Підручник Біологія 9 клас - С. В. Межжерін - Підручники і посібники 2017

Тема 4. ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ

§ 26. Індивідуальний розвиток, або онтогенез. Ембріональний розвиток тварин і рослин

Терміни й поняття: індивідуальний розвиток, або онтогенез; диференціальна активність генів, ембріогенез, постнатальний розвиток, дроблення, бластомери, морула, бластула, гаструла, нейрула.

Індивідуальний розвиток, або онтогенез. Після запліднення й утворення зиготи в більшості багатоклітинних істот одразу ж починається індивідуальний розвиток, що супроводжується глибинними перетвореннями спочатку зародка, а потім уже організму, здатного до самостійного життя. Цей життєвий шлях від утворення зиготи й до смерті організму називають індивідуальним розвитком, або онтогенезом (від грец. онто — наявний і генезис — походження). Під час онтогенезу організм зазвичай не лише росте, збільшуючись у розмірах, а й проходить ряд різних життєвих фаз, на кожній з яких він має особливу будову, а в деяких випадках кардинально відрізняється за способом життя. Галузь біології, що вивчає онтогенез, називають біологією розвитку.

Програма онтогенезу. Онтогенез має чітку програму — реалізацію спадкової інформації, що записана в генах. Саме тому особливості індивідуального розвитку окремих особин, різниця в розмірах або формі тіла визначаються індивідуальними комбінаціями генів, що були отримані від батьків, а на рівні видів, родів і навіть рядів і класів — особливими генами, властивими кожній систематичній групі організмів.

Механізм реалізації спадкової інформації полягає в диференціальній активності генів. Це означає, що в різні періоди розвитку і в різних клітинах організму відбувається синтез тих чи інших іРНК. У результаті в клітині синтезується цілком визначений набір білків і ферментів, що врешті й визначає особливості метаболізму клітини та функцію, яку вона виконує, швидкість її росту й настання поділу.

Етапи онтогенезу. У багатоклітинних тварин і насінних рослин онтогенез поділяють на два періоди.

Перший, ембріональний розвиток, або ембріогенез (від грец. ембріон — зародок і генезис) — період життя ембріону, або зародка. Він триває: у тварин — від зиготи й до народження або виходу з яйця, а в рослин — від зиготи й до початку проростання насінини.

Другий період — постембріональний розвиток. У тварин він триває від народження або виходу з яйця, а у рослин — від проростання насінини чи спори й до самої смерті організму.

Перший етап ембріогенезу. Розглянемо стадії ембріонального розвитку на прикладі жаби озерної — тварини класу Земноводні (іл. 26.1).

Уже через кілька годин після проникнення сперматозоїда до яйцеклітини починається перший етап ембріогенезу — дроблення, тобто низка послідовних мітотичних поділів зиготи. При цьому кожного разу утворюються все дрібніші клітини, які називають бластомерами (від грец. бластос — паросток і мерос — частина). Напевно, ви пам'ятаєте, що яйцеклітини — це величезні за розмірами клітини, а отже, для розвитку передусім потрібно здійснити здрібнення клітин зародку, що відбувається за рахунок зменшення об'єму цитоплазми.

Іл. 26.1. Етапи дроблення зиготи жаби:

1 — початок формування борозни поділу; 2 — утворення перших двох бластомерів; 3 — стадія чотирьох бластомерів; 4 — стадія восьми бластомерів; 5 — стадія 16 бластомерів (бластомери починають розрізнятися за розмірами); 6— пізня морула (бластомерів уже кілька десятків)

Цей процес триває доти, доки розміри клітин не стануть такими самими, як розміри інших соматичних клітин цього виду організмів. У результаті на завершальному етапі дроблення маса й розміри зародка залишаються такими самими, як і на початку дроблення зиготи.

Дроблення зиготи має чітко встановлений порядок. Спочатку через полюси зиготи проходить поперечна борозна поділу, що ділить зиготу навпіл. Далі в такий самий спосіб проходить друга борозна, яка вже ділить зиготу на чотири бластомери. У подальшому поділи відбувається як у поперечному, так і в поздовжньому напрямках.

Другий етап ембріогенезу — утворення двошарового зародка. Наступним етапом онтогенезу є утворення вже двошарового зародка — гаструли (від грец. гастер — шлунок) (іл. 26.2). Після того як бластула жаби повністю сформувалася, дроблення клітин найбільш інтенсивно відбувається на одному з полюсів. Це призводить до того, що ця частина втягується всередину.

Іл. 26.2. Розвиток ембріона жаби після проходження процесу дроблення (схеми подані в розрізі):

1 — стадія бластули (лише первинна порожнина); 2-6— стадії утворення гаструли, (розпочинаються невеличким вгинанням і закінчуються утворенням вторинної порожнини тіла; на схемі 6 вгорі добре помітна нервова пластинка); (ПП — первинна порожнина, ВП — вторинна порожнина)

У результаті утворюється двошаровий зародок. Саме на цій стадії розвитку в багатоклітинних тварин з’являються зародкові листки — шари тіла зародка, які дають початок певним органам і тканинам.

