Содержание
-
Механизмы онтогенеза
Тема. Общая характеристика онтогенеза.
-
План лекции
Характеристика онтогенеза. Развитие, жизненные циклы и их типы. Целостность, дискретность и необротимость онтогенеза. Основные типы онтогенеза при наличии сложных жизненных циклов. Онтогенез при бесполом размножении. Онтогенез при зиготном мейозе с чередованием ядерных фаз при споровом мейозе. Онтогенез с чередованием полового и бесполого размножения без изменения ядерных фаз. Онтогенез с присутствием личиночных стадий и с потерей личиночных стадий. Онтогенез с размножением на ранних стадиях онтогенеза.
-
Определение
Онтогенез или индивидуальное развитие– комплекс последовательных и необратимых изменений жизнедеятельности и структуры живых организмов от возникновения из оплодотворенной яйцеклетки зиготы до смерти организма.
-
Онтогенез Окружающая среда Последовательная реализация генетической программы развития
-
Термин «онтогенез» ввел в 1866 году Э. Геккель
Процессы развития, составляющие жизненный цикл и онтогенез в целом являются закономерным результатом длительного исторического развития вида - филогенеза.
-
Все морфологические, физиологические, биохимические, этологические признаки, которые развиваются на определённых стадиях онтогенеза и обеспечивают приспособление организма к соответствующим условиям среды на различных стадиях развития, сформировались у вида в ходе его эволюционного становления и находятся в закодированном виде в его геноме.
-
Взаимоотношения онтогенеза и филогенеза (индивидуального и исторического развития) лежат в основе биогенетического закона
-
Фриц Мюллер Эрнст Геккель Между индивидуальным развитием организмов и их историческим развитием существует глубокая связь, которая нашла свое отражение в биогенетическом законе, сформулированном двумя немецкими учеными Ф.Мюллером и Э.Геккелем в XIX веке: онтогенез (индивидуальное развитие) каждой особи есть краткое и быстрое повторение филогенеза (исторического развития) вида, к которому эта особь относится.
-
Филогенез осуществляется путем «наращивания» новых стадий в конце онтогенеза. На всех стадиях онтогенеза возникают новые признаки (рекапитулируют только отдельные признаки), связанные с развитием приспособлений организмов к условиям их существования на соответствующих стадиях, которые нарушают рекапитуляцию. Эти признаки Э, Геккель назвал ценогенезами. Рекапитуляция целых филогенетических стадий не происходит из-за обилия в любом онтогенезе ценогенезов.
-
ценогенезы
Полезные приспособления, которые развиваются на определенных фазах онтогенеза, но позже исчезают. ПРИМЕРЫ: виды яйцевых оболочек, защищающие зародышей от всякого рода механических повреждений (известковые оболочки яиц рептилий и птиц или стекловидные оболочки яиц акул с их длинными нитями, при помощи которых они прикрепляются к подводным растениям); желток яиц, предоставляющий готовую пищу для эмбриона; амниотическая оболочка зародышей рептилий, птиц и млекопитающих; аллантоис, представляющий собой орган эмбрионального дыхания и выделения животных; плацента млекопитающих. У многих животных, дышащих во взрослом состоянии легкими (лягушки) или трахеями (стрекозы, поденки), развивающиеся в воде личинки обладают жабрами.
-
Понятия рост и развитие
Развитие - качественные изменения структуры и функций организмов (животных, растений и т.д.) в целом и его отдельных частей - органов, тканей и клеток, возникающие в процессе онтогенеза. Рост - новообразование цитоплазмы и клеточных структур, приводящее к увеличению числа и размеров клеток, тканей, органов и всего живого организма в целом.
-
Процессы роста и развития тесно взаимосвязаны. Однако быстрый рост может сопровождаться медленным развитием и наоборот. Например, озимые растения при весеннем посеве быстро растут, но не переходят к репродукции. Осенью при пониженных температурах озимые растения растут медленно, но в них быстрее проходят процессы развития. Показателем темпов развития служит переход живых организмов к репродукции или размножению. Показателем темпов роста является скорость нарастания массы, объема, размеров живых организмов.
-
Постэмбриональное развитие сопровождается ростом.
-
Жизненный цикл - это совокупность всех фаз развития, начиная от оплодотворённой яйцеклетки (зиготы) и заканчивая той фазой, на которой организм способен дать начало следующему поколению.
-
-
Прямое постэмбриональное развитие: Из яйцевых оболочек или из тела матери выходит организм небольших размеров, но с уже заложенными всеми основными органами, свойственными взрослому животному: млекопитающие рептилии птицы
-
Постэмбриональное прямое развитие у животных сводится в основном к росту и половому созреванию.
-
Непрямое постэмбриональное развитие: Из яйца выходит личинка, обычно устроенная проще взрослого животного, со специальными личиночными органами, во взрослом состоянии отсутствующими. Со временем органы личинки заменяются органами, свойственными взрослым особям. личинка превращается во взрослое животное. амфибии рыбы насекомые ракообразные моллюски черви
-
Метаморфоз – это глубокие и относительно быстрые изменения, происходящие в организме в период постэмбрионального развития.
-
В жизненном цикле животных, развивающихся с метаморфозом, бывает хотя бы одна личиночная стадия. Личинки (особенно это относится к прикреплённым формам) обеспечивают распространение вида, позволяя избежать перенаселения (свободноплавающие личинки), а также позволяют приспособиться к неблагоприятным условиям. Немертинам характерен некротический метаморфоз, когда взрослая особь развивается внутри личинки; остальная масса личинки после этого отмирает. Среди позвоночных метаморфоз известен у миног, некоторых рыб (например, двоякодышащих). У лягушки из яйца выходит личинка, обитающая в воде, – головастик. По мере развития личиночные органы утрачиваются и появляются органы взрослого животного.
-
Непрямое развитие или развитие с метаморфозом
С неполным метаморфозом: яйцо → личинка (нимфа, головастик) → взрослая особь (лягушка, оболочники, кишечнополостные, плоские и круглые черви, моллюски). С полным метаморфозом: яйцо → личинка → куколка → взрослая особь или имаго (майский жук, бабочки).
-
Наиболее ярко развитие с метаморфозом представлено у насекомых. Развитие с полным превращением: яйцо личинка куколка имаго
-
При развитии с полным метаморфозом освобождающаяся из яйцевых оболочек личинка (например, гусеница у бабочек) резко отличается от взрослой особи. Личинка в процессе роста несколько раз линяет и вступает в стадию куколки. На этой стадии личиночные органы расщепляются (подвергаются гистолизу), а из особых зачатков - имагинальных дисков формируются органы взрослого насекомого. Взрослая особь (имаго) покидает покровы куколки, при этом остававшиеся долгое время в свёрнутом состоянии органы после поступления в них крови расправляются.
-
МетаморфозМетаморфоз - процесспревращения организмаизличиночнойформыво взрослую. Выражается в значительныхперестройкахморфологическихструктур, в сменефизиологических и биохимическихреакций. В ходеметаморфозареализуютсяновыеморфогенетическиепрограммы, происходитперепрограммированиенейронов, целый рядструктуррегрессируют (подвергаетсяапоптозупосле чего происходит фагоцитозостатковклеток и дебриса). Метаморфозсвойствененразличнымпредставителямпозвоночных и беспозвоночныхживотных.
-
Развитие с неполным превращением: яйцо личинка имаго
-
Значение метаморфоза.
1) личинки могут самостоятельно питаться и растут, накапливая клеточный материал для формирования постоянных органов, свойственных взрослым животным; 2) свободноживущие личинки прикрепленных или паразитических, животных играют важную роль в расселении вида, в расширении ареалаих обитания; 3) смена образа жизни или среды обитания в процессе индивидуального развития в результате того, что личиночные формы некоторых животных живут в иных условиях и имеют другие источники питания, чем взрослые особи, снижает интенсивность борьбы за существование внутри вида. Продолжительность личиночной стадии у разных животных от нескольких дней (дрозофила) до 2—3 лет (майский жук).
-
Что происходит при метаморфозе амфибий?
-
Миграция глаз (с боков дорсально и рострально) и и ипсилатеральная локализация проекций зрительных нейронов в ходе метаморфоза Xenopus laevis
-
Наиболее очевидное изменение — образование костей. Череп головастика изначально хрящевой, а череп взрослого животного костный. Другим впечатляющим событием метаморфоза является формирование нижней челюсти. В ходе этого процесса меккелев хрящ удлиняется почти вдвое относительно своего первоначального размера, жабры и хрящ жаберных дуг (столь важные для дыхания в воде) дегенерируют. Другой хрящ, например, кератогиалиновый (участвующий в прикреплении языка) основательно преобразуется. Таким образом, как и при развитии нервной системы, одни элементы скелета пролиферируют, другие гибнут, третьи ремоделируются.
-
Замена аммониотелического типа экскреции на более экономичный (по расходу воды) уротелический у наземных амфибий (рода Rana) в ходе метаморфоза
-
Возрастание активности лизосомных протеаз в дегенерирующем хвосте в ходе метаморфоза Xenopus laevis
-
A, hagfish B, shark C, eel D, bullfrog E, lizard F, quail Четвероногие – у всех отчетливая щитовидная железа, составленная из множественных фолликул, продуцирует тиреоидный гормон (тироксин)
-
Тиреоидные гормоны метаморфоза амфибий -T4 (тироксин) и T3 (трийодтиронин). В ходе метаболизма тиреоидные гормоны подвергаются инактивации дейодиназами. Особенно важна (для всех позвоночных) селен-зависимая дейодиназа II, превращающая малоактивный T4в активный T3
-
Стадии метаморфоза
Преметаморфоз (созревание щитовидной железы, мало тироксина и очень мало трийодтиронина). Инициатором секреции гормона является рилизинг-факторкортикоотропного гормона- CRH4 (гипоталамус), который действуя на гипофиз, стимулирует продукцию тиреотропного гормона: TSH. На этой стадии инициируется рост зачатков конечностей Прометаморфоз- созревание щитовидной железы, более высокий уровень тиреоидного гормона (резорбция хвоста, резорбция жабер, преобразование кишечника) Климакс-резкое возрастание тироксина (в ЩЖ) и рецепторов тиреоидных гормонов в клетках различных тканей: регрессия хвоста и другие реакции. Структуры мозга реагируют на значительные перестройки тела и способствуют завершению метаморфозного климакса подавляя активность ЩЖ петлёй обратной связи: тиреоидныегормоны-гипофиз-TSH-щитовидная железа-синтез тиреоидного гормона
-
Контроль образования и способ действия тиреоидных гормонов
-
Тиреоидные рецепторы - транскрипционные факторы, действуют в виде димеров с ретиноевыми рецепторами (типа RXR) и активируют как собственные гены (положительная обратная связь), так и многие другие гены, важные для осуществления метаморфоза (альбумина, карбамоилфосфатсинтазы, глобинов, кератинов, Shh)
-
Пример гетерохронии - прямое развитие пуэрториканской лягушки Eleutheradactylus coqui (слева направо - стадии развития)- видны конечности на ранних стадиях. Тиреоидные гормоны влияют лишь на регрессию хвоста, используемого как респираторный орган.
