще и имеют меньшие размеры, чем клетки вегетативного полюса, содержащие основную массу желтка. Дробление у амфибий завершается образованием бластулы, по ряду признаков отличающейся от бластулы ланцетника. Стенка бластулы амфибий образована несколькими рядами клеток. Бластоцель невелик и смещен к анимальному полюсу, клетки которого содержат мало желтка.

Черты дробления :

1. В результате дробления образуется многоклеточный зародыш - бластула и накапливается клеточный материал для дальнейшего развития.

2. Все клетки в бластуле имеют диплоидный набор хромосом, одинаковы по строению и отличаются друг от друга главным образом по количеству желтка, т. е. клетки бластулы не дифференцированы.

3. Характерная особенность дробления - очень ко-роткий митотический цикл по сравнению с его продол-жительностью у взрослых животных.

4. В период дробления интенсивно синтезируются ДНК и белки и отсутствует синтез РНК. Генетическая информация, содержащаяся в ядрах бластомеров, не используется.

5. Во время дробления цитоплазма не перемещается.

Классификация яйцеклеток:

1) Изолецитальные(равномерное распределение желтка)

А) алецитальные- желточного включение нет

Б) олиголецитальные- желтка мало

В) полилецитальные- желтка много

2) Центролецитальные(сосредоточен в центре)

3) Мезолецитальные(расположен на половину клетки)

4) Телолецитальные(желток занимает всю клетку, ядро смещается к одному из полюсов).

Типы бластул:

Целобластула-типичная бластула

Амфибластула- телолецитальные яйца

Дискобластула- сплющенная узкая щель

Перибластула- при поверхностном дроблении центральная часть заполнена желтком, а бластодерма состоит из 1-ого слоя клеток

Стеробластула- бластула с небольшим центрально распложенным бластоцелем

Морула-в бластуле отсутствует бластоцель

Бластула состоит из:

1) бластодермы – оболочки из бластомеров;

2) бластоцели – полости, заполненной жидкостью.

Бластула человека – бластоциста. После образования бластулы начинается второй этап эмбриогенеза – гаструляция.

4. Общая характеристика эмбрионального развития: гаструляция, гисто- и органогенез.

Гаструляция - сложный процесс морфогенетических изменений, сопровождающийся размножением, ростом, направленным перемещением и дифференцировкой клеток, в результате чего образуются зародышевые листки (эктодерма, мезодерма и энтодерма) - источники зачатков тканей и органов. Второй после дробления этап онтогенеза. При гаструляции происходит перемещение клеточных масс с образованием из бластулы двухслойного или трёхслойного зародыша - гаструлы.

Гисто– и органогенез (или дифференцировка зародышевых листков) представляет собой процесс превращения зачатков тканей в ткани и органы, а затем и формирование функциональных систем организма.

В основе гисто– и органогенеза лежат следующие процессы: митотическое деление (пролиферация), индукция, детерминация, рост, миграция и дифференцировка клеток. В результате этих процессов вначале образуются осевые зачатки комплексов органов (хорда, нервная трубка, кишечная трубка, мезодермальные комплексы). Одновременно постепенно формируются различные ткани, а из сочетания тканей закладываются и развиваются анатомические органы, объединяющиеся в функциональные системы – пищеварительную, дыхательную, половую и др. На начальном этапе гисто– и органогенеза зародыш носит название эмбриона, который в дальнейшем превращается в плод.

1. Какие периоды постэмбрионального развития выделяют у животных?

У животных выделяют три основных периода постэмбрионального развития – ювенильный (до достижения половой зрелости), период зрелости и период старости, заканчивающийся смертью.

2. Чем отличается прямое развитие животных от непрямого? Назовите преимущества и недостатки прямого и непрямого развития.

При прямом развитии из яйца или из тела матери выходит особь, похожая на взрослую, но значительно меньших размеров. Ювенильный период в этом случае сводится главным образом к росту и половому созреванию молодых особей. Прямое развитие характерно для млекопитающих, птиц, пресмыкающихся, некоторых беспозвоночных животных.

При непрямом развитии появившийся на свет организм по строению и образу жизни отличается от взрослых особей и называется личинкой. Для того, чтобы личинка стала взрослой особью, требуется определённая перестройка организма – так называемое превращение (метаморфоз). Непрямое развитие характерно для многих беспозвоночных животных, а также для рыб и земноводных. Различают два типа непрямого развития – с полным и неполным превращением.

Преимущества прямого развития организмов:

● Развитие организма во взрослую особь (ювенильный период) обычно проходит за более короткий промежуток времени.

● Не происходит существенной перестройки организма, соответственно, требуется сравнительно меньше энергии и питательных веществ.

Недостатки прямого развития организмов:

● Для осуществления эмбрионального развития требуется запасание большого количества питательных веществ (желтка) в яйцеклетках либо внутриутробное вынашивание потомства.

● В случаях перенаселения обостряется внутривидовая конкуренция между молодыми и зрелыми особями, поскольку они обитают в одинаковых условиях и используют общие источники пищи.

Преимущества непрямого развития организмов:

● У многих видов животных с непрямым типом развития личинки и взрослые особи живут в разных условиях (занимают разные экологические ниши) – это снижает внутривидовую конкуренцию.

● У некоторых малоподвижных или прикреплённых животных личинки способствуют расселению вида, расширению его ареала.

Недостатки непрямого развития организмов:

● Развитие во взрослую особь обычно занимает длительный промежуток времени.

● Для осуществления метаморфоза требуется много энергии и, соответственно, пищи.

3. Как осуществляется полное и неполное превращение? Приведите примеры.

Полное превращение характерно для насекомых, личинки которых принципиально отличаются от взрослых особей внешним и внутренним строением, характером питания, а в некоторых случаях – и средой обитания. Вышедшие из яиц личинки усиленно питаются, растут, а затем превращаются в неподвижных куколок. В стадии покоящейся куколки личиночные органы подвергаются распаду, после чего клеточный материал и накопленные питательные вещества используются для формирования органов взрослого насекомого. Этот тип развития характерен, например, для бабочек, жуков, двукрылых, перепончатокрылых. Таким образом, постэмбриональное развитие с полным метаморфозом включает четыре стадии: яйцо → личинка → куколка → взрослая особь.

При развитии с неполным метаморфозом превращение личинки во взрослую особь происходит постепенно, стадия куколки отсутствует. Такой тип развития характерен для некоторых червей, моллюсков и членистоногих (например, клещей, стрекоз, прямокрылых насекомых), а также для рыб и земноводных. У лягушки, например, из икринки развивается личинка (головастик), которая отличается от взрослых животных по строению, образу жизни и среде обитания. У головастика, как у рыб, имеются жабры, орган боковой линии, хвост, двухкамерное сердце, один круг кровообращения. Личинка питается, растёт и со временем превращается в лягушку.

4. Каково биологическое значение наличия личиночной стадии в развитии насекомых, земноводных и других групп животных?

У многих видов животных личинка представляет собой стадию развития, специально приспособленную для активного питания и роста.

Наличие личиночной стадии в развитии земноводных, многих насекомых и других животных обеспечивает им возможность жить в разных средах и использовать разные источники пищи. Например, гусеницы развиваются на определённых видах растений и питаются их вегетативными органами, а бабочки питаются нектаром и имеют более широкий спектр растений, поставляющих пищу. Головастики живут в воде и питаются растительной пищей, а лягушки ведут в основном наземный образ жизни и питаются животной пищей. Это способствует ослаблению конкуренции между родителями и потомством, выживанию животных на ранних стадиях постэмбрионального развития.

5. Какие процессы протекают в ходе старения животных и человека?

Процесс старения затрагивает различные структуры организма. Накапливаются изменения в молекулах ДНК, меняется синтез РНК и белков, снижается интенсивность синтеза АТФ, активность многих ферментов, процессы диссимиляции начинают преобладать над ассимиляцией.

Уменьшается содержание воды в клетках, нарушаются процессы транспорта веществ через плазмалемму, изменяется функционирование клеточных органоидов. Снижается митотическая активность клеток, их выносливость и чувствительность к различным биологически активным веществам (например, гормонам).

Ослабляются функции органов и их систем – нервной, эндокринной, кровеносной и др. Например, у человека с возрастом снижается жизненная ёмкость лёгких, происходит отложение холестериновых бляшек на стенках сосудов (атеросклероз), повышается артериальное давление, снижается продукция половых гормонов и гормонов щитовидной железы, меняется осанка и форма тела, седеют волосы (нарушается синтез меланина), уменьшается содержание коллагена в коже (потеря эластичности, появление морщин), ослабляется зрение, слух и другие виды чувствительности, ухудшается память…

6. Что такое жизненный цикл? Приведите примеры простых и сложных жизненных циклов.

Жизненный цикл (цикл развития) – это совокупность всех стадий развития организма, пройдя которые он достигает зрелости и способен дать начало следующему поколению. Различают простые и сложные жизненные циклы.

Простой жизненный цикл характерен для животных с прямым постэмбриональным развитием, например, для млекопитающих, птиц, пресмыкающихся.

Сложный цикл развития осуществляется с метаморфозом или с чередованием поколений. При развитии с метаморфозом жизненный цикл прослеживается в течение развития одной особи, например, у бабочек, жуков, двукрылых и перепончатокрылых насекомых: яйцо → личинка → куколка → взрослая особь.

При развитии со сменой поколений или сменой способов размножения жизненный цикл прослеживается на нескольких особях разных поколений до появления исходной формы. Например, строгое чередование в жизненном цикле поколений, размножающихся бесполым и половым способами, наблюдается у всех растений (бесполое поколение – спорофит, половое – гаметофит), некоторых протистов и кишечнополостных. У представителей плоских червей (сосальщики), некоторых членистоногих (тли, дафнии) в жизненном цикле чередуются поколения, размножающиеся с оплодотворением и путём партеногенеза.

7*. Существуют десятки гипотез, объясняющих причины и механизмы старения. Согласно одной из них старение запрограммировано генетически. Сторонники другой гипотезы связывают старение с накоплением повреждений генетического материала клеток. Какие ещё гипотезы можно предложить? Аргументируйте их.

Например:

● Гипотеза перенапряжения центральной нервной системы (ЦНС): старение вызывают стрессы и нервное перенапряжение.

● Интоксикационная: старение развивается в результате накопления в организме конечных продуктов обмена веществ и самоотравления продуктами гниения, образующимися в толстом кишечнике.

● Гормональная: причиной старения является снижение продукции гормонов (прежде всего – половых).

● Коллоидная: старение обусловлено уменьшением содержания воды в клетках и нарушением физико-химических свойств гиалоплазмы.

● Гистоновая: причиной старения является увеличение содержания в ядрах клеток особых белков (гистонов), которые прочно связываются с молекулами ДНК.

● Митотическая: клетки могут пройти строго определённое количество клеточных циклов, после чего погибают.

