Деление клеток

Размещено на http://www.allbest.ru/

Классификация процессов деления клеток

Митоз -- непрямое деление клетки, наиболее распространенный способ репродукции эукариотических клеток. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении хромосом между дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.

Мейоз -- уменьшение или редукционное деление клетки -- деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. Происходит в два этапа (редукционный и эквационный этапы мейоза).

Новая жизнь зарождается в результате слияния половых клеток обоих родителей, образовавшихся в их половых органах посредством мейоза. Дальнейшее митотическое деление возникшей таким образом зиготы приводит к росту детского организма. Таким же способом образуется новая ткань при заживлении ран и повреждений. 30 тысяч генов человека распределены среди хромосом.

Хромосома -- единичная молекула ДНК с генами, расположенными наподобие автомобилей на платформе товарного поезда. В целом в ядре каждой клетки упаковано около 2 метров ДНК.

Мы наследуем по 23 хромосомы от каждого родителя. Эти 23 пары образуют 46 хромосом во всех клетках нашего организма, кроме сперматозоидов и яйцеклеток. Две половые хромосомы, XX или XY, совместно определяют пол. Остальные, называемые аутосомами, несут гены, отвечающие за не связанные с полом признаки. Во время роста организма либо при заживлении раны участвующие в этих процессах клетки должны делиться, чтобы обеспечить полный набор хромосом в заново формируемых клетках. Сходным образом процесс деления, в результате которого образуются сперматозоиды и яйцеклетки, должен завершиться появлением ядер с половинным набором хромосом. При слиянии в ходе оплодотворения возникших в результате этого редукционного деления половых клеток восстанавливается нормальный набор хромосом. Во время «считывания» генов хромосомы представлены в виде множества длинных и тонких нитей. Когда клетка делится, каждая хромосома удваивается и затем конденсируется, образуя характерную структуру. На фотографиях человеческие хромосомы можно увидеть почти всегда только в этом состоянии: они готовы к распределению в новом поколении клеток.

Митоз и мейоз начинаются с удвоения, числа хромосом в материнской клетке. Перед ее делением на две дочерние клетки каждая половина получившегося двойного набора смещается к своему полюсу. Клетки, из которых образуются сперматозоиды и яйцеклетки, проходят второй этап деления. На этот раз удвоения хромосом не происходит, и каждая вновь образованная клетка получает лишь половинный их набор.

Амитотическое деление

Амитотическое деление клеток представляет собой процесс простого деления, в котором не происходит слияния хромосом, а в делящейся клетке возникает перемычка, которая делит ее примерно на две одинаковые части. Именно по такому типу происходит деление некоторых кроветворных клеток, причем доказано, что во многом вступать в него могут только клетки, которые подверглись злокачественному перерождению. Во многом на определении способности кроветворных клеток к такому делению и диагностируют развитие злокачественных опухолей системы кроветворения - в норме иммунная система своевременно «отлавливает» и уничтожает таких клетки.

Митоз и его биологическая роль

Митоз -- непрямое деление клетки, наиболее распространенный способ репродукции эукариотических клеток. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении хромосом между дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений.

Биологическая роль митоза - образование новых клеток определенного вида ткани организма для процессов роста, регенерации, замены погибших по естественным причинам клеток; при митозе самое главное - появление новых клеток, которые являются точными копиями материнской клетки, т.к. только в этом случае новые клетки смогут продолжить выполнение своих функций (т.е. сохранение из поколения в поколение определенных признаков), при этом также должна сохраняться плоидность - они диплоидны, т.е. содержат полный набор хромосом. Биологическая роль мейоза - образование специализированных клеток -  гамет с гаплоидным набором хромосом для сохранения плоидности организмов из поколения в поколение при половом размножении; обеспечение разнообразия в комбинациях генов в гаметах и затем у потомства, когда речь идет о т.н. сцепленных генах - генах, расположенных в одной паре хромосом.

Редукционное деление (мейоз) и его биологическая роль

Биологическая роль мейоза - является основным этапом гаметогенеза, обеспечивает передачу генетической информации от организма к организму при половом размножении, дочерние клетки генетически не идентичны материнской и между собой.

Биологическое значение мейоза заключается в том, что уменьшение числа хромосом необходимо при образовании половых клеток, поскольку при оплодотворении ядра гаметы сливаются. Если бы указанной редукции не происходило, то в зиготе (следовательно, и во всех клетках дочернего организма) хромосом становилось бы вдвое больше. Однако это противоречит правилу постоянства числа хромосом. Благодаря мейозу половые клетки гаплоидны, а при оплодотворении в зиготе восстанавливается диплоидный набор хромосом (рис. 1 и 2).

