Соотношение онтогенеза и филогенеза в эволюции

Размещено на http://www.allbest.ru/

МОУ СОШ № 28

Реферат

На тему «Соотношение онтогенеза и филогенеза в эволюции»

Ученица: 11 «Г»

Печкурова Эля

Учитель: Ковяткина

Елена Сергеевна

Пермь, 2011

Введение

1. Онтогенез

Онтогенемз -- индивидуальное развитие организма от оплодотворения (при половом размножении) или от момента отделения от материнской особи (при бесполом размножении) до смерти.

У многоклеточных животных в составе онтогенеза принято различать фазы эмбрионального (под покровом яйцевых оболочек) и постэмбрионального (за пределами яйца) развития, а у живородящих животных пренатальный (до рождения) и постнатальный (после рождения) онтогенез.

У семенных растений к эмбриональному развитию относят процессы развития зародыша, происходящие в семени.

Термин «онтогенез» впервые был введен Э. Геккелем в 1866 году. В ходе онтогенеза происходит процесс реализации генетической информации, полученной от родителей.

Онтогенез делится на два периода:

эмбриональный -- от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек;

постэмбриональный -- от выхода из яйцевых оболочек или рождения до смерти организма.

1. Эмбриональный период

В эмбриональном периоде выделяют три основных этапа: дробление, гаструляцию и первичный органогенез. Эмбриональный, или зародышевый, период онтогенеза начинается с момента оплодотворения и продолжается до выхода зародыша из яйцевых оболочек. У большинства позвоночных он включает стадии (фазы) дробления, гаструляции, гисто- и органогенеза.

· Дробление

Дробление -- ряд последовательных митотических делений оплодотворенного или инициированного к развитию яйца. Дробление представляет собой первый период эмбрионального развития, который присутствует в онтогенезе всех многоклеточных животных и приводит к образованию зародыша, называемого бластулой (зародыш однослойный). При этом масса зародыша и его объем не меняются, то есть они остаются такими же, как у зиготы, а яйцо разделяется на все более мелкие клетки -- бластомеры. После каждого деления дробления клетки зародыша становятся все более мелкими, то-есть меняются ядерно-плазменные отношения: ядро остается таким же, а объем цитоплазмы уменьшается. Процесс протекает до тех пор, пока эти показатели не достигнут значений, характерных для соматических клеток. Тип дробления зависит от количества желтка и его расположения в яйце. Если желтка мало и он равномерно распределен в цитоплазме (изолецитальные яйца: иглокожие, плоские черви, млекопитающие), то дробление протекает по типу полного равномерного: бластомеры одинаковы по размерам, дробится все яйцо. Если желток распределен неравномерно (телолецитальные яйца: амфибии), то дробление протекает по типу полного неравномерного: бластомеры -- разной величины, те, которые содержат желток -- крупнее, яйцо дробится целиком.

При неполном дроблении желтка в яйцах настолько много, что борозды дробления не могут разделить его целиком. Дробление яйца, у которого дробится только сконцентрированная на анимальном полюсе «шапочка» цитоплазмы, где находится ядро зиготы, называется неполным дискоидальным (телолецитальные яйца: пресмыкающиеся, птицы). При неполном поверхностном дроблении в глубине желтка происходят первые синхронные ядерные деления, не сопровождающиеся образованием межклеточных границ. Ядра, окруженные небольшим количеством цитоплазмы, равномерно распределяются в желтке. Когда их становится достаточно много, они мигрируют в цитоплазму, где затем после образования межклеточных границ возникает бластодерма (центролецитальные яйца: насекомые).

· Гаструляция

Гаструляция (впячивание) -- гаструла формируется в результате инвагинации клеток. В ходе гаструляции клетки зародыша практически не делятся и не растут. Происходит активное передвижение клеточных масс (морфогенетические движения). В результате гаструляции формируются зародышевые листки (пласты клеток). Гаструляция приводит к образованию зародыша, называемого гаструлой.

