Что такое онтогенетическое развитие
Онтогенез
Онтогене́з (от греч. οντογένεση : ον — существо и γένεση — происхождение, рождение) — индивидуальное развитие организма от оплодотворения (при половом размножении) или от момента отделения от материнской особи (при бесполом размножении) до смерти.
У многоклеточных животных в составе онтогенеза принято различать фазы эмбрионального (под покровом яйцевых оболочек) и постэмбрионального (за пределами яйца) развития, а у живородящих животных перенатальный (до рождения) и постнатальный (после рождения) онтогенез.
У семенных растений к эмбриональному развитию относят процессы развития зародыша, происходящие в семени.
Термин «онтогенез» впервые был введён Э. Геккелем в 1866 году. В ходе онтогенеза происходит процесс реализации генетической информации, полученной от родителей.
Раздел современной биологии, изучающий онтогенез, называется биологией развития; начальные этапы онтогенеза изучаются также эмбриологией.
Содержание
Онтогенез животных
Онтогенез делится на два периода:
Эмбриональный период
В эмбриональном периоде выделяют три основных этапа: дробление, гаструляцию и первичный органогенез. Эмбриональный, или зародышевый, период онтогенеза начинается с момента оплодотворения и продолжается до выхода зародыша из яйцевых оболочек. У большинства позвоночных он включает стадии (фазы) дробления, гаструляции, гисто- и органогенеза.
Дробление
Дробление — ряд последовательных митотических делений оплодотворенного или инициированного к развитию яйца. Дробление представляет собой первый период эмбрионального развития, который присутствует в онтогенезе всех многоклеточных животных и приводит к образованию зародыша, называемого бластулой (зародыш однослойный). При этом масса зародыша и его объем не меняются, то есть они остаются такими же, как у зиготы, а яйцо разделяется на все более мелкие клетки — бластомеры. После каждого деления дробления клетки зародыша становятся все более мелкими, то есть меняются ядерно-плазменные отношения: ядро остается таким же, а объем цитоплазмы уменьшается. Процесс протекает до тех пор, пока эти показатели не достигнут значений, характерных для соматических клеток. Тип дробления зависит от количества желтка и его расположения в яйце. Если желтка мало и он равномерно распределен в цитоплазме (изолецитальные яйца: иглокожие, плоские черви, млекопитающие), то дробление протекает по типу полного равномерного: бластомеры одинаковы по размерам, дробится все яйцо. Если желток распределен неравномерно (телолецитальные яйца: амфибии), то дробление протекает по типу полного неравномерного: бластомеры — разной величины, те, которые содержат желток — крупнее, яйцо дробится целиком. При неполном дроблении желтка в яйцах настолько много, что борозды дробления не могут разделить его целиком. Дробление яйца, у которого дробится только сконцентрированная на анимальном полюсе «шапочка» цитоплазмы, где находится ядро зиготы, называется неполным дискоидальным (телолецитальные яйца: пресмыкающиеся, птицы). При неполном поверхностном дроблении в глубине желтка происходят первые синхронные ядерные деления, не сопровождающиеся образованием межклеточных границ. Ядра, окруженные небольшим количеством цитоплазмы, равномерно распределяются в желтке. Когда их становится достаточно много, они мигрируют в цитоплазму, где затем после образования межклеточных границ возникает бластодерма (центролецитальные яйца: насекомые).
Гаструляция
Гаструляция (впячивание) — гаструла формируется в результате инвагинации клеток. В ходе гаструляции, клетки зародыша практически не делятся и не растут. Происходит активное передвижение клеточных масс (морфогенетические движения). В результате гаструляции формируются зародышевые листки (пласты клеток). Гаструляция приводит к образованию зародыша, называемого гаструлой.
Первичный органогенез
Первичный органогенез — процесс образования комплекса осевых органов. В разных группах животных этот процесс характеризуется своими особенностями. Например, у хордовых на этом этапе происходит закладка нервной трубки, хорды и кишечной трубки.
В ходе дальнейшего развития формирование зародыша осуществляется за счет процессов роста, дифференцировки и морфогенеза. Рост обеспечивает накопление клеточной массы зародыша. В ходе процесса дифференцировки возникают различно специализированные клетки, формирующие различные ткани и органы. Процесс морфогенеза обеспечивает приобретение зародышем специфической формы.
Постэмбриональное развитие
Постэмбриональное развитие сопровождается ростом.
