Индивидуальное развитие организмов – онтогенез
Процесс индивидуального развития. Индивидуальное развитие организма, представляющее собой совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом от момента слияния гамет и до смерти организма, носит название онтогенеза. Термин «онтогенез» ввел в науку немецкий ученый Э. Геккель в 1866 г. (Область биологии, изучающую онтогенез, называют биологией развития.) Онтогенез – процесс сложный и протекающий по-разному у организмов различных систематических групп.Индивидуальное развитие одноклеточных организмов заключается в том, что в двух дочерних особях, возникших в результате деления материнской клетки, обычно органоиды материнского происхождения разрушаются и заменяются вновь сформированными органоидами. В ходе онтогенеза одноклеточные организмы растут, изменяется их биохимическая и физиологическая активность.
Онтогенез многоклеточных животных. В онтогенезе многоклеточных организмов выделяют два основных периода: зародышевый (эмбриональный) и послезародышевый (постэмбриональный).
Зародышевый период развития. Зародыш в своем развитии проходит три последовательные стадии: дробления, гаструляции, гистогенеза и органогенеза.
Стадия дробления. Это начальная стадия эмбрионального развития. Основное ее значение заключается в образовании многоклеточности. На этой стадии зигота вначале митотически делится 2 раза в продольном направлении. Получаются четыре одинаковые клетки – бластомеры. Затем бластомеры делятся поочередно в поперечном и продольном направлениях. Деление клеток происходит быстро, бластомеры не растут, и их размеры по мере увеличения числа клеток уменьшаются. Дробление заканчивается образованием шаровидной бластулы (от греч. blastos – зачаток, росток), стенка которой состоит из одного слоя клеток.
|
|
|
Стадия гаструляции. У ланцетника, как и у всех других многоклеточных животных, за дроблением наступает стадия гаструляции. Она представляет собой сложный процесс перемещения эмбрионального материала с образованием двух, а затем трех слоев тела зародыша, называемых зародышевыми листками (эктодерма, мезодерма, эктодерма).
В ходе гаструляции зародыш становится двухслойным вследствие впячивания внутрь части клеток однослойной стенки бластулы . Постепенно обособляются зародышевые листки – эктодерма (наружный слой клеток) и энтодерма (внутренний слой клеток) гаструлы (от греч. gaster – желудок). Ограниченная энтодермой полость называется полостью первичного кишечника. Она открывается наружу отверстием – первичным ртом. Впервые гаструлу описал А. О. Ковалевский в 1865 г. и назвал ее «кишечной личинкой», а термин «гаструла» ввел Э. Геккель позже, в 1874 г. Открытие стадии двухслойного зародыша в развитии многоклеточных организмов имело существенное значение для доказательства единства происхождения животных.При дальнейшем развитии гаструлы образуется третий зародышевый листок – мезодерма. Она закладывается в виде двух карманообразных выпячиваний энтодермы и залегает между эктодермой и энтодермой.
|
|
|
Стадия гистогенеза и органогенеза. Дифференцированный на три зародышевых листка зародышевый материал дает начало всем тканям и органам. Процесс образования тканей называют гистогенезом, а формирование органов – органогенезом.
Критические периоды эмбрионального развития человека. Экспериментальное изучение зародышевого развития животных привело к представлению о так называемых критических периодах. В отношении развития зародыша человека большое значение имеют следующие критические периоды: 6–7-е сутки после зачатия (имплантация в стенку матки, формирование плаценты), конец 2-й недели беременности (период нейруляции – закладки нервной системы) и роды (резкое изменение условий существования после родов и перестройка деятельности всех систем организма: изменяется характер кровообращения, газообмена, питания и т. д.).
|
|
|
Период послезародышевого развития. Этот период у животных может протекать по-разному – по типу прямого или непрямого развития.Прямое развитие происходит без личиночных стадий, путем постепенного перехода вышедшего из яйцевых оболочек животного во взрослую форму. Прямое развитие наблюдается у некоторых насекомых, большинства рыб, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих.