Рисунок 1. Схема гаметогенеза: а -- сперматогенез; б -- овогенез

Рисунок 2. Схема, иллюстрирующая механизм сохранения диплоидного набора хромосом при половом размножении.

Гаметогенез и спорогенез

Процесс развития и образования половых клеток называется гаметогенезом. Существенным этапом в этом процессе является мейоз, однако он не исчерпывает всего процесса гаметогенеза, который обладает спецификой у особей разных полов и у представителей разных групп организмов. Для понимания закономерностей наследования признаков при половом размножении очень важно знать эти особенности.

У животных в отличие от растений в онтогенезе очень рано обособляются зачатковые клетки, которые впоследствии дают начало половым железам и половым клеткам. Зачатковые клетки делятся митозом и образуют гонии. Сначала они одинаковы у особей разных полов, затем дифференцируются у самцов в сперматогонии, у самок--в оогонии. Дальнейший процесс их формирования идет по-разному и носит название у самцов--сперматогенеза, у самок-- оогенеза.

В процессе сперматогенеза клетки проходят четыре фазы: размножение, рост, созревание, формирование. Сперматогонии делятся митозом с сохранением диплоидного числа хромосом (фаза размножения). Затем деления прекращаются, клетка растет и готовится к мейозу. В это время она называется сперматоцит I (первого порядка). Сперматоцит I вступает в фазу созревания и претерпевает мейоз. В результате первого деления (оно называется у животных первое деление созревания и у большинства бывает редукционным) образуются две гаплоидные клетки, их называют сперматоцитами II (второго порядка). Они делятся еще раз (второе деление созревания, эквационное, уравнительное) и образуют так называемые сперматиды. Таким образом, из одного сперматогония образуются четыре сперматиды, которые вступают в фазу формирования сперматозоида, т. е. зрелой мужской половой клетки. Сперматозоиды животных имеют иногда очень сложное строение, необходимое для обеспечения им возможности слияния с женской половой клеткой (оплодотворение) в той или иной внешней среде. Сперматозоид состоит из головки, внутри которой помещается ядро, шейки и хвостика.

Сперматогенез у животных, и в частности у млекопитающих, начинается с момента закладки половых желез в эмбриогенезе. Затем после рождения самца он прекращается и вновь возобновляется после полового созревания и протекает постоянно в течение всего периода зрелости. Процесс этот проходит в половых органах--семенниках. Зрелые сперматозоиды по выходе из семенника под влиянием многочисленных гормонов в специальных органах (придатках) приобретают устойчивость к неблагоприятным факторам среды.

В оогенезе клетка проходит в основном те же фазы, что и в сперматогенезе, но существует целый ряд особенностей. Так, после прекращения делений ооцит I (диплоидная клетка) в отличие от сперматоцита I проходит более выраженную стадию роста. В это время в цитоплазме ооцитов откладывается запас питательных веществ, необходимых для развития зародыша, вследствие чего ооциты приобретают очень большие размеры (например, желток куриного яйца).

После этого ооцит I вступает в мейоз, так же как и сперматоцит I. В результате первого деления созревания образуются две гаплоидные клетки, но резко отличающиеся друг от друга. Одна, крупная, сохраняет весь запас питательных веществ, называется ооцит II, другая, значительно меньшая, неполноценная, представляет собой выделившееся под оболочку первой клетки ядро. Ее называют редукционное тельце (или полярное, или направительное тельце, или оотида). Она дегенерирует. Иногда перед дегенерацией редукционное тельце успевает разделиться еще раз, образуя два редукционных тельца, но судьба их всегда одинакова - они дегенерируют. Ооцит II делится (второе деление созревания) и образует опять две неравноценные клетки: одна -- зрелая яйцеклетка, имеющая гаплоидный набор хромосом и несущая весь запас питательных веществ, другая--второе направительное тельце. Таким образом, в отличие от сперматогенеза из одного оогония образуется только одна функционирующая яйцеклетка, остальные три гибнут. Если вспомнить, что в процессе мейоза образуются клетки, несущие различные комбинации отцовских и материнских хромосом, то это обстоятельство должно иметь существенное значение в определении характера наследования признаков при половом размножении, так как у самки из всех образующихся комбинаций жизнеспособна только одна. Расхождение хромосом в яйцеклетку и направительное тельце в мейозе, как правило, носит случайный характер, поэтому при учете большого числа яйцеклеток сохранение лишь одного из четырех продуктов мейоза не меняет общей картины расщепления.

Яйцеклетка животных обычно круглая, без структурных усложнений, поэтому стадия формирования не играет существенной роли в оогенезе.