● Энергетическая: особи каждого биологического вида обладают определённым энергетическим фондом, растратив который, организм стареет и погибает.

* Задания, отмеченные звёздочкой, предполагают выдвижение учащимися различных гипотез. Поэтому при выставлении отметки учителю следует ориентироваться не только на ответ, приведённый здесь, а принимать во внимание каждую гипотезу, оценивая биологическое мышление учащихся, логику их рассуждений, оригинальность идей и т. д. После этого целесообразно ознакомить учащихся с приведённым ответом.

Каково же значение непрямого развития?

Во-первых, при непрямом развитии уменьшается конкуренция за пищу и место обитания между взрослыми особями и их потомством. Например, личинка лягушки - головастик питается растениями, а взрослая лягушка - насекомыми. Головастик и гусеница отличаются от взрослых форм по строению, внешнему виду, образу жизни, питанию. Во-вторых, у ряда видов, например кораллов, взрослые особи ведут прикрепленный образ жизни, они не могут передвигаться. Зато личинка у них подвижна, что способствует расселению вида.

Продолжительность постэмбрионального периода у организмов разных видов различна. Например, индийский слон живет до 70 лет, шимпанзе - до 40, мышь - до 3 лет, деревья могут жить сотни лет, а насекомое поденка - всего несколько суток. Может быть прямым или непрямым (сопровождается метаморфозом (превращение)).

При прямом развитии вновь появившийся организм по строению похож на родительский и отличается от него только размерами и неполным развитием органов.

Прямое постэмбриональное развитие

Прямое развитие свойственно человеку и другим млекопитающим, птицам, пресмыкающимся, некоторым насекомым.

В развитие человека выделяют следующие периоды: детство, отрочество, юность, молодость, зрелость, старость. Каждый период характеризуется рядом изменений в организме. Старение и смерть - последние этапы индивидуального развития. Старение характеризуются многими морфологическими и физиологическими имениями, ведущими к общему понижению жизненных процессов и устойчивости организма. Причины и механизмы старения до конца не изучены. Смерть завершает индивидуальное существование. Она может быть физиологической, если наступает в результате старения, и патологической, если вызвана преждевременно каким-нибудь внешним фактором (ранение, болезнь).

Непрямое постэмбриональное развитие

Метаморфоз представляет собой глубокие преобразования в строении организма, в результате которых личинка превращается во взрослое насекомое. 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 - куколочной.

Вылупившийся из яйца цыпленок или родившийся котенок похож на взрослых животных соответствующего вида. Однако у других животных (например, земноводные, большинство насекомых) развитие протекает с резкими физиологическими изменениями и сопровождается образованием личиночных стадий. При этом все части тела личинки претерпевают значительные изменения. Меняются также физиология и поведение животных. Биологическое значение метаморфоза в том, что на стадии личинки организм растет и развивается не за счет запасных питательных веществ яйца, а она может питаться самостоятельно.

Из яйца выходит личинка, обычно устроенная проще взрослого животного, со специальными личиночными органами, отсутствующими во взрослом состоянии. Личинка питается, растет, и, со временем личиночные органы заменяются органами, свойственными взрослым животным. При неполном метаморфозе замена личиночных органов происходит постепенно, без прекращения активного питания и перемещения организма. Полный метаморфоз включает стадию куколки, в которой личинка преобразовывается во взрослое животное.

У асцидий (тип хордовые, подтип личиночно-хордовые) образуется личинка, обладающая всеми основными признаками хордовых животных: хордой, нервной трубкой, жаберными щелями в глотке. Личинка свободно плавает, затем прикрепляется к какой-либо твердой поверхности на дне моря и совершает метаморфоз: хвост исчезает, хорда, мышцы, нервная трубка распадаются на отдельные клетки, большая часть которых фагоцитируются. От нервной системы личинки остается лишь группа клеток, дающая начало нервному узлу. Строение взрослой асцидии, ведущей прикрепленный образ жизни, нисколько не напоминает обычные черты организации хордовых животных. Только знание особенностей онтогенеза позволяет определить систематическое положение асцидий. Строение личинки указывает на происхождение их от хордовых животных, которые вели свободный образ жизни. В процессе метаморфоза асцидии переходят к сидячему образу жизни, в связи с чем упрощается их организация.

Прямое развитие — это тип развития, при котором новорождённый или вылупившийся из яйца организм по своему строению не отличается от взрослого организма, поскольку у него нет специфических органов или струк-тур, но неполовозрелый и имеет меньшие размеры. Даль-нейшее его развитие связано с ростом и половым созреванием. Прямой тип развития характерен для самых высокоорганизованных групп позвоночных (пресмыкаю-щихся, птиц и млекопитающих), а также отдельных представителей других групп царства животных: реснитчатым и малощетинковым червям, пиявкам, некоторым брюхо-ногим моллюскам и паукам.

Особенности роста растений и животных.

Одним из главных результатов постэмбрионального развития явля-ется увеличение линейных размеров и массы организма, которое достигается в процессе роста. В его основе лежат два механизма: увеличение числа клеток путем клеточных делении; рост самих клеток, происходящий за счёт увеличения объёма цитоплазмы.

Тканевое строение высших растений и животных разное, у них не одинаково сформировано тело, развиваются разные системы органов. Если тело растения раскидистое и оно как бы стремится захватить больше пространства и света, что достига-ется развитием наружных органов (внутренних органов у них нет вообще), то тело животного, наоборот, компактное, развиваются, прежде всего, системы внутренних органов. Не случайно растения и животные растут по-разному.

Рост высших растений называют верхушечным, поскольку он осущест-вляется за счёт клеточных делений в специальных образовательных тканях (меристемах). Верхушечные меристемы обеспечивают рост корней и верху-шек побегов в длину; вставочные — удлинение междоузлий, а боковые — утолщение стеблей и корней. Растения растут всю свою жизнь.

У животных рост также осуществляется за счёт клеточных делений и роста самих клеток. Но в разных тканях этот процесс идёт по-разному. Например, клеточные деления в нервной и мышечной тканях человека происходят только в период зародышевого развития, а в соединительной и эпителиальной — всю жизнь. В отличие от растений, которые растут определёнными частями своего тела, животные растут всем телом, хотя на определённых этапах постэмбрионального развития рост отдельных орга-нов может идти с ускорением или, наоборот, замедляться. У одних видов животных рост не прекращается всю жизнь (у рыб), у вторых идёт до опре-делённого возрастного предела (птицы и млекопитающие); у третьих проис-ходит только в период линьки (ракообразные и круглые черви), а у четвёр-тых — только на стадии личинки (насекомые).

Рост позвоночных животных контролируют специальные гормоны роста, которые выделяются в гипофизе и синтезируются в печени. Интерес-но, что на рост людей влияют и половые гормоны. Именно поэтому резкое ускорение роста девочек происходит в период активного полового созрева-ния в 12—13 лет, а мальчиков — в 15—16 лет и к 18—20 годам рост прекра-щается вовсе.

Половое созревание - ещё одна ключевая состовляющая постэмбрионального развития. Завершившие эмбриональное развитие животные не являются половозрелыми, а значит, не могут размножаться. Причём у многих их видов на этой стадии онтогенеза половые органы отсутствуют вообще. У тех же, у которых такие органы уже появились, они ещё не могут функционировать: необходим определённый период развития. Половозрелость у самцов приходится на начало сперматогенеза, а у самок — на первую овуляцию.

Оказывается, на ранних этапах постэмбрионального раз-вития у многих животных даже самыми совершенными гене-тическими методами невозможно установить, кто перед вами: будущая самка или самец. Всё дело в механизме определения пола. Если половая принадлежность представителей большин-ства отрядов насекомых, птиц и млекопитающих определяется в момент оплодотворения и зависит только от набора половых хромосом в зиготе, то у рыб, земноводных и пресмыкающихся формирова-ние пола происходит уже в период постэмбрионального разви-тия и во многом зависит от условий среды. Известно, что резкое повышение температуры воды, в которой развивается икра рыб, приводит к тому, что в потомстве могут появиться только одни самцы. Более того, увеличение числа самцов в популяции рыб можно вызвать любым неблагоприятным для развития личинок и мальков изменением среды обитания (солёности или рН воды, дефицитом корма и т. д.). У черепах, крокодилов и змей пол потомства также зависит от температуры инкуба-ции яиц. У некоторых черепах низкая температура приводит к появлению самцов, высокая — самок, у других видов самцы появляются как при низких, так и при высоких температурах, а самки — при средних оптимальных температурах.

Существуют определённые закономерности полового созре-вания, которые справедливы только для конкретных групп организмов. В частности, для млекопитающих обнаружены следующие две закономерности:

Самки созревают быстрее самцов (информация к раз-мышлению: у рыб, амфибий и рептилий, наоборот, раньше созревают самцы);

Половая зрелость наступает раньше, чем заканчивается рост и созревание организма. Поскольку для рождения здоро-вого потомства необходим нормальный ход беременности, успешные роды и стабильное выкармливание молоком, что может обеспечить только зрелый и сильный организм, необходимо избегать ранних беременностей.

У растений, так же как и у животных, половое созревание наступает только после достаточно продолжительного периода роста. Проявляется оно в цветении — ведь именно в цветках находятся «половые органы» растений: мужские (пыльцевые мешки) и женские (зародышевые мешки).
Процесс постэмбрионального развития может быть прямым и непрямым (проходить с личиночными стадиями). В этот период происходит окончательное формирование органов, роста и половое созревание организма, его размножение, старение и смерть.

ОНТОГЕНЕЗ ЧЕЛОВЕКА

Онтогенез – полный цикл индивидуального развития организма. В временном интервале онтогенез начинается с оплодотворения яйцеклетки и заканчивается смертью организма. А с биологической точки зрения онтогенез – процесс полной и поэтапной реализации наследственной информации на всех стадиях существования организма, при этом значительное влияние на развитие организма оказывает окружающая среда.

Познание механизмов онтогенеза – одна из основных проблем современной биологии, поэтому в изучении закономерностей индивидуального развития участвуют различные биологические дисциплины: цитология, гистология, молекулярная генетика, биохимия и др. При этом есть две самостоятельные дисциплины, изучающие непосредственно этапы онтогенеза: эмбриология и геронтология. Учитывая такой подход, современное синтетическое учение об онтогенезе часто называют биологией развития.

При всем многообразии животного мира можно выделить следующие основные типы онтогенеза:

(личиночное, с метаморфозами)

С полным метаморфозом - неличиночное (рыбы, рептилии, птицы)

С неполным метаморфозом - внутриутробное

Тип онтогенеза, его особенности и возможные нарушения определяются взаимодействием двух основных факторов: наследственной информацией данного организма и особенностью условий среды обитания. И это взаимодействие имеет место на любом этапе индивидуального развития.

Периодизация онтогенеза. Общепринятым является разделение онтогенеза на два периода: эмбриональный (для человека – пренатальный, дородовый) и постэмбриональный (постнатальный). Каждый из них в свою очередь подразделяется на более короткие отрезки (стадии), которые характеризуются определенными морфологическими и функциональными особенностями.

Любой организм может возникнуть только при наличии двух полноценных половых клеток, поэтому полнее оправдано выделение еще одного периода онтогенеза – прогенеза (проэмбриональный период), который предшествует собственно онтогенезу. Проэмбриональный период совпадает по времени с гаметогенезом, а также включает осеменение и оплодотворение.

I. Проэмбриональный период . Значение гаметогенеза для дальнейшего развития потомков:

Образование гаплоидных клеток (обеспечивает постоянство числа хромосом)

Возникновение новых комбинаций наследственного материала

Генеративные мутации (причина возникновений наследственных болезней)

Значимые события осеменения и оплодотворения:

1. Количество сперматозоидов. В эякуляте содержится около 3х10 8 сперматозоидов (в 1 мл – 60-120 млн) и они сохраняют способность к оплодотворению в течение 2-х суток.

2. Капацитация – активация сперматозоидов во время их продвижения по женским половым путям.

3. Преодоление сперматозоидом оболочек яйцеклетки и связывание со специфическим рецептором (рецепторы видоспецифичны!).

4. Акросомная реакция – ферменты акросомы (гиалуронидаза, протеазы и др.) разрушают прозрачную оболочку

5. Мембраны яйцеклетки и сперматозоида соприкасаются, головка сперматозоида погружается в цитоплазму яйцеклетки. Далее следуют стадии внутреннего оплодотворения.

6. Кортикальная реакция – изменения прозрачной оболочки делают ее непроницаемой для других сперматозоидов. Прозрачная оболочка защищает концептус (зародыш в стадии морулы) при прохождении по маточной трубе.

II. Пренатальный период. В пренатальном развитии человека выделяют следующие периоды:

- начальный: первые 2 недели (стадия развития – концептус)

- зародышевый: 3-8 недели (стадия развития – эмбрион)

- плодный (фетальный): до конца беременности (стадия развития – плод)

Начальный период. После образования зиготы начинается стадия дробления – митотические деления клеток без увеличения их суммарного объема. Яйцеклетка человека имеет изолецитальный тип строения (питательных веществ мало и они равномерно распределены по клетке), поэтому тип дробления голобластический – зигота полностью разделяется на два бластомера. Последующие дробления – асинхронные и несколько неравномерные. После третьего деления образуется стадия морулы – группа клеток, заключенных внутри прозрачной оболочки. Центральные клетки образуют щелевые контакты, а периферические клетки формируют плотные контакты между собой и образуют защитный слой для внутренних клеток. При последующих делениях формируется стадия бластоциста. В ней четко выделяется внутренняя клеточная масса – эмбриобласт (из этих клеток формируется непосредственно эмбрион, частичное или полное разделение клеток приводит к развитию близнецов) и наружный слой – трофобласт (участвует во внедрении бластоцисты в слизистую матки и образовании хориона). Внутри бластоцисты возникает заполненная жидкостью полость – бластоцель. Наружная прозрачная оболочка истончается и исчезает. Описанные события происходит в маточных трубах. На 6-7 сутки бластоциста оказывается в полости матки и происходит имплантация – внедрение в слизистую матки.

Прямое развитие свойственно человеку и другим млекопитающим, птицам, пресмыкающимся, некоторым насекомым.

В развитие человека выделяют следующие периоды: детство, отрочество, юность, молодость, зрелость, старость. Каждый период характеризуется рядом изменений в организме.
Старение и смерть – последние этапы индивидуального развития. Старение характеризуются многими морфологическими и физиологическими имениями, ведущими к общему понижению жизненных процессов и устойчивости организма. Причины и механизмы старения до конца не изучены.
Смерть завершает индивидуальное существование. Она может быть физиологической, если наступает в результате старения, и патологической, если вызвана преждевременно каким-нибудь внешним фактором (ранение, болезнь).

Непрямое постэмбриональное развитие:

Метаморфоз представляет собой глубокие преобразования в строении организма, в результате которых личинка превращается во взрослое насекомое. 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 - куколочной.

Вылупившийся из яйца цыпленок или родившийся котенок похож на взрослых животных соответствующего вида. Однако у других животных (например, земноводные, большинство насекомых) развитие протекает с резкими физиологическими изменениями и сопровождается образованием личиночных стадий. При этом все части тела личинки претерпевают значительные изменения. Меняются также физиология и поведение животных. Биологическое значение метаморфоза в том, что на стадии личинки организм растет и развивается не за счет запасных питательных веществ яйца, а она может питаться самостоятельно.
Из яйца выходит личинка, обычно устроенная проще взрослого животного, со специальными личиночными органами, отсутствующими во взрослом состочнии. Личинка питается, растет, и, со временем личиночные органы заменяются органами, свойственными взрослым животным. При неполном метаморфозе замена личиночных органов происходит постепенно, без прекращения активного питания и перемещения организма. Полный метаморфоз включает стадию куколки, в которой личинка преобразовывается во взрослое животное.

У асцидий (тип хордовые, подтип личиночно-хордовые) образуется личинка, обладающая всеми основными признаками хордовых животных: хордой, нервной трубкой, жаберными щелями в глотке. Личинка свободно плавает, затем прикрепляется к какой-либо твердой поверхности на дне моря и совершает метаморфоз: хвост исчезает, хорда, мышцы, нервная трубка распадаются на отдельные клетки, большая часть которых фагоцитируются. От нервной системы личинки остается лишь группа клеток, дающая начало нервному узлу. Строение взрослой асцидии, ведущей прикрепленный образ жизни, нисколько не напоминает обычные черты организации хордовых животных. Только знание особенностей онтогенеза позволяет определить систематическое положение асцидий. Строение личинки указывает на происхождение их от хордовых животных, которые вели свободный образ жизни. В процессе метаморфоза асцидии переходят к сидячему образу жизни, в связи с чем упрощается их организация.

Непрямое развитие характерно для земноводных

Личинка лягушки – головастик - напоминает рыбку. Он плавает у дна, проталкивая себя вперед хвостом, обрамленным плавником и дышит сначала наружными жабрами, торчащими пучками по бокам головы, а позднее внутренними жабрами. У него один круг кровообращения, двухкамерное сердце, есть боковая линия. Все это – черты строения рыб.
1 неделя, длина тела 7 мм – Вылупляется из слизистой капсулы. Имеются наружные жабры, хвост, рот с роговыми челюстями; под ротовым отверстием слизистые железы.
2 неделя, длина тела 9мм – Наружные жабры начинают атрофироваться, над внутренними жабрами образуется жаберная крышка. Глаза хорошо развиты.
4 неделя, длина тела 12 мм – Утрата наружных жабр и слизистых желез. Развивается брызгальце. Хвост расширяется и помогает плавать.
7 неделя, длина тела 28 мм – Появляются почки задних конечностей.
9 неделя, длина тела 35 мм – Задние конечности вполне сформированы, но не используются при плавании. Голова начинает расширяться.
11-12 неделя, длина тела 35 мм – Левая передняя конечность выходит через брызгальце, а правая прикрыта жаберной крышкой. Задние конечности используются при плавании.
13 неделя, длина тела 25 мм – Глаза увеличиваются, рот расширяется.
14 неделя, длина тела 20 мм – Хвост начинает рассасываться.
16 неделя, длина тела 15мм – Все внешние личиночные признаки исчезли. Лягушка выходит на сушу.

Земноводные растут всю жизнь, но чем старше, тем медленнее.

У рыбы из икринки появляется малёк, который растет и превращается во взрослую особь.
Скорость метаморфоза зависит от количества пищи, температуры и внутренних факторов. Например, личинка лягушки – головастик питается растениями, а взрослая лягушка – насекомыми. Головастик и гусеница отличается от взрослых форм по строению, внешнему виду, образу жизни, питанию.

Личинки бабочек, называемые гусеницами, имеют вытянутое, насеченное туловище, напоминая червей с обрубленными концами тела. Ротовой аппарат у гусениц в отличие от такого взрослых насекомых – грызущий. На нижней губе открываются прядильные железы, выделяющие секрет, застывающий на воздухе в шелковые нити. На груди у личинок, как и взрослых, имеются три пары членистых ножек, но они пользуются ими лишь для захвата пищи и для опоры. Для передвижения гусеницы применяют нечленистые мясистые брюшные ложноножки, на подошвах которых
имеются мелкие крючочки. Подавляющее большинство гусениц питается растительной пищей. По образу жизни они очень разнообразны. Развитие с полным превращением.

Развитие является неотъемлемым фактором жизни. Оно начинается с оплодотворенной яйцеклетки и заканчивается половым созреванием. Для постэмбрионального периода характерно прямое и непрямое развитие. Прямое развитие - это биологический процесс, при котором многоклеточный организм растет и увеличивается, усложняя свою организацию. Такое явление характерно для человека, рыб, птиц и млекопитающих.

Непрямое развитие - это процесс, при котором зародыш развивается в зрелую особь с привлечением личиночной стадии, что сопровождается метаморфозом. Данное явление наблюдается, например, у большинства беспозвоночных и амфибий.

Особенности постэмбрионального периода

Периоды постэмбрионального развития сопровождаются изменением морфологических особенностей, повадок и места обитания. Для прямого развития характерной особенностью является то, что после рождения эмбрион является уменьшенной копией взрослого организма, он отличается лишь размерами и отсутствием некоторых характеристик, которые приобретаются лишь со временем. Примером может быть развитие человека, животных и некоторых пресмыкающихся. Непрямое развитие характерно для беспозвоночных, моллюсков и земноводных. В этом случае зародыш имеет существенные различия по сравнению со взрослым животным. В качестве примера подойдет обыкновенная бабочка. Только после того, как будет пройдено несколько стадий развития, маленькая личинка преобразится до неузнаваемости.

Периоды развития

Периоды включают ювенильный этап, зрелость и старение.

• Ювенильный период охватывает время от рождения до полового созревания. Этот этап сопровождается адаптацией к новой среде. Стоит отметить, что многие животные и рептилии, для которых характерен прямой путь постэмбрионального развития, развиваются примерно одинаково. Различием являются лишь временные рамки. Оканчивается этот

• Период зрелости, называемый репродуктивной стадией, характеризуется остановкой роста. В теле происходит самообновление определенных структур и их постепенное изнашивание.
• Период старения сопровождается замедлением восстановительных процессов. Как правило, наблюдается уменьшение массы тела. Если не имело место насильственное вмешательство, то естественная смерть наступает, когда жизненно важные системы в результате замедления всех процессов перестают функционировать.

Непрямое развитие: примеры и этапы

Давайте рассмотрим, как зарождается жизнь в новом существе. Прямое и непрямое развитие - это термины, описывающие различные процессы жизнедеятельности животных, которая начинается с оплодотворенной яйцеклетки. Во время постэмбрионального развития окончательно формируются системы органов, наблюдается рост, с последующим продолжением рода. Дальше происходит старение, и при отсутствии внешних вмешательств наступает естественная смерть.

• Сразу после рождения начинается целый ряд трансформаций. В это время маленький организм отличается от взрослого как внешне, так и внутренне.
• Второй этап - это преобразование в совершенно новое тело. Метаморфоза - это постэмбриональное изменение формы тела с чередованием нескольких стадий.
• Третий этап - это заключительная стадия, которая оканчивается половым созреванием и продолжением рода.

Характеристика непрямого развития

Непрямое развитие характерно для многоклеточных организмов. Из отложенного яйца выходит личинка, которая внешне и внутренне не похожа на взрослую особь. По строению это более простое существо, как правило, имеющее меньший размер. Своим внешним видом оно может быть отдаленно похоже на своих дальних предков. Примером может быть личинка такого земноводного, как лягушка.

Внешне головастик очень напоминает маленькую рыбку. Благодаря наличию специальных личиночных органов он может вести совершенно другую жизнь, чем половозрелые особи. Даже зачаточных половых различий у них нет, поэтому пол личинки определить не представляется возможным. У определенного количества видов животных эта стадия развития занимает большую часть их жизни.

Радикальные метаморфозы

При непрямом развитии новорожденное животное сильно отличается от половозрелой формы по целому ряду анатомических признаков. Эмбрион вылупляется из яйца в виде личинки, которая претерпевает радикальные метаморфозы до того, как достигнет своей взрослой стадии. Непрямое развитие характерно для животных, которые откладывают многочисленные яйца. Это некоторые иглокожие, земноводные и насекомые (бабочки, стрекозы, лягушки и так далее). Личинки этих существ часто занимают совсем иное экологическое пространство, нежели взрослое животное. Они питаются, растут и в определенный момент трансформируются во взрослое животное. Эти глобальные метаморфозы сопровождаются многочисленными физиологическими изменениями.

Плюсы и минусы прямого развития

Плюсом прямого развития является то, что для роста нужно гораздо меньше энергии и жизненно важных ингредиентов, так как никаких глобальных перестроек в организме не происходит. Недостатком является то, что для развития эмбриона нужны большие запасы питательных веществ в яйцеклетках или вынашивание в утробе матери.

Негативным моментом является также то, что между молодыми и взрослыми животными может возникнуть конкуренция внутри вида, так как место их обитания и источники пищи совпадают.

Плюсы и минусы непрямого развития

Благодаря тому что организмы с непрямым типом развития проживают в разных конкурентные отношения между личинками и взрослыми, как правило, не возникают. Преимуществом является также то, что личинки малоподвижных существ помогают виду расширить ареал его обитания. Среди минусов стоит указать то, что непрямое развитие животных во взрослую особь часто длится долгий период времени. Для качественных преобразований нужно большое количество питательных веществ и энергии.

Типы непрямого развития

Выделяют следующие виды непрямого развития: с полным и частичным метаморфозом. С полным превращением непрямое развитие характерно для насекомых (бабочек, жуков, некоторых перепончатокрылых). Появившиеся на свет личинки начинают есть, расти, после чего становятся неподвижными коконами. В этом состоянии все органы организма распадаются, а образовавшийся клеточный материал и накопленные питательные вещества становятся основой для образования совершенно иных органов, характерных для взрослого организма.

С частичным метаморфозом непрямое постэмбриональное развитие свойственно для всех видов рыб и земноводных, определенных моллюсков и насекомых. Главным отличием от является отсутствие стадии кокона.

Биологическая роль личиночной стадии

Личиночная стадия - это период активного роста и запаса питательных веществ. Внешний вид, как правило, сильно отличается от взрослой формы . Имеются свои уникальные структуры и органы, которых нет у повзрослевшей особи. Их рацион также может существенно отличаться. Личинки часто адаптированы к окружающей среде. Например, головастики живут почти исключительно в воде, но могут жить и на суше, как взрослые лягушки. Некоторые виды во взрослой стадии являются неподвижными, в то время как их личинки перемещаются и используют эту способность для расселения и расширения области обитания.

Рассмотрите рисунки 93 и 94. Какие два типа развития характерны для изображенных на рисунках животных. Какие стадии в своем развитии проходят саранча, бабочка, рыба, лягушка и человек?

Рис. 93. Послезародышевое прямое развитие

Индивидуальное развитие организма продолжается и после его рождения, когда зародыш уже сформировался и может существовать самостоятельно вне яйца или тела матери. Период развития организма после рождения называют после зародышевым., или постэмбриональным (от лат. пост - после и эмбрион). У различных организмов этот период протекает по-разному. Поэтому различают прямое и непрямое развитие.

Прямое и непрямое развитие. Прямое развитие проходит без превращений. Родившийся организм имеет сходство со взрослой особью и отличается только величиной, пропорциями тела и недоразвитием некоторых органов. Такое развитие, в основном, наблюдают у рыб, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих (рис. 93). Так, из икринки рыбы выходит личинка с желточным мешком . Она развивается в малька, похожего на взрослую особь, но отличающегося от нее недоразвитием ряда органов.

При развитии с превращением (рис. 94) из яйца появляется личинка совершенно непохожая на взрослый организм. Такое развитие называется непрямым, или развитием с метаморфозом (от греч. метаморфозис - превращение), т. е. с несколькими личиночными стадиями постепенного превращения во взрослую особь. Личинки активно питаются, растут, но, за редким исключением, не способны к размножению.

Рис. 94. Послезаролышевое непрямое развитие (полный метаморфозу бабочки): 1 - яйцо: 2 - личинка (гусеница): 3 - куколка; 4 - взрослое насекомое

Развитие с метаморфозом характерно для насекомых и земноводных. Причем, у насекомых метаморфоз может быть полным и неполным. При развитии с полным метаморфозом насекомые проходят ряд последовательных стадий, как правило, резко отличающихся друг от друга образом жизни и характером питания. Например, у бабочки из яйца выходит гусеница, которая имеет чер-веобразую форму тела. Затем гусеница после нескольких линек превращается в куколку - неподвижную стадию, которая не питается, а только развивается во взрослое насекомое. Через некоторое время из куколки выходит бабочка. Пища и способ питания у личинки и взрослого насекомого различаются. Гусеница ест листья растений и имеет грызущий ротовой аппарат, а бабочка питается нектаром цветков и имеет сосущий ротовой аппарат. Иногда у насекомых некоторых видов взрослая особь вообще не питается, а сразу приступает к размножению (тутовый шелкопряд).

При развитии с неполным метаморфозом стадия куколки отсутствует и личинки мало отличаются от взрослых насекомых. Так, у саранчи вышедшая из яйца личинка имеет по сравнению с взрослой стадией меньшую величину и у нее недоразвиты крылья.

Среди позвоночных животных развитие с превращением наблюдают, в основном, у земноводных. Например, у лягушки личиночная стадия - головастик. По выходу из икринки он напоминает малька рыбы. У него отсутствуют конечности, имеются жабры вместо легких, хвост, при помощи которого он активно плавает в воде. Спустя некоторое время у головастика формируются конечности, развиваются легкие, зарастают жаберные щели и исчезает хвост. Через два месяца после выхода из икринки головастик превращается во взрослую лягушку.

Превращение личинки во взрослую особь связано с выработкой железами внутренней секреции специальных гормонов. Например, для превращения головастика в лягушку необходим гормон щитовидной железы - тироксин. В некоторых случаях при недостатке гормонов личиночный период может затягиваться на всю жизнь и на этой стадии организм может приступить к размножению. Так, личинка земноводного амбистомы - аксолотль при недостатке гормона щитовидной железы не превращается во взрослую особь и может размножаться (рис. 95). При добавлении в воду тироксина развитие идет до конца и аксолотль превращается в амбистому.

Рис. 95. Амбистома (слева) и ее личинка аксолотль (справа)

Рост. Характерное свойство индивидуального развития - рост организма, т. е. увеличение его размеров и массы. По характеру роста всех животных можно разделить на две группы - с неопределенным и определенным ростом. При неопределенном росте размеры тела организма увеличиваются в течение всей его жизни. Это наблюдается, например, у моллюсков, земноводных, рыб и рептилий. Организмы с определенным ростом прекращают расти на определенном этапе развития. Таковы насекомые, птицы и млекопитающие. Темпы роста у животных изменяются в течение всего периода и находятся под контролем гормонов. Например, у млекопитающих (в том числе и у человека) рост регулируется гормоном гипофиза соматотропином. Он активно вырабатывается в детском возрасте, а после полового созревания количество гормона постепенно уменьшается и рост прекращается.

После интенсивного периода роста организм вступает в стадию зрелости, для которой характерно также изменение физиологических процессов в организме. Этот период связан с деторождением.

Старение и смерть. Продолжительность жизни зависит от индивидуальных особенностей вида организма, но не зависит от уровня его организации. Например, мыши живут всего 4 года, ворон - до 70 лет, а моллюск пресноводная жемчужница - до 100 лет.

Процесс индивидуального развития организма заканчивается старением и смертью. Старение - это общебиологическая закономерность, свойственная всем организмам. В процессе старения изменяются все системы органов, нарушаются их структура и функции.

Существует несколько теорий старения. Одна из первых была предложена русским ученым Ильей Ильичей Мечниковым. Согласно этой теории, старение организма связано с усилением в нем процессов интоксикации, самоотравления в результате накопления продуктов обмена веществ и деятельности гнилостных бактерий.

Многие современные теории предполагают, что старение организма - следствие изменений в генетическом аппарате клеток, которые приводят к снижению активности процессов биосинтеза белков. Существенной причиной изменения генетической активности является ослабление работы белков-ферментов. С возрастом повышается частота хромосомных нарушений. Восстановление поврежденных участков ДНК идет медленнее, накапливаются мутации, которые проявляются в структурах РНК и белков.

Высказываются научные гипотезы, которые связывают старение организма с гормональными нарушениями , в частности с изменением функции щитовидной железы.

У человека процессы старения обусловлены действием многих биологических факторов. Немаловажную роль в старении играет и социальная среда, окружающая человека. Наука, занимающаяся проблемами старения человека, называется геронтологией (от греч. герон - старец). Старение - это неизбежный этап развития любого организма. Далее наступает смерть, которая является необходимым условием для продолжения жизни других организмов.

Упражнения по пройденному материалу

1. Какие типы после зародышевого развития вам известны?
2. В чем разница между прямым и непрямым развитием? Приведите примеры животных с разным типом развития.
3. В чем заключается преимущество развития с превращением?
4. Чем развитие с полным метаморфозом отличается от развития с неполным метаморфозом? Приведите примеры животных с разным типом метаморфоза.
5. В чем заключается старение организма? Какие теории старения вам известны? Какая наиболее вероятна, по вашему мнению? Ответ обоснуйте.
6. В чем биологический смысл смерти организма?