Непрямое развитие характеризуется одной или несколькими личиночными стадиями. Как вы знаете из раздела «Животные», у насекомых различается развитие с полным и неполным метаморфозом.Для развития с полным метаморфозом в жизненном цикле характерна, помимо стадии личинки, стадия куколки. Куколка – неподвижная стадия, во время которой происходит резкая перестройка тканей и органов. Она связана с разрушением личиночных тканей и органов и использованием их материала для построения тканей и органов взрослого организма. С полным метаморфозом развиваются жуки, бабочки, двукрылые, перепончатокрылые, блохи.
Развитие с неполным метаморфозом наблюдается у тараканов, тлей, вшей, клопов, прямокрылых. Стадии куколки у них нет, и личинка превращается во взрослое насекомое через многократные линьки.Личинки отличаются от взрослых форм наличием специальных личиночных оболочек и личиночных органов, которые на данном этапе онтогенеза имеют большое значение. У взрослых организмов эти органы отсутствуют. Примерами таких органов могут служить жабры личинок стрекоз, жабры и хвост у головастиков и др. Личинки ведут подвижный образ жизни. У многих видов личиночная стадия обеспечивает расселение. Особенно это важно для сидячих и малоподвижных организмов, так как позволяет избежать перенаселения, которое могли бы создать потомки в местообитании родительских особей. Перенаселение повлекло бы за собой усиление конкуренции за пищу и другие ресурсы среды обитания. Поэтому многие морские организмы (мидии, морские желуди и др.) производят огромное количество свободноплавающих личинок, широко распространяющихся в водной среде. Личинки обычно существенно отличаются от взрослых особей по своему местообитанию (например, взрослые лягушки живут в наземно-воздушной среде, а их личинки (головастики) – в водной). Различаются личинки и взрослые особи также по способам питания, передвижения, поведению. Благодаря таким особенностям в популяциях животных значительно снижается конкуренция за пищу, пространство и др.
|
|
|
Организм и среда
Факторы среды. Любой организм существует в определенной среде. Среда – это все, что окружает организмы, из среды они получают необходимые для жизни вещества и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Испытывая потребность в притоке вещества и энергии, организмы полностью зависят от среды. Элементы среды, так называемые факторы среды, или экологические факторы, постоянно воздействуют на организмы. Как только обмен со средой прекращается, активная жизнь организмов становится невозможной.
Фактор среды (от греч. factor – делающий, производящий) – это явление или любой природный компонент физико-механического, химического или биологического происхождения, прямо или косвенно влияющий на организм. В природе на организм одновременно воздействует не один какой-либо фактор, а их совокупность. Условия среды, при которых какой-либо фактор (или совокупность факторов) оказывает угнетающее действие на жизнедеятельность организмов, называют ограничивающими. В процессе эволюции у организмов вырабатываются наследственно закрепленные особенности, обеспечивающие устойчивость к воздействиям факторов среды – адаптации (от лат. adaptatio – приспособление), представляющие собой процесс и результат приспособления организмов к определенным условиям внешней среды. Все экологические факторы подразделяют на факторы неживой природы – абиотические (от греч. a – частица отрицания, biote – жизнь), факторы живой природы – биотические и деятельность человека – антропогенные.
Абиотические факторы. Абиотические факторы среды – температура, влажность, газовый состав воздуха, атмосферное давление, минеральный состав воды и почвы, различные виды излучения (электромагнитное, инфракрасное, видимого диапазона, ультрафиолетовое, проникающее) и др. Одним из наиболее важных абиотических факторов среды, определяющих существование, развитие и распространение организмов на Земле, является температура. Растения не обладают собственной температурой, но у них есть морфологические и физиологические механизмы терморегуляции, имеющие приспособительное значение, т. е. направленное на защиту организма от действия неблагоприятных температур.
