Підручник Біологія 9 клас - Л.І. Остапченко - Генеза 2017

ТЕМА 4. ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ І НФОРМАЦІЇ

§27. ЕТАПИ ІНДИВІДУАЛЬНОГО РОЗВИТКУ ОРГАНІЗМІВ. ЕМБРІОНАЛЬНИЙ РОЗВИТОК ТВАРИН

Пригадайте, з яких фаз складається клітинний цикл. Що таке гормони і яке їхнє фізіологічне значення? Які органи та клітини утворюють імунну систему людини? Що таке розвиток комах з повним і неповним перетворенням? Які процеси відбуваються в комах на стадії лялечки?

Після запліднення розвиток нового організму розпочинається послідовними поділами зиготи з подальшою диференціацією клітин, формуванням тканин та органів.

Індивідуальний розвиток, або онтогенез (від грец. онтос - існуюче і генезис - походження), - розвиток особини від зародження до завершення життя (смерті або поділу особини на дочірні). У різних груп організмів онтогенез має свої особливості та тривалість, які, зокрема, залежать від способу розмноження. Наприклад, вік дерев мексиканського кипариса сягає 10 000 років, драцени - 6000. Є «довгожителі» й серед тварин. Так, одна особина річкової щуки прожила понад 300 років; деякі види черепах живуть до 150 років; риба білуга та нільський крокодил - до 100. Серед безхребетних тварин значну тривалість життя мають деякі види актиній (до 90 років), молюсків (тридакна - до 200 років).

В онтогенезі виділяють зародковий, або ембріональний, і післязародковий, або постембріональний, періоди. Ембріональний (від грец. ембріон - зародок) період - час, коли нова істота зароджується та розвивається всередині материнського організму, яйця, насінини тощо. Він завершується народженням (виходом з оболонок яйця, проростанням). Постембріональний (від грец. пост - після та ембріон) період супроводжується збільшенням розмірів (ростом), якісними змінами (розвитком). Він триває від моменту народження і до смерті особини (або до моменту поділу материнського організму на дочірні).

Етапи ембріонального розвитку тварин. У процесі ембріонального (зародкового) розвитку тварин виділяють кілька послідовних етапів. Спочатку відбувається дроблення зиготи (або незаплідненої яйцеклітини в разі партеногенезу), яке закінчується формуванням одношарового зародка (бластули). Далі розвивається зародок, тіло якого складається з двох чи трьох шарів клітин (гаструла), закладаються тканини та органи. Завершується ембріональний розвиток формуванням цілісного зародка.

Дроблення - це низка послідовних мітотичних поділів зиготи (мал. 135). Утворені внаслідок дроблення клітини - бластомери (від грец. бластос - зародок і мерос - частина) - в інтерфазі не ростуть, їхні розміри після кожного поділу зменшуються вдвічі. Тож під час дроблення маса та об’єм зародка не змінюються, а залишаються такими, як у зиготи.

Дроблення завершується утворенням бластули (мал. 135, 1) - наступної стадії зародкового розвитку. Бластула має вигляд порожнистого утвору різної форми, стінки якого утворені зазвичай одним шаром бластомерів.

У деяких жалких, плоских червів, членистоногих, більшості ссавців унаслідок дроблення утворюється стадія морули (від лат. морум - ягода шовковиці). Вона відповідає стадії бластули, однак становить собою скупчення бластомерів, більш або менш щільно притиснутих один до одного (мал. 135, 2). Потім відбувається диференціація клітин, під час якої подібні між собою клітини бластули спеціалізуються за своїми властивостями та функціями, змінюється їхня метаболічна активність. Згодом вони дають початок різним зародковим клітинам.

Цікаво знати

Ризокарпон географічний - довгожитель серед лишайників. Його вік може сягати до 4500 років (мал. 134. І). А вік одного з видів губок роду Аноксикалікс може становити 10 тис. років (мал. 134. ІІ). Це найбільший вік серед усіх тварин.

Мал. 134. Організми-довгожителі: І. Губка роду Аноксикалікс;

ІІ. Лишайник ризокарпон географічний

Мал. 135. Стадії ембріонального розвитку, які утворилися внаслідок дроблення: 1 - бластула; 2 - морула

Після утворення бластули починається формування гаструли (від грец. гастер - шлунок). Спочатку виникають два шари клітин: зовнішній - ектодерма (від грец. ектос - ззовні та дерма - шкіра) та внутрішній - ентодерма (від грец. ентос - усередині). Ці шари називають зародковими листками (мал. 136). На місці вгинання утворюється первинний рот, який веде в замкнену кишкову порожнину. На етапі гаструли завершується ембріональний розвиток жалких (поліпів і медуз). У дорослих особин цих тварин тіло складається з двох шарів клітин, є первинний рот і кишкова порожнина.