Оогенез у млекопитающих происходит в яичниках и тоже начинается в период эмбрионального развития. Так, у женского человеческого эмбриона в возрасте пяти месяцев бывают уже половые клетки на стадии ооцита I. После рождения оогенез вначале приостанавливается (на стадии ооцита I), а затем вновь продолжается с момента полового созревания, яйцеклетки развиваются из ооцитов I, возникших в эмбриогенезе. В течение всего периода половой зрелости оогенез протекает циклически (менструальные циклы у человека, астральные--у животных).

У растений процесс формирования половых клеток подразделяется на два этапа: 1-й этап--спорогенез, который завершается образованием вегетативных гаплоидных спор, и 2-й этап -- собственно гаметогенез, в течение которого образуются зрелые гаметы. Процесс образования мужских половых клеток складывается из микроспорогенеза (образования микроспор) и микрогаметогенеза--созревания спермиев внутри пыльцевого зерна; процесс образования женских половых клеток складывается из мегаспорогенеза (или макроспорогенеза) и мегагаметогенеза -- формирования зрелого зародышевого мешка, в котором образуется яйцеклетка.

Процесс микроспорогенеза у цветковых растений протекает в пыльниках, причем еще в то время, когда бутон не раскрылся или когда колос у злаковых еще в трубке, у многолетних растений все это происходит осенью. В основе микроспорогенеза лежит мейоз, в результате которого образуются четыре споры (гаплоидные вегетативные клетки).

Образование пыльцевого зерна (микрогаметогенез) начинается с митотического деления ядра споры. Ядро делится митозом на два, и образуются две клетки--вегетативная и генеративная. Вегетативная клетка обладает запасом питательных веществ, которые необходимы для обеспечения роста пыльцевой трубки при прорастании пыльцы на рыльце пестика и для деления генеративной клетки на две, которые и представляют собой собственно мужские половые клетки растений. Они не обладают способностью к самостоятельному движению и называются спермиями. Мегаспорогенез протекает в семяпочке цветковых растении, когда одна из клеток субэпидермального слоя (археспориальная клетка) обособляется, растет и превращается в материнскую клетку мегаспоры. Этот процесс протекает во время цветения растений. В материнской клетке происходит мейоз, в результате которого образуются четыре клетки--мегаспоры. У большинства высших растений только одна развивается дальше, остальные три гибнут (моноспорический тип развития).

После образования мегаспоры, имеющей одно гаплоидиое ядро, начинается процесс формирования зародышевого мешка, в котором и образуется собственно яйцеклетка, т. е. начинается процесс мегагаметогенеза. Мегаспора растет, и у большинства растений ядро ее претерпевает три митотических деления. Крупная клетка с восьмью одинаковыми ядрами называется зародышевым мешком. Вокруг ядер обособляется плазма, поэтому эти образования иногда называют зародышевыми клетками. Две клетки, находящиеся у микропиле -- входа в зародышевый мешок, называются синергидами. Они играют вспомогательную роль при оплодотворении и скоро погибают. Одна клетка--это собственно яйцеклетка. Две клетки называются полярными, при перемещении их в центр зародышевого мешка они сливаются, образуя одно диплоидное ядро. Оно называется центральным ядром зародышевого мешка. Последние три клетки чаще всего находятся на стороне, противоположной микропиле, и называются антиподами. Они играют вспомогательную роль в начале развития зиготы и затем погибают.

Кульминационным пунктом полового размножения является процесс оплодотворения. В норме оплодотворение состоит из двух этапов: слияние мужской и женской половых клеток (сингамия) и слияние их ядер (кариогамия). Поэтому принято называть оплодотворением побуждение женской половой клетки к развитию путем объединения в ней ядер мужских и женских половых клеток. Процесс оплодотворения в основных чертах схож у растений и животных, хотя и обладает некоторой спецификой.

У животных и растений женская половая клетка может быть оплодотворена только после того, как она закончит мейоз. У большинства же животных овуляция -- процесс выхода диплоидной женской половой клетки из яичника--происходит на предмейотических стадиях. Овулировавшая клетка бывает также окружена венцом фолликулярных клеток, которые питают ее в яичнике. Только после рассеяния лучистого венца сперматозоид может проникнуть в нее. Фаза, в течение которой под влиянием гормонов спермы происходит рассеивание фолликулярных клеток, называется фазой активации яйца. После проникновения сперматозоида в яйцо ядро сперматозоида претерпевает ряд изменений и увеличивается в размерах; на этом этапе оно называется мужским пронуклеусом. В это время в яйцеклетке у некоторых животных завершается мейоз и формируется женский пронуклеус. Слияние пронуклеусов и есть собственно процесс оплодотворения, приводящий к возникновению диплоидной зиготы.

У растений в зрелый зародышевый мешок через микропиле проникает по пыльцевой трубке содержимое пыльцевого зерна, в том числе два спермия. Один из них сливается с яйцеклеткой, т. е. происходит процесс собственно оплодотворения. Возникает диплоидная зигота, из которой развивается зародыш семени. Другой спермий сливается с центральным ядром зародышевого мешка. Это новое ядро имеет три гаплоидных набора хромосом, т. е. триплоидно, и дает начало эндосперму. Процесс слияния спермия с центральным ядром зародышевого мешка получил название двойного оплодотворения и представляет собой специфическую особенность высших растений. Роль эндосперма в жизни растений очень велика: он служит для питания развивающегося зародыша.

Сравнение процессов развития и созревания половых клеток у животных и растений показывает почти полный параллелизм их, несмотря на то, что расхождение (дивергенция) растений и животных в филогенезе произошло на очень раннем этапе возникновения клеточной организации. Это указывает на однотипность принципов построения ряда приспособительных механизмов в растительном и животном мире.

Размножение организмов, его биологическая роль

Размножение -- воспроизведение себе подобных организмов, что обеспечивает существование видов в течение многих тысячелетий, способствует увеличению численности особей вида, преемственности жизни. Бесполое, половое и вегетативное размножение организмов.

Бесполое размножение -- наиболее древний способ. В бесполом участвует один организм, в то время как в половом чаще всего участвуют две особи. У растений бесполое размножение с помощью споры -- одной специализированной клетки. Размножение спорами водорослей, мхов, хвощей, плаунов, папоротников. Высыпание спор из растений, прорастание их и развитие из них новых дочерних организмов в благоприятных условиях. Гибель огромного числа спор, попадающих в неблагоприятные условия. Невысокая вероятность появления новых организмов из спор, поскольку они содержат мало питательных веществ и проросток поглощает их в основном из окружающей среды.

Вегетативное размножение -- размножение растений с помощью вегетативных органов: надземного или подземного побега, части корня, листа, клубня, луковицы. Участие в вегетативном размножении одного организма или его части. Сходство дочернего растения с материнским, так как оно продолжает развитие материнского организма. Большая эффективность и распространение вегетативного размножения в природе, так как дочерний организм формируется быстрее из части материнского, чем из споры. Примеры вегетативного размножения: с помощью корневищ -- ландыш, мята, пырей и др.; укоренением нижних, касающихся почвы ветвей (отводками) -- смородина, дикий виноград; усами -- земляника; луковицами -- тюльпан, нарцисс, крокус. Использование вегетативного размножения при выращивании культурных растений: клубнями размножают картофель, луковицами -- лук и чеснок, отводками -- смородину и крыжовник, корневыми отпрысками -- вишню, сливу, черенками -- плодовые деревья.

Половое размножение. Сущность полового размножения в формировании половых клеток (гамет), слиянии мужской половой клетки (сперматозоида) и женской (яйцеклетки) -- оплодотворении и развитии нового дочернего организма из оплодотворенной яйцеклетки. Благодаря оплодотворению получение дочернего организма с более разнообразным набором хромосом, значит, с более разнообразными наследственными признаками, вследствие чего он может оказаться более приспособленным к среде обитания. Наличие полового размножения у водорослей, мхов, папоротников, голосеменных и покрытосеменных. Усложнение полового процесса у растений в процессе их эволюции, появление наиболее сложной формы у семенных растений.

Семенное размножение происходит с помощью семян, оно характерно для голосеменных и покрытосеменных растений (у покрытосеменных широко распространено и вегетативное размножение). Последовательность этапов семенного размножения: опыление -- перенос пыльцы на рыльце пестика, ее прорастание, появление путем деления двух спермиев, их продвижение в семязачаток, затем слияние одного спермия с яйцеклеткой, а другого -- со вторичным ядром (у покрытосеменных). Формирование из семязачатка семени -- зародыша с запасом питательных веществ, а из стенок завязи -- плода. Семя -- зачаток нового растения, в благоприятных условиях оно прорастает и первое время проросток питается за счет питательных веществ семени, а затем его корни начинают поглощать воду и минеральные вещества из почвы, а листья -- углекислый газ из воздуха на солнечном свету. Самостоятельная жизнь нового растения.

Характеристика бесполого и полового размножения

Бесполое размножение -- форма размножения, не связанная с обменом генетической информацией между особями -- половым процессом. Бесполое размножение является древнейшим и самым простым способом размножения и широко распространено у одноклеточных организмов (бактерии, сине-зелёные водоросли, хлореллы, амёбы, инфузории). Этот способ имеет свои преимущества: в нём отсутствует необходимость поиска партнёра, а полезные наследственные изменения сохраняются практически навсегда. Однако при таком способе размножения изменчивость, необходимая для естественного отбора, достигается только за счёт случайных мутаций и потому осуществляется очень медленно. Тем не менее, следует отметить, что способность вида к бесполому размножению не исключает способности к половому процессу, но тогда эти события разнесены во времени. Наиболее распространённый способ размножения одноклеточных организмов -- деление на две части, с образованием двух отдельных особей. Среди многоклеточных организмов способностью к бесполому размножению обладают практически все растения и грибы -- исключением является, например, вельвичия. Бесполое размножение этих организмов происходит вегетативным способом или спорами. Среди животных способность к бесполому размножению чаще встречается у низших форм, но отсутствует у более развитых. Единственный способ бесполого размножения у животных -- вегетативный. Широко распространено ошибочное мнение, что особи, образовавшиеся в результате бесполого размножения, всегда генетически идентичны родительскому организму (если не брать в расчёт мутации) . Наиболее яркий контрпример -- размножение спорами у растений, так как при спорообразовании происходит редукционное деление клеток, в результате чего в спорах содержится лишь половина генетической информации, имеющейся в клетках спорофита.

Половое размножение сопряжено с половым процессом (слиянием клеток), а также, в каноническом случае, с фактом существования двух взаимодополняющих половых категорий (организмов мужского пола и организмов женского пола) . При половом размножении происходит образование гамет, или половых клеток. Эти клетки обладают гаплоидным (одинарным) набором хромосом. Животным свойствен двойной набор хромосом в обычных (соматических) клетках, поэтому гаметообразование у животных происходит в процессе мейоза. У многих водорослей и всех высших растений гаметы развиваются в гаметофите, уже обладающим одинарным набором хромосом, и получаются простым митотическим делением. По сходству-различию возникающих гамет между собой выделяют несколько типов гаметообразования: изогамия -- гаметы одинакового размера и строения, со жгутиками анизогамия -- гаметы различного размера, но сходного строения, со жгутиками оогамия -- гаметы различного размера и строения. Мелкие, имеющие жгутики мужские гаметы, называются сперматозоидами, а крупные, не имеющие жгутиков женские гаметы -- яйцеклетками. При слиянии двух гамет (в случае оогамии обязательно слияние разнотипных гамет) образуется зигота, обладающая теперь диплоидным (двойным) набором хромосом. Из зиготы развивается дочерний организм, клетки которого содержат генетическую информацию от обеих родительских особей.

Развитие организма, его этапы, виды, типы

Термин онтогенез (от греч. онтос - сущее и генезис - происхождение) был введен в биологию известным немецким естествоиспытателем XIX в. Э. Геккелем. В настоящее время этим термином обозначают весь период индивидуального развития живого существа от момента оплодотворения яйцеклетки до естественного окончания индивидуальной жизни.

Онтогенез - это индивидуальное развитие организма, в ходе которого происходит преобразование его морфофизиологических, физиолого-биохимических и цитогенетических признаков. Онтогенез включает две группы процессов: морфогенез и воспроизведение (репродукцию): в результате морфогенеза формируется репродуктивно зрелая особь. Онтогенез характеризуется устойчивостью - гомеорезом.

С точки зрения эволюции рассматриваются следующие моменты онтогенеза: эмбриональные адаптации; филэмбриогенезы; автономизация онтогенеза; клетка митоз мейоз эмбриональный

Этапы онтогенеза делятся 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.

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, гистогенез и органогенез.

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 - 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 - 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.

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.

В онтогенезе выделяют два относительно самостоятельных этапа развития: пренатальный и постнатальный. Первый начинается с момента зачатия и продолжается до рождения ребенка, второй - от момента рождения до смерти человека. Следовательно, смерть является лишь одним из моментов жизни и представляет собой длительный процесс её отрицания. Таким образом, истинное рождение человека происходит в момент зачатия, появление же новорожденного знаменует лишь окончание первого этапа развития - пренатального, длящегося в среднем 280 дней. С появлением ребенка на свет развитие продолжается в течение всего постнатального этапа, в котором, в свою очередь, можно выделить ранний, зрелый и заключительный (период старения) этапы развития. Только что родившийся человек отличается от взрослого рядом качественных особенностей и не представляет собой его простую уменьшенную копию. И хотя новорожденный обладает всем необходимым набором морфологических и функциональных свойств, обеспечивающих ему выживание в определенных, наследственно запрограммированных условиях окружающей среды, его физиологические возможности далеко не соответствуют функциональной активности взрослого организма. Время, в течение которого развивающийся ребенок достигает функционального уровня взрослого, если учитывать основные физиологические показатели организма человека (функционирование систем крови, кровообращения, пищеварения, нервной и т. д.) составляет 16- 20 лет. Так, например, только к 20-ти годам у человека заканчивается формирование эндокринной и нервной систем. Для педагогов особо интересным является именно этот этап онтогенеза человека (от рождения до 18-20 лет), так как функциональные особенности детского организма делают его наиболее чувствительным к педагогическим воздействиям и именно в этот период происходит наиболее интенсивное физическое развитие и формирование психики человека.