Биотические факторы. Биотические факторы представляют собой совокупность взаимного влияния живых организмов друг на друга. Одни из них могут служить пищей для других (например, жертва для хищника, травянистые растения для копытных); быть средой обитания (например, хозяин для паразита); способствовать размножению (например, насекомые-опылители для цветковых растений) н т. д. Один из распространенных типов взаимодействий – конкуренция. Конкуренция возникает как между особями одного вида, так и между особями, принадлежащими к разным видам. Она может происходить за пищу, местообитание н другие условия„необходимые для жизни. Наиболее остро конкуренция протекает между видами, нуждающимися в сходных условиях среды.Между особями разных видов возможны такие типы взаимодействий, кзк хищничество, паразитизм, симбиоз и др. Хищничество – форма взаимоотношений между организмами разных видов, из которых один (хищник) поедает другого (жертву, добычу), обычно предварительно убив его. Например, насекомых поедают многие виды птиц, травоядных животных съедают хищники. При паразитизме представитель одного вида живет за счет клеток, тканей живого организма, относящегося к другому виду. Все вирусы, многие болезнетворные бактерии, некоторые простейшие, плоские и круглые черви, а также вши, клещи, некоторые грибы, растения – повилика, петров крест, раффлезия – все это примеры организмов-паразитов.
Среды жизни. Окружающая организмы среда очень разнообразна. По комплексам сходных условий выделяют четыре основных среды жизни: водную, наземно-воздушную, почвенную и организменную.
Водная среда характеризуется физико-химическими свойствами воды. Например, плотность воды определяет «опорность» среды. В воде организмы могут опираться на воду и даже как бы впарить» в ней. Кроме плотности воды, факторами водной среды являются температура, прозрачность, соленость, кислотность, ее газовый состав, давление, световой режим.
Наземно-воздушная среда характеризуется такими ограничивающими факторами, как резкие колебания температуры и давления, недостаток влаги, колебания газового состава воздуха, высокая интенсивность освещения, движение воздушных масс. Можно выделить адаптации организмов к низким значениям плотности, давления и влажности в условиях наземно-воздушной среды: возникновение устьиц у растений, развитие наружного или внутреннего твердого скелета и покровных тканей у животных и др.
Почвенная среда. Ограничивающие факторы почвенной среды жизни– высокая или низкая влажность, высокая плотность среды, отсутствие света, механический и химический составы, недостаток кислорода. Адаптации почвенных организмов проявляются у некоторых из них в уменьшении размеров, развитии «роющих» конечностей, утрате функции органа зрения (у крота, слепыша) и др.
Влияние живых организмов на среду. Организмы не только зависят от среды и испытывают влияние множества экологических факторов, но и сами влияют на среду. Например, ель вызывает сильное затемнение среды, а мох-сфагнум – ее значительное увлажнение. Но что еще намного важнее, ст жизнедеятельности организмов зависит газовый состав водной среды и атмосферного воздуха. Кислород поступает в атмосферу благодаря фотосинтезу зеленых растений и потребляется во время дыхания всеми организмами-аэробами. Углекислый газ из воздуха поглощается зелеными растениями при фотосинтезе и вновь возвращается в воздушную среду в результате дыхания организмов и разложения останков погибших особей при участии микроорганизмов. От деятельности живых организмов зависит содержание растворенных органических веществ и минеральных солей в почве и природных водах.Таким образом, организмы испытывают постоянное и множественное влияние факторов среды и сами влияют на среду. Взаимодействие организмов и среды обитания изучает наука экология. Термин «экология» (от греч. oikos – дом, жилище; logos – учение) предложил в 1866 г. немецкий ученый Э. Геккель. Он рассматривал экологию как науку о взаимоотношениях живых организмов или групп организмов со средой их обитания. В настоящее время экология изучает законы существования, функционирования живых систем разного уровня в их взаимодействии с окружающей средой. Главная задача экологии – найти способы управления природными и антропогенными (созданными деятельностью человека) системами в соответствии с законами природы, определить пути гармонизации экономических потребностей человека с возможностями природы.
Вид и его критерии
Развитие представлений о виде. Понятие «вид» – одно из самых сложных в биологии. Впервые термин «вид» использовал английский систематик Дж. Рей в 1693 г. Он различал виды по двум признакам: все особи одного вида имеют практически одинаковые черты строения и все они могут свободно скрещиваться, передавая свои свойства потомкам. Учение о виде развил шведский ученый К. Линней, назвав вид совокупностью сходных по строению особей, дающих плодовитое потомство. В частности, он дал описание 10 тыс. видов растений и более 2 тыс. видов животных. К. Линней разработал биологическую номенклатуру (перечень названий), предложив бинарные (состоящие из двух слав) названия видам растений и животных на латинском языке, первым словом обозначая род, а вторым – видовую принадлежность. К. Линней выдвинул принцип иерархичности систематических категорий (таксонов): виды объединяются в роды, роды – в отряды, отряды – в классы и т. д.