Что такое онтогенетическое развитие
Онтогене́з (от греч. οντογένεση : ον — существо и γένεση — происхождение, рождение) — индивидуальное развитие организма, совокупность последовательных морфологических, физиологических и биохимических преобразований, претерпеваемых организмом, отоплодотворения (при половом размножении) или от момента отделения от материнской особи (при бесполом размножении) до конца жизни.
У многоклеточных животных в составе онтогенеза принято различать фазы эмбрионального (под покровом яйцевых оболочек) и постэмбрионального (за пределами яйца) развития, а у живородящих животных пренатальный (до рождения) и постнатальный (после рождения) онтогенез.
У семенных растений к эмбриональному развитию относят процессы развития зародыша, происходящие в семени.
Термин «онтогенез» впервые был введён Э. Геккелем в 1866 году. В ходе онтогенеза происходит процесс реализации генетической информации, полученной от родителей.
Раздел современной биологии, изучающий онтогенез, называется биологией развития; начальные этапы онтогенеза изучаются также эмбриологией.
Онтогенез животных
Онтогенез делится на два периода:
В эмбриональном периоде выделяют три основных этапа: дробление, гаструляцию и первичный органогенез. Эмбриональный, или зародышевый, период онтогенеза начинается с момента оплодотворения и продолжается до выхода зародыша из яйцевых оболочек. У большинства позвоночных он включает стадии (фазы) дробления, гаструляции, гисто- и органогенеза.Дробление
Дробление — ряд последовательных митотических делений оплодотворенного или инициированного к развитию яйца. Дробление представляет собой первый период
Первичный органогенез
Первичный органогенез — процесс образования комплекса осевых органов. В разных группах животных этот процесс характеризуется своими особенностями. Например, у хордовых на этом этапе происходит закладка нервной трубки,хорды и кишечной трубки.
В ходе дальнейшего развития формирование зародыша осуществляется за счет процессов роста, дифференцировки и морфогенеза. Рост обеспечивает накопление клеточной массы зародыша. В ходе процесса дифференцировки возникают различно специализированные клетки, формирующие различные ткани и органы. Процесс морфогенеза обеспечивает приобретение зародышем специфической формы.
[править] Постэмбриональное развитие
Постэмбриональное развитие сопровождается ростом.
Этапы. Периоды и стадии онтогенеза
Индивидуальное развитие представляет собой целостный непрерывный процесс, в котором отдельные события увязаны между собой в пространстве и времени. Существует несколько схем периодизации онтогенеза, каждая из которых является наиболее подходящей для решения конкретных научных или практических задач.
С общебиологической точки зрения, важнейшим событием онтогенеза является возможность осуществления полового размножения. Если соотнести различные временные отрезки онтогенеза со способностью особи осуществлять функцию размножения, то его можно разделить на три периода: дорепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный.
В дорепродуктивном периоде особь не способна к размножению. Основное содержание его заключается в развитии зрелого в половом отношении фенотипа. В этом периоде происходят наиболее выраженные структурные и функциональные преобразования, реализуется основная часть наследственной информации, организм обладает высокой чувствительностью ко всевозможным воздействиям.
В репродуктивном периоде особь осуществляет функцию полового размножения, отличается наиболее стабильным функционированием органов и систем, а также относительной устойчивостью к воздействиям.
Пострепродуктивный период связан со старением организма и характеризуется ослаблением или полным прекращением участия в размножении. Снижаются приспособительные возможности и устойчивость к разнообразным воздействиям. Применительно к онтогенезу человека названные периоды дополнительно характеризуются специфическими социальными моментами (образование, трудоспособность, творчество). Для каждого из указанных периодов характерны свои особенности заболеваемости.
Дорепродуктивный период подразделяют еще на четыре периода: эмбриональный, личиночный, метаморфоз и ювенильный.
Эмбриональный, или зародышевый, период онтогенеза начинается с момента оплодотворения и продолжается до выхода зародыша из яйцевых оболочек. Эмбриональный период отличается выраженностью процессов преобразования зиготы в организм, способный к более или менее самостоятельному существованию. У большинства позвоночных он включает стадии (фазы) дробления, гаструляции, а также гисто- и органогенеза. Продолжительность его бывает различна. У плацентарных млекопитающих он особенно укорочен. Единственная яйцевая оболочка растворяется перед имплантацией бластоцисты в слизистую матки. Зародыш к этому моменту успевает пройти только стадии зиготы и дробления. Все дальнейшие процессы протекают под защитой и при участии материнского организма. Эволюционное значение этих особенностей будет рассмотрено ниже.
Дроблению предшествуют процессы гаметогенеза и оплодотворения, которые не являются непосредственно индивидуальным развитием и могут даже не привести к нему, но которые во многом определяют дальнейшее развитие зародыша в том случае, если зачатие состоится. Эти процессы называют прогенезом, предшествующим собственно онтогенезу. Цитологически процессы гаметогенеза и оплодотворения представляют собой промежуточное звено, связывающее онтогенезы родителей с онтогенезом их потомства.
Личиночный период в типичном варианте наблюдается в развитии тех позвоночных, зародыши которых выходят из яйцевых оболочек и начинают вести самостоятельный образ жизни, не достигнув дефинитивных (зрелых) черт организации. Так, он встречается у некоторых представителей низших позвоночных — миног, большинства костистых рыб и земноводных. Наиболее характерными чертами личинки являются эмбриональный характер ее организации, наличие временных (провизорных) органов, раннее начало функционирования ряда органов, дающее возможность самостоятельного существования. Благодаря активному питанию личинка получает возможность завершить развитие, а благодаря активному перемещению имеет возможность выбирать условия среды, оптимальные для развития, и выйти, таким образом, из конкуренции со своими же взрослыми сородичами. Продолжительность личиночного периода в сравнении с эмбриональным у всех позвоночных существенно больше.
Метаморфоз состоит в превращении личинки в ювенильную форму. В процессе метаморфоза происходят такие важные морфогенетические преобразования, как частичное разрушение, перестройка и новообразование органов. Степень преобразований тем больше, чем больше различия между средой обитания личинки и взрослого организма, что хорошо иллюстрирует пример развития бесхвостных амфибий.
Ювенильный период начинается с момента завершения метаморфоза и заканчивается половым созреванием и началом размножения. Особенности ювенильного периода проявляются в своеобразии питания молодого организма, его поведения и степени зависимости от родителей. С морфологической точки зрения для этого периода характерны интенсивный рост, установление окончательных пропорций между различными частями тела, завершение развития скелета, кожных покровов, смена зубов, завершение развития половых желез и гормональных регуляций. Продолжительность ювенильного периода у позвоночных варьирует от минимальной, равной 13—18 сут у полевок, до максимальной, равной 18—20 годам у белуги, крокодила, альбатроса, слона. У многих представителей позвоночных, особенно у человека, достижение половой зрелости и начало размножения могут быть разделены значительным промежутком времени.
Одним из подходов является эколого-эмбриологический, в связи с которым онтогенез делят на этапы, протекающие до рождения, во время и после рождения особи. Само рождение, т.е. выход развивающейся особи из оболочек яйца или из организма матери, у разных видов происходит на разных стадиях зрелости. В то же время у всех видов до рождения организм находится под защитой яйцевых оболочек или материнского организма и не способен питаться и осуществлять другие важные функции самостоятельно. Защищенность ранних, морфофункционально незрелых стадий, обеспечивает выживаемость вида. После рождения особь устанавливает связи с новой средой, начинает самостоятельно питаться, передвигаться и осуществлять все другие функции.
Онтогенез
Онтогенез – это процесс индивидуального развития организма человека в течение всей его жизни.
Рост и развитие человеческого организма начинаются с момента оплодотворения яйцеклетки и представляют собой непрерывный поступательный процесс, протекающий в течение жизни. Рост – это количественные изменения, связанные с увеличением массы организма и сопровождающиеся изменением числа и размеров его клеток. С момента оплодотворения до взрослого состояния количество клеток организма человека увеличивается с 1 до 1016-18. Рост заканчивается к 20–25 годам.
Развитие человека происходит в течение всей жизни и носит скачкообразный характер. Между отдельными этапами развития существуют не только количественные, но и качественные различия. Смена этапов развития, или периодов жизни (детский, подростковый, юношеский, зрелый, старческий), может наступать раньше или позже, и эти этапы могут иметь разную продолжительность в зависимости от условий, в которых развитие протекает.
Что такое онтогенез
Индивидуальное развитие организма человека называют онтогенезом. Когда происходит слияние половых клеток – женской (яйцеклетка) и мужской (сперматозоид), – наступает беременность, длящаяся 280 дней, или 9 месяцев. Этот этап развития протекает в организме матери, поэтому весь онтогенез принято делить на пренатальный и постнатальный периоды (от лат. natus – рождение, т.е. периоды до и после рождения).
Пренатальный период развития
В пренатальном, или внутриутробном, периоде онтогенеза, в свою очередь, выделяют зародышевый (эмбриональный) и плодный периоды. Первый период длится 2 месяца, второй – с 3-го по 9-й. В эмбриональный период происходит накопление клеточного материала, который постепенно дифференцируется в зачатки всех типов тканей. В течение 2-го месяца внутриутробного развития образуются органы и в основных чертах формируются части тела – голова, туловище и конечности. На 5-й неделе развития начинает биться сердце. С 3-го месяца происходит интенсивный рост всех отделов и частей тела плода, продолжающийся и после рождения ребенка.
Постнатальный период развития
С момента рождения начинается процесс самостоятельной жизни индивидуума и его приспособления к окружающей среде. Вновь приобретаемые признаки наслаиваются на переданные по наследству, в результате чего в организме происходят сложные преобразования.
Показатели длины и массы тела в течение жизни изменяются неравномерно. В 1-й год после рождения наблюдается наибольший прирост длины и массы тела – соответственно на 21–25 см и 5–6 кг. Ускоренный рост тела происходит в период раннего детства (от 1 года до 3 лет), в возрасте от 5 до 7 лет и в период полового созревания (от 10–11 до 15–16 лет). Девочки вступают в период полового созревания на 1–1,5 года раньше, чем мальчики. В подростковом возрасте прибавка длины тела составляет в среднем 5,8 см в год у мальчиков и 5 см в год у девочек. Наибольшее ускорение роста у девочек отмечается от 10 до 13 лет, а у мальчиков – в 13–16 лет. Максимальная годичная прибавка массы тела наблюдается, как правило, в 13 лет у девочек и в 15 лет у мальчиков. Масса тела возрастает до 20–25 лет и затем сохраняется на относительно постоянном уровне до 40–46 лет.
Акселерация и ее причины
В конце ХХ века ученые заговорили об акселерации – ускорении роста и развития детей и подростков, которое в большей степени проявляется в экономически развитых странах. В результате акселерации средняя длина тела у детей и подростков стала на 10–15 см, а у взрослых мужчин – на 6–8 см больше, чем в начале века. Сократился и период увеличения длины тела человека: 100 лет назад он продолжался до 23–26 лет, а в настоящее время фактически заканчивается уже к 19 годам у юношей и к 17 годам у девушек. Ускорились прорезывание молочных и постоянных зубов, половое созревание и даже психическое развитие.
Акселерацию связывают с целым комплексом причин, важнейшими из которых считают улучшение питания и условий жизни, стимулирующее воздействие разнообразных химических веществ, количество которых при современном промышленном производстве резко возросло как в воздухе, так и в воде и почве. Ускоренному развитию способствуют также усиление солнечной активности и действие других видов излучения (например, радиоактивного).
Физическое развитие организма характеризуется массой (вес), длиной (рост) и размерами отдельных частей тела. Усредненные величины массы и длины тела в разные возрастные периоды приведены в таблице, у отдельных людей эти показатели могут иметь значительные различия.
Средние длина и масса тела у людей мужского (м) и женского пола (ж) разного возраста
Особенности процесса роста человеческого организма
Период детства и юности
В процессе роста изменяются основные пропорции тела. Так, у новорожденного ребенка длина головы меньше длины тела в 4 раза, а у детей 5–7 лет – в 6 раз. К 16–20 годам соотношение длины головы и тела составляет 1 : 8. Параллельно с ростом организма происходят возрастные изменения во всех органах и системах организма. В подростковый период быстро увеличиваются половые органы, развиваются вторичные половые признаки. У девочек возрастает количество волос в подмышечных впадинах и на лобке, увеличиваются молочные железы, меняется форма таза, появляются менструации. У мальчиков к 15–16 годам начинается рост волос на лице и теле.
В юношеском возрасте (16–20 лет у девушек и 17–21 год у юношей) рост организма в основном завершается и наступает относительно стабильный период существования – зрелый возраст.
Период зрелого возраста
Строение тела в зрелом возрасте изменяется мало. Выделяют 2 периода зрелого возраста: первый – до 35 лет, второй – с 36 до 55 лет у женщин и до 60 лет у мужчин. Зрелый возраст – период наибольших возможностей человека, именно во второй период зрелого возраста человек достигает вершин своей личной и профессиональной деятельности.
Период пожилого возраста
После 60 лет организм начинает постепенно стареть, в ряде органов возникают структурные изменения. Это, в свою очередь, вызывает понижение функциональных способностей организма. В пожилом возрасте (с 61 до 74 лет у мужчин и с 56 до 74 лет у женщин) и старческом (75–90 лет) в организме происходит характерная перестройка, которую изучает геронтология (от греч. geron – старик).
Временные границы старения варьируют у отдельных людей в широких пределах, однако старение – это генетически детерминированный процесс. Ученые подчеркивают, что активный образ жизни, регулярные занятия физической культурой замедляют процесс старения, однако лишь в пределах, обусловленных наследственными факторами.
Типы телосложения
Индивидуальные особенности формы тела человека называют типом телосложения или конституцией. Это комплекс индивидуальных морфологических и физиологических особенностей, которые складываются в определенных социальных и природных условиях и проявляются в реакциях организма на различные воздействия. Внешнему строению тела соответствует определенное расположение органов и их внутреннее строение. Различают 3 типа телосложения человека: долихоморфный, брахиморфный и мезоморфный.
Астенический тип
Люди долихоморфного (астенического) типа отличаются высоким или выше среднего ростом, относительно коротким туловищем, малой окружностью груди, узкими плечами, длинными нижними конечностями. Среди литературных героев к этому типу можно отнести Дон Кихота. У таких людей относительно слабо развиты мышцы и подкожная жировая клетчатка. Внутренние органы обычно лежат ниже, как бы опущены, легкие длиннее, а сердце расположено почти вертикально.
Гиперстенический тип
Брахиморфный (гиперстенический) тип телосложения характеризуют средний или ниже среднего рост, относительно длинное туловище, значительный объем груди и живота, широкие плечи, короткие конечности. Пример: Санчо Панса. Внутренние органы у гиперстеников относительно большего, чем у астеников, размера и лежат несколько выше. Легкие укорочены, сердце расположено почти горизонтально.
Нормостенический тип
Люди мезоморфного (нормостенического) типа по своим пропорциям занимают среднее положение.
Тип телосложения и физическая активность
Форма тела человека генетически обусловлена, однако большинство людей не имеют ярко выраженного типа телосложения и относятся к промежуточным типам. Первые признаки типа телосложения появляются в 6–7 лет, а окончательное его формирование происходит в период полового созревания. В дальнейшем тип телосложения меняется незначительно. Родители, приобщая ребенка к спортивным занятиям, не должны бороться с природой. Если малыш толстоват, краснеет и потеет при беге, не может догнать сверстников, то, вероятно, он более сильный и развивать в нем надо в первую очередь силовые качества. Худенький и высокий ребенок, уступающий сверстникам в силе, наверняка более быстрый и ловкий, и ориентировать его следует на занятия, развивающие именно эти качества.
Резервы человеческого организма
Особенностью человеческого организма является наличие больших резервов – как физических, так и духовных. Они генетически обусловлены, но при тренировке могут увеличиваться. За последнее столетие спортивные рекорды человека изменились весьма существенно.
В основе развития физических качеств и резервов лежат особенности организма человека, названные ученым-физиологом А. А. Маркосяном надежностью биологической системы. Надежность организма обеспечивается избыточностью его элементов, их взаимозаменяемостью, способностью быстро и полностью возвращаться к состоянию относительного постоянства, динамичностью взаимодействия звеньев этой биологической системы. Так, известно, что в головном мозге используется не более 5–10% нервных клеток. В покое в мышцах открыты лишь 25% кровеносных капилляров, однако при физической нагрузке их пропускная способность увеличивается в несколько раз. После умеренной нагрузки функциональные показатели уже через 5 минут возвращаются к исходному уровню. Примеры можно продолжить, но, главное, надо понять, что для развития физических качеств у организма имеется материальная основа.
Как рассчитать свой идеальный вес?
Для определения «должной» массы тела человек зрелого возраста может воспользоваться формулой:
Эта формула пригодна при росте 155–164 см, при росте 165–174 см следует вычесть 105, а при еще большей длине тела – 110.
Полезен и расчет индекса массы тела (ИМТ) по формуле:
В норме ИМТ равен 18–25.
Вместо заключения
Надежность биологической системы изменяется в процессе онтогенеза. Организм ребенка находится в состоянии роста и развития, поэтому количество его элементов значительно меньше, чем у взрослого. Недостаточно развиты у ребенка и механизмы регуляции, велика пластичность всех процессов. Поэтому положительное воздействие на рост и развитие детского организма оказывают закаливание, занятия физической культурой и спортом, тренировка памяти в процессе учебы. Недостаток движения, активное и пассивное курение, регулярное переутомление и частые простудные заболевания ухудшают состояние растущего организма и тормозят его развитие.
Итак, физическое развитие человека зависит как от генетических факторов, унаследованных от родителей, так и от сложного комплекса внешних условий, среди которых главные – образ жизни и состояние окружающей среды. Физическая тренировка – общебиологический путь совершенствования резервных возможностей организма, она развивает то, что заложено природой.
Автор: Ольга Гурова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, доцент кафедры анатомии человека РУДН