У більшості тварин після завершення гаструляції між зовнішнім і внутрішнім зародковими листками формується третій (середній) зародковий листок - мезодерма (від грец. мезос - середній) (мал. 137). У хордових тварин вона утворюється вигинанням у порожнину бластули трьох пар бічних виростів стінки первинної кишки. При цьому первинний рот замикається, а рот дорослої особини утворюється на протилежному кінці тіла. Таких тварин називають вторинноротими, на відміну від інших, які загалом зберегли первісне розташування ротового отвору, - первинноротих (плоскі та кільчасті черви, нематоди, членистоногі, молюски тощо).

Під час формування дво- або тришарової гаструли відбувається гістогенез (від грец. хістос - тканина та генезис - походження) - сукупність процесів, які забезпечують формування різних тканин з похідних різних зародкових листків. У цих процесах важливу роль відіграють міжклітинні взаємодії, вплив біологічно активних речовин тощо.

Клітини, що беруть участь у гістогенезі, бувають стовбуровими, напівстовбуровими (клітини-попередники) та диференційованими (зрілими). Стовбурові клітини недиференційовані і дають початок новим клітинам під час формування або оновлення (регенерації) тканин (мал. 138). Наприклад, у ссавців зі стовбурових клітин кровотворних органів виникають еритроцити, лейкоцити та клітини, з яких утворюються тромбоцити. Після поділу материнської стовбурової клітини одна з двох дочірніх клітин диференціюється, а друга залишається стовбуровою. Стовбурові клітини, на відміну від інших, здатні послідовно ділитися практично необмежену кількість разів. Крім того, вони стійкі до різних несприятливих чинників.

Запам'ятаємо: диференціація (від лат. диференція - розбіжність) - виникнення під час онтогенезу різних типів клітин з початково однорідних. Завдяки диференціації клітин згодом формуються різні тканини та органи. Диференціація визначена спадково, оскільки в клітинах різних типів не всі гени активні. Тому в кожній клітині реалізується не вся інформація генотипу, а тільки деяка частка, необхідна для диференціації саме цієї клітини.

Мал. 136. Утворення гаструли вгинанням шару клітин: 1 - бластоцель; 2 - ектодерма;

3 - ентодерма; 4 - первинний рот, який веде у порожнину первинної кишки

Мал. 137. Утворення мезодерми:

А - клітини зародка переміщуються у простір між екто- та ентодермою та розташовуються з боків первинного роту; Б - бічні вирости стінки первинної кишки вип’ячуються у порожнину бластули: 1 - клітини, які дають початок мезодермі; 2 - ектодерма; 3 - ентодерма; 4 - порожнина первинної кишки; 5 - клітини, які дають початок хорді; 6 - нервова пластинка, з якої формуватиметься нервова трубка

Мал. 138. Стовбурові клітини:

1 - поділ стовбурових клітин; їхні нащадки (2) диференціюються (3) і можуть давати початок клітинам різних тканин (4); 5 - стовбурові клітини можуть культивувати на штучних поживних середовищах

Запам'ятаємо: процес утворення нервової пластинки та нервової трубки називають нейруляцією, а зародок хордових тварин на цій стадії - нейрулою (мал. 139. ІІ).

Напівстовбурові клітини (клітини-попередники) - диференційовані клітини, що зберігають здатність до поділу. Диференційовані клітини входять до складу певних тканин і не здатні до поділу.

Водночас із формуванням тканин (гістогенезом) відбувається й органогенез (від грец. органон - орган та генезис) - розвиток органів та їхніх систем.

Які особливості органогенезу хордових тварин? В органогенезі хордових виділяють послідовні фази утворення нервової трубки та формування інших органів, коли молоді тварини набувають особливостей будови дорослих особин (мал. 139).

Нервова трубка починає утворюватися після закладання мезодерми. З ектодерми формується нервова пластинка; її бічні краї загинаються та з’єднуються в нервову трубку. Особливі біологічно активні речовини визначають, який саме з кінців нервової трубки розвинеться в головний мозок. Ектодерма над нервовою трубкою зростається і дає початок епітелію шкіри. У зародків хребетних передній кінець нервової трубки ділиться на п’ять первинних мозкових пухирів, які відповідають певним частинам головного мозку. В обидва боки від майбутнього проміжного мозку видуваються очні пухирі, з яких розвиваються очі.

