Страница - 25

Раздел 11. РОСТ И РАЗВИТИЕ

§49. Этапы эмбриогенеза — формирование систем органов

Объяснять этапы эмбрионального развития. Описывать дифференциацию тканей и органов, формирующихся из разных зародышевых листков

Вспомните, что такое бластула, гаструла, нейрула и органогенез.

Основные этапы эмбриогенеза. Как вы помните, индивидуальное раз­витие организма делится на эмбриогенез – жизнь до рождения и постэм­бриогенез – жизнь после рождения. Основные этапы эмбриогенеза можно представить в виде схемы:

Если организм возник в результате полового процесса, то первым эта­пом его эмбрионального развития будет зигота – оплодотворенная яйце­клетка. Если же организм возник в ходе партеногенеза, то первым эта­пом его развития будет первое деление неоплодотворенной яйцеклетки. А если организм появился в ходе бесполого размножения, то для него нет понятия «эмбриогенез», так как он никогда не был эмбрионом.

У большинства видов организмов почти сразу же после оплодотворе­ния зигота начинает быстро делиться митозом. Так формируется много­клеточный зародыш. В самом начале митозы происходят очень быстро, один за другим. Появившиеся в результате такого процесса клетки не успевают расти. Их становится много, но общая масса почти не отлича­ется от массы зиготы. Эта стадия и называется дроблением, как если бы вы раздробили кусочек мела. Мелких частей станет много, но их общая масса не станет больше, чем масса исходного крупного куска.

Бластула – это многоклеточный зародыш, результат дробления зи­готы, все клетки которого одинаковы. Сколько бы клеток ни входило в состав бластулы, она не закончится, пока ее клетки не начнут отличаться друг от друга.

Гаструла – это стадия, когда клетки зародыша образуют разные слои. Расположенные на разных сторонах зародыша клетки начинают так от­личаться друг от друга, что формируются два слоя клеток. Раннюю га- струлу называют двухслойным зародышем. В ней различимы два слоя клеток, или два зародышевых листка. Наружный зародышевый листок называется эктодермой, а внутренний – энтодермой. Постепенно образуется и третий зародышевый листок – мезодерма. Поздняя гаструла – это трехслойный зародыш.

У зародышей беспозвоночных животных после стадии поздней га- струлы начинается процесс образования органов – органогенез. А у за­родышей хордовых животных образуется нервная трубка, из которой формируется мозг (спинной и головной). Эта стадия называется нейру- лой. Органы у зародышей хордовых животных образуются после стадии нейрулы.

Образование органов и тканей. Каждый вид тканей, органы и систе­мы образуются в строго определенном месте, из строго определенных кле­ток зародыша. Механизмы, с помощью которых организм контролирует процесс формирования зародыша, до конца не изучены. Но многое уче­ным уже известно. Вам предстоит узнать, из каких зародышевых лист­ков какие органы образуются.

Итак, зародыш животных состоит из трех слоев клеток, или зароды­шевых листков: наружный слой клеток – эктодерма, средний – мезодер­ма и внутренний – энтодерма. В ходе эволюции сначала возникли экто- и энтодерма, а позже – мезодерма. Из каждого слоя (зародышевого листка) образуются определенные группы органов (схема 11).

Схема 11

В формировании зародышей и образовании тканей и органов из зароды­шевых листков есть определенная эволюционная логика. Это потому, что когда живые организмы формируются в ходе эмбрионального развития, они кратко повторяют этапы эволюции своего вида от более примитивных существ.

Эктодерма находится на поверхности, поэтому из нее формируются покровы – кожа и ее производные. Нервные клетки в начале эволюции были чувствительными клетками, воспринимающими изменения окружающей среды. Они еще не образовали целых органов, а были одиночно разбросаны по поверхности тела. Постепенно их количество увеличилось, из них сформировались органы: нервы, нервные узлы, спинной и голов­ной мозг. И организм «спрятал» центральную нервную систему в череп и позвоночник. Ведь при их повреждении особи высокоорганизованных видов не выживают. А на поверхности тела по-прежнему остаются органы чувств: кожа, глаза, уши, язык и т. д.

Из мезодермы формируется мышечная и соединительная ткань. Даже по первой букве «М» легко запомнить, что это мышцы. А где мышцы, там и кости, связки, хрящи, сухожилия. Крупная мышца – сердце. А с ним всегда связаны кровь и кровеносные сосуды. Также мощная мускулатура есть у половых органов, а они у многих животных тесно связаны с вы­делительной системой.

Вспомните кишечнополостных (гидры, медузы, кораллы) – первых многоклеточных животных, у которых появились разные слои клеток. Это двухслойные животные. Их тела состоят из наружного слоя клеток – эктодермы и внутреннего – энтодермы, выстилающего гастральную (ки­шечную) полость.

Знание и понимание:

1. Дайте определения понятиям: эмбриогенез, зигота, дробление, блас­тула.
2. Что такое гаструла и нейрула?
3. Объясните, почему гаструла бывает ранней и поздней.
4. Объясните, для чего нужны зародышевые листки.

Применение:

1. Определите связь между за­родышевыми листками и ор­ганами, образующимися из них.
2. Из каких клеток состоят бла­стула, ранняя и поздняя га- струлы?
3. Рассмотрите рисунок. Опре­делите, какие стадии разви­тия эмбриона на нем изобра­жены.

Анализ:

1. Проанализируйте этапы развития эмбриона.
2. Выскажите ваше мнение о причинах формирования строго определен­ных органов из строго определенных зародышевых листков.
3. Заполните таблицу.

№	Орган	Эктодерма	Мезодерма	Энтодерма
1	Головной мозг
2	Скелетные мышцы
3	Печень
4	Эпителий тонкой кишки
5	Эпителий кожи
6	Железы внутренней секреции
7	Сальные и потовые железы
8	Сердце
9	Почки
10	Легкие
11	Кости

Синтез:

1. Порассуждайте: почему у организмов, размножающихся бесполым пу­тем, нельзя выделить стадии эмбриогенеза.
2. Дайте общее описание стадий эмбрионального развития.
3. В чем заключаются эволюционные предпосылки формирования опре­деленных органов из определенных зародышевых листков?
4. Известно, что однояйцевые близнецы рождаются из клеток, разделив­шихся на стадии ранней бластулы. Из двух клеток могут развиться двойняшки, из трех – тройняшки и т. д. Докажите, почему однояйце­вые близнецы не могут образоваться из клеток гаструлы.

Оценка:

1. Выскажите свое мнение о формулировке одного из ведущих биогене­тических законов: «Онтогенез – есть краткое и неполное повторение филогенеза».
2. Напишите реферат о биогенетическом законе, его авторах и исследова­ниях, его подтверждающих.

Дискуссия:

Считаете ли вы, что биогенетический закон носит всеобщий характер? Будет ли он справедлив для растений? Ответ аргументируйте.

Раздел 12. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ

§50. Наследственность и изменчивость

Аргументировать роль наследственности и изменчивости в эволюции

Вспомните, какой генетический материал и какие структуры клетки отвечают за наследственность. Чем отличаются наследственные и приобретенные при­знаки, мутации и модификации?

Наследственность и изменчивость — общие свойства живого. Наслед­ственность – общее свойство живых организмов быть похожими на предков. То есть это не что иное, как способность сохранять признаки, полученные от предков, и передавать их потомкам. Эта особенность жи­вого обеспечивается передачей генетической информации при реплика­ции ДНК, предшествующей размножению.

Изменчивость – общее свойство живых организмов отличаться от своих родителей (предков). При половом размножении особи не могут полностью копировать кого-либо из предков, так как они сочетают в себе признаки двух родительских организмов.

В действительности и при бесполом размножении особи тоже не яв­ляются точной копией материнских форм. Изменения можно измерять и анализировать. Они возникают из-за разных условий окружающей сре­ды. Даже если несколько растений, размноженных вегетативно, растут на одной грядке, одно из них может оказаться пораженным вирусом, а другое – нет, третьему достанется больше питательных элементов в по­чве, а четвертое окажется более затененным и т. д.

Виды изменчивости. Как вы помните, изменчивость бывает двух ти­пов: наследственная и ненаследственная, или модификационная. При этом наследственная изменчивость подразделяется на мутационную (му­тации) и комбинативную.

При наследственной изменчивости организм, получивший измене­ния, не только сам отличается от своих сородичей, но и передает эти изменения потомкам. Наследственная изменчивость всегда связана с из­менением наследственных признаков организма.

При мутациях в результате случайных процессов изменяется состав молекул ДНК и как результат – какие-то свойства организма. При комби- нативной изменчивости уже имевшиеся у родителей и их предков гены и признаки по-новому комбинируются (сочетаются) у потомков.

При модификационной, или ненаследственной, изменчивости изме­нения не затрагивают молекулы ДНК – гены и хромосомы. Так, при недостатке питательных веществ организмы почти никогда не бывают крупными. Но если у их потомков еды будет достаточно, они станут крупнее родителей. Млекопитающие, живущие в холодном климате, бу­дут иметь более густую шерсть, чем их сородичи, проживающие в тепле. Но если таким животным изменить среду обитания – поменять их места­ми, то после линьки их шерсть также изменится. Произойдет приспособ­ление организмов – адаптация.

Роль изменчивости в эволюционном процессе. Эволюция — процесс постепенного совершенствования живых организмов, повышения их при­способленности к условиям окружающей среды. Эволюционная теория Ч. Дарвина называется теорией естественного отбора. Отбор сохраняет тех, кто лучше приспособлен. Но если бы все организмы были одина­ковы, отбору не из кого было бы выбирать. Благодаря явлению измен­чивости организмы и разнообразны, и индивидуальны. Поэтому верно утверждение, что естественный отбор идет на основе наследственной изменчивости.

Представим себе, что в результате случайности (мутации) какой-то организм получил новую окраску. Если эта окраска делает его незамет­ным для врагов, он выживет. Получив преимущество в защите от врагов, выживший организм с новой окраской оставит многочисленное потом­ство. Его потомки тоже станут более защищенными от хищников и тоже оставят более многочисленное потомство, чем их иначе окрашенные со­родичи. Так постепенно, через несколько поколений, вся группа данных организмов или значительная ее часть окажется окрашенной в более вы­годный цвет. Адаптация, полученная в ходе наследственной изменчиво­сти (случайной мутации), закрепится в их генофонде.

Если же представить себе, что возникнет окраска, которая делает ор­ганизм более заметным для врагов, то носитель этой окраски, скорее всего, быстро погибнет.

Изменчивость поставляет материал для отбора. Ñледовательно, в дикой природе одни неодинаковые особи будут приспособлены лучше, а другие – хуже. Искусственный же отбор позволяет сохранять для размножения организмы с желаемыми наследственными качествами, выбраковывая тех, у кого проявились нежелательные признаки (рис. 103).

Модификационная изменчивость не играет роли в эволюции, так как не передается следующим поколениям. Но адаптации, возникающие при модификациях, очень важны для выживания при резком изменении ус­ловий. Невозможно себе представить, чтобы в результате засухи или кис­лотного дождя, например, растения не сбросили листьев. Если бы этого не произошло, непременно погибли бы сами растения.

Наследственная изменчивость – это одна из важнейших причин эволюции, в процессе которой постоянно накапли­ваются полезные изменения у многих поколений. Увеличение количества их приспособлений (адаптаций) приводит к усовершенствованию, появлению новых жизненных форм.

Если представить отсутствие изменчи­вости как таковой, то живые организмы были бы одинаковыми и неизменными. Ничего нового и появиться не могло бы. Наследственная изменчивость поставляет материал для отбора, а естественный отбор «выбирает» из этих изменений наиболее выгодные в данных условиях. Ч. Дарвин называл отбор «главным фактором эволю­ции». Но сам процесс эволюции без на­следственной изменчивости невозможен.

Знание и понимание:

1. Дайте определения понятиям наследственность и изменчивость.
2. Что такое адаптация?
3. Объясните, в чем разница между наследственной и модификационной изменчивостью.
4. Смогут ли выжить в живой природе неприспособленные организмы?

Применение:

1. Проиллюстрируйте на любом конкретном примере, что полезные в данных условиях наследственные изменения будут накапливаться.
2. Опишите роль модификационной изменчивости.
3. Определите связь между полезными и вредными изменениями и веро­ятностью выживания и преумножения особей в природе.
4. Объясните, как взаимосвязаны естественный отбор и наследственная изменчивость.

Анализ:

1. Проанализируйте и поясните, какая изменчивость будет играть наи­меньшую роль в эволюции, и почему.
2. Выскажите ваше мнение о причинах формирования адаптаций и само­го процесса эволюции.
3. Докажите на примерах, что у полезных наследственных изменений больше шансов сохраниться во времени.

Синтез:

1. Порассуждайте, почему ученые-экологи часто говорят, что человек ве­дет противоестественный отбор.
2. Систематизируйте по критериям разные типы адаптаций: пищевые, климатические, оборонительные, поведенческие и т. д.
3. Напишите эссе о роли наследственности и изменчивости в эволюцион­ном процессе.

Оценка:

Напишите реферат о наследственных и ненаследственных адаптациях, характерных для животных или растений вашей местности.

Дискуссия:

1. Выскажите мнение, почему хорошо приспособленные к своей среде оби­тания животные, такие как сайгаки, львы, киты, слоны и другие, на­ходятся на грани вымирания?
2. Обсудите высказывание Ч. Дарвина, который считал естественный от­бор главным эволюционным фактором, причиной эволюции. Согласны ли вы с ним? Выдвиньте аргументы «за» и «против».