· Первичный органогенез

Первичный органогенез -- процесс образования комплекса осевых органов. В разных группах животных этот процесс характеризуется своими особенностями. Например, у хордовых на этом этапе происходит закладка нервной трубки, хорды и кишечной трубки.

В ходе дальнейшего развития формирование зародыша осуществляется за счет процессов роста, дифференцировки и морфогенеза. Рост обеспечивает накопление клеточной массы зародыша. В ходе процесса дифференцировки возникают различно специализированные клетки, формирующие различные ткани и органы. Процесс морфогенеза обеспечивает приобретение зародышем специфической формы

Постэмбриональное развитие

Постэмбриональное развитие бывает прямым и непрямым.

Прямое развитие -- развитие, при котором появившийся организм идентичен по строению взрослому организму, но имеет меньшие размеры и не обладает половой зрелостью. Дальнейшее развитие связано с увеличением размеров и приобретением половой зрелости. Например: развитие рептилий, птиц, млекопитающих.

Непрямое развитие (личиночное развитие, развитие с метаморфозом) -- появившийся организм отличается по строению от взрослого организма, обычно устроен проще, может иметь специфические органы, такой зародыш называется личинкой. Личинка питается, растет и со временем личиночные органы заменяются органами, свойственными взрослому организму (имаго). Например: развитие лягушки, некоторых насекомых, различных червей.

Постэмбриональное развитие сопровождается ростом.

2. Онтогенез животный и растений

филогенез онтогенез эволюция

1. Онтогенез животных.

История изучения онтогенеза животных начинается с работ древнегреческих учёных Гиппократа и Аристотеля. Начиная с конца 18 века и в особенности в 19 и 20 вв. основное внимание было направлено на изучение зародышевого периода Онтогенез в создании науки о зародышевом развитии животных -- эмбриологии. Зародышевый период обычно довольно четко отграничен от послезародышевого выходом зародыша из яйцевых и зародышевых оболочек, а у живородящих форм -- рождением. Зародышевый период состоит из 3 этапов: дробления яйца, обособления зародышевых листков и формирования отдельных органов -- органогенеза. Все многоклеточные животные на ранних стадиях развития обнаруживают сходство; это нашло отражение в биогенетическом законе. Начальный этап послезародышевого развития может протекать у животных или по типу прямого развития, или по типу метаморфоза -- непрямого развития. Прямое развитие проходит без личиночных стадий, путём постепенного перехода, вышедшего из яйцевых оболочек животного во взрослую форму; среди беспозвоночных оно наблюдается у гребневиков, малощетинковых червей, пиявок, некоторых насекомых, среди позвоночных -- у большинства рыб, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. Рядом особенностей обладает присущее плацентарным млекопитающим и человеку внутриутробное развитие, при котором формирование зародыша, а затем плода происходит внутри материнского организма. Для развития с метаморфозом характерно наличие одной или нескольких личиночных стадий; среди беспозвоночных -- у некоторых паразитических плоских и круглых червей, моллюсков, большинства членистоногих, среди позвоночных -- у некоторых рыб и у земноводных. Личинки ведут свободный образ жизни, самостоятельно питаются и обладают специальными приспособлениями, так называемыми личиночными, или провизорными, органами (например, жабры личинок стрекоз, желточный мешок мальков рыб; жабры, хвост, органы прилипания головастиков), имеющими большое значение на данном этапе Онтогенез, но отсутствующими у взрослых форм.

Между прямым и непрямым развитием имеется ряд переходов (например, развитие прямокрылых, клопов, тараканов). Интенсивность развития и роста организмов, помимо обусловленных наследственностью причин, зависит от питания, температуры, влажности, освещения и многих др. факторов среды, формирование видовых особенностей организма заканчивается к наступлению половой зрелости, а развитие индивидуальных признаков продолжается до конца Онтогенез. У некоторых групп животных (например, у птиц) с наступлением половой зрелости в основном прекращается рост, у других (например, у рыб) рост происходит в течение всей жизни. Длительность Онтогенез колеблется у разных видов от нескольких часов или дней (некоторые насекомые, например, тли) до 200 лет (например, черепахи); она не связана с уровнем их организации и систематическим положением; это -- один из видовых признаков, выработанных в процессе исторического развития. Изменения, претерпеваемые организмом в пожилом и старческом возрасте, изучает геронтология.

3. Онтогенез растений

Зачаточные представления об Онтогенез растений имелись у античных учёных

Начало научному изучению Онтогенез положили в 18 веке итальянский ботаник П. Микели (1729), К. Линней (1751), И. В. Гёте (1790). Во 2-й половине 19 века многие ботаники изучали зависимость протекания Онтогенез у разных групп растений от среды обитания. Роль низкой температуры для колошения озимых выявил И. Г. Гаснер (1918), фотопериодизм открыли В. В. Гарнер и Х. А. Аллард (1920). М. Х. Чайлахян предложил (1937) гормональную теорию цветения. И. В. Мичурин (1901--35), немецкий ботаник В. Пфеффер (1904), австрийский -- Г. Молиш (1929), советский -- Н. П. Кренке (1940) выявили внутренние факторы Онтогенеза. Со 2-й половины 20 в. ведётся углублённое изучение морфологических, физиолого-биохимических и генетических основ Онтогенеза, изучаются проблемы его эволюции.

В Онтогенез растений различают: рост, приводящий к увеличению размеров организма, его массы, развитие -- процесс, в ходе которого оплодотворённая яйцеклетка или вегетативный зачаток в результате деления и дифференцировки клеток приобретает форму взрослого организма и создаёт характерные для него типы специализированных клеток, и старение -- совокупность необратимых структурных и физиолого-биохимических изменений, проявляющихся в ослаблении биосинтеза и самообновлении белков, а также всех физиологических функций, что в итоге приводит к смерти организма. В Онтогенезе тесно взаимодействуют разные стороны единого процесса: морфологическая, включающая морфогенез -- формообразование организма в целом, органогенез -- формообразование отдельных органов и гистогенез -- формирование тканей; физиолого-биохимическая -- совокупность физиологических и биохимических процессов, протекающих в клетках, тканях, органах и в целом растении в ходе его развития; генетическая -- процесс реализации наследственной информации; экологическая -- рост и развитие организма в условиях внешней среды; эволюционная -- изменение всех сторон Онтогенеза, происходящее в длительной цепи поколений на разных этапах филогенеза. Онтогенез растений -- продукт длительной эволюции, определяется генотипом и выражается в последовательных сериях физиолого-биохимических процессов, обусловливающих создание морфологических структур (органов) и являющихся предпосылкой для новых таких же процессов. В зависимости от условий среды и нормы реакции организма генотип реализуется в серии фенотипов, которые характеризуются соответствующими этапами (фенофазами), отмечающими появление новых структур.

Основная особенность Онтогенеза высших растений и значительного числа видов водорослей -- чередование поколений, бесполого (спорофит) и полового (гаметофит). Отправной точкой для образования спорофита служит зигота, а для гаметофита -- прорастающая спора. Развитие спорофита и гаметофита -- совокупность процессов (у низших растений различных, у высших -- составляющих упорядоченную цепь), заканчивающихся образованием тех или иных органов. У папоротникообразных, например, спорофит представлен зародышем, кормусом, спорангием и спорой, а гаметофит -- заростком, архегонием и антеридием, яйцеклеткой и сперматозоидом. У покрытосеменных гаметофит сильно упрощён. На всех этапах Онтогенез организм -- целостная тесно взаимодействующая со средой система. Это определяется взаимодействием его частей как в процессе обмена веществ, так и вследствие действия фитогормонов. Переход от одного этапа Онтогенез к следующему определяется совместным действием внутренних и внешних факторов. Длительность Онтогенез варьирует у растений от 20--30 мин. (бактерии) до нескольких тысяч лет (секвойя, можжевельник, баобаб).

