БІОЛОГІЯ ЗНО 2018 - КОМПЛЕКСНЕ ВИДАННЯ

ІНДИВІДУАЛЬНИЙ РОЗВИТОК ОРГАНІЗМІВ

Онтогенез. Періоди індивідуального розвитку організмів

Онтогенез — це індивідуальний розвиток організму з моменту зародження до смерті.

Під час нестатевого розмноження онтогенез починається з поділу материнського організму чи виникнення спеціалізованої клітини або груп клітин, що дають зачаток новому організму.

У разі вегетативного розмноження в рослин вихідною стадією онтогенезу є клітини й органи багатоклітинних зачатків (корені, пагони, бруньки, листки), під час розмноження спорами — багатоклітинні нитки (нитчасті водорості, гриби), протонеми (у мохів), заростки (у плаунів, хвощів, папоротей).

Під час статевого розмноження тварин і рослин онтогенез розпочинається після запліднення й утворення зиготи, з якої розвивається зародок.

Тривалість онтогенезу в різних організмів залежить від їх біологічних особливостей і коливається від кількох десятків хвилин (у бактерій) до кількох днів або тижнів (у комах-одноденок, рослин-ефемерів), року (у багатьох видів тварин, більшості грибів і однорічних рослин), кількох десятків і сотень років (у деяких видів черепах, білуги, сосни, дуба), а в деяких рослин — до кількох тисяч років (у тиса, баобаба, секвої).

Періоди онтогенезу: ембріональний (зародковий) та постембріональний (післязародковий).

Онтогенез тваринного організму

До початку ембріонального періоду формуються, ростуть і дозрівають гамети, відбувається процес запліднення або активації яйцеклітини.

Ембріональний розвиток розпочинається з утворення зиготи (початок онтогенезу); протягом етапу проходять процеси дробіння, бластуляції, гаструляції та органогенезу.

Постембріональний період — розвиток організму з моменту його виходу з яйцевої оболонки, у ссавців — з моменту народження і до завершення життєвого циклу.

У деяких видів тварин (лососевих риб — кети, горбуші тощо) після розмноження настає смерть.

У більшості хребетних, деяких молюсків, ракоподібних, павукоподібних і комах з настанням періоду статевої зрілості здатність до розмноження зберігається ще певний час. Потім вона слабшає, втрачається, настає період старіння — комплекс вікових морфологічних, біохімічних та фізіологічних змін, що призводить до поступового зниження життєздатності організму та його смерті.

Зародковий період розвитку у тварин

Ембріональний розвиток (ембріогенез) більшості багатоклітинних тварин відбувається за єдиним планом, але у різних груп тварин і людини має свої особливості, які залежать від кількості яйцеклітин, типу запліднення, способу живлення ембріона, тривалості ембріогенезу тощо.

Ріст і розвиток ембріона відбувається за рахунок поживних речовин, що містяться в яйцеклітині (у птахів, більшості риб, плазунів), або речовин, які надходять із материнського організму (у ссавців).

Дробіння — початкова стадія зародкового розвитку багатоклітинних тварин. Це послідовні мітотичні поділи зиготи або партенокарпічної яйцеклітини, коли утворені клітини (бластомери) в інтерфазі не ростуть, і тому їх розміри зменшуються після кожного поділу.

Починається дробіння відразу після запліднення і являє собою низку послідовних поділів яйцеклітини на 2, 4, 8, 16 і т. д. клітин (бластомерів).

Процес дробіння завершується утворенням бластули.

Бластуляція є наступною стадією ембріогенезу. Поверхневі клітини зародка набувають вигляду епітеліальної пластинки, виникає центральна порожнина — бластоцель, формується зовнішній шар клітин — бластодерма.

Під кінець стадії бластуляції збільшується тривалість інтерфази, в інтерфазних ядрах клітин з’являються ядерця, починається синтез ІРНК, що забезпечує перехід до гаструляції.

Гаструляція — процес утворення з одношарового зародка (бластули) двошарового (гаструли). Гаструла утворюється чотирма основними способами: інвагінації (вгинання), імміграції (заповзання), обростання і розшарування. Найпоширенішими є перші два.

Під час інвагінації (у ланцетника) частина бластодерми вгинається всередину бластули, утворюючи двошаровий зародок — гаструлу, зовнішній шар якої (ектодерма) та внутрішній (ентодерма) отримали назву зародкових листків. Зародкові листки дають початок усім тканинам й органам дорослих особин тварин.

Уперше встановив наявність зародкових листків К. Бер, розробили і створили вчення про зародкові листки О. Ковалевський та І. Мечников.

Ембріональний розвиток двошарових тварин (губок, кишковопорожнинних) завершується на етапі гаструли. У більшості багатоклітинних тварин після гаструляції настає етап формування третього (середнього) зародкового листка — мезодерми. Вона властива зародкам багатоклітинних тварин (крім губок і кишковопорожнинних).

У первинноротих (усі типи тварин, крім голкошкірих і хордових) мезодерма виникає зі спеціальних клітин — телобластів (телобластичний тип), у вторинноротих (голкошкірих і хордових) — унаслідок вгинання ділянки стінки бластули (ентероцельний тип).

У вторинноротих тварин на місці первинного рота виникає анальний отвір, а на протилежному кінці тіла — вторинний рот, сполучений з кишечником.

Надалі обмін між зародком і материнським організмом у ссавців ефективно здійснюється через плаценту (дитяче місце), яка регулює надходження до плода поживних речовин і захищає його від несприятливих чинників. Із плодом плацента з’єднується пуповиною.

Гістогенез — це сукупність процесів, що обумовлюють утворення тканин у тварин і визначають їх спеціалізацію в різних органах. В основі гістогенезу лежить диференціація тканин, що починається під час зародкового розвитку.