У найбільш примітивних багатоклітинних тварин — губок і кишковопорожнинних — ембріональний розвиток завершується на стадії двох зародкових листків — внутрішнього й зовнішнього, а в усіх інших тварин утворюється ще й третій — проміжний.

Із зовнішнього шару клітин — ектодерми (від грец. ектос — зовнішній і дерма — шкіра) — у тварин утворюються тканини, що виконують переважно покривну функцію; з них також формуються органи чуття і зовнішня частина травної системи. Із внутрішнього шару клітин — ентодерми (від грец. ентос — внутрішній і дерма) — формуються органи дихальної, видільної та внутрішня частина травної систем, а із середнього шару — мезодерми (від грец. мезос — серединний і дерма) — статева система й органи, що виконують рухову та опорну функції.

Третій етап — період закладки органів. Спочатку відбувається формування органів, що визначають основу — вісь будови тіла майбутнього дорослого організму. Цей етап називають нейрулою (від грец. неврон — нерв). Відбувається закладка хорди, нервової та кишкової трубок. Потім починається бурхливий поділ клітин, який завершується різким збільшенням їх кількості, що, відповідно, спричиняє ріст ембріона. Далі починається спеціалізація клітин. Вони набувають форми й розмірів, відповідних до їх функцій — саме з таких клітин утворюються різні тканини та органи, а контакти й взаємодії цих різних за будовою і функціями клітин забезпечують зв'язки окремих органів тіла один з одним.

Особливості ембріонального розвитку вищих хребетних тварин. Розвиток зародків плазунів. птахів і ссавців на ранніх стадіях розвитку дуже схожий на розвиток жаби, але в них уже, починаючи зі стадії бластули, з являються спеціальні зародкові оболонки, які захищають зародок, що розвивається, від висихання й інших негативних впливів середовища. Саме наявність яйцевих оболонок дозволила плазунам покинути водне середовище проживання й стати суходільними істотами.

Особливості будови зародків рослин. У квіткових рослин зародок міститься всередині насінини і в представників різних класів має свої особливості (іл. 26.3).

Іл. 26.3. Будова насінин дводольних (а) та однодольних (б) рослин

Згадайте: у дводольних рослин зародок доволі великий і складається зі шкірки, зародкового кореня, зародкового стебла, зародкової бруньки й двох сім'ядоль, у яких міститься запас поживних речовин, необхідних для проростання насінини й розвитку (іл. 26.3 а).

У насінинах однодольних рослин замість шкірки — оболонка (іл. 26.3 б), зародок дуже малий і містить одну сім'ядолю, хоча також має зародковий корінь, зародкове стебло та зародкові бруньки. Крім того, поживні речовини, які в однодольних називають ендоспермом (від грец. ендос — внутрішній і сперма — насінина), містяться окремо від зародка.

Ембріональний розвиток у квіткових рослин. Відразу після утворення насінина не здатна дати початок новій рослині й деякий час повинна перебувати в стані спокою, після чого вона готова до проростання — переходу від стану спокою до росту зародка та перетворення його на паросток.

Проростання починається з моменту проникнення води в насінину через отвір біля рубчика. Вода зумовлює набухання насінини. Запасальні речовини ендосперму чи сім'ядолей переходять у розчинний стан і стають доступними для живлення клітинам зародка. Відтак розпочинається процес проростання насінини, для якого потрібні ще дві умови: достатньо висока температура та доступ кисню до насінини. Проростання (іл. 26.4) починається з того, що через розриви покривів з насінини виходить зародковий корінець. Він швидко росте вниз, випереджуючи ріст інших органів зародка, та закріплює рослину в ґрунті. В однодольних поряд з головним коренем швидко з'являються ще два-три інші корені. Потім починає рости вгору зародковий пагін: його стеблова частина подовжується й у дводольних рослин виносить вгору над ґрунтом сім'ядолі та верхівкову бруньку; в однодольних рослин швидко розвивається щиток. Далі розвивається надземний пагін зі справжніми зеленими листками.

Іл. 26.4. Етапи розвитку насінини

Життя організму від зиготи і до смерті називають онтогенезом, або індивідуальним розвитком. Онтогенез складається з двох етапів: ембріонального розвитку (ембріогенезу) і постембріонального, або постнатального розвитку. Ембріональний розвиток усіх тварин складається з кількох етапів: дроблення зиготи, утворення зародків, спеціалізації клітин, закладки органів. Дроблення зиготи завершується утворенням бластули, яка переходить у гаструлу, на стадії якої у тварин утворюються три шари зародкових листків. З ектодерми утворюються покривні тканини, а також органи чуття і зовнішня частина травної системи. З ентодерми формуються органи дихальної й травної систем. З мезодерми виникають органи, що виконують рухову й опорну функції. Ембріональний розвиток рослин складається з двох періодів: формування зародка в насінині та проростання, за якого відбувається подальший розвиток зародка: формування ембріонального кореня та ембріонального пагона.

1. Що означає термін «онтогенез»? 2. У чому полягають особливості процесу дроблення? 3. Що собою являє процес утворення гаструли? 4. З якого шару клітин утворюються скелетні м’язи? 5. У чому полягають особливості будови ембріонів однодольних та дводольних рослин? 6. Як відбувається проростання насінини?

· Чи правильно вважати зародок квіткових рослин ембріоном?





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