Підручник Біологія 9 клас - В. І. Соболь - Абетка 2017

Тема 4. ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ

§ 31. ЗАКОНОМІРНОСТІ ІНДИВІДУАЛЬНОГО РОЗВИТКУ

Розвиток одноклітинної зиготи у багатоклітинний організм, чи то людської істоти, чи то дуба, відбувається в результаті процесів росту й диференціації.

К. Свенсон

Основні поняття й ключові терміни: ОНТОГЕНЕЗ. Ріст. Диференціація.

Пригадайте! Що таке розвиток?

Вправа

Середня маса новонародженого становить 3 200 г, а маса дорослої людини - в середньому 64 кг. У скільки разів і завдяки чому відбувається збільшення маси новонародженого під час онтогенезу людини?

ЗМІСТ

Які основні закономірності онтогенезу?

ОНТОГЕНЕЗ (від грец. онтос - те, що існує; генезіс - походження) - це індивідуальний розвиток особини від її зародження до смерті. Термін «онтогенез» ввів у науку німецький природодослідник Е. Геккель ще в 1866 р. Дослідженнями онтогенезу займається біологія розвитку. Основними завданнями цієї відносно молодої науки, що виникла упродовж останніх сорока років ХХ ст., є вивчення закономірностей реалізації генетичної інформації організмів упродовж життя, пізнання механізмів росту й диференціації клітин, формування тканин й органів та процесів регуляції функцій, регенерації, старіння та ін.

Особливості онтогенезу різних організмів залежать від рівня організації, особливостей життєдіяльності, походження тощо. Так, у багатоклітинних тварин в процесі утворення зародка виникають зародкові листки (ектодерма, ентодерма та мезодерма), з яких формуються тканини (епітеліальна, сполучна, м’язова і нервова), і органи, притаманні дорослим особинам. А у вищих рослин зародок має зародкові органи (зародковий корінець, стебельце й брунечку), що формуються із зародкової твірної тканини.

Іл. 81. Ернест Геккель (1834 - 1919)

Незважаючи на суттєві відмінності, онтогенез різних організмів має й загальні спільні закономірності.

1. Запрограмованість онтогенезу. Програма індивідуального розвитку - це закодована в генах спадкова інформація, що реалізується у взаємодії з чинниками середовища.

2. Нерівномірність процесів онтогенезу. Процеси онтогенезу (ріст, диференціація, розмноження, регенерація, старіння) здійснюються з різною інтенсивністю в різні періоди й стадії розвитку особин. Наприклад, швидкість росту вища на початку онтогенезу, з віком спостерігається зниження адаптаційних можливостей та життєздатності організму.

3. Незворотність онтогенезу. Під час реалізації генетичної програми повернення до попередніх стадій онтогенезу неможливе. Хоча науковці описали вид медузи турітопсіс (Turritopsis dohrnii), яка унікальна тим, що демонструє певну форму безсмертя. Це єдиний відомий екземпляр серед тварин, який здатний після досягнення статевої зрілості повністю повертатись до статевонезрілої колоніальної стадії розвитку.

4. Періодичність онтогенезу. Основними періодами онтогенезу організмів є ембріональний (зародковий) та постембріональний (післязародковий).

Пізнання закономірностей, причин і чинників онтогенезу є науковою основою для пошуку засобів впливу на розвиток рослин, тварин і людини, що має важливе значення для сільського господарства, біотехнології, екології, медицини.

Отже, онтогенез - це індивідуальний, запрограмований, нерівномірний, періодичний розвиток організмів.

Які процеси є основою індивідуального розвитку організмів?

Онтогенез - одне із найдивовижніших біологічних явищ, що відбувається завдяки росту й диференціації.

Ріст - процес, що забезпечує збільшення маси, розмірів, об’єму клітин завдяки переважанню процесів анаболізму. У одноклітинних організмів ріст здійснюється в інтерфазі й пов’язаний зі збільшенням клітини. Онтогенез багатоклітинних організмів окрім росту клітин супроводжується збільшенням ще й їх кількості. Ріст буває обмеженим і необмеженим. Обмеженим є ріст особини до певних розмірів, зазвичай за настання статевої зрілості (наприклад, більшість членистоногих, круглі черви, птахи, ссавці). У разі необмеженого росту особини збільшуються впродовж усього життя (наприклад, у вищих рослин, грибів, кільчастих червів, молюсків, риб, плазунів). Залежно від будови покривів тіла, особливостей розвитку та умов довкілля ріст буває безперервним або періодичним. За безперервного росту особина поступово збільшується, доки не досягає певних розмірів або не вмирає. Періодичний ріст відбувається, коли періоди збільшення розмірів чергуються з періодами припинення росту (наприклад, круглі черви і членистоногі ростуть лише під час линяння). Тип росту особин кожного виду визначається спадково і залежить від регуляційних механізмів організму, дії факторів довкілля тощо.