-
Формирование различных видов хвостатых амфибий, вызванное блокированием метаморфоза, на разных стадиях гормональной цепочки- гипоталамус-гипофиз-щитовидная железа
-
Метаморфоз у насекомых (три типа развития: 1) прямое разитие (аметаболическое), 2) неполное превращение (гемиметаболическое), 3) полное превращение (голометаболическое)
-
Неполное превращение (кузнечики, сверчки, тараканы и т.д.)
-
Полное превращение
-
-
Имагинальные диски и гистиобласты личинки дрозофилы третьей стадии, из которых при метаморфозе развиваются структуры взрослого насекомого
-
Клетки личинки (недифференцированные имагинальные клетки)– предшественники клеток тканей и органов взрослого насекомого
1. Имагинальные диски, клетки которых формируют кутикулярные структуры взрослого, включая крылья, ноги, антенны,глаза, голову, грудь и гениталии 2. Кластеры гистобластов — небольшие скопления имагинальных клеток, формирующих структуры брюшка взрослого. 3. Кластерыимагинальных клеток внутри каждого органа, которые будут пролиферировать, чтобы сформировать орган взрослого взамен дегенерирующего личиночного
-
Развитие ноги дрозофилы путём элонгации из имагинального диска вследствие пролиферации и дифференцировки клеток диска в ходе метаморфоза (Из книги S. Gilbert, “Developmental Biology”)
-
Формирование ноги мушки из соответствующего имагинального диска в ходе метаморфоза
-
Гормоны насекомых, контролирующие рост и линьки личинок, а также метаморфоз ( стероидные) экдизон (E) и 20-гидроксиэкдизон (20E) -вызывают линьку и метаморфоз, ювенильный гормон (JH) - способствует линьке, но препятствует метаморфозу)
-
Гормональная регуляция метаморфоза у насекомых( виды гормонов, места синтеза гормонов и участие их в линьках и метаморфозе). Экдизон (E), 20-гидроксиэкдизон (20E), ювенильный гормон (JH)
-
Линьки и метаморфоз индуцируются импульсами экдизона(E) и 20- гидроксиэкдизона (20E). Первый импульс угнетает прежнюю программу экспрессии генов, следующие стимулируют активацию новых программ генной экспрессии. Ювенильный гормон (JH) способствует прохождению линек, но угнетает метаморфоз.
-
Личиночная гибель клеток при метморфозе дрозофилы вызывается стаде- и тканеспецифической индукциейдвух “геновсмерти” — reaper иhead involution defective (hid). Согласованную индукцию этих генов координирует 20-гидроксиэкдизон(20Е) .
-
Гиперметаморфоз
Кокцида (отр.Homoptera) Жук-нарывник Mylabris variabilis (сем. Meloidae)
-
Гиперметаморфоз (Coleoptera, Meloidae): А – триунгулин (I личиночная стадия, Б – II личиночная стадия, В – пупоид (ложная куколка, III стадия), Г – IV личиночная стадия, Д - куколка
-
Жизненный цикл и онтогенез совпадают до стадии полового созревания. Онтогенез продолжается до естественной исчезновения организма (смерти или перехода в дочерние (деление одноклеточных организмов). Жизненный цикл замыкается, связывая настоящее (материнский организм) с будущим (первый из потомков, подобных материнскому организму), т.е. от поколения к поколению. Онтогенез не цикличен, его конец никогда не смыкается с началом.
-
Задачи жизненного цикла
Самовоспроизведение. Расселение. Самосохранение. Генетическая связь родителей с потомками. Продолжение жизни не только индивида, но и вида в целом. 4. Захватывает несколько этапов онтогенеза. 5. При чередовании поколений в один цикл входят этапы развития двух и трех последовательных потомков, каждый из которых имеет свой онтогенез.
-
Задачи онтогенеза
1. Рост. 2. Развитие. 3. Питание. 4. Размножение. И другие жизненные задачи особи.
-
Таким образом, понятия «онтогенез» и «жизненный цикл вида» следует различать как процессы, протекающие на разных биологическихуровнях – организменном, или индивидуальном и видовом.
-
Соотношение понятий онтогенеза и жизненного цикла
-
Целостность онтогенеза
Каждый организм в период индивидуального развития представляет собой целостную систему, следовательно, и онтогенез – это целостный процесс. Особь всегда развивается как целое (цитогенетические, гормональные, морфогенетические и морфофизиологические, нейрогуморальные). Структурная и функциональная целостность особи основана на взаимодействии онтогенетических дифференцировок. Онтогенетические дифференцировки (в отличие от филогенетических) никогда не приводят к изоляции разных структурных компонентов целого — особи. Этапы онтогенетической дифференцировки взаимосвязаны и дополняют друг друга, предыдущие этапы служат основой для последующих. Единство чередующихся стадий. Подчиненность частей целому.
-
Закон целостности онтогенеза (закон Дриша)
Индивидуальное развитие организма есть целостный процесс и будущее состояние каждого развивающегося элемента есть функция его положения в целом.
-
Свойство целостностиимеет количественное выражение, неодинаковое для представителей разных видов, для разных особей, стадий и состояний организма. У растений целостность, как правило, выражена в меньшей степени, чем у животных. В процессе регенерации, то есть восстановления утраченных частей или восстановления организма из части, целостность возрастает. С усложнение организации в процессе онтогенеза и филогенеза, усиление координирующей функции системно-регуляторных факторов организма возрастает целостность.
-
Филогенетические изменения суть изменения целостных онтогенезов, протекающие в условиях воздействия естественного отбора на системно-регуляторные факторы. Поэтому свойство целостности сохраняется организмами не только в их индивидуальном, но и историческом развитии. Изменения, разрушающие целостность, устраняются отбором.
-
Индивидуальное развитие всех организмов носит стадийный характер.
