Индивидуальное развитие организмов. Биогенетический закон.

Тема: Индивидуальное развитие организмов. Биогенетический закон.

Цель: познакомиться с понятиями онтогенез и филогенез, этапами онтогенеза, законом зародышевого сходства и биогенетическим законом.

Ход урока

Актуализация знаний

Вопросы:

1. Где развивается зародыш млекопитающих?

2. Что такое зигота?

Содержание урока

При половом размножении начало всему организму дает одна клетка – зигота, при бесполом размножении – одна клетка или несколько клеток родительской особи. Но в любом случае для того, чтобы малое число клеток превратилось в полноценный организм, необходим целый ряд сложных, сменяющих друг друга превращений. Процесс индивидуального развития особи от момента ее образования до конца жизни получил название онтогенеза (от греческого ontos – сущее и genesis - происхождение).

Онтогенез делят на два периода: эмбриональный (от греческого embrion - зародыш) и постэмбриональный. Эмбриональный период (эмбриогенез) длится с момента образования зиготы до рождения (например, у млекопитающих) или выхода из яйцевых оболочек (например, у птиц). Постэмбриональный период начинается с момента рождения и длится до конца жизни особи.

Эмбриональный период

У всех многоклеточных организмов стадии эмбрионального развития зародыша одни и те же, однако, они могут протекать по-разному. Яйцеклетки одних животных содержат мало питательных веществ, и образовавшаяся зигота может развиваться свободно. У других животных яйцеклетка снабжена огромным, по сравнению с ее размерами, запасом питательных веществ, и развитие зиготы происходит совсем по-другому. Примером таких животных являются птицы.

Разберем эмбриональное развитие зародыша у ланцетника (рисунок 48 «Дробление оплодотворенного яйца ланцетника и образование зародышевых листков» на странице 95 учебника). Первый его этап называется дроблением. Оплодотворенная яйцеклетка – зигота – начинает делиться митозом. Первое деление происходит в вертикальной плоскости, и зигота делится на две одинаковые клетки, которые называются бластомерами (от греческого blastos – зародыш и meros - часть). Бластомеры не расходятся, а делятся еще раз, и образуется уже 4 клетки. Третье деление происходит в горизонтальной плоскости, и из четырех образуется 8 бластомеров. Далее продольные и поперечные деления сменяют друг друга, возникает все больше бластомеров. Деления происходят очень быстро, бластомеры не растут, а даже – по мере последовательных делений – уменьшаются в размерах. Постепенно бластомеры располагаются в один слой и образуют полый шарик – бластулу (рисунок 48 «Дробление оплодотворенного яйца ланцетника и образование зародышевых листков» на странице 95 учебника). Полость внутри бластулы получила название первичной полости тела или бластоцели.

На одном из полюсов бластулы клетки ее стенки, быстро делясь митозом, начинают впячиваться внутрь первичной полости тела (рисунок 48 «Дробление оплодотворенного яйца ланцетника и образование зародышевых листков» на странице 95 учебника). Так образуется второй, внутренний слой клеток зародыша. Получившийся двухслойный шарик называется гаструлой (от греческого gaster - желудок) (рисунок 48 «Дробление оплодотворенного яйца ланцетника и образование зародышевых листков» на странице 95 учебника).

Наружный слой клеток называется эктодерма или наружный зародышевый листок, а внутренний – энтодерма или внутренний зародышевый листок. Полость, образовавшаяся внутри гаструлы, является первичной кишкой, а отверстие, едущее в первичную кишку, называется первичным ртом (рисунок 48 «Дробление оплодотворенного яйца ланцетника и образование зародышевых листков» на странице 95 учебника). Затем между энтодермой и эктодермой образуется третий зародышевый листок – мезодерма. Эта стадия зародыша называется нейрулой. На стадии нейрулы начинается формирование тканей и органов будущего животного.

Из эктодермы закладывается нервная пластинка (рисунок 48 «Дробление оплодотворенного яйца ланцетника и образование зародышевых листков» на странице 95 учебника), которая в дальнейшем развивается в нервную трубку. У позвоночных животных из нервной трубки образуются спинной и головной мозг. Из эктодермы формируются также органы зрительной, обонятельной и слуховой систем, а также наружный слой кожи.

Клетки энтодермы образуют трубку – будущий кишечник, а выросты зачатка кишечника впоследствии превращаются в печень, поджелудочную железу и легкие.

Большая часть организма животных образуется из третьего зародышевого листка – мезодермы. Из нее развиваются хрящевой и костный скелет, почки, мышечная, половая и сердечно-сосудистая системы.

Весь организм развивается из одной клетки – зиготы, а клетки всех органов и тканей, несмотря на разнообразие строения, содержат одинаковый набор генов.

Постэмбриональный период

В момент рождения или выхода организма из яйцевых оболочек наступает период постэмбрионального развития.

Постэмбриональное развитие может быть прямым, когда из яйца или организма матери появляется существо, сходное со взрослым (пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие), и непрямым, когда образовавшаяся в эмбриональный период личинка устроена проще, чем взрослый организм, и отличается от него способом питания, движения и др. (кишечнополостные, плоские и кольчатые черви, ракообразные, насекомые, земноводные).

При прямом развитии происходит рост организма, развиваются некоторые системы органов, например половая система и др. Таким образом, изменения в организме велики, но общий план его строения и способ существования не меняются.

При непрямом развитии из яйца выходит личинка; часто это дает таким организмам некоторые преимущества. Например, у малоподвижного двустворчатого моллюска беззубки свободноплавающая личинка может прикрепляться зубчатыми створками раковины к телу рыб и таким образом перебираться на новые, отдаленные места обитания. У неподвижных асцидий личинка сама способна перемещаться на большие расстояния. Как правило, личинки и взрослые особи питаются по-разному и не конкурируют друг с другом. Например, головастик лягушки живет в воде и питается растительной пищей, а взрослая особь – живет на суше и является хищником. Гусеницы бабочек питаются чаще всего листьями, а взрослые бабочки – нектаром цветков или совсем не питаются. У отдельных видов личинки даже способны самостоятельно размножаться, например, некоторые плоские черви, земноводные. В личиночный период жизни происходит интенсивное питание, рост и расселение животных. Непрямое постэмбриональное развитие требует сложной перестройки при переходе к взрослой форме: одни органы должны исчезнуть (хвост и жабры головастика), а другие – возникнуть (конечности и легкие лягушки).

Биогенетический закон

Сравнение зародышей разных видов животных показало, что развитие эмбрионов в пределах одного типа во многом сходно. Например, у всех хордовых на ранней стадии развития есть хорда, нервная трубка и кишечная трубка с жаберными полостями в ней. Эмбрионы всех групп позвоночных на ранних стадиях внешне очень похожи (рисунок 49 «Сходство эмбрионов некоторых животных на ранних стадиях развития» на странице 98 учебника). Этот факт позволил Карлу Бэру сформулировать закон зародышевого сходства: «В пределах типа эмбрионы, начиная с самых ранних стадий, обнаруживают известное общее сходство». Однако при дальнейшем развитии каждый зародыш развивается своим путем и приобретает все большее сходство с особями своего вида. Человек, например, начинает свое эмбриональное развитие с одной клетки – зиготы, то есть, как бы проходит стадию простейших, бластула аналогична колониальным животным, сходным с вольвоксом, гаструла – аналог двухслойных кишечнополостных. В первые недели эмбриогенеза у будущего человека есть хорда, жаберные щели и хвост, то есть он напоминает древнейших хордовых, сходных по строению с нынешним ланцетником. Этот и многие другие примеры показывают связь между индивидуальным развитием каждого организма и эволюцией вида, к которому этот организм относится.

Эта мысль была сформулирована в биогенетическом законе Ф.Мюллера и Э. Геккеля: индивидуальное развитие особи (онтогенез) до определенной степени повторяет историческое развитие вида (филогенез), к которому относится данная особь.

Известный русский ученый А. Н. Северцев внес важные дополнения в этот закон. Он установил, что в эмбриогенезе повторяются признаки зародышей, а не взрослых особей. Например, жаберные щели у зародыша человека сходны по строению с жаберными щелями зародышей рыб, а не с жабрами взрослых рыб.

Биогенетический закон имеет очень важное значение, поскольку свидетельствует об общих предках животных, относящихся к различным систематическим группам. Он позволяет использовать данные эмбриологии для воссоздания хода филогенеза.

Закрепление

Вопросы:

1. Чем начинается и чем заканчивается эмбриональный период развития?

2. Чем начинается и чем заканчивается постэмбриональный период развития?

3. Какие системы органов образуются из эктодермы, энтодермы, мезодермы?

4. Приведите примеры животных с прямым и непрямым развитием.

5. В чем значение биогенетического закона?

Обобщение

Вывод: Индивидуальное развитие организма называется онтогенезом. Стадии эмбрионального периода: дробление, бластула, гаструла, нейрула.

Организм формируется из трех зародышевых листков: эктодермы, энтодермы и мезодермы.

Закон зародышевого сходства: в пределах типа эмбрионы обнаруживают известное сходство.

Биогенетический закон: индивидуальное развитие особи (онтогенез) до определенной степени повторяет историческое развитие (филогенез) вида, к которому относится эта особь.

Домашнее задание

1. Параграф 3.4. на страницах 93-99 учебника.

2. Вопросы 1-5 на странице 99 учебника.

3. Словарь: онтогенез, эмбриогенез (эмбриональный период онтогенеза), постэмбриональный период онтогенеза, дробление, бластомеры, бластула, первичная полость тела, гаструла, эктодерма (наружный зародышевый листок), энтодерма (внутренний зародышевый листок), первичная кишка, первичный рот, мезодерма (средний зародышевый листок), нейрула, нервная трубка, прямое развитие, непрямое развитие, закон зародышевого сходства, биогенетический закон, филогенез.

2