В первой четверти XIX в. французский ученый Ж. Б. Ламарк разработал систему классификации растений и животных. Он пришел к выводу, что виды постоянно изменяются и поэтому реально не существуют. Иначе говоря, он признавал реальным существование только особей, а виды считал созданием человеческого разума.
Учение о виде было обогащено и развито взглядами Ч. Дарвина. Ученый считал, что вид реально существует, обладает совокупностью признаков и в то же время изменяется под действием естественного отбора. Вместе с тем в трудах Ч. Дарвина иногда встречаются противоречивые высказывания. Например: «Термин "вид" я считаю совершенно произвольным, придуманным ради удобства, для обозначения группы особей, близко между собой схожих».
Современное определение понятия «вид». Оно сложилось благодаря трудам многих ученых только к середине XX в. Современное представление о виде заключается в том, что виды реальны, хотя различия между ними не всегда заметны. Все особи одного вида имеют общую генетическую программу, которая возникла в ходе предшествующей биологической эволюции.
В обобщенной форме можно дать следующее определение: вид – это исторически сложившаяся совокупность особей, сходных по морфологическим, физиологическим и биохимическим свойствам; свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенную область – ареал.
Критерии вида. Каждый вид живых организмов обладает совокупностью черт, особенностей, свойств, т. е. признаками. Признаки, которыми виды отличаются друг ст друга, называются критериями вида. Критерии отражают наиболее характерные для вида признаки.
Назовем основные из них.Морфологический критерий характеризует сходные особенности внешнего и внутреннего строения особей одного вида. Морфологические признаки очень изменчивы. Например, сосны, растущие в лесу и на открытых пространствах, выглядят по-разному.
Физиологический критерий определяет сходство процессов жизнедеятельности у особей одного вида (питание, обмен веществ, размножение, биологические ритмы и др.).
Биохимический критерий отражает сходство биохимических признаков особей одного вида, их способность синтезировать, накапливать, использовать определенные химические соединения.
Экологический критерий характеризует совокупность условий окружающей среды, в которой существует вид (место и роль в цепях питания, особенности температурного режима, влажность, освещение, кислотность и газовый состав среды и т. д.). Этологический критерий отражает особенности поведения особей, выявляемые при определении видовой принадлежности животного организма.
Географический критерий определяет ареал обитания, т. е. область распространения вида в природе.
Генетический критерий основан на том, что каждый вид имеет свойственный ему набор хромосом, их определенное число и структуру. Иначе говоря, особи одного вида обладают одинаковым кариотипом. Например, у человека диплоидный набор хромосом (2n) составляет 46 хромосом. Генетический критерий характеризует вид как целостную генетическую систему, составляющую генофонд вида. т. е. совокупность генотипов всех относящихся к данному виду особей.
Нельзя определить видовую принадлежность особи по одному критерию. Нередко для определения вида используют внешние признаки, т. е. морфологический критерий.
Однако существуют виды-двойники, которые внешне почти не отличаются друг от друга, хотя в природе изолированы и не скрещиваются между собой. Например, восточноевропейская попевка имеет 54 хромосомы, а обыкновенная попевка – 46, хотя по внешнему виду они не отличаются друг от друга. Естественно, что разное количество хромосом у видов-двойников служит непреодолимым препятствием для их скрещивания. В Европе встречается 15 видов-двойников комаров, ранее объединяемых под названием «малярийный комар». Доля видов-двойников среди млекопитающих достигает 10%.
Генетический критерий достаточно надежен. Но иногда встречаются виды, имеющие сходные наборы хромосом. Кроме того, в пределах вида могут быть широко распространены наследственные изменения (мутации), приводящие к изменению числа хромосом, что затрудняет точное определение принадлежности особи к тому или иному виду.
Итак, каждый критерий в отдельности не может быть основанием для определения вида; только в совокупности они позволяют точно выявить видовую принадлежность особи.
Американский биолог Э. Майр считал, что «вид – это группа скрещивающихся или обладающих такой возможностью популяций, которая репродуктивно изолирована от других подобных групп».
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 734; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!