Тема 05. Онтогенез

Transcript

1. ТЕМА 5. ОНТОГЕНЕЗ И ЭМБРИОГЕНЕЗ ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ, ЕГО ЗНАЧЕНИЕ. СПОСОБЫ РАЗМНОЖЕНИЯ, СХОДСТВО И ОТЛИЧИЕ ПОЛОВОГО И БЕСПОЛОГО РАЗМНОЖЕНИЯ. ОПЛОДОТВОРЕНИЕ У ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ И ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ. ВНЕШНЕЕ И ВНУТРЕННЕЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ. ОНТОГЕНЕЗ И ПРИСУЩИЕ ЕМУ ЗАКОНОМЕРНОСТИ. ЭМБРИОНАЛЬНОЕ И ПОСТЭМБРИОНАЛЬНОЕ РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМОВ. ПРИЧИНЫ НАРУШЕНИЯ РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗМОВ
2. РАЗМНОЖЕНИЕ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ • Размножение - одно из основных свойств живого, способность живых организмов увеличивать численность организмов своего вида • Воспроизведение – способность организмов передавать свою наследственную информацию следующему поколению, воспроизводить себе подобных, обеспечивая непрерывность и преемственность жизни в ряду поколений. • Преемственность: в процессе воспроизведения дочернее поколение получает (всю) генетическую информацию родительского поколения • Существование целостного организма поддерживается делением составляющих его дискретных единиц – клеток • Размножение подразделяется на половое, бесполое и вегетативное 2
3. ВИДЫ (СПОСОБЫ) РАЗМНОЖЕНИЯ • Вегетативное размножение – это увеличение численности особей за счёт отделения вегетативных органов или их частей и последующего восстановления до целого организма • Бесполое размножение – это размножение без участия специализированных репродуктивных клеток – гамет. В размножении участвует только один организм. • Половое – с помощью специализированных половых клеток (гамет), за счёт их слияния n->2n с образованием зиготы. (в случае одноклеточных эукариот – за счёт половых ядер) • Бесполое и половое размножение происходит в специализированных органах 3
4. ФОРМЫ РАЗМНОЖЕНИЯ • Вегетативное • У растений – размножение стеблевыми черенками, отводками, усами, корневищами, клубнями, луковицами, прививками, корневыми отпрысками, корневыми черенками, листовыми черенками • Полиэмбриония – разделение зародыша на несколько зародышей • Фрагментация – у растений, кольчатых червей • Бесполое • Бинарное деление – все прокариоты, митоз у простейших • Спорообразование – споровые растения, некоторые простейшие • Почкование – у дрожжей, кишечнополостных • Множественное деление – у споровиков: сначала ядро делится несколько раз, затем делится цитоплазма • Клонирование – искусственное бесполое размножение • Половое • Оплодотворение • Конъюгация – половой процесс инфузорий без размножения • Партеногенез – развитие нового организма (только одного пола) из неоплодотворённой яйцеклетки – у членистоногих, некоторых рыб, рептилий и птиц • Соматогамия – у водорослей, грибов: слияние соматических клеток • Гаметангиогамия – у грибов: слияние многоядерных протопластов (гаментангиев) через стадию дикарионов
5. СРАВНЕНИЕ ПОЛОВОГО И БЕСПОЛОГО РАЗМНОЖЕНИЯ У ЖИВОТНЫХ Признак Половое размножение Бесполое размножение Участвующие клетки Гаметы Соматические клетки Потомство Генетически отличается от родителей Генетически однородно (клоны) Механизм Мейоз Митоз Увеличение численности Медленно Быстро Организмы по наличию гамет: Раздельнополые – мужские и женские особи, либо обоеполые (гермафродиты) *У растений гаметы образуются путём митоза, а споры (бесполое поколение) – путём мейоза
6. ОНТОГЕНЕЗ И ПРИСУЩИЕ ЕМУ ЗАКОНОМЕРНОСТИ • Онтогенез – индивидуальное развитие организма, которое начинается с одной клетки – зиготы. Таким образом, онтогенез начинается от момента оплодотворения, и заканчивается смертью организма. • Подразделяется на эмбриональный и постэмбриональный периоды • Постэмбриональный делится на дорепродуктивный, репродуктивный, пострепродуктивный периоды Онтогенез Внутриутробный период (Пренатальный) Эмбриональная фаза (0-3 мес) Фетальная фаза (3мес. - рождение) Внеутробный период (Постнатальный)
7. ОПЛОДОТВОРЕНИЕ • Оплодотворение – процесс слияния мужской и женской гамет с образованием зиготы • Условия оплодотворения – 1) одновременное образование гамет, 2) своевременная доставка мужских гамет к женским, 3) биологическая совместимость двух половых клеток • Биологическое значение оплодотворения - восстановление диплоидного набора хромосом, активация яйца • Биологическое значение полового размножения - обеспечение разнообразия: перемешивание аллелей обусловливает генетическую устойчивость вида
8. СТРОЕНИЕ ЯЙЦЕКЛЕТКИ ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ • Яйцеклетка имеет множество оболочек: • Первичная оболочка – желточная, производное плазмалеммы • Вторичная оболочка – делается клетками яичника • Третичная оболочка – продукт желёз яйцевода • Внешняя оболочка цитоплазмы – кортикальный слой. Он играет решающую роль в проникновении сперматозоида, и только одного (моноспермия) • Цитоплазма яйцеклетки дифференцирована на зоны ещё до оплодотворения – анимальный полюс, вегетативный полюс и пигментный поясок (у морского ежа - классического объекта эмбриологии) • Яйцеклетки подразделяются по количеству желтка на: • полилецитальные (членистоногие, лососевые рыбы, рептилии, птицы) • Мезолецитальные (амфибии, осетровые рыбы) • Олиголецитальные (черви, моллюски, иглокожие) • Алецитальные (млекопитающие)
9. ОПЛОДОТВОРЕНИЕ • Оплодотворение у человека происходит на середине фаллопиевой трубы, и только тогда яйцеклетка заканчивает мейоз • Оплодотворению способствует акросомальная реакция • Сразу после проникновения сперматозоида происходит кортикальная реакция, предотвращающая полиспермию • Танец пронуклеусов – перед их слиянием • Почти сразу же происходит первое деление дробления
10. ВНЕШНЕЕ И ВНУТРЕННЕЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ У ЖИВОТНЫХ • Внешнее – гаметы сливаются вне половой системы самки (низшие организмы – рыбы, земноводные) • Внутреннее – половые клетки сливаются внутри организма самки, внутри её половых путей (пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие) • Смысл понятен: эволюционная тенденция – уменьшение количества потомства за счёт увеличения заботы о нём.
11. ЭМБРИОГЕНЕЗ (ЭМБРИОНАЛЬНЫЙ ПЕРИОД) • Эмбриональный, или зародышевый, период онтогенеза начинается с момента оплодотворения и продолжается до выхода зародыша из яйцевых оболочек. У большинства позвоночных он включает следующие стадии (фазы): • Дробления • Гаструляции • Нейруляции • Гистогенеза и органогенеза.
12. ЭМБРИОГЕНЕЗ • Зигота-> Дробление- >Морула-> Бластула-> Гаструла-> Нейрула-> Обособление органов-> Плодный период
13. ДРОБЛЕНИЕ • Дробление – многократные митотические деления зиготы, в результате которых зародыш становится многоклеточным, не меняя существенно своего объёма • Детерминированное/ регулятивное • Полное/неполное • Равномерное/неравномерное • Синхронное/асинхронное • Радиальное/спиральное/ билатеральное/анархическое В результате дробления образуются отдельные клетки - бластомеры
14. ТИПЫ БЛАСТУЛ • Полное дробление: дробится вся зигота • Равномерное – образуются одинаковые по размеру бластомеры (ланцетник) • Неравномерное – бластомеры отличаются по размерам: мелкие – у анимального полюса, крупные – у вегетатитвного, бластоцель смещена к анимальному полюсу – образуется амфибластула (амфибии) • Неполное дробление: борозды дробления не проникают в богатую желтком область цитоплазмы • Дискоидальное дробление – образуется дискобластула (рептилии, птицы) • Поверхностное дробление – бластоцель заполнена желтком (членистоногие)
15. ГАСТРУЛЯЦИЯ • Процесс образования двух зародышевых листков • Пути гаструляции: • Инвагинация - впячивание – ланцетник • Эпиболия – наползание и обрастание более мелких бластомеров на крупные – амфибии • Инволюция – вворачивание – рептилии, птицы • Иммиграция – перемещение – кишечнополостные • Деламинация – расслоение – кишечнополостные, млекопитающие
16. ГАСТРУЛЯЦИЯ
17. ПЕРВИЧНЫЙ И ВТОРИЧНЫЙ РОТ • Бластопор, первичный рот — отверстие, посредством которого полость первичной кишки (гастроцель) зародыша животного на стадии гаструлы сообщается с окружающей средой. У кишечнополостных и плоских червей бластопор целиком превращается в рот. У круглых и примитивных кольчатых червей в бластопоре появляется перемычка, и из него образуются ротовое и анальное отверстия. У высших кольчатых и моллюсков анус образуется заново. Все организмы до иглокожих и хордовых относятся к первичноротым. Характерно вентральное расположение нервных тяжей. • У вторичноротых в период зародышевого развития на месте первичного рта (бластопора) образуется анальное отверстие, а собственно рот независимо появляется в передней части тела. К вторичноротым относятся иглокожие и хордовые животные. Характерно дорсальное расположение тяжей нервной трубки. • *Бластопор обычно смещен на будущую брюшную сторону зародыша. Только у хордовых бластопор смещен на спинную сторону, так как брюшная сторона тела предков стала у хордовых спинной 17
18. НЕЙРУЛЯЦИЯ • Нейруляция – процесс формирования комплекса осевых органов (кишечной трубки, хорды и нервной трубки). В результате образуется нейрула. • Нервная трубка формируется из эктодермы!!! • Хорда формируется из энтодермы или из мезодермы
19. ЗАРОДЫШЕВЫЕ ЛИСТКИ (ОРГАНОГЕНЕЗ) • Эктодерма - > внешние покровы организма (эпидермис и его производные), передняя и задняя кишка, нервная система, органы чувств, эпителий моче- и семявыводящих путей • Энтодерма – хорда, кишечник, печень, поджелудочная железа, желудок, дыхательная система • Мезодерма – соединительная ткань: кровеносная система, опорно-двигательный аппарат (кости, мышцы, сухожилия, связки, фасции, хрящи), выделительная и половая системы • Гомология зародышевых листков (формирование одних и тех же органов и тканей из одинаковых зародышевых листков) – одно из доказательств единого происхождения животного мира.
20. МЕЗОДЕРМА • Вначале представлена сомитами (спинными сегментами), метамерно расположенными справа и слева от хорды, которые посредством сегментных ножек (нефротомов) связаны с вентральными несегментированными спланхнотомами (боковыми пластинками) • Сомиты дифференцируются на три участка: дорсолатеральный дерматом, медиовентральный склеротом, и между ними – миотом • Из дерматома развивается дерма (соединительнотканная основа кожи), из склеротома – хрящевая и костная ткани, из миотома – мышцы. • Из нефротомов развивается выделительная система • Из спланхнотомов развиваются париентальный и висцеральный листки плевральной, перикардиальной и брюшинной полостей (т.е. целом)
21. МЕЗОДЕРМА
22. ФИЛОГЕНЕТИЧЕСКИЙ (БИОГЕНЕТИЧЕСКИЙ) ЗАКОН ГЕККЕЛЯ-МЮЛЛЕРА, 1864-1866 • Животное во время своего развития обыкновенно повторяет стадии развития, пройденные видом во время его филогенетического развития в течение веков или, как формулировал этот закон Геккель, онтогенез (развитие особи) повторяет филогенез (развитие вида). • Северцов дополнил, что в онтогенезе животных повторяются признаки не взрослых предков, а их зародышей. • Предшественники – Карл Бэр, 1828 – закон зародышевого сходства
23. СРАВНИТЕЛЬНО-АНАТОМИЧЕСКИЕ ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ЭВОЛЮЦИИ ЖИВОТНОГО МИРА • Позвоночные организмы имеют единый план строения: • Двусторонне-симметричное тело • Сходные полости тела • Скелет • Сходное строение нервной системы • У них имеются гомологичные и аналогичные органы • Имеются рудименты и атавизмы • Имеются переходные формы
24. ЭМБРИОНЫ ПОЗВОНОЧНЫХ • По наличию амниона и аллантоиса – анамнии/амниоты • Анамнии – круглоротые , хрящевые рыбы, амфибии • Амниоты – рептилии, птицы, млекопитающие: складка эктодермы+мезодермы (амниотическая складка) – обрастает эмбрион, формируя две оболочки – внешнюю серозу (у плацентарных - хорион) и внутренний амнион • Внезародышевые органы: 1) Хорион, 2) Амнион, 3) Аллантоис, 4) Желточный мешок • У плацентарных: хорион+аллантоис = плацента • Желточный мешок – первичный орган кроветворения. Аллантоис – мочевой мешок, скапливает мочевые соли, первичный орган выделения
25. ЭВОЛЮЦИОННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ • 1) От изогамии к гетерогамии и оогамии • 2) От внешнего оплодотворения к внутреннему • 3) Усиление заботы о потомстве – переход от внешнего развития зародыша к внутреннему, за счёт чего можно уменьшить количество потомков • Все эти тенденции можно проследить как в эволюции животных, так и растений
26. ДВОЙНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ У ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ • Навашин, 1898 г – открыл двойное оплодотворение у цветковых растений 26
27. ДВОЙНОЕ ОПЛОДОТВОРЕНИЕ У ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ 27
28. ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ • Последовательность стадий развития, через которые проходят представители вида от зиготы одного поколения до зиготы следующего. • Простые/сложные жизненные циклы Простые жц Сложные жц Все последующие поколения не отличаются друг от друга Чередование поколений (полового и бесполого, полового и партеногенетического) • Одноклеточные животные • Одноклеточные водоросли • Животные с прямым типом развития • Многоклеточные водоросли • Высшие растения • Насекомые • Земноводные
29. СЛОЖНЫЕ ЖИЗНЕННЫЕ ЦИКЛЫ
31. РАЗВИТИЕ ЖИВОТНЫХ Прямое Непрямое • Рождающийся организм похож на взрослый организм • Отличие – в пропорциях тела • Примитивные формы нервной деятельности • Некоторые органы недоразвиты (половые) • Сходная среда обитания • Имеется личинка, отличная от взрослого организма по внешним признакам, характеру питания и движения • Личинки ведут самостоятельный образ жизни • Личинки и взрослые особи живут в разных средах обитания Представители: круглые черви, малощетинковые черви, пиявки, пауки, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие. *Такой вид развития характерен для видов, яйцеклетки которых богаты желтком, кроме млекопитающих Представители: кишечнополостные, плоские черви, многощетинковые черви, ракообразные, насекомые, земноводные Метаморфоз – относительно быстрое превращение личинки во взрослую особь, протекает с заменой личиночных органов на структуры, свойственные половозрелым особям.
32. Два вида непрямого развития – с полным и неполным превращением
33. ОТРЯДЫ НАСЕКОМЫХ С НЕПОЛНЫМ И ПОЛНЫМ ПРЕВРАЩЕНИЕМ (БЕЗ МЕТАМОРФОЗА/С МЕТАМОРФОЗОМ) Неполное (без метаморфоза) отряд Прямокрылые (саранча, кузнечики, сверчки, медведки); отряд Равнокрылые (тли, медяницы); отряд Полужесткокрылые (клопы, водомерки, гладыши); отряд Вши (вши); отряд Тараканы (тараканы); отряд Стрекозы (коромысла, красотки, лютки) Отряд богомоловые Полное (с метаморфозом) отряд Жесткокрылые (жуки); отряд Чешуекрылые (бабочки); отряд Двукрылые (мухи, комары); отряд Перепончатокрылые (пчелы, осы, шмели, наездники, муравьи). Отряд блохи
35. ЗНАЧЕНИЕ НЕПРЯМОГО РАЗВИТИЯ • Способствует распространению вида, особенно – если взрослые формы ведут прикреплённый образ жизни (у морских беспозвоночных) • Ослабление внутривидовой борьбы за счёт освоения разных экологических ниш • Зимующие личинки – приспособление к неблагоприятным условиям среды • Редко – размножение на личиночной стадии • Актуально для паразитов
36. ДОМАШНЯЯ РАБОТА • 4640558 – хромосомы, гаметогенез (3) • 4640335 – эмбриогенез (19) • 3902630 – Онтогенез -23 • 4640570 – Задачи на деление клеток (27)
37. ЗАДАНИЕ 25 № 11101 • Какие особенности строения сформировались у хордовых животных в процессе эволюции?
38. ОТВЕТ • 1) Появился внутренний осевой скелет — хорда или позвоночник, • 2) нервная система в виде трубки расположилась на спинной стороне тела, • 3) появились жаберные щели в пищеварительной трубке.
39. ЗАДАНИЕ 25 № 11137 • Опишите строение и функции яйцеклеток животных.
40. ОТВЕТ • 1) Яйцеклетки — женские гаметы, вырабатываются яичниками в процессе мейоза, содержат гаплоидный набор хромосом, не способны самостоятельно двигаться, содержат все органоиды и запас питательных веществ. • 2) Функции: обеспечивают передачу наследственной информации от материнского организма потомству, и обеспечивают питательными веществами зародыш. • 3) У разных видов отличаются размерами и формами.
44. ФАГОЦИТЕЛЛА МЕЧНИКОВА • Согласно Мечникову, у первых многоклеточных животных недифференцированные клетки переползали внутрь для внутриклеточного пищеварения; затем они возвращались обратно. Таким образом, сначала возникли два зародышевых листка, и только потом образовалась первичная кишечная полость. Живое подтверждение этой теории можно видеть у губок. • Теория фагоцителлы пришла на смену геккелевской теории гастреи
45. ИЛЬЯ ИЛЬИЧ МЕЧНИКОВ (1845-1916) • Один из основоположников эволюционной эмбриологии, первооткрыватель фагоцитоза и внутриклеточного пищеварения, создатель сравнительной патологии воспаления, фагоцитарной теории иммунитета, теории фагоцителлы. • Нобелевский лауреат в области физиологии и медицины за открытие клеточного иммунитета • Директор института Пастера с 1905 года
47. ЭКСПЕРИМЕНТ ШПЕМАНА И МАНГОЛЬДА, 1921 • Пересадка зачатка хордамезодермы зародыша тритона со спинной стороны одной гаструлы на брюшную сторону другой – эмбриональная индукция • Эмбриональная индукция – взаимовлияние частей развивающегося зародыша друг на друга, определяющее путь их развития
48. ПОЛОСТЬ ТЕЛА • Бесполостные (ацеломические) животные не имеют полости тела (есть только кишечная полость). Всё пространство между стенкой тела и кишечником заполнено мезодермальными клетками (плоские черви) • У первичнополостных (псевдоцеломических) животных первичная полость (псевдоцель) образуется в результате исчезновения большей части мезодермы (остаётся тонкий словй, прилегающий к стенке тела), однако истинная мезодермальная выстилка у псевдоцели отсутствует (круглые черви). Внутренние органы лежат в жидкости, заполняющей псевдоцель. • Вторичнополостные (целомические) животные имеют заполненные жидкостью парные полости, со всех сторон выстланные мезодермальной выстилкой. Эти полости заполняют всё пространство между стенкой тела и внутренними органами. Внутренние органы не контактируют с целомической жикостью, но сам целом сдвигают и деформируют (кольчатые черви и далее). У млекопитающих от целома остаются плевральная, перикардиальная и перитонеальная полости. • Функции целома: 1) опорная, 2) гомеостаз, 3) вторичные – дыхательная, половая, выделительная, трофическая и др. 48