Диференціація в ембріології — процес появи й наростання морфологічних та функціональних відмінностей між окремими клітинами і частинами зародка.

Спочатку з однакових неспеціалізованих ембріональних клітин (бластомерів) утворюються різні зародкові листки, які потім дають початок тканинам і органам з різними за формою та функціями клітинами, характерними для дорослого організму. Тканини різних типів розвиваються з похідних різних зародкових листків (екто-, енто- та мезодерми).

У тварин у процесі гістогенезу беруть участь стовбурні, напівстовбурні (клітини-попередники) та дозрілі (диференційовані) клітини.

Стовбурні клітини — клітини, здатні до диференціації, які дають початок новим клітинам під час формування тканин або в процесі їх оновлення в дорослого організму (регенерації). Наприклад, стовбурні клітини ссавців протягом життя диференціюють різні клітини крові — еритроцити, лейкоцити, попередники тромбоцитів. У результаті поділу материнської стовбурної клітини лише одна із двох дочірніх клітин диференціюється, а друга залишається стовбурною (самопідтримання).

Напівстовбурні клітини диференційовані, як і дозрілі клітини, але зберігають здатність до поділу.

Гістогенез відбувається і в післязародковий період — відновлення, загоювання.

Органогенез — виникнення (формування зачатків) і розвиток (подальша диференціація) органів у процесі розвитку організмів тварин, людини і рослин. У тварин і людини органогенез відбувається на ранніх стадіях ембріонального розвитку із зародкових листків.

В онтогенезі хордових виділяють нейруляцію (виникнення нервової трубки та хорди) і формування інших органів.

Нейруляція — процес утворення нервової трубки в зародків хордових тварин і людини.

Хорда (осьовий скелет хордових тварин) являє собою нерозчленований пружний еластичний тяж, який виникає з вигинання спинної частини первинної кишки, розташованої під нервовою трубкою (у більшості груп хордових тварин і людини є лише в зародка). Протягом життя зберігається лише в деяких хордових тварин (ланцетника, осетрових риб тощо). Залишки хорди у вигляді міжхребцевих дисків є в крокодилів, ссавців (зокрема, і людини).

Нервова трубка, хорда і тулубна мезодерма утворюють осьовий комплекс, який визначає симетрію організму.

З ектодерми, крім нервової тканини, утворюються покриви тіла та їх похідні (волосся, кігті, нігті), елементи органів чуттів, передня та задня кишки, зовнішні зябра земноводних.

На основі ентодерми утворюються епітелій середньої кишки та похідні від неї травні залози (печінка, підшлункова залоза), хорда, легені, плавальний міхур, внутрішні зябра.

Мезодерма утворює зачатки скелета, мускулатуру, кровоносну систему, статеві та видільні органи, сполучнотканинні шари шкіри.

Післязародковий період розвитку у тварин і людини

Ювенільний (етап молодості) — період від народження (вилуплювання) тваринного організму до появи здатності давати нове потомство.

Він може відбуватись у різних тварин двома шляхами: розвиток може бути прямим і непрямим.

За прямого розвитку (у плазунів, птахів, плацентарних ссавців) з яйцевих оболонок або тіла матері виходить новий організм, який нагадує дорослу тварину. Відмінність новонародженої особини від дорослої полягає лише в менших розмірах тіла й недорозвиненій статевій системі.

Ембріональний період за прямого розвитку (ембріонізація) продовжується завдяки живленню ембріона запасними поживними речовинами яйця (у плазунів, птахів тощо) або ресурсами материнського організму (у плацентарних ссавців, деяких сумчастих, акул, скорпіонів).

Біологічне значення ембріонізації: малята народжуються або вилуплюються на вищому ступені розвитку, менше залежать від несприятливих зовнішніх чинників. Ювенільний етап розвитку в них зводиться переважно до інтенсивного росту і статевого дозрівання.

Для прямого розвитку характерне:

живонародження — самка народжує малят (плацентарні ссавці, деякі сумчасті, акули, скорпіони);

яйце живородіння — зародок розвивається в яйці в материнському організмі і звільняється від яйцевих оболонок ще в статевих ходах (у деяких ящірок, змій, акваріумних рибок);

яйценародження — зародок розвивається в яйці поза материнським організмом (у більшості плазунів, птахів, першозвірів, членистоногих, кишковопорожнинних тощо).

Непрямий розвиток, або метаморфоз, характерний для багатьох безхребетних (кишковопорожнинних, деяких червів, молюсків, комах, голкошкірих) і хордових (ланцетника, кісткових риб, земноводних).

Під час непрямого розвитку з яйця виходить личинка, яка завдяки глибоким структурним змінам організму (метаморфозу) перетворюється на дорослу особину. Метаморфоз у комах з неповним перетворенням (прямокрилі, бабки, таргани, воші) охоплює фази яйця, личинки та дорослої комахи, або імаго, а з повним перетворенням (лускокрилі, твердокрилі, перетинчастокрилі, блохи) — яйця, личинки, лялечки та імаго.

За неповного метаморфозу личинки подібні до дорослої комахи, тільки значно дрібніші і з недорозвиненою статевою системою.