Основные атрибуты онтогенеза

Исходная запрограммированность процессов. Наличие уникальной неизменной генетической программы развития, сформированной вследствие мейоза и оплодотворения.

1.Необратимость онтогенеза. При реализации генетической программы невозможен возврат к предыдущим стадиям

2. Углубление специализации: по мере развития уменьшается вероятность смены траектории онтогенеза

3. Адаптивный характер: поливариантность онтогенеза обеспечивает возможность приспособления к различным условиям

4. Неравномерность темпов: скорость процессов роста и развития изменяется.

5. Целостность и преемственность отдельных этапов. Признаки, появляющиеся на более поздних стадиях, базируются на признаках, проявляющихся на ранних стадиях

6. Наличие цикличности: существует цикличность старения и омоложения

7. Наличие критических периодов, связанных с выбором пути в узловых точках (точках бифуркации) или с преодолением энергетических порогов.

Основные типы онтогенеза

1. Онтогенез организмов с бесполым размножением и/или при зиготном мейозе (прокариоты и некоторые эукариоты).

2. Онтогенез организмов с чередованием ядерных фаз при споровом мейозе (большинство растений и грибов).

3. Онтогенез организмов с чередованием полового и бесполого размножения без смены ядерных фаз.

Метагенез - чередование поколений у Кишечнополостных.

Гетерогония - чередование партеногенетического и амфимиктического поколений у червей, некоторых членистоногих и низших хордовых.

4. Онтогенез с наличием личиночных и промежуточных стадий: от первично-личиночного анаморфоза до полного метаморфоза. При недостатке питательных веществ в яйце личиночные стадии позволяют завершить морфогенез, а также в ряде случаев обеспечивают расселение особей.

5. Онтогенез с выпадением отдельных стадий. Утрата личиночных стадий и/или стадий бесполого размножения: пресноводные гидры, олигохеты, большинство брюхоногих моллюсков. Утрата конечных стадий и размножение на ранних этапах онтогенеза: неотения.

Эмбриональное и постэмбриональное развитие. Эмбриональное развитие

Весь период беременности делят на три равные части (по 3 месяца), каждая часть называется триместр. В течение первого триместра плацента развивается, отделяется от зародыша и связывается с ним только пуповиной. Именно через пуповину теперь происходит обмен плода с материнским организмом. Во время образования внезародышевых оболочек органы и системы эмбриона продолжают развиваться. В определённые моменты одна часть клеток зародышевых листков начинает делиться быстрее, чем другая, группы клеток мигрируют, а клеточные слои изменяют свою пространственную конфигурацию и местоположение в эмбрионе. В отдельные периоды рост некоторых типов клеток очень активен и они увеличиваются в размерах, в то время как другие растут медленно или вовсе перестают расти. Первой после имплантации развивается нервная система. В течение второй недели развития эктодермальные клетки задней стороны зародышевого щитка быстро увеличиваются в числе, вызывая формирование выпуклости над щитком - первичной полоски. Затем на ней образуется желобок, в передней части которого возникает небольшая ямка. Спереди этой ямки клетки быстро делятся и образуют головной отросток, предшественник так называемой спинной струны, или хорды. По мере удаления хорда образует у зародыша ось, обеспечивающую основу симметричной структуры человеческого тела. Выше хорды расположена нервная пластинка, из которой образуется нервная система. Примерно на 18-й день мезодерма по краям хорды начинает формировать спинные сегменты (сомиты), парные образования, из которых развиваются глубокие слои кожи, скелетные мышцы и позвонки. После трёх недель развития средняя длина эмбриона лишь немного больше 2 мм от темени до хвоста. Тем не менее, уже присутствуют зачатки хорды и нервной системы, а также глаз и ушей. Уже есть сердце S-образной формы, пульсирующее и прокачивающее кровь. После четвёртой недели длина эмбриона равна примерно 5 мм, тело имеет С-образную форму. Сердце, составляющее самую большую выпуклость на внутренней стороне изгиба тела, начинает подразделяться на камеры. Формируются три первичные области мозга (мозговые пузыри), а также зрительный, слуховой, и обонятельный нервы. Образуются пищеварительная система, включая желудок, печень, поджелудочную железу и кишечник. Начинается структурирование спинного мозга, можно рассмотреть маленькие парные зачатки конечностей. Четырёхнедельный человеческий эмбрион уже имеет жаберные дуги, которые напоминают жаберные дуги зародыша рыбы. Они скоро исчезают, но их временное появление - один из примеров сходства строения человеческого зародыша с другими организмами. В возрасте пяти недель у эмбриона есть хвост, а формирующиеся руки и ноги напоминают культи. Начинают развиваться мышцы и центы окостенения. Голова представляет собой самую крупную часть: головной мозг представлен уже пятью мозговыми пузырями (полостями с жидкостью); имеются также выпуклые глаза с хрусталиками и пигментированной сетчаткой. В период от пятой до восьмой недели завершается собственно эмбриональный период внутриутробного развития. В течение этого времени эмбрион вырастает от 5 мм до 30 мм и начинает напоминать человека. Его внешность изменяется следующим образом:

1) уменьшается изгиб спины, хвост становится менее заметным, частично из-за уменьшения, частично потому, что скрывается развивающимися ягодицами;

2) голова выпрямляется, на развивающимся лице появляются внешние части глаз, ушей и носа;

3) руки отличаются от ног, уже можно увидеть пальцы рук и ног;

4) пуповина вполне определена, площадь её прикрепления на животе зародыша становится меньше;

5) в области живота сильно разрастается печень, становясь столь же выпуклой, как и сердце, и оба эти органа формируют бугристый профиль средней части тела вплоть до восьмой недели; в это же время в полости живота становится заметен кишечник, который делает живот более округлым;

6) шея становится более узнаваемой в основном за счёт того, что сердце опускается ниже, а также из-за исчезновения жаберных дуг;

7) появляются наружные половые органы, хотя ещё не полностью приобретшие окончательный вид.

К концу восьмой недели почти все внутренние органы хорошо сформированы, а нервы и мышцы настолько развиты, что эмбрион может производить спонтанные движения. С этого времени и до родов основные изменения плода связаны с ростом и дальней шей специализацией. В течение последних семи месяцев развития вес плода увеличивается с 1 г до примерно 3,5 кг, а длина - с 30 мм до примерно 51 см.В ходе развития плода сильно изменяются не только его размеры и вес, но и пропорции тела. Например, у двухмесячного плода голова составляет почти половину длины тела. В оставшиеся месяцы она продолжает расти, но медленнее, так что к моменту рождения составляет только четверть длины тела. Шея и конечности становятся длиннее, при этом ноги растут длиннее чем руки. другие внешние изменения связаны с развитием наружных половых органов , ростом волос на теле и ногтей; кожа становится более гладкой из-за отложения подкожного жира. Одно из наиболее значимых внутренних изменений связанно с заменой хряща костными клетками в процессе становления зрелого скелета. Отростки многих нервных клеток покрываются миелином (белково-липидным комплексом). Процесс миелинизации вместе с формированием связей между нервами и мышцами приводит к увеличению подвижности плода в матке. После шестого месяца плод поворачивается в матке таким образом, что его голова оказывается внизу и упирается в шейку матки, откуда во время родов должен выйти «в свет».

Роды обычно происходят на 40 недели, но вполне доношенные дети рождаются и на 38 недели. Как правило, чем ближе роды к нормальному сроку, тем больше шансов у ребенка выжить, поскольку в последние недели беременности плод получает временную защиту от некоторых заболеваний за счет антител, поступающих из крови матери. Хотя роды отмечают конец внутриутробного периода, биологическое развитие человека продолжается в детском и подростковом периоде.