Знание Онтогенез растений способствует их рациональному хозяйственному использованию, разработке приёмов повышения урожаев.

4. Биогенетический закон

Биогенетический закон был сформулирован Э.Геккелем: "Онтогенез есть быстрое и краткое повторение филогенеза (исторического развития вида)". Геккель утверждал, что филогенез есть причина онтогенеза: идивидуальное развитие полностью обусловлено историей развития вида. В дальнейшем эти взгляды были частично отвергнуты наукой, а частично видоизменены и дополнены.

Немецкие ученые Ф. Мюллер и Э. Геккель во второй половине XIX века установили закон соотношения онтогенеза и филогенеза, который получил название биогенетического закона. Согласно этому закону, каждая особь в индивидуальном развитии (онтогенезе) повторяет историю развития своего вида (филогенез), или, короче, онтогенез есть повторение филогенеза.

Однако за короткий период индивидуального развития особь не может повторить все этапы эволюции, которая совершалась тысячи или миллионы лет. Поэтому повторение стадий исторического развития вида в индивидуальном развитии особи происходит в сжатой форме, с выпадением ряда этапов. Кроме того, эмбрионы имеют сходство не со взрослыми формами предков, а с их зародышами. Так, в онтогенезе млекопитающих имеется этап, на котором у зародышей образуются жаберные дуги. У зародыша рыбы на основании этих дуг образуется орган дыхания - жаберный аппарат. В онтогенезе млекопитающих повторяется не строение жаберного аппарата взрослых рыб, а строение закладок жаберного аппарата зародыша, на основе которых у млекопитающих развиваются совершенно иные органы.

В разработке теории онтогенеза выдающуюся роль сыграли исследования академика А.Н. Северцова. Он доказал, что изменения исторического развития обусловлены изменениями хода зародышевого развития. Наследственные изменения затрагивают все стадии жизненного цикла, в том числе и зародышевый период. Мутации, возникающие в ходе развития зародыша, как правило, нарушают взаимодействие в организме и ведут к его гибели. Однако мелкие мутации могут оказаться полезными и тогда сохранятся естественным отбором. Они передадутся потомству, включатся в историческое развитие, влияя на его ход.

Обычно эмбриональные стадии развития изменяются в процессе эволюции не так значительно, как взрослые животные. Поэтому при сравнении эмбрионов и личинок даже далеких друг от друга животных между ними нередко обнаруживается большое сходство, свидетельствующее о родстве.

Особенный интерес для эволюционной зоологии представляют рекапитуляции, т.е. повторения в ходе индивидуального развития характерных особенностей строения более или менее отдаленных предков. Приведем лишь один классический пример. Систематическое положение и происхождение асцидий (Ascidiae), ведущих сидячий образ жизни, долгое время были совершенно неясны, и только знаменитое исследование А. О. Ковалевского (1866) по развитию этих животных окончательно решило вопрос. Из яйца асцидий выходит свободноплавающая хвостатая личинка, сходная по плану строения с хордовыми (Chordata). Во время метаморфоза осевшей на дно личинки хвост с хордой и мускулатурой и органы чувств исчезают, нервная трубка редуцируется до степени небольшого нервного узелка, происходит усиленное разрастание брюшной поверхности тела, образуются сифоны и т.д., т.е. появляются особенности организации, связанные с сидячим образом жизни. Сформированная молодая асцидия не имеет уже почти ничего общего с другими хордовыми животными. В этом примере личинка своей организацией рекапитулирует (повторяет) главные черты строения свободноплавающего предка. Так было найдено естественное место асцидий в системе животного царства.

