Миллиард лет эволюции за короткую жизнь - ОРГАНИЗМЕННЫЕ РЕГУЛЯЦИИ

Постановка проблемы урока

За миллиарды лет эволюции жизни на Земле появилось более 10 миллионов видов организмов. Сложность организации новых видов с течением времени возрастала. Каждый из них обладает огромным числом признаков, часть которых уникальна, свойственна только данному виду или данной особи. При этом микроскопический, почти неразличимый сперматозоид любого вида несёт в себе полный набор наследственных задатков, необходимых для развития организма.

.• Что вас удивило? Какой возникает вопрос? (См. авторский вариант на с. 349.)

Необходимые базовые знания

.• Где находится главное хранилище наследственных задатков? (§ 6, 7)

.• Что такое зигота? (§ 15)

.• В каких случаях употребляют понятия “рост” и “развитие”? (Жизненный опыт)

.• Как распределяются гомологичные хромосомы между дочерними клетками в процессе мейоза? (§ 9)

Решение проблемы

Что такое онтогенез

Онтогенез, или индивидуальное развитие организма, — это вся совокупность преобразований особи от оплодотворения (при половом размножении) или от момента отделения от материнской особи (при бесполом размножении) до конца жизни. Это процесс реализации наследственной программы, которая получена особью от родителей. Исследованием онтогенеза занимается биология развития.

Онтогенез включает стадии эмбрионального периода (до рождения) и постэмбрионального периода развития (после рождения).

16.1. Индивидуальное развитие человека.

• В чём состоят изменения, происходящие в ходе развития организма человека? Какие стадии индивидуального развития вы уже прошли, а какие вам предстоит пройти?

16.2. Индивидуальное развитие лягушки.

• Как развитие лягушки связано со средой обитания? Куда исчезает хвост головастика в период метаморфоза?

16.3. Развитие насекомых с полным и неполным превращением.

• Для каких отрядов насекомых характерны эти два типа развития?

• Сравните онтогенезы насекомых и позвоночных (человека, лягушки). В чём их сходство и различие?

Индивидуальное развитие высших организмов — человека, лягушки, насекомого — строго направлено и необратимо. Никто из нас уже никогда не будет младенцем.

Но в онтогенезе просто устроенных организмов возможно вторичное омоложение (рис. 16.4). В этом случае оно никогда не идёт до конца: стадия яйца или семени не воспроизводится. Тем не менее направленность развития соблюдается и здесь. Никакая стадия развития не наступит прежде предшествующей.

16.4. Жизненный цикл дуба.

• Найдите пример омоложения дуба на рисунке. Какие ещё примеры вы знаете, когда из малой части может восстановиться целое?

Что мешает насекомым стать мыслящими существами

Речь пойдёт о трудностях развития с метаморфозом, таким как у лягушки и, в особенности, у насекомых с полным превращением. Стадия куколки у них фактически равносильна началу второго эмбрионального развития для имаго (взрослого насекомого). Но и у лягушки метаморфоз настолько серьёзный, что в момент превращения головастика в зрелую особь животное на несколько дней теряет способность питаться. За это время челюсти головастика редуцируются, и над ними формируются новые челюсти взрослой лягушки.

Метаморфоз позволяет животному использовать различные среды обитания на личиночной и взрослой стадиях. А это предполагает совершенно различные приспособления для дыхания, передвижения, питания. Метаморфоз создаёт такие приспособления, но ограничивает другие возможности развития.

Главное в развитии высших форм животных — формирование мозга и накопление опыта. При постепенном развитии опыт, приобретённый в детстве, не пропадает в зрелости. Но судите сами: как может опыт гусеницы помочь бабочке, если их образ жизни настолько различен? Поэтому гораздо большую роль в жизни насекомого играют врождённые инстинкты.

Биогенетический закон

До сих пор мы рассматривали примеры онтогенеза отдельных животных и растений. При их сопоставлении бросается в глаза удивительное сходство ранних стадий, несмотря на огромное разнообразие взрослых организмов. Эти наблюдения в начале XIX в. обобщил основатель эмбриологии (науки об эмбриональном развитии) российский учёный Карл Бэр. Сравнив наблюдения за развитием таксономически далёких и близких видов, он сформулировал общее правило. Оно известно, как закон зародышевого сходства: индивидуальное развитие осуществляется от общего к частному. Ранние стадии развития очень похожи. Затем последовательно выявляются признаки типа, класса, отряда и т.д. (рис. 16.5). На завершающих стадиях развития формируются особенности вида и особи.

• Найдите подтверждение закона Бэра на рисунках, приведённых в этом параграфе.

16.5. Сходство эмбрионов позвоночных.

16.6. Сходство личинок ракообразных.

Благодаря развитию эволюционного учения в середине XIX в. немецкому учёному Эрнсту Геккелю удалось объяснить закон Бэра: онтогенез есть краткое повторение эволюционной истории вида. Однако в первой половине XX в. учёные отечественной школы, прежде всего А.Н. Северцов и А.Л. Тахтаджян, доказали, что в эмбриональном развитии сжато повторяется не эволюция предков как таковая, а эволюция их индивидуального развития.

Эти выводы, обобщённые усилиями многих поколений учёных, позволили сформулировать биогенетический закон: онтогенез всякого организма есть сокращённое, видоизменённое и ускоренное воспроизведение признаков индивидуального развития его эволюционных предков.

16.7. Стадии эмбрионального развития многоклеточных животных похожи на планы строения индивидуальных и колониальных простейших (1-3), первых многоклеточных (4) и кишечнополостных (5).

Почему у эмбриона человека есть жаберные щели

Биогенетический закон ПОЗВОЛИЛ всё расставить по своим местам. Он не только объяснил сходство ранних этапов развития у различных видов, но и дал ответ на вопрос, почему некоторые стадии так не похожи на взрослый организм. У трёхнедельного эмбриона человека, например, открываются жаберные щели. По правилу зародышевого сходства, ранние стадии развития рыбы и человека очень похожи, хотя у человека ни на одной стадии развития жаберные щели не используются для дыхания. На поздних стадиях развития эмбриона человека жаберные щели исчезают. Этот факт — следствие биогенетического закона и косвенное свидетельство общего происхождения современных рыб и человека.

Обобщение новых знаний

Индивидуальное развитие организма, или онтогенез, - это процесс реализации наследственной программы, полученной от родителей. Возникает такая программа в результате длительной эволюции в ряду предшествующих поколений предков данного организма.

Онтогенез, или индивидуальное развитие. Биология развития. Метаморфоз. Закон зародышевого сходства. Биогенетический закон

Применение знаний

1. Что такое онтогенез? Назовите основные стадии развития человека.

2. В чём преимущества и недостатки развития с метаморфозом?

3. О чём говорит закон зародышевого сходства?

4. Что такое биогенетический закон?

5. Случайно ли сходство гусеницы с червём?

6. Почему эмбрион человека проходит стадию сплошного волосяного покрова?

7. Почему сходны начальные стадии развития чешуи рептилий и перьев птиц?

8. Что, в соответствии с законом Бэра, должно формироваться раньше в развитии человека: жаберные щели или волосяной покров?