Постэмбриональное развитие

Сразу после рождения наступает период, называемый периодом новорожденности. Основанием для этого выделения служит тот факт, что в это время имеет место вскармливание ребенка молозивом в течение 8--10 дней. Новорожденные в начальном периоде приспособления к условиям внеутробной жизни разделяются по уровню зрелости на доношенных и недоношенных. Внутриутробное развитие доношенных детей длится 39--40 недель, недоношенных - 28-38 недель. При определении зрелости учитывают не только эти сроки, но и массу (вес) тела при рождении. Следующий период - грудной - продолжается до года. Начало этого периода связано с переходом к питанию «зрелым» молоком. Во время грудного периода наблюдается наибольшая интенсивность роста, по сравнению со всеми остальными периодами внеутробной жизни. Длина тела увеличивается от рождения до года в 1,5 раза, а масса тела утраивается. С 6 месяцев начинают прорезываться молочные зубы. В грудном возрасте ярко выражена неравномерность в росте тела. В первом полугодии грудные дети растут быстрее, чем во втором. В каждом месяце первого года жизни появляются новые показатели развития. В первый месяц ребенок начинает улыбаться в ответ на обращение к нему взрослых, в 4 месяца настойчиво пытается встать на ножки (при поддержке), в 6 месяцев пытается ползать на четвереньках, в 8 - делает попытки ходить, к году ребенок обычно ходит. Период раннего детства длится от 1 года до 4 лет. В конце второго года жизни заканчивается прорезывание зубов. После 2 лет абсолютные и относительные величины годичных приростов размеров тела быстро уменьшаются. С 4 лет начинается период первого детства, который заканчивается в 7 лет. Начиная с 6 лет, появляются первые постоянные зубы: первый моляр (большой коренной зуб) и медиальный резец на нижней челюсти. Возраст от 1 года до 7 лет называют также периодом нейтрального детства, поскольку мальчики и девочки почти не отличаются друг от друга размерами и формой тела. Период второго детства длится у мальчиков с 8 до 12 лет, у девочек - с 8 до 11 лет. В этот период выявляются половые различия в размерах и форме тела, а также начинается усиленный рост тела в длину. Темпы роста у девочек выше, чем у мальчиков, так как половое созревание у девочек начинается в среднем на два года раньше. Усиление секреции половых гормонов (особенно у девочек) обусловливает развитие вторичных половых признаков. Последовательность появления вторичных половых признаков довольно постоянна. У девочек вначале формируются молочные железы, затем появляются волосы на лобке, потом - в подмышечных впадинах. Матка и влагалище развиваются одновременно с формированием молочных желез. В гораздо меньшей степени процесс полового созревания выражен у мальчиков. Лишь к концу этого периода у них начинается ускоренный рост яичек, мошонки, а затем - полового члена. Следующий период - подростковый - называется также периодом полового созревания, или пубертатным периодом. Он продолжается у мальчиков с 13 до 16 лет, у девочек - с 12 до 15 лет. В это время наблюдается дальнейшее увеличение скоростей роста - пубертатный скачок, который касается всех размеров тела. Наибольшие прибавки в длине тела у девочек имеют место между 11 и 12 годами, по массе тела - между 12 и 13 годами. У мальчиков прибавка в длине наблюдается между 13 и 14 годами, а прибавка в массе тела - между 14 и 15 годами. Особенно велика скорость роста длины тела у мальчиков, в результате чего в 13,5--14 лет они обгоняют девочек по длине тела. В связи с повышением активности гипоталамо-гипофизарной системы формируются вторичные половые признаки. У девочек продолжается развитие молочных желез, наблюдается рост волос на лобке и в подмышечных впадинах. Наиболее четким показателем полового созревания женского организма является первая менструация. В подростковый период происходит интенсивное половое созревание мальчиков. К 13 годам у них происходит изменение (мутация) голоса и появляются волосы на лобке, а в 14 лет появляются волосы в подмышечных впадинах. В 14--15 лет у мальчиков появляются первые поллюции (непроизвольные извержения спермы). У мальчиков, по сравнению с девочками, более продолжителен пубертатный период и сильнее выражен пубертатный скачок роста. Юношеский возраст продолжается у юношей от 18 до 21 года, а у девушек - от 17 до 20 лет. В этот период в основном заканчиваются процесс роста и формирование организма, и все основные размерные признаки тела достигают дефинитивной (окончательной) величины. В юношеском возрасте завершается формирование половой системы, созревание репродуктивной функции. Окончательно устанавливаются овуляторные циклы у женщины, ритмичность секреции тестостерона и выработка зрелой спермы у мужчины. В зрелом возрасте форма и строение тела изменяются мало. Между 30 и 50 годами длина тела остается постоянной, а потом начинает уменьшаться. К внешним признакам старения относятся, например, потеря естественной влажности и эластичности кожи, что ведет к появлению морщин, волосы становятся ломкими, начинают седеть, а у мужчин могут образовываться лысины. Далее процессы набирают скорость, и инволюции подвергается все больше число органов. В пожилом и старческом возрасте прослеживаются характерные изменения не только размеров и массы тела, но и его строения.

Список использованных источников

1. Биологический энциклопедический словарь Глав. ред. М.С.Гиляров

2. Общая биология учебник для 10-11 классов общ. учреж. Под ред. ак. Д.К.Беляева.

3. Бавтуто Г.А., Еремин В.М. Ботаника: Морфология и анатомия растений. Мн., 2013. - 375 с. новая редакция

4. Васильев А.Е. и др. Ботаника: Морфология и анатомия растений. М., 2013. - 480 с. новая редакция

5. Лемеза Н.А., Лисов Н.Д. Клетка - основа жизни. Мн., 2014. - 122 с.

Размещено на Allbest.ru