Диференціація - процес виникнення відмінностей у будові та функціях клітин, тканин та органів під час онтогенезу. Іншими словами - це утворення різних клітин з початково однорідних клітин. Генетичний матеріал клітин при цьому залишається незмінним. Відбувається переважно в ембріогенезі, а також в постембріогенезі завдяки стовбуровим клітинам у тварин та ініціальним клітинам у вищих рослин. Для упорядкованості росту й диференціації різних клітин у багатоклітинному організмі мають місце процеси інтеграції. Інтеграція клітин - це процес поєднання клітин у постійні чи тимчасові клітинні комплекси для виконання певних функцій. У такій системі першочергову роль відіграють міжклітинні контакти. Завдяки інтеграції проявляються властивості біологічних систем, що є ефектом взаємодії клітин.

В індивідуальному розвитку організмів мають місце й інші важливі процеси, як-то міграції клітин, сортування й склеювання (адгезія) клітин, процес запрограмованої загибелі клітин (апоптоз), регенерація та ін.

Отже, основними процесами онтогенезу організму є ріст та диференціація клітин.

Як відбувається регуляція онтогенезу?

Індивідуальний розвиток організмів здійснюється шляхом вибіркової діяльності певних генів у відповідному місці й у відповідний час. Центральною гіпотезою біології розвитку є гіпотеза диференціальної активності генів (або диференціальної експресії генів), яка полягає у тому, що диференціація клітин відбувається без змін генотипу. Всі клітини мають певний набір генів, властивий організму, але експресія цих генів регулюється таким чином, що різні клітини синтезують різні білки, які й визначають особливості клітин. Основними механізмами, які зумовлюють вибіркову роботу генів, у результаті чого виникають відмінності між клітинами, є регуляція на рівнях: а) транскрипції; б) дозрівання РНК; в) трансляції; г) післятрансляційної модифікації білків.

Також відомо, що на різних етапах онтогенезу активність генів залежить як від внутрішніх, так і від зовнішніх чинників. На початкових етапах розвитку між клітинами, що утворюються із зиготи, виникають відмінності в складі цитоплазми, пов’язані з різною кількістю жовткових включень та органел. Вважається, що цей цитоплазматичний розподіл (сегрегація) і є вихідним чинником, що активує в клітинах різні гени.

На пізніших етапах ембріонального розвитку вступає в дію ембріональна індукція. Це взаємодія між частинами зародка, завдяки чому одна із них визначає напрям розвитку сусідньої (іл. 82). Ембріональна індукція здійснюється в разі безпосереднього контакту клітин між собою. За відкриття організуючих ефектів у ембріональному розвитку німецький ембріолог Х. Шпеман (1869-1941) отримав Нобелівську премію з фізіології та медицини (1935). Пізніше було встановлено, що ці взаємовпливи здійснюються за участі спеціальних білкових речовин-індукторів, які надходять в ядро і змінюють активність генів.

На всіх етапах розвитку організмів велике значення має регуляція онтогенезу за допомогою гормонів. Так, значна кількість змін у пуголовка під час непрямого розвитку відбувається під дією тироксину - гормону щитоподібної залози.

У тварин регуляція розвитку є значно складнішою, оскільки окрім гормональної здійснюється ще й нервова регуляція.

Іл. 82. Взаємодія частин зародка, який розвивається

Крім того, на всіх етапах онтогенезу значний вплив на розвиток організмів мають чинники зовнішнього середовища (наприклад, зміни температури, їжа, надходження кисню тощо).

Отже, реалізація спадкової інформації генотипу під час індивідуального розвитку відбувається завдяки диференціальній активності генів, яка зазнає впливу внутрішніх та зовнішніх чинників.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на порівняння

Перед вами на ілюстраціях онтогенез вишні і жаби. За допомогою таблиці порівняйте на конкретних прикладах онтогенез рослин і тварин та зробіть висновок про причини подібності й відмінностей.

Ознака

Онтогенез рослин

Онтогенез тварин

Коли починається онтогенез?

Коли завершується онтогенез?

Де відбувається ембріогенез?

З чого формуються тканини і органи зародка?

Коли починається постембріогенез?

Які основні процеси онтогенезу?

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Наука

Олександр Ковалевський (1840 - 1901) - український природодослідник, якого цікавили порівняльна анатомія та ембріологія, фізіологія та гістологія тварин. Один із засновників Севастопольської біологічної станції, на базі якої було створено Інститут біології південних морів ім. О. Ковалевського НАН України. Сформулював вчення про зародкові листки і встановив загальні закономірності розвитку хребетних і безхребетних тварин. Про що свідчать ці спільні закономірності онтогенезу тварин?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1 - 6

1. Що таке онтогенез? 2. Яка наука вивчає онтогенез організмів? 3. Назвіть основні процеси онтогенезу? 4. Що таке ріст? 5. Що таке диференціація клітин? 6. Що таке інтеграція клітин?

7 - 9

7. Які основні закономірності онтогенезу? 8. Які процеси є основою індивідуального розвитку організмів? 9. У чому суть гіпотези диференціальної активності генів?

10 - 12

10. Які основні завдання та досягнення біології розвитку?



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