Стадии развития и уровень целостности организма: 1) Цитогенетическое целое, присущее отдельной делящейся клетке; 2) Эмбриональное целое, характеризующее фазы дробления яйца, дифференцировки, морфогенеза и роста зародыша в зародышевых оболочках; 3) Постэмбриональное онтогенетическое целое, характерное для стадий молодости и зрелости; 4) Инволюционное целое, отражающее системный характер инволюционного развития организма на стадии старости.
-
Цитогенетическоецелое В отдельно делящейся клетке, основное регуляторное значение имеет цитоплазматический контроль, а затем взаимодействие ДНК, РНК и белков. Генетическая информация в процессе матричного синтеза переходит с ДНК на РНК, а с РНК на белки. В свою очередь, осуществляя обратную связь, белки-ферменты и метаболиты-эффекторы играют роль регуляторов функционирования ДНК. Другую сторону целостности клетки составляет свойство раздражимости, проявляющееся в ее структурном и функциональном реагировании на воздействия среды.
-
Эмбриональное целое Вступают в действие морфогенетические системы регуляции, проявляющиеся в клеточном и тканевом взаимодействии при посредстве белков, играющих роль индуцирующих факторов эмбриогенеза. При этом имеют значение и другие факторы, обусловливающие целостность эмбрионального развития. Например, его пространственно-временная организация, фиксация каждого элемента развивающейся системы во времени и пространстве, полярность и самоорганизация системы, взаимная самонастройка, коадаптация ее элементов.
-
Постэмбриональное целое
У животных гормональная и нейрогуморальная регуляция Внутриклеточные системы регуляции У растений гормональная регуляция и раздражимость. Системно-регуляторные факторы обеспечивают сохранение относительного постоянства организма и в то же время обусловливают его поступательное развитие. Ход развития организма не предопределен ДНК клетки, а обусловлен развивающимся целым (цитогенетическим, эмбриональным и т. д.).
-
Дискретность онтогенеза
Обусловлена дискретной генетической детерминацией. Реализация генотипа в онтогенезе изменчива и происходит приспособительной к конкретным условиям среды. Генотип способен обеспечивать в определенных пределах изменчивость онтогенеза в зависимости от изменяющихся условий внешней среды. Степень возможной изменчивости в ходе реализации генотипа называется нормой реакции и выражается совокупностью возможных фенотипов при различных условиях среды. Онтогенетическая адаптацияобеспечивает выживание и репродукцию организмов иногда даже при значительных изменениях внешней среды.
-
М о д и фи к а ц и о нной и з м е н ч и в о с т ью называют разнообразие в фенотипическом проявлении одинаковых генотипов в различных условиях среды. Основной характеристикой модификационной изменчивости является Н О Р М А Р Е А К Ц И И – пределы варьирования признака в различных условиях среды.
-
Норма реакции качественных признаков
-
О н т о г е не т и ч е с к а я а дап т а ц и я Устойчивость организмов к стрессовым факторам среды зависит от условий их жизни до воздействия этого фактора. Линия Т дрозофилы (М.М.Тихомирова) способна жить и оставлять потомство приt=32оС. Стандартная лабораторная линия Кантон-С при этих условиях стерильна.
-
При стрессовой температуреt=36оС продолжительность жизни мух линии Т зависит от температуры предшествующего развития: t=32оС и t=25оС через 10 часов живых при t=36оС мух 82,3% 29,2%
-
Онтогенетическая адаптация развивается на фонег е н о т и п и ч е с к о й п р е д а д а п т а ц и и, которая обусловлена синтезом особых белков – белков теплового шока. Через 6-8 часов прогревания белки теплового шока составляют 10% от всех белков. Они мигрируют в ядро и связываются с хромосомами, преимущественно в эухроматиновых зонах, защищая их от повреждений.
-
Гены, контролирующие синтез белков теплового шока, возникли на ранних этапах эволюции (дрожжи) и сохранились в генотипах высших животных (человек, мышь) и растений (кукуруза). Белки теплового шока синтезируются и при других стрессах (химический, радиоционный), оказывая защитное действие на уровне хромосом организма.
-
О н т о г е н е т и ч е с к а я и з м е н ч и в о с т ь являетсяп р е д м е т о мизученияо п ы т н о й а г р о н о м и и: определение влияния на урожайность сроков сева, норм высева семян, сроков и доз внесения удобрений и т.д. У количественных признаков доля изменчивости за счет взаимодействия генотип-среда может составлять более 50% от всей наблюдаемой изменчивости. Управление онтогенетической изменчивостью на уровне сортов с.-х. культур – основная задача агронома.
-
Необратимость онтогенеза
Онтогенез многоклеточных организмов сопровождается рядом общих основных процессов: рост – увеличение числа клеток и/или их объема (растяжение); гистогенез – образование и дифференцировка тканей; органогенез – образование органов и систем органов; морфогенез – формирование внутренних и внешних морфологических признаков; репродукция; физиолого-биохимические преобразования; инволюция систем и организма в целом. Все это происходит на основе биохимической, физиологической, генетической и морфологической дифференцировки клеток, тканей и органов.
-
Основные типы онтогенеза при наличии сложных жизненных циклов
– Онтогенез организмов с бесполым размножением и/или при зиготном мейозе (прокариоты и некоторые низшие эукариоты). – Онтогенез организмов с чередованием ядерных фаз при споровом мейозе (большинство растений и грибов). – Онтогенез с чередованием полового и бесполого размножения без смены ядерных фаз(у кишечнополостных – метагенез). Чередование партеногенетического и амфимиктического поколений у червей, некоторых членистоногих и низших хордовых называется гетерогонией. – Онтогенез с наличием личиночных и промежуточных стадий: от первично-личиночного анаморфоза (переход от одной формы к другой) (имеют меньшее число брюшных сегментов) до полного метаморфоза (многоножки и некоторые членистоногие). – Онтогенез с утратой личиночных стадий и/или стадий бесполого размножения (пресноводные гидры, олигохеты, наземные и вторично-водные брюхоногие моллюски). – Онтогенез с утратой конечных стадий и размножением на ранних этапах онтогенеза; проявляется в виде педоморфозов (сохранении личиночных черт) и неотении (размножения на личиночной стадии).
