Лекция 4 - Онтогенез

1.

дисциплина «Биология»
Онтогенез как процесс
реализации
наследственной
информации
Лектор: Чёрная Лариса Владимировна
к.б.н., доцент, заведующий кафедры биологии

2.

План:
1. Размножение организмов
(способы и формы)
2. Онтогенез. Современные
представления о механизмах
эмбрионального развития

3.

Вопрос 1
Размножение
организмов
(способы и формы)

4.

ОНТОГЕНЕТИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ
ЭЛЕМЕНТАРНАЯ ЕДИНИЦА
Особь
Представлен одно- и многоклеточными организмами
растительной и животной природы
ЭЛЕМЕНТАРНОЕ ЯВЛЕНИЕ
Перевод «потенциальной»
генотипической
биоинформации в
«актуализированную»
фенотипическую
биоинформацию

5.

Размножение - это воспроизведение
генетически сходных особей данного вида,
которое характеризуется увеличением
числа особей дочернем поколении
Размножение - это способность
живых организмов воспроизводить
себе подобных, обеспечивая
преемственность и непрерывность
жизни в ряду поколений

6.

Биологическая роль размножения:
1. обеспечивает смену поколений
2. сохраняются во времени биологические
виды и жизнь как таковая
3. поддерживается достаточный уровень
внутривидовой изменчивости
4. решаются также задачи увеличения числа
особей
5. сохраняются складывающихся в эволюции
типы структурно-физиологической
организации

7.

Размножение
Бесполое
Половое

8.

Бесполое размножение
в размножении принимает участие только
одна родительская особь
осуществляется без участия половых клеток
в основе размножения лежит процесс митоза
потомки идентичны и являются точными
копиями материнской особи
происходит быстрое увеличение
численности вида

9.

Бинарное деление
это деление, при котором образуются две
генетически равноценные дочерние клетки
(бактерии, амеба, эвглена, инфузории)
бактерии
амеба

10.

Множественное деление (шизогония)
ядро материнской клетки многократно делится на
множество ядер, а затем вся клетка (шизонт)
распадается на столько же одноядерных дочерних
клеток (мерозоитов)
Так, у хламидомонады при бесполом размножении образуется 4 клетки, у малярийного
плазмодия — несколько десятков клеток, а у инфузории ихтиофтириуса — более 1000
клеток. Количество клеток при этом обычно выражается степенью двойки. Чаще всего
для такого размножения формируется специальная покоящаяся форма — циста.
например, хламидомонада, малярийный плазмодий, споровики

11.

Почкование
дочерний организм образуется как вырост
материнского, растет, формирует необходимые
структуры, отделяется и начинает жить самостоятельно
пекарские дрожжи
пресноводная гидра (Тип Кишечнополостные)

12.

Вегетативное
это процесс создания новой особи из многоклеточной
части родительского организма, такого как стебель,
корень или лист, без участия семян или спор.
приводит к появлению генетически
идентичных (клоновых) потомков,
сохраняющих все свойства материнского
растения

13.

Фрагментация
тело материнского организма
распадается на ряд фрагментов,
каждый из которых достраивает
недостающие части.
Фрагментация может произойти
вследствие механического
повреждения организма.
В основе фрагментации лежит
процесс регенерации
(восстановление тканей
организма).
Данный вид размножения
встречается у водорослей,
кишечнополостных, червей

14.

Спорообразование
это тип бесполого размножения, при
котором дочерний организм
развивается из специализированных
клеток — спор.
Споры — репродуктивные одноклеточные
образования, прорастание которых приводит
к появлению новых особей
У высших растений
образованию спор
предшествует мейоз

15.

Полиэмбриония
способ размножения на эмбