9. Индивидуальное развитие организмов

9. Индивидуальное развитие организмов

Этапы развития организма

Онтогенез — это процесс индивидуального развития организма, в результате которого реализуется его наследственная информация. Развитие организма начинается с оплодотворения и продолжается до его смерти. За этот период он проходит все стадии: образуется в результате оплодотворения, рождается, растет, развивается, размножается, стареет и умирает. Длительность жизни зависит от индивидуальных наследственных особенностей вида и не зависит от уровня его организации.

Онтогенез делится на два периода — эмбриональный и постэмбриональный. Эмбриональный период начинается с момента оплодотворения и продолжается до рождения организма. Постэмбриональное развитие начинается сразу после рождения, когда организм способен существовать самостоятельно.

Типы постэмбрионального развития

Постэмбриональное развитие бывает двух типов — прямое и непрямое (рис. 18).

Рис. 18. Виды постэмбрионального развития: А — прямое развитие у саранчовых; Б — развитие с метаморфозом у бабочки; В — метаморфоз у земноводных

Прямое развитие идет без так называемых превращений, когда появившийся на свет организм имеет сходство со взрослой особью и отличается только размерами, недоразвитием ряда органов и пропорций тела. Такое развитие имеет место у птиц, млекопитающих, некоторых насекомых, ракообразных.

Непрямое развитие протекает с метаморфозом, т. е. с превращением во взрослую особь. В этом случае родившийся организм — личинка не похожа на взрослую особь. Личинка приспособлена к активному питанию, передвижению, росту и развитию, но не способна к размножению (за редким исключением).

Например, у лягушки личиночная стадия — головастик по выходе из яйца напоминает малька рыбы.

У него отсутствуют конечности, вместо легких — жабры, имеется хвост, при помощи которого он активно плавает в воде. Спустя некоторое время у головастика формируются конечности, развиваются легкие, зарастают жаберные щели и исчезает хвост. Через два месяца после выхода из яйца головастик превращается во взрослую лягушку.

У некоторых отрядов насекомых развитие также протекает с превращением. Например, бабочки проходят целый ряд стадий развития. Из яйца появляется гусеница, которая по внешнему виду похожа на кольчатого червя. Она много ест и быстро растет. Затем гусеница превращается в куколку — неподвижную форму, которая находится в коконе, не питается, а только развивается во взрослое насекомое. Через некоторое время из куколки выходит бабочка. Способы питания у личинки и взрослого насекомого отличаются. Гусеница питается листьями и имеет грызущий ротовой аппарат, а у бабочки лижущий ротовой аппарат, и она питается нектаром. Иногда у некоторых видов взрослая форма вообще не питается и сразу приступает к размножению (тутовый шелкопряд).

Превращение личинки во взрослую особь связано с синтезом специальных гормонов. Например, для превращения головастика в лягушку необходим гормон щитовидной железы.

Биологический смысл метаморфоза заключается в том, что личинки и взрослые особи питаются разной пищей, адаптированы к разным условиям, что устраняет конкуренцию между ними.

У некоторых организмов личиночный период может затягиваться на всю жизнь, и на этой стадии организм может приступить к размножению. Например, личинка земноводного амбистомы — аксолотль при недостатке гормона щитовидной железы не превращается во взрослую особь, но способна размножаться на этой стадии. При добавлении в воду гормона развитие идет до конца, и аксолотль превращается в амбистому.

Рост. Характерной чертой онтогенеза является рост организма, т. е. увеличение его размеров и массы. По характеру роста всех животных можно разделить на две группы — с определенным и неопределенным ростом. При неопределенном росте размеры тела организма увеличиваются в течение всей его жизни. Это наблюдается, например, у моллюсков, земноводных, рыб, рептилий. Организмы с определенным ростом прекращают увеличение размеров тела на определенном этапе развития. Это насекомые, птицы, млекопитающие. Темпы роста меняются в течение всего периода и находятся под контролем гормонов. Например, у млекопитающих и человека рост регулируется гормоном гипофиза — соматотропным гормоном. Он активно вырабатывается в детском возрасте, а в период полового созревания количество гормона уменьшается и постепенно прекращается его выработка.

После интенсивного периода роста организм вступает в стадию зрелости, для которой характерно также изменение физиологических процессов в организме. Этот период связан с деторождением.

Старение и смерть

Процесс индивидуального развития организма заканчивается старением и смертью. Старение — это общебиологическая закономерность, свойственная всем живым организмам. В процессе старения изменяются все системы органов, нарушаются их структура и функции.

Существует несколько теорий старения. Одна из первых теорий была предложена И. И. Мечниковым, согласно которой старение связано с усилением процессов интоксикации, самоотравления организма в результате накопления продуктов обмена веществ (в частности, азотистого обмена). Ядовитые продукты жизнедеятельности организма поражают клетки печени, мозга, которые перестают нормально функционировать. Он рассматривал процесс старения с позиций фагоцитоза, считая, что деятельность гнилостных бактерий ведет к накоплению ядов в организме.

По другой теории старение — это результат затухания процесса самообновления белков, ухудшения процессов обмена веществ в цитоплазме.

Многие современные теории предполагают, что старение является следствием изменений в генетическом аппарате клеток, которые приводят к снижению активности процессов биосинтеза белков. Существенным фактором изменения генетической активности является ослабление активности ферментов и белков-регуляторов. Восстановление поврежденных участков ДНК идет медленнее, накапливаются мутации, которые проявляются в структурах РНК и белков. С возрастом повышается частота хромосомных нарушений.

Продолжительность жизни некоторых животных и растений

Высказываются гипотезы, связанные с гормональными нарушениями, в частности с изменением функции зобной железы. Старение характеризуется уменьшением надежности систем регуляции, обеспечивающих равновесие организма. В последнее время выдвинута еще одна теория — адаптационно-регуляторная, согласно которой старение рассматривается как процесс равномерного угасания, нарушения обменных процессов, структуры и функций клеток и органов.

У человека процессы старения обусловлены многими биологическими факторами, а также необходимо учитывать роль социальной среды. Наука, занимающаяся проблемами старения человека, называется геронтологией.

Старение — это неизбежный этап развития организма. Далее наступает смерть. Смерть отдельной особи в природе является условием для продолжения жизни вида и эволюции организмов на планете.

Вопросы для самоконтроля

1. Какой период жизни организма называется постэмбриональным?

2. Какие типы постэмбрионального развития известны?

3. В чем разница между прямым и непрямым развитием?

4. Охарактеризуйте стадии развития насекомых с полным и неполным превращением.

5. Назовите животных с разным типом развития.

6. У каких позвоночных животных размножение может наступать на личиночной стадии?

7. В чем биологический смысл развития с метаморфозом?

8. Какие гипотезы процесса старения вам известны?