-
Онтогенез при бесполом размножениии/или при зиготном мейозе (прокариоты и некоторые эукариоты)
размножение организмов, происходящее без образования гамет с участием лишь одного родительского организма; идентичное потомство (клон); особи одного клона могут быть генетически различными только в случае возникновения случайной мутации; в основе бесполого размножения лежит митотическое деление.
-
Зиготный или начальный мейоз (у многих грибов и водорослей) происходит в зиготе сразу после оплодотворения и приводит к образованию гаплоидного мицелия и таллома, а затем гамет или спор.
-
-
Зиготный (характерном для аскомицетов, базимицетов, некоторых водорослей, споровиков и других), для которых в жизненном цикле преобладает гаплоидная фаза, две клетки - гаметы сливаются, образуя зиготу с двойным (диплоидным) набором хромосом. В таком виде диплоидная зигота (покоящаяся спора) приступает к мейозу, дважды делиться, и образуется четыре гаплоидные клетки, которые продолжают размножаться.
-
-
Типымейоза
Зиготный (начальный)мейоз происходит сразу после оплодотворения и приводит к образованию гаплоидного мицелия и таллома, а затем гамет и спор. Свойственен многим водорослям и простейшим. В жизненном цикле этих организмов преобладает гаплофаза, а диплофаза редуцирована до зиготы. Гаметный (конечный)мейоз наблюдается у животных, а также у некоторых простейших и водорослей. В этом случае мейоз происходит во время гаметогенеза, и гаплофазесоответствуют гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды). Споровый (промежуточный)мейоз характерен для высших растений. В их жизненном цикле чередуются поколения спорофита, который размножается спорами, и гаметофита, который размножается половым путем. Мейоз идет в клетках диплоидного спорофита (диплофаза). В результате спорогенеза образуются споры с гаплоидным числом хромосом. Они развиваются без оплодотворения в гаметофит (гаплофаза), продуцирующий гаметы, слияние которых в зиготу опять дает начало диплоидному спорофиту.
-
Типы бесполого размножения
Простое (бинарное) деление Из одной клетки путем митоза образуются две дочерние, каждая из которых становится новым организмом, идентичным материнскому. Бактерии, многие простейшие (амеба), все одноклеточные водоросли (хлорелла)
-
-
2. Множественное деление (шизогония) Происходит многократное деление клеточного ядра, вслед за которым делится сама клетка на множество дочерних. Стадия, на которой происходит множественное деление, называется шизонтом. Споровики (группа простейших, к которой относится возбудитель малярии – малярийный плазмодий); некоторые водоросли.
-
-
3. Споруляция (спорообразование) Спора – одноклеточная репродуктивная единица микроскопических размеров, состоящая из ядра и небольшого количества цитоплазмы. Споры могут образовываться путем митоза или мейоза. Существуют и половые споры (зооспоры хламидомонады), они выполняют функции гамет. Водоросли, мхи, папоротники, хвощи, плауны; грибы
-
-
4. Почкование Новая особь образуется в виде выроста (почки) на теле родительской особи, а затем отделяется от нее, превращаясь в самостоятельный организм. Кишечнополостные, одноклеточные грибы (дрожжи)
-
5. Фрагментация Разделение особи на две или несколько частей, каждая из которых растет и дает начало новому организму. Этот способ основан на способности организмов к регенерации (восстановление недостающих частей тела). Плоский червь планария (при неблагоприятных условиях); немертины (морские черви); нитчатые водоросли (спирогира)
-
-
6. Вегетативное размножение Размножение отдельными органами, частями органов или тела. Нередко растения образуют структуры, специально предназначенные для этого: луковицы (короткий стебель, мясистые листья) – тюльпан, нарцисс, лук; клубнелуковицы (вздутый подземный стебель, нет мясистых листьев) – шафран, гладиолус; корневище (подземный стебель, растущий горизонтально) – ирис, пырей ползучий, астра,мята; столон (ползучий горизонтальный стебель, стелющийся по поверхности почвы) – ежевика, крыжовник, смородина; усы (плети) – разновидности столонов, которые быстро растут в длину – земляника, лютик ползучий; клубень (подземный запасающий побег) - картофель; корневые клубни (шишки) – вздувшиеся придаточные корни - георгины; мясистые стержневые корни морковь, пастернак, репа; листья – фиалка.
-
7. Клонирование Выращивание особи, генетически идентичной данному организму, путем пересадки ядра из соматической клетки в яйцеклетку, из которой предварительно удалили ядро. Высшие растения и некоторые животные.
-
При бесполом размножении онтогенез начинается с обособления клеток материнского организма и начала самостоятельной жизни органа вегетативного размножения или с деления одноклеточного материнского организма. Онтогенез одноклеточных организмов заключается в том, что в возникших при делении материнской клетки двух дочерних особях происходит не просто пополнение половинного набора органелл до исходного состояния, а и разрушение органоидов материнского происхождения и замена их на вновь образованные. В ходе онтогенеза одноклеточные организмы растут, у них наблюдаются изменения в синтезе белков, меняется чувствительность к различным факторам внешней среды.
-
Гетерофазное чередование поколений (водоросли, все высшие растения) при котором половое поколение гаплоидно (все клетки тела содержат гаплоидный набор хромосом), а бесполое — диплоидно. Диплоидное растение - спорофит образует гаплоидные споры (их образование сопровождается мейозом). Вырастающее из споры гаплоидное растение — гаметофит — продуцирует гаметы и осуществляет половое размножение. Из зиготы вновь образуется спорофит. Цикл развития папоротника. Как и у мхов, здесь происходит смена полового (гаметофит) и бесполого (спорофит) поколений.
-
У многих водорослей спорофит и гаметофит могут быть внешне одинаковыми. Высшим споровым растениям (хвощам, плаунам, папоротникам) присуще резкое различие между спорофитом и гаметофитом. Так, гаметофит папоротника (заросток) имеет вид небольшой (3–30 мм) зеленой пластиночки, а спорофит представлен крупным (до 1,5 м) растением. Редукция гаметофита наблюдается у семенных растений. Развитие и существование их гаметофитов происходит на спорофите. Так, у цветковых растений женский гаметофит (зародышевый мешок) располагается в завязи пестика цветка, а мужской (пыльцевое зерно) — в пыльнике тычинки.
-
Онтогенез с чередованием полового и бесполого размножения без изменения ядерных фаз.
У многих простейших (жгутиконосцев, инфузорий) при благоприятных условиях происходит интенсивное размножение путем деления — быстрый рост численности. Время от времени у них осуществляется половой процесс — увеличение разнообразия особей. Затем снова начинается бесполое размножение. Подобное наблюдается и у многих многоклеточных организмов (гидры – летом размножаются почкованием, а зимой половым путем, откладываяч яйца и весной развиваются новые особи).
-
МЕТАГЕНЕЗ Регулярное чередование поколений особей одного вида, которым присущ разный способ размножения (кишечнополостные животные) . В их жизненном цикле закономерно чередуются поколения полипов и медуз. Полипы, ведущие прикрепленный образ жизни, размножаются исключительно путем почкования (бесполое размножение), образуя колонии. В определенный сезон полипы отпочковываютличинок медуз, которые отделяются и развиваются в свободноплавающие организмы. Достигнув половой зрелости, медузы продуцируют половые клетки, и из оплодотворенных яйцеклеток развиваются ресничные личинки, которые, осев на дно, превращаются в полипы. Жизненный цикл медуз (Obelia): 1 и 4 — гидранты; 2 — гонангии с выпочковывающимися медузами; 3 — почка.
-
Гетерогония(цикличный партеногенез)
Закономерная смена отличающихся друг от друга, но обязательно половых поколений раздельнополого и гермафродитного раздельнополого и партеногенетического гермафродитного и партеногенетического. У коловраток, многих ракообразных, плоских и круглых червей (класса сосальщиков (Trematodes) типа плоских червей (Plathelminthes)), насекомых. Количество циклов гетерогонии в течение года может варьировать в зависимости от условий среды жизни. Амиктическая самка - у коловраток - особь женского пола, развившаяся из оплодотворенных осенью зимующих яиц. Амиктическая самка откладывает яйца, созревающие без редукции хромосом и без оплодотворения и дают поколения диплоидов. Миктическая самка - у коловраток - осеннее поколение самок, образующих яйца, которые могут развиваться как партеногенетически, так и после оплодотворения. Из партеногенетически развивающихся яиц вырастают лишь самцы, спаривающиеся с миктической самкой родительского поколения. Оплодотворенные яйца диплоидны и развиваются лишь после периода зимнего покоя. Весной из них развиваются амиктические самки.
-
Цикл развития коловраток
-
Rhabdiasbuffonis
-
Гетерогония Может иметь два поколения. Одно из них паразитическое - гермафродитных самок. Например, Rhabdiasbuffonis — паразит легких лягушек. Самки развивают протерандрически сперва сперматозоиды, а затем яйца. Оплодотворенные яйца попадают из легких в кишечник лягушки, а оттуда во внешнюю среду. В почве развивается свободная генерация, состоящая из самцов и самок. Самки этой генерации не столь плодовиты, продуцируют немногие яйца, из которых выходят личинки. Последние вместе с пищей и частицами почвы заглатываются лягушками, и в их легких вновь воспроизводится паразитическое поколение.
-
Животные, для которых характерен гермафродитизм
-
Протерандрические гермафродиты
Морской окунь Diplodus sargus Рыба-клоун Amphiprion ocellaris до возраста одного года особи являются самцами, в более поздних возрастах они становятся самками.
-
Протерогинныегермафродиты
Травяная лягушка Rana temporaria ГрупперEpinepheluspolyphekadion (сем. Serranidae) Chaetodonlunula– енотовая бабочка (сем. Maenidae) молодые особи трансформируются в женских особей; далее, в процессе роста и развития (и при определенных условиях внешней среды) они меняют пол на мужской.
-
Типы гермафродитизма
Истинный, или одновременный (дождевые черви, легочные брюхоногие моллюски, ракообразные) - особь способна продуцировать как мужские, так и женские гаметы, при этом возможна ситуация, когда способностью к оплодотворению обладают оба типа гамет (функциональный), либо только один тип гамет (афункциональный). Синхронный - особь способна одновременно продуцировать и мужские, и женские гаметы. В растительном мире – самооплодотворение: грибы, водоросли и цветковые растенийя.В животном мире самооплодотворение встречается у гельминтов, гидр и моллюсков, а также некоторых рыб (Rivulusmarmoratus). Взаимное оплодотворение, при котором обе копулирующие особи выполняют роль одновременно самцов и самок (дождевых червей, виноградных улиток) последовательное оплодотворение — одна из особей играет роль самца, а другая самки (например, у окуневых рыб родов Hypoplectrus и Serranus) Последовательный (дихогамия) (полихетаOphryotrochapurilis, креветки Pandalus borealis и P. latirostris) - особь последовательно продуцирует мужские либо женские гаметы, при этом происходит либо последовательная активация гонад мужского и женского типов, смена фенотипа. У растений, как правило, распространён первый вариант — при образовании цветков пыльники и рыльца созревают неодновременно.
-
Гинандроморфизм
аномалия развития организма, выражающаяся в том, что в одном организме крупные участки тела имеют генотип и признаки разных полов. Результат наличия в мужских и женских клетках организма наборов половых хромосом с разным их количеством. результат неправильного распределения половых хромосом по клеткам в ходе нарушенного созревания яйцеклетки, её оплодотворения или дробления. Билатеральные Передне-задние Мозаичные
-
У кишечной острицы (Strongyloidesstercoralis), паразитирующей в кишечнике человека, наблюдаются различные способы развития. Так, часть личинок, выйдя из кишечника человека, развивается по типу гетерогонии. В почве развиваются самцы и самки; от оплодотворенных самок рождаются личинки, которые через рот или через кожу попадают в организм человека; в его кишечнике они вновь дают паразитическое поколение. Другая часть личинок, оставаясь в почве, линяет, превращается в длинных с тонким пищеводом так называемых филяриевидных личинок, которые проникают в организм человека либо через рот, либо через кожу (перкутанный путь ) и развиваются в гермафродитных паразитных самок.
-
Гетерогония у членистоногих (Arthropoda). Переход от одной формы размножения к другой у них зависит от внешних условий: сезона года, температуры, питания. Так, у дафний в летние месяцы размножение партеногенетическое, а осенью - с оплодотворением. Смена форм размножения обусловлена понижением температуры. Так, при температуре 24° они размножаются только партеногенетически, при 16° уже было отмечено появление самцов и оплодотворенных яиц; при температуре 8° количество самцов еще больше возрастало. В пересыхающих водоемах дафнии также переходят к размножению с оплодотворением.
-
Влияние внешних факторов на определение пола
Бокоплав Gammarus duebeni Саранча, зараженная нематодой Mermis subnigrescens
-
Типы партеногенеза - форма полового размножения организмов, при которой женские половые клетки развиваются во взрослом организме без оплодотворения. Различают: факультативный партеногенез, при котором яйца могут развиваться как после оплодотворения, так и без него (пчелы, муравьи, коловратки – из оплодотворенных яиц развиваются самки, а из неоплодотворенных – самцы); облигатный партеногенез (обязательный), при котором яйца способны только к партеногенетическому размножению (кавказская скальная ящерица). Циклический партеногенез (тли, дафнии, коловратки) в летнее время существуют лишь самки, а осенью партеногенез сменяется размножением с оплодотворением.
-
Партеногенез
Daphnia pulex Filinia longiseta Тля (отр. Homoptera) Виды животных, для которых характерно партеногенетическое размножение
-
Типы партеногенеза (в зависимости от пола образующегося потомства)
Телитокия – жуки-долгоносики, мошки Simuliidae - из неоплодотворенных яиц выходят самки Арренотокия – перепончатокрылые - из неоплодотворенных яиц выходят самцы Дейтеротокия (амфитокия) – тутовый шелкопряд, некоторые прямокрылые (кобылки), привиденьевые (палочники) - из неоплодотворенных яиц развиваются особи обоих полов
-
Типы партеногенеза (в зависимости от числа хромосом в женской гамете)
Гаплоидный (генеративный) – перепончатокрылые Диплоидный - тли
-
Типы партеногенеза
Андрогенез Гиногенез (некоторые нематоды, рыбы, земноводные) Тутовый шелкопряд Bombyxmori ПецилияPoeciliaformosa развитие из яйца (после проникновения сперматозоида) только с мужским ядром, наблюдается при гибели женского ядра до оплодотворения (тутовый шелкопряд). способ развития яйцеклетки и образования зародыша, при котором после проникновения в нее сперматозоида их ядра не сливаются и в развитии участвует только ядро яйцеклетки (серебристый карась, тритоны).
-
Онтогенез с присутствием личиночных стадий и с потерей личиночных стадий.
У организмов с малым содержанием желтка в яйце непрямое развитие сопровождается образованием личиночной стадии. Из яйца выходит личинка, обычно устроенная проще взрослого животного, со специальными личиночными органами, отсутствующими во взрослом состоянии. Личинка питается, растет, и, со временем личиночные органы заменяются органами, свойственными взрослым животным.
-
Онтогенез животных с утратой конечных стадий и размножением на ранних этапах онтогенеза; проявляется в виде педоморфозов (сохранении личиночных черт) и неотении (размножения на личиночнойстадии).
-
Неотения
сохранение ювенильной формы в результате замедления развития тела относительно развития половых клеток и гонад, заканчивающегося в нормальные сроки. Пресноводные гидры, олигохеты, большинство брюхоногих моллюсков, некоторые земноводные, членистоногие, черви, а также у многие растений.
-
Аксолотль – личинка амбистомы Пример неотении — аксолотли, неотенические личинки хвостатых земноводных рода амбистом (Ambystoma), которые из-за наследственно обусловленного недостатка гормона тиреоидина остаются на личиночной стадии. Аксолотли по размерам не уступают взрослым особям. Иногда происходит метаморфоз аксолотлей - при постепенном изменении условий существования (пересыхание водоёма) или при гормональной инъекции.
-
Примеры гетерохронии - неотения (слева) и искусственно индуцированный метаморфоз у аксолотля -Ambystoma mexicanum (справа -рост в воде с тироксином)
-
Прогенез
сохранение ювенильной формы, при котором половые клетки и гонады развиваются с большой скоростью, чем при нормальном развитии и половое созревание происходит, когда организм продолжает оставаться ювенильным.
-
Педогенез
Размножение происходит, когда зародыш находится еще в теле материнской особи (эндопаразитизм), и осуществляется путем партеногенеза. У жуков (Coleoptera, Micromalthusdebilis), веерокрылых (Strepsiptera), бабочек-мешочниц (Psychidae) и галлиц (Cecidomyiidae), у некоторых морских ветвистоусых ракообразных (Cladocera) и паразитических плоских червей — трематод.
-
-
Типы детерминации пола у раздельнополых животных
1. Генотипическая: хромосомный механизм; дипло-гаплоидный механизм. 2. Фенотипическая.
-
Основные типы хромосомного определения пола (по М.М. Тихомировой, 1976)
-
Основные типы хромосомного определения пола (продолжение)
-
Типы пола Drosophila melanogaster в зависимости от полного хромосомного набора
-
Диплоидный набор хромосомDrosophila melanogaster :
XX + 3AA XY + 3AA Наборы половых хромосом: XXY – самка; XXYY - самка; XO – самец. + -
-
Числовой половой индекс =
число хромосом/ число наборов аутосом
-
Типы пола Drosophila melanogaster в зависимости от полного хромосомного набора
-
Многофакторное определение пола в разных линиях мухи обыкновенной Musca domestica
Примечание: М – мужской, F – женский фактор
-
Набор хромосом нематоды Caenorhabditis elegans - XXAA Варианты половых типов нематоды Caenorhabditis elegans, полученные в экспериментальных популяциях в результате полиплоидизации
-
Изменение вторичного соотношения полов в связи со сменой пола
Ophryotrocha puerilis Травяная лягушка Rana temporaria
-
Вторичное соотношение полов
Рыжий лесной муравей Formica rufa
-
Фенотипическое определение пола у эхиуриды Bonellia viridis
-
Изменение третичного соотношения полов в связи со сменой пола с возрастом в популяциях гермафродитных видов
Группер Epinephelus polyphekadion (сем. Serranidae) Морской окунь Diplodus sargus
-
Способы выражения возрастной структуры популяций животных
Возрастные пирамиды Соотношение разных поколений и возрастных групп Соотношение длительности пререпродуктивного, репродуктивного и пострепродуктивного периодов Характеристика абсолютных показателей роста особей разных возрастов
-
Возрастные пирамиды
Общая схема: 1 – растущая, 2 – стабильная, 3 – сокращающаяся популяции
-
Сезонные изменения соотношения возрастных групп моллюска Adaena vitrea в Северном Каспии
-
Все особи принадлежат одной генерации
Кобылка Chorthippus brunneus Варианты возрастной структуры популяций
-
2. Разные генерации сосуществуют во времени: моноцикличные виды с коротким жизненным циклом
Свекловичная моль Scrobipalpa ocellatella Семиточечная божья коровка Coccinella septempunctata
-
3. Разные генерации сосуществуют во времени: моноцикличные виды с длинным циклом развития
Майский хрущ Melolontha melolontha
-
4. Разные генерации сосуществуют во времени: полицикличные виды с короткой продолжительностью жизни
Полевка-экономка Microtus oeconomus
-
5. Разные генерации сосуществуют во времени: полицикличные виды с большой продолжительностью жизни
Индийский слонElephas maximus
-
Экологический возраст (период)
Пререпродуктивный Репродуктивный Пострепродуктивный
-
Соотношение продолжительности пререпродуктивного (1), репродуктивного (2) и пострепродуктивного (3) периодов онтогенеза у беспозвоночных
-
Соотношение продолжительности пререпродуктивного (1), репродуктивного (2) и пострепродуктивного (3) периодов онтогенеза у позвоночных
-
Периоды цикла развития голометаболических насекомых
1. Эмбриональное развитие. 2. Постэмбриональное развитие: период развития личинок; период развития куколки. 3. Период жизни имаго: пререпродуктивный период; репродуктивный период; пострепродуктивный период.
-
Факторы, определяющие возрастную структуру популяций животных:
общая продолжительность жизни; длительность пререпродуктивного периода: продолжительность периода размножения; время генерации; частота приплода; характер выживаемости особей разных возрастных и половых групп; тип динамики численности.
-
Контрольные вопросы
Онтогенез и егобиологическоезначение? Сходство и различиеонтогенеза и жизненногоцикла на разныхуровняхорганизацииживыхорганизмов? Охарактеризовать основне типыонтогенезаживыхорганизмов? Биологическоезначениеличиночнойстадии в онтогенезе? Охарактеризовать онтогенез с чередованием полового и бесполого размножения без изменения ядерных фаз. Биологическое значение гетерогонии? Биологическое значение неотении?
-
Литература
ГазарянК.Г., Белоусов Л.В. Биология индивидуального развития животных. – М.:Высшая школа, 1983. – 287с. Гилберт С. Биология развития: В 3-х т.: Пер. с англ. - М.: Мир, Т. 1 – 1993. – 228 с. Чепурнова Л.В. Биология индивидуального развития. - Кишинев CEP USM, 2009. – 99 с. Desnitskiĭ A.G. Volutionary reorganizations of ontogenesis in related frog species of the family Myobatrachidae // Ontogenez. – 2010. – Vol. 41, №3. – P. 165-170. Gilbert S.The position of the problem of ontogenesis // Parrhesia. – 2009. – №7. – P. 4-16. http://afonin-59-bio.narod.ru/2_heredity/2_heredity_lec/2_heredity_lec.htm.
-
Эмбриональный и постэмбриональный периоды развития. Самостоятельная работа: Заполнение сравнительной таблицы
-
Сравнение эмбрионального и постэмбрионального периодов развития.
Проверка самостоятельной работы
Нет комментариев для данной презентации
Помогите другим пользователям — будьте первым, кто поделится своим мнением об этой презентации.