5. Филогенез

ФИЛОГЕНЕЗ (от греческого -- род, племя, вид и -- происхождение), процесс формирования некоторой систематической группы организмов (таксона). Термин введён в 1866 Э. Геккелем для обозначения процесса становления органического мира в целом. В ходе позднейшей дифференциации эволюционно-биологических исследований Филогенеза стали понимать как составную часть биологической эволюции. Главным механизмом, регулирующим Филогенеза и происходящее в его ходе образование новых таксонов (в основном путём дивергенции -- распадения исходного таксона на два и более дочерних), служит естественный отбор. Филогенез может представлять собой как прогрессивное развитие с повышением общего уровня жизнедеятельности и расширением адаптивных возможностей организмов, так и регресс или попадание в эволюционный тупик (напр., формирование паразитических групп организмов). В ходе Филогенеза периоды плавного развития и выработки приспособлений к сравнительно стабильным условиям среды чередуются со скачкообразными переходами на высшую ступень организации, характеризуемую выработкой качественно новых приспособлений, функций и органов. Филогенез протекает на основе накопления индивидуальных изменений в ходе отд. онтогенезов (но и онтогенез в своём конкретном выражении служит проявлением и в определенной мере воспроизведением Филогенеза), так например: биогенетический закон, сформулированный в 1866 Э. Геккелем, утверждал, что в ходе индивидуального развития организм проходит стадии, которые его предки прошли в Филогенезе (например, зародыш человека проходит фазы, напоминающие рыбу, амфибию, рептилию, затем примитивных млекопитающих, обезьяну и только после этого приобретает собственно человеческие черты).

В действительности, как показал Дарвин, а впоследствии А.Н. Северцов и другие соотношение между Филогенез и онтогенезом носит гораздо более сложный характер: ряд предковых стадий выпадает из онтогенеза, другие коренным образом преобразуются в результате приспособления к новым условиям. Процесс Филогенеза и диалектика его соотношений с онтогенезом подтверждают принципы единства целого (таксон и его Филогенеза) и части (индивидуум и его онтогенез), общего и отдельного и дают конкретные примеры развития от простого к сложному, а также развития по спирали с воспроизведением на высших этапах некоторых черт низших стадий.

6. Соотношение Онтогенеза и Филогенеза

В процессе индивидуального развития, или онтогенеза, организм выступает как единое целое. Онтогенез начинается после оплодотворения с дробления яйца, которое идет под контролем геномных корреляций, обусловливающих последовательную дифференциацию частей тела и установление между ними на каждой стадии развития новых соотношений. Внутри развивающегося организма существует сложнейшая система связей, объединяющая в одно целое элементы наследственной субстанции и внутриклеточные биохимические процессы.

За геномными корреляциями вступают в действие морфогенетические корреляции, которые определяют последовательность развития отдельных структур тела. Например, губа бластопора у позвоночных индуцирует образование хорды и нервной трубки. Каждый предшествующий орган обеспечивает развитие нового последующего. Организм развивается как единая целостная интегрированная система. Каждая часть отвечает за все целое, а целое отвечает за развитие каждой части, причем каждая стадия развития зародыша адаптивна и находится под контролем естественного отбора. Все корреляции отличаются большой прочностью и нужны крупные сдвиги, чтобы нарушить эти корреляции. Морф «генетические корреляции наблюдаются на всех стадиях морфогенеза и захватывают все органы и признаки организма.

После завершения морфогенеза вступают в действие эргонтиче - ские, или рабочие, корреляции, которые обусловливают окончательное формирование органов и отдельных частей организма. Например,, в результате эргонтических корреляций происходит формирование скелетных частей и связанных с ними мышц.

Геномные корреляции, таким образом, служат той основой, на которой развиваются морфогенетические корреляции; последние являются основными факторами эмбрионального формообразования, определяющими развитие исторически сложившихся взаимоотношений между органами, охраняемыми высокими защитными порогами реакций. Все эти корреляции обусловливают формирование нового организма, его дифференциацию и интеграцию. Под интеграцией понимается процесс установления взаимных корреляций между частями организма по мере его дифференциации.

Размещено на Allbest.ru