Водночас із утворенням нервової трубки під нею формуються хорда та кишечник. Пригадайте: хорда - еластична скелетна вісь у хордових тварин. Лише в деяких груп (осетероподібні та дводишні риби тощо) вона зберігається протягом усього життя. У більшості хорда існує лише в зародків, а в дорослих її заступає хрящовий або кістковий хребет.

У формуванні різних тканин, органів та їхніх систем беруть участь різні зародкові листки. З ектодерми виникають нервова тканина, елементи органів чуття, зовнішній шар покривів (епідерміс) та шкірні залози, передня та задня кишки у безхребетних тварин, зовнішні зябра земноводних тощо. Ентодерма дає початок органам травлення та травним залозам (печінці, підшлунковій залозі), плавальному міхуру, внутрішнім зябрам, легеням, частинам деяких залоз внутрішньої секреції (гіпофіза, щитоподібної залози та ін.). З мезодерми беруть початок м’язові, хрящова та кісткова тканини, кровоносні та лімфатичні судини, серце, статеві залози, протоки видільних органів, сполучнотканинні шари шкіри (дерма), плевра, епітелій порожнини тіла, навколосерцева сумка (перикард).

Які умови забезпечують нормальний розвиток зародка тварин? Розвиток багатоклітинних тварин становить собою складні та узгоджені між собою процеси: поділ клітин, їхню міграцію, взаємодію та диференціацію. Вони регулюються завдяки активності генів, впливу біологічно активних речовин та міжклітинним взаємодіям.

Які особливості ембріонального розвитку вищих рослин? У вищих рослин зигота внаслідок поділу утворює зародкову твірну тканину, з якої згодом формуються інші зародкові тканини й органи. Пригадайте: зародок у покритонасінних складається із зародкових корінця та пагона, який несе перші листки - одну або дві сім’ядолі (мал. 140). На верхівці зародкових пагона та кореня розташовані конуси наростання, утворені клітинами твірної тканини. Вони забезпечують ріст у довжину цих органів. У голонасінних і покритонасінних зародок - складова частина насінини, яка вкрита покривами (шкіркою) і містить запас поживних речовин.

Мал. 139. Органогенез - процес формування органів у зародка. Завдання. Проаналізуйте будову гаструли (І) та нейрули (ІІ) та знайдіть зміни, які відбуваються на стадії нейрули

Запам'ятаємо: будь-який негативний вплив, що порушує регуляторні механізми, може спричиняти вади розвитку і навіть загибель зародка.

Мал. 140. Розвиток насінини покритонасінних та її проростання: І - початкові етапи ембріонального розвитку (1 - зародок); ІІ - формування тканин; ІІІ - формування насінини (2 - сім’ядолі; 3 - шкірка насінини);

IV - надземний, тип проростання (сім’ядолі виносяться на поверхню ґрунту); V - за рахунок твірної тканини відбувається подальший розвиток тканин та органів (верхівкова твірна тканина: 4 - пагона; 5 - кореня)

Ключові терміни та поняття:

онтогенез, ембріональний та постембріональний періоди розвитку, дроблення, бластула, гаструла, екто-, енто- та мезодерма, органогенез.

Перевірте здобуті знання

1. Дайте визначення поняття «онтогенез». 2. Які виділяють періоди онтогенезу? 3. Що таке дроблення? 4. Яка будова бластули? 5. Яка будова гаструли? 6. Як утворюється внутрішній зародковий листок - мезодерма? 7. Що таке гістогенез та органогенез?

Коротко про головне

Ембріональний розвиток багатоклітинних тварин починається з дроблення. Унаслідок цього утворюється бластула або морула.

Наступний етап - це гаструляція, тобто утворення з бластули двошарового зародка (гаструли). Згодом у більшості тварин, крім зовнішнього (ектодерми) і внутрішнього (ентодерми), виникає третій (середній) зародковий листок - мезодерма. Із цих зародкових тканин виникають тканини та органи дорослих особин.

Під час ембріогенезу відбувається диференціація - виникнення відмін у будові та функціях клітин, тканин, органів. При гістогенезі та органогенезі закладаються і формуються тканини, органи та їхні системи. У гістогенезі беруть участь стовбурові (дають початок новим клітинам), напівстовбурові та диференційовані клітини. Кожен із зародкових листків дає початок відповідним структурам.

Запам'ятаємо: ембріонізація розвитку - явище, коли зародковий період подовжується за рахунок живлення зародка поживними речовинами материнського організму (плацентарні ссавці, деякі хрящові риби, скорпіони) або яйцеклітини (плазуни, птахи).

Поміркуйте

1. Чим можна пояснити те, що бластомери під час дроблення не ростуть? 2. Чому куріння тютюну, вживання алкоголю та наркотиків у молодому віці може негативно позначитись на майбутніх нащадках?



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