Личинки комах з повним перетворенням повністю відрізняються від дорослої особини, ведуть інший спосіб життя. Перетворення в дорослу комаху відбувається у фазі лялечки. Вона не живиться, зовні нерухома, але її організм зазнає докорінних змін — розкладається більшість внутрішніх органів (крім центральних відділів нервової системи, ендокринних залоз і особливих утворень — імагінальних дисків) та формуються тканини й органи дорослої комахи. Непрямий розвиток забезпечує важливі біологічні функції:

— розселення виду — сприяє поширенню личинок малорухливих і прикріплених видів, ендопаразитичних організмів (губок, коралових поліпів, двостулкових молюсків, ланцетника, ендопаразитів — плоских червів), які активно або пасивно (за допомогою течій, вітру, інших організмів) розселюються і займають нові місця;

— вироблення механізму поширення (у паразитів — зараження хазяїв через шкіру, їжу та різними переносниками. Яйця і личинки в організмі хазяїна мігрують до певних органів і тканин, де завершується їхній розвиток);

— раціональне використання ресурсів різних середовищ. Розділення просторово і трофічно дорослих особин та личинкової стадії дає змогу їм жити й використовувати різні середовища. Це можна спостерігати в земноводних (жаба і пуголовок), прохідних риб (лососеві, річкові, вугри), плоских червів, цикл розвитку яких відбувається зі зміною хазяїв, комах із повним перетворенням (гусениця і метелик) тощо;

— живлення — забезпечує значне збільшення маси тіла на певній фазі розвитку тваринного організму, необхідне для завершення метаморфозу. Живильною фазою комах є личинка, а дорослі комахи не ростуть і живляться лише для підтримання обміну речовин чи розвитку статевих продуктів; деякі не їдять взагалі (шовковичний шовкопряд, оводи).

Період статевої зрілості — відтворення тваринним організмом нових особин. У різних типів тварин тривалість цього періоду залежить від біологічних особливостей виду і факторів зовнішнього середовища.

Період старіння — заключний етап в онтогенезі тваринного організму — характеризується змінами в організмі, які обмежують його пристосувальні можливості. Це комплекс вікових морфологічних, біохімічних і фізіологічних змін в організмі, що призводять до поступового зниження його життєздатності.

Індивідуальний розвиток тваринного організму в нормі завершується старінням і смертю.

Репродуктивна система людини

Органи

Статева система чоловіків

Статева система жінок

Структура

Функції

Структура

Функції

Статеві залози

Яєчка (у кожному приблизно тисяча звивистих канальців, загальна довжина яких приблизно 400 м) розміщені у мошонці.

Утворення статевих клітин (сперматозоїдів) і гормонів

Яєчники

Утворення статевих клітин (яйцеклітин) і гормонів

Допоміжні залози

Передміхурова залоза (простата), сім’яні міхурці, проміжні клітини яєчок, залози цибулини сечівника.

Утворення сім’яної рідини

Фолікулярні клітини, жовте тіло

Синтез гормонів

Статеві клітини

Сперматозоїди (головка, шийка та хвіст)

Носії спадкової інформації про батька, запліднення яйцеклітин

Яйцеклітини

Носії спадкової інформації матері, утворення зиготи та живлення зародка на ранніх етапах

Провідні шляхи

Сім’япроводи

Транспорт сперматозоїдів

Лійка

Транспорт яйцеклітин

Сечовипускний канал

Транспорт сперми

Маткові труби

Транспорт яйцеклітини, запліднення

Статевий орган

Виведення сперми

Матка

Піхва

Утробний розвиток зародка та плода

Родовий канал

Запліднення — процес злиття чоловічої та жіночої статевих клітин. Воно відбувається у матковій трубі. Запліднена яйцеклітина містить диплоїдний набір хромосом; її називають зиготою. Зигота рухається по матковій грубі, водночас ділячись, проникає у порожнину матки, де імплантується і перетворюється на зародок. Якщо під 350

час овуляції виходить одразу кілька готових до запліднення яйцеклітин, то у разі їх запліднення утворюється кілька зародків, з яких розвиваються різноящеві близнюки. У разі поділу зиготи на дві клітини та утворення кожною з них свого зародка розвиваються однояйцеві близнюки, які завжди однієї статі та дуже схожі між собою.

Вагітність — стан жінки в період розвитку зародка в матці. Тривалість вагітності становить 270-280 днів.

Гігієна вагітної жінки:

• не вживати наркотиків, алкоголю, не курити;

• берегти себе від інфекційних хвороб;

• раціонально харчуватись, виключити з раціону шоколад, цитрусові, гостру їжу;

• дбати про чистоту тіла (ванну приймати заборонено);

• щодня гуляти на свіжому повітрі;

• одяг повинен бути легким та зручним.

Генетичне визначення статі. У людини є 46 хромосом (23 пари). Соматичні хромосоми (22 пари) однакові в чоловіків і жінок, а 23-тя пара (статеві хромосоми) відрізняється у кожної статі. У жінок статеві хромосоми однакові, їх позначають XX, а в чоловіків — різні, їх позначають XY. Отже, у яйцеклітині може бути тільки X- хромосома, а в сперматозоїді — X- або Y-хромосома. Таким чином, стать майбутньої дитини залежить від того, який сперматозоїд (з X- чи Y-хромосомою) запліднить яйцеклітину.

Статеве дозрівання є підготовкою організму до продовження роду.

У хлопчиків воно відбувається в період з 11 до 18 років. Під впливом статевих гормонів формуються вторинні статеві ознаки: виростає волосся на обличчі, лобку, під пахвами, швидко ростуть скелет та м’язи, змінюються хрящі гортані, голос стає нижчим, посилюється секреція шкірних залоз.

У дівчаток відбувається в період з 9 до 16 років. Під впливом статевих гормонів формуються вторинні статеві ознаки: виростає волосся на лобку та під пахвами, ростуть молочні залози, інтенсивно росте скелет, у 12— 14 років з’являються перші менструації.

Вікові періоди життя людини

Період новонародженого: перші 10 днів.

Грудний період: 10 днів - 1 рік.

Раннє дитинство: 1-3 роки.

Перше дитинство: 4-7 років.

Друге дитинство: хлопчики — 8-12 років; дівчатка — 8-11 років.

Підлітковий період: хлопці — 13-16 років; дівчатка — 12-15 років.

Юнацький період: юнаки — 17-21 рік; дівчата — 16-20 років.

Зрілий вік, 1-й період: чоловіки — 22-35 років; жінки — 21-35 років.

Зрілий вік, 2-й період: чоловіки — 36-60 років; жінки — 36-55 років.

Похилий вік: чоловіки — 61-74 роки; жінки — 56-74 роки.

Старечий вік: 75-90 років.

Довгожителі: 90 років і більше.

Смерть — завершальна фаза індивідуального розвитку всіх організмів.

Клінічна смерть — припинення найважливіших життєвих функцій організму: непритомність, відсутність серцебиття й дихання.

Біологічна смерть настає після клінічної смерті. Характеризується припиненням процесів самооновлення в тканинах та органах; у клітинах відбуваються процеси самоперетравлювання та розщеплення, що призводить до їх руйнування.

Статеве дозрівання людини

Статеве дозрівання в хлопчиків починається від 11 і завершується в середньому до 18 років. Виробляється чоловічий статевий гормон. Він надходить у кров і зумовлює формування вторинних статевих ознак. У хлопчиків з’являється волосся на лобку, під пахвами і на обличчі, швидко ростуть скелет (щороку зріст підлітка може збільшуватися майже на 10 см) та м’язи. Плечі розширюються, а таз залишається вузьким. Це надає фігурі хлопчика чоловічої статури. Збільшуються і змінюються хрящі гортані, голос стає приблизно на октаву нижчим, порівняно з дитячим, глибшим і виразнішим. Такі зміни голосу називають мутацією. Підліток у період мутації голосу розмовляє то басом, то фальцетом. Тому в цей час не рекомендують напружувати голосові зв’язки (кричати, голосно розмовляти). Під впливом статевого гормону посилюється секреція шкірних залоз, особливо на обличчі й спині. Якщо не дотримувати особистої гігієни, вони можуть запалюватись, утворюючи вугрі, які звичайно зникають до 21-23 років.

Статеве дозрівання у дівчаток відбувається від 9 до 16 років. У цей час збільшується виділення гормонів гіпофіза, які стимулюють ріст яєчників. У яєчниках починають вироблятися статеві гормони. Вони зумовлюють розвиток жіночих вторинних статевих ознак: збільшуються молочні залози, з’являється волосся на лобку і під пахвами, інтенсивно росте і розвивається скелет. Але, на відміну від хлопчиків, у них розширюються тазові кістки, а плечі залишаються вузькими. У віці 12-14 років у дівчаток починаються перші менструації — ознака того, що у фолікулах яєчників почали дозрівати яйцеклітини.

Зміни в організмі в підлітковий період зачіпають не тільки статеву функцію, а й впливають на фізичний і психічний розвиток. Для дівчат— це вік від 12 до 15 років, для хлопців — від 13 до 16 років. Але загалом період становлення організму та особистості триває набагато довше. Справжня статева зрілість у людини настає значно пізніше — у віці 18-20 років у дівчат і у 20-24 роки в юнаків. На цей час біологічна здатність до продовження роду доповнюється психологічною і соціальною зрілістю.

У підлітковому віці потрібне повноцінне харчування з достатнім вмістом білків, жирів, вуглеводів, мінеральних солей і вітамінів. Посильна фізична і розумова праця, заняття за інтересами та спортом сприяють розвиткові підлітка, виховуючи його найкращі особистісні якості. У цьому віці закладається багато рис характеру, властивих конкретній особистості, виробляється вміння контролювати власну поведінку, здатність керувати своїми вчинками і настроєм, формуються моральні якості людини, її цілеспрямованість. Під впливом авторитету дорослих і соціального оточення формується характер. Однак цілісною особистістю людина стає переважно завдяки самовихованню.

Післязародковий період розвитку в рослин

Етапи онтогенезу вищих рослин відрізняються від онтогенезу тваринного організму. Онтогенез вищих рослин характеризується зміною (чергуванням) двох фаз: спорофіта (нестатеве покоління) і гаметофіта (статеве покоління).

Розвиток зародка в покритонасінних значно відрізняється від розвитку ембріона у вищих тварин.

У квіткових рослин відбувається подвійне запліднення, після чого розпочинається розвиток зародка насінини і поживного матеріалу — ендосперму.

У зародків насінних рослин утворюються лише зачатки основних вегетативних органів. Зародок складається із зародкового корінця та пагона, який несе зародкові листки (сім’ядолі), а на верхівці — твірну тканину (брунечку). Повне формування всіх органів, зокрема і квітки, відбувається в післязародковому періоді.

Післязародковий період охоплює етапи паростка, молодості, зрілості та старіння. Етап паростка триває від моменту проростання до формування перших зелених листків. У цей час паросток живиться переважно за рахунок запасних поживних речовин насінини. Етап молодості — період життя від появи перших зелених листків до цвітіння. У цей час рослина посилено росте і формуються всі її вегетативні органи. Молода рослина, на відміну від паростка, живиться завдяки фотосинтезу. Подальший розвиток одно-, дво- та багаторічних рослин відбувається по-різному. Однорічні рослини (наприклад, кріп, горох, огірки) упродовж року повністю закінчують ріст, квітнуть, утворюють плоди та насіння і відмирають. Тривалість їх молодості незначна: вже через 30-40 днів після проростання вони утворюють квітки та незабаром плодоносять. У дворічних рослин (наприклад, у капусти, моркви) протягом першого року життя розвиваються лише корені та пагони з листками. А на другий рік вони утворюють квітки, плоди та насіння, після цього відмирають. Багаторічні трави часто можуть цвісти та плодоносити впродовж декількох років, однак усі їх надземні частини відмирають щорічно (як-от у конвалії, пирію, хрону). Дерева і кущі (яблуня, дуб, агрус, ліщина, смородина) сягають своїх найбільших розмірів через десятки років. Перше цвітіння і плодоношення в них настає лише через кілька років. Плодоносять такі рослини впродовж багатьох років.

Етап зрілості триває від часу першого цвітіння до втрати здатності утворювати насіння та плоди. Із часом навіть рослини зі значною тривалістю життя припиняють утворення генеративних органів. Нові пагони на них майже не утворюються, старі засихають і відпадають. У стовбурах старих дерев часто утворюються дупла, вони підгнивають і відмирають. Настає завершальний етап життєвого циклу рослин — старіння.

Старіння — закономірні процеси розвитку рослин, пов’язані з віковими змінами. Ці зміни обмежують пристосувальні можливості рослин і поступово зумовлюють їх відмирання. Цей етап триває від останнього плодоношення до загибелі організму.

Усі перетворення, що відбуваються в організмі від його зародження до відмирання, називають індивідуальним розвитком. Отже, організм квіткових рослин є цілісною системою, у якій ріст і розвиток різних його органів взаємоузгоджені. На ці процеси впливають не лише зовнішні чинники, як-от різноманітні чинники довкілля, а й внутрішні. Ріст і розвиток рослин регулюють особливі біологічно активні речовини, які виробляються в самій рослині, — фітогормони. Фітогормони рухаються по рослині, прискорюючи або гальмуючи ріст певних її ділянок.

Ріст, його типи та регуляція

У більшості тварин ріст визначений, тобто відбувається до визначеної межі й закінчується в певному віці. Наприклад, у чоловіків — у 25-26 років, у жінок— у 19-20 років. Невизначений рісттриває протягом усього життя організму (наприклад, у риб, молюсків). У рослин ріст також триває все життя і контролюється фітогормонами та інгібіторами росту. Ростові процеси в рослин лежать в основі їх рухів, але деякі органи рослин (плоди, листя) мають визначений ріст.

Інтенсивність і час перебігу ростових процесів у тварин контролює низка внутрішніх і зовнішніх чинників. Зовнішні чинники, які впливають на ростові процеси, — це умови живлення, фізичні й нервові навантаження, кліматичні чинники, фонова радіоактивність середовища, концентрація кисню в повітрі, температура тощо. Вплив зовнішніх чинників реалізується завдяки нервовій та ендокринній системам. У системному контролі росту в хребетних важливу роль відіграє гормон росту, виведення якого з гіпофіза контролюють гормони гіпоталамуса. Проте це не єдиний гормональний регулятор ростових процесів. У їх регуляції беруть участь тироксин (гормон щитоподібної залози), кортикостероїди, інсулін, статеві гормони тощо.

На відміну від багатьох тварин, рослини ростуть усе життя. Ріст — це необоротне збільшення розмірів та маси як цілого організму, так і окремих його частин. Ріст рослин зумовлений поділом та ростом клітин. Завдяки цьому утворюються нові тканини та органи. Вищі рослини ростуть на одному місці. За несприятливих умов вони, на відміну від більшості тварин, не можуть залишити місце зростання у пошуках нового. Тому рослинам украй необхідний приріст усіх частин, завдяки чому вони охоплюють якнайбільший життєвий простір. Вищі рослини ростуть за рахунок твірних тканин, клітини яких здатні ділитися. Відповідно до розміщення твірної тканини розрізняють верхівковий та вставний типи росту органів. Верхівковий ріст забезпечують твірні тканини конуса наростання пагона або зон поділу та розтягування кореня. Існують і вставні твірні тканини. Вони розташовані в основі міжвузлів деяких рослин. Наприклад, у злаків (пшениці, кукурудзи, рису) за їх рахунок видовжуються міжвузля і росте стебло. Потовщення органів здійснюється за рахунок бічної твірної тканини. Цей тип твірних тканин називають камбієм. Завдяки росту відбуваються і певні рухи рослин. У житті рослин, як і в житті тварин, спостерігають певні сезонні явища.

Ріст рослин може бути безперервним або періодичним. За безперервного росту, який притаманний більшості однорічних рослин та багатьом тропічним видам, розміри всього організму або окремих його частин збільшуються постійно. Періодичне припинення росту в тропічних рослин зумовлене настанням посушливого сезону. На більшості територій земної кулі постійно змінюються пори року: весна, літо, осінь, зима. Тому ріст багаторічних рослин помірних широт характеризується періодичністю: взимку ріст рослин припиняється, а навесні поновлюється. Отже, за умов періодичного росту періоди інтенсивного росту чергуються з періодами спокою. Спокій у рослин — це пристосування до переживання несприятливих умов (зимових холодів, літніх посух), коли процеси життєдіяльності майже припиняються. У стані спокою може перебувати як уся рослина, так і її окремі органи (сплячі бруньки, бульби, кореневища, насіння). Особливо важливе значення має перехід до стану спокою бруньок і насіння. Сигналом до глибокого спокою і припинення ростових процесів у рослин холодного та помірного клімату є вкорочення тривалості світлової частини дня та зниження температури. Для рослин південного походження (бузок, вишня) навіть зниження нічних температур є сигналом для переходу до стану спокою. Цей сигнал у рослин сприймають листки, а за їх відсутності — бруньки.

Зміни тривалості світлового періоду доби впливають, зокрема, на швидкість та терміни росту й цвітіння рослини, листопаду. Реакцію рослин на зміну тривалості дня та ночі називають фотоперіодизмом. Навесні збільшення тривалості дня для рослин є сигналом до розпускання листків, цвітіння і плодоношення. Зміну тривалості світлового періоду доби сприймають листки. У них утворюються речовини, що зумовлюють розвиток квіткових бруньок за умов вкороченого і подовженого світлового дня.

Часто ми говоримо, що рослина росте й розвивається, не замислюючись, як відрізняються ці два поняття. Розвиток рослин тісно пов’язаний з їх ростом, але це не одне й те саме. Розвиток — це якісні зміни, які послідовно відбуваються в організмі та його окремих частинах упродовж життя. Прикладом розвитку є утворення квітки. Окремі її частини також ростуть, але в цілому її поява — новий якісний стан усього рослинного організму. Тому цвітіння — показник певного етапу розвитку. Розвиток рослин відбувається у кілька послідовних етапів. Насамперед, у квіткових рослин виділяють зародковий та післязародковий періоди розвитку. Зародковий період бере початок від запліднення яйцеклітини та триває до моменту проростання насінини. А після проростання настає післязародковий період. Він охоплює етапи паростка, молодості, зрілості та старіння.

Регенерація

Одним із процесів, який також відбувається в онтогенезі, є регенерація — відновлення організмом втрачених або ушкоджених органів і тканин, а також поновлення цілого організму з його частини. Розрізняють фізіологічну регенерацію — заміщення структур, втрачених у процесі життєдіяльності (оновлення епідермісу та інших епітеліїв, клітин крові тощо), і репаративну регенерацію — відновлення випадково ушкоджених чи втрачених структур. Прісноводну гідру, або планарію, можна розрізати на десятки шматочків, кожен з яких здатен регенерувати цілу тварину. Рослини саме таким чином розмножуються живцями. У хребетних тварин є фізіологічна регенерація. Репаративна регенерація може відбуватись у більшості тканин, можуть регенерувати і деякі органи, наприклад шкіра, частини кісток, хрящів, відростки нервових клітин тощо. Регенерація здійснюється за рахунок так званих стовбурових клітин, які здатні розмножуватись і диференціюватись під дією гормонів і тканинних чинників росту. У деяких органах рослин є вже диференційовані камбіальні клітини, за рахунок яких відбувається регенерація. Іноді здійснюється внутрішньоклітинна регенерація за рахунок поліплоїдії і збільшення розміру клітин. Такий тип регенерації є в печінці, нервовій тканині. Розробка методів посилення регенераційної здатності має велике значення в медицині, садівництві тощо.

Життєвий цикл. Прості та складні життєві цикли

Життєвий цикл — це сукупність усіх фаз розвитку чи різних за морфо-фізіологічними особливостями поколінь організмів певного виду або період між двома однаковими фазами розвитку двох чи більшої кількості послідовних поколінь. Життєвий цикл охоплює фази розвитку одного або низки поколінь і знову приводить до вихідної форми.

У прокаріотів і багатьох одноклітинних організмів життєвий цикл та клітинний цикли збігаються.

Тривалість життєвого циклу залежить від кількості поколінь, які змінюються протягом року, або кількості років, протягом яких здійснюється один життєвий цикл. Наприклад, у бактерій і деяких одноклітинних грибів, рослин і тварин проміжок часу між поділами клітини незначний (у бактерій не перевищує ЗО хв). У деяких безхребетних і хребетних тварин, вищих рослин життєві цикли тривалі, оскільки період їх розвитку або настання статевої зрілості довгий — до кількох десятків років.

Як правило, протягом життєвих циклів організмів спостерігають чергування ядерних фаз. Мейоз у різних організмів відбувається на різних етапах розвитку і залежно від цього розрізняють три типи ядерних циклів: зиготична (первинна), спорова (проміжна) і гаметична (кінцева) редукції.

Із зиготичною редукцією життєві цикли відбуваються в деяких зелених водоростей (хламідомонади), більшості грибів, багатьох одноклітинних тварин (споровиків). Більша частина життєвого циклу в них представлена гаплоїдними клітинами, і лише запліднена яйцеклітина (зигота) — диплоїдна. Першим поділом зиготи є мейоз.                                     '

Життєві цикли з проміжною редукцією проходять у більшості бурих та червоних водоростей, вищих спорових (мохів, плаунів, хвощів, папоротеподібних), голонасінних і покритонасінних рослин, морських одноклітинних (форамініфер). Частина життєвого циклу цих організмів представлена галоїдними клітинами, а інша — диплоїдними. У вищих спорових, голонасінних і покритонасінних рослин мейоз відбувається під час спороутворення, тому їх нестатеве покоління (спорофіт) — диплоїдне, а статеве (гаметофіт) — гаплоїдне.

У багатоклітинних тварин, інфузорій життєві цикли супроводжуються естетичною редукцією. Більша частина їх циклу представлена диплоїдними клітинами, лише статеві клітини — гаплоїдні. Мейоз передує утворенню статевих клітин.

За простого життєвого циклу всі послідовні покоління не відрізняються одне від одного — прямий тип розвитку в багатоклітинних тварин (гідри, молочно-білої планарії, дощового черв’яка, річкового рака, павука-хрестовика, ставковика, плазунів, птахів, ссавців).

Складний життєвий цикл притаманний видам, у яких відбувається зміна кількох поколінь, або з непрямим типом розвитку (метаморфозом). Наприклад, у лускокрилих (метеликів), твердокрилих (жуків), перетинчастокрилих, стьожкових червів, кісткових риб, земноводних.

За чергування поколінь у життєвому циклі відбувається послідовна зміна двох або кількох поколінь, що відрізняються одне від одного за будовою, ознаками, способом життя і розмноження. Можуть чергуватись статеве і нестатеве, статеве і партеногенетичне, роздільностатеве і гермафродитне покоління.

У життєвому циклі поколінь, що розмножуються нестатевим і статевим способами, спостерігається регулярне (у малярійного плазмодія, форамініфер, сцифомедуз, плоских червів) та нерегулярне (в інфузорії, гідри) чергування поколінь. За регулярного чергування поколінь нестатеве і статеве розмноження чергуються послідовно одне за одним, нерегулярного — статеве розмноження настає після кількох нестатевих.

У деяких представників плоских червів (печінкового сисуна), членистоногих (дафній, попелиць) чергуються покоління, які розмножуються партеногенетично і статево. Наприклад, у попелиць із яєць, які зимують, вилуплюються партеногенетичні самки (протягом літа чергуються безкрилі та крилаті покоління), а восени з настанням похолодання з’являються крилаті самці. Вони запліднюють самок, які відкладають яйця. Біологічне значення такого типу чергування поколінь — використання сприятливих умов для швидкого збільшення чисельності виду.

Чергування гермафродитного та роздільностатевого поколінь у життєвому циклі спостерігається в представника круглих червів — рабдитиса. Гермафродитні особини паразитують у легенях жаб, яйця виводяться назовні, з них вилуплюються личинки, що розвиваються в дорослих роздільностатевих особин. Личинки утворюється з яєць, відкладених самками цього покоління. Для подальшого розвитку вони повинні потрапити в організм жаби.

Чергування поколінь у життєвому циклі

Гегерофазне чергування поколінь, коли статеве покоління — гаплоїдне, а нестатеве — диплоїдне, властиве більшості водоростей і вищих рослин. Диплоїдне покоління — спорофіт — утворює спори, з яких виростає гаметофіт, що продукує гамети. Із заплідненої гамети (яйцеклітини) знову виростає спорофіт. Таким чином, спорофіт закономірно змінюється гаметофітом, а останній — знову спорофітом (спорофіт → гаметофіт → спорофіт).

У багатьох водоростей спорофіт і гаметофіт є самостійними організмами — зовні однаковими або різними за розмірами та будовою.

В усіх наземних рослин гаметофіт і спорофіт завжди істотно відрізняються один від одного.

У мохів гаметофіт переважає над спорофітом — власне зеленою рослиною в них є гаплоїдний гаметофіт. На ньому формуються архегонії й антеридії, які утворюють яйцеклітини і сперматозоїди. Диплоїдний спорофіт — спорогон — розвивається на гаметофіті, тобто в мохів статеве і нестатеве покоління просторово не розділені. У спорангіях шляхом мейозу утворюються спори, які поширюються і під час проростання дають початок новому поколінню гаметофітів.

У хвощів, плаунів і папоротеподібних (вищих спорових рослин) гаметофіт та спорофіт відрізняються. Гаметофіт (заросток) — невелика зелена пластинка (3-30 мм), а спорофіт — звичайна зелена рослина.

Для насінних рослин характерним є значний ступінь редукції гаметофіта — до кількох клітин. Так, у квіткових рослин жіночий гаметофіт — зародковий мішок — семиклітинний, а чоловічий — пилкове зерно — двоклітинний.

Стовбурові клітини

Прикладні завдання біології індивідуального розвитку — науки, яка вивчає проблеми онтогенезу, — дуже важливі. Нині створено передумови, що дають змогу розв’язати багато проблем медицини і сільського господарства. Ембріологи роблять значний внесок у розробку і вдосконалення методів штучного розмноження тварин, а інколи — і людини. Штучне запліднення ікри в рибництві, сільськогосподарських тварин збереженою в замороженому стані спермою високопродуктивних самців стали звичайним явищем. Розроблено методи стимулювання дозрівання значної кількості ооцитів для одержання яйцеклітин у тих випадках, коли їх кількість обмежена. Це важливо не тільки для вирішення проблем тваринництва. Ці методи можна використати для збільшення чисельності диких тварин, зокрема рідкісних та зникаючих. Створено технологію культивування яйцеклітин, їх запліднення та імплантування зародка в матку ссавців. Такий прийом використовують і в медичній практиці. Так надають допомогу жінкам у разі деяких форм безпліддя. Завдяки цьому методу в Україні народжено вже декілька тисяч дітей. Можливо, буде вирішено завдання клонування тварин з високими продуктивними якостями методом одержання значної кількості однояйцевих близнюків та іншими методами. Маніпулювання ембріонами використовують і для вирішення медичних проблем. Так, клітини зародків застосовують для імплантації при деяких захворюваннях. При діабеті деяким хворим імплантують клітини підшлункової залози ембріонів свиней. У деяких країнах використовують також клітини ембріонів людини для лікування хвороб, які пов’язані із загибеллю клітин. Є підстави вважати, що за допомогою методів ембріогенетичної інженерії можна буде вирішити й завдання генної терапії. У генофонді людства є декілька тисяч дефектних генів, що спричиняють спадкові хвороби. Ці хвороби не виліковуються і передаються нащадкам. Сучасні методи лише полегшують страждання хворих. Теоретично позбутись дефектного гена можна лише шляхом його заміни нормальним геном, що вже реалізується на мікроорганізмах і деяких еукаріотах, зокрема клітинах людини. Чи можлива реалізація цього в медицині, передбачити важко, тим більше, що це пов’язано не тільки з науково-технічними, а й з морально-етичними проблемами.

Стовбурові (штамові) клітини — це первинні клітини, що є в усіх багатоклітинних організмах. Ці клітини можуть самовідновлюватися шляхом поділу, а також дифференціюватись у велику кількість спеціалізованих клітин.

Існують дві категорії стовбурових клітин ссавців: ембріональні стовбурові клітини, що походять від бластоцистів, та стовбурові клітини дорослого організму, що знаходяться у зрілих тканинах. В ембріонах, що розвиваються, стовбурові клітини можуть дифференціюватися в усі спеціалізовані ембріональні тканини. Стовбурові клітини дорослого організму діють як репараційна система для тіла, підтримуючи потрібну кількість спеціалізованих клітин.

Оскільки стовбурові клітини можна вирощувати та програмувати на спеціалізацію (наприклад, отримати м'язи чи нервову тканину) завдяки методу клітинних культур, їх стали вживати для лікування хворих. Кістковий мозок може бути одним із джерел стовбурових клітин.

Дослідники у галузі медицини впевнені, що стовбурові клітини мають потенціал змінити зовнішній вигляд людських хвороб. Існує величезна кількість лікувальних методів, що опираються на стовбурові клітини. Проте більшість з них використовується досить рідко, бо це здебільшого експериментальні методи, до того ж вони не завжди ефективні. Медики-дослідники вважають, що стовбурові клітини можна використовувати для лікування онкозахворювань, хвороби Паркінсона, пошкоджень спинного мозку, м’язів тощо. Тим часом досі ще не визначеною є суспільна та наукова позиція щодо етичного аспекту вживання стовбурових клітин у медицині.

Проте стовбурові клітини вже досить успішно використовуються у наукових дослідженнях, і далеко не всі вчені розділяють думку, що єдиною метою цих досліджень є клітинна терапія. Вони вважають, що дослідження стовбурових клітин є досить цінним і саме по собі.

Сьогодні в Україні дозволено проведення клінічних випробувань з лікування наступних патологій із застосуванням стовбурових клітин: панкреонекроз, цироз печінки, гепатити, опікова хвороба, цукровий діабет II типу, розсіяний склероз, критична ішемія нижніх кінцівок. Першим, хто отримав право на проведення клінічних випробувань у галузі застосування стовбурових клітин в Україні, став Інститут клітинної терапії. За допомогою стовбурових клітин пуповинної крові вже успішно проведено лікування десятків пацієнтів з цими захворюваннями.

Тренувальні тести

1. Укажіть, що таке онтогенез:

А індивідуальний розвиток організму;   

Б ембріональний розвиток організму;

В історичний розвиток організмів;

Г постембріональний розвиток організму.

2. Позначте назву різновидів культурних рослин одного виду, які відрізняються за господарськими якостями:

А сорт;                                  

Б штам;

В порода;

Г клон.

3. Дослідження довели, що рослини не лише відчувають небезпеку, а й реагують на неї. Щойно на рослину потрапляє слина гусені, рослина починає виділяти летку речовину, яка приваблює ос — найзапекліших ворогів гусені. Укажіть, як учені називають таку реакцію рослин:

А безумовним рефлексом;          

Б інстинктом;

В умовним рефлексом;               

Г поведінкою.

4. Нестатеве розмноження організмів відбувається шляхом:

А кон’югації;                              

Б множинного поділу;

В видозмінення пагонів;             

Г копуляції.

5. Кон’югація в інфузорії-туфельки — це процес:

А статевого розмноження;        

Б невпорядкованого поділу;

В нестатевого розмноження;    

Г вегетативного розмноження.

6. Укажіть, як називають використання живих організмів і біологічних процесів у різних галузях діяльності людини:

А генна інженерія;                  

Б гістотехнології;

В клітинна інженерія;              

Г біотехнологія.

7. Укажіть, яким фактором зовнішнього середовища зумовлені линяння птахів помірних широт та їхні перельоти до теплих країв:

А підвищенням температури повітря;     

Б підвищенням вологості повітря;

В зниженням температури повітря;       

Г зміною тривалості дня.

8. Установіть правильну послідовність стадій розвитку кісткової риби:

А зигота → зародок → личинка → мальок → доросла форма;

Б зигота → личинка → зародок → мальок → доросла форма;

В зигота → зародок → мальок → личинка → доросла форма;

Г зигота → зародок → мальок → імаго → доросла форма.

9. Зародковий розвиток — це початковий період:

А філогенезу;                            

Б сперматогенезу;

В овогенезу;                             

Г онтогенезу.

10. Скелет, м’язова і кровоносна системи в зародка формуються з:

А ентодерми;                            

Б перидерми;

В ектодерми;                            

Г мезодерми.

11. Нервова трубка і хорда в зародка формуються з:

А ектодерми;                            

Б мезодерми;

В ентодерми;                            

Г перидерми.

12. Процес формування двошарового зародка називають:

А органогенезом;                      

Б гаструляцією;

В гістогенезом;                          

Г нейруляцією.

13. У рослин усі клітини утворюються з:

А ектодерми;                          

Б мезодерми;

В ентодерми;                          

Г твірної меристеми.

14. Період дроблення зиготи відрізняється від інших видів поділу клітин:

А інтенсивним ростом дочірніх клітин;  

Б редукцією і кон’югацією хромосом;

В відсутністю росту дочірніх клітин;      

Г додатковими стадіями мітозу.

15. Ембріогенез закінчується на стадії гаструли в:

А ланцетника;                           

Б дощового черв’яка;

В гідри;                                     

Г інфузорії-туфельки.                

16. Ектодерма й ентодерма утворюються на стадії зародкового розвитку:

А дроблення;                            

Б гаструли;

В бластули;                               

Г нейрули.

17. У дафній спостерігають чергування поколінь:

А статевого і нестатевого;       

Б роздільностатевого і гермафродитного;

В спорофітного і гаметофітного;   

Г статевого і партеногенетичного.

18. Морула — це стадія:

А ембріогенезу;                        

Б гістогенезу;

В органогенезу;                        

Г цитокінезу.

19. Залежно від характеру розміщення поживних речовин у яйцеклітині, розрізняють дроблення зиготи:

А повне та неповне;                

Б нерівномірне та рівномірне;

В часткове;                             

Г почергове.

20. На стадії дроблення в ембріогенезі відбуваються процеси:

А утворення порожнини всередині бластомерів;

Б редукція хромосом;

В утворення зародкових листків;

Г поділ клітин і зменшення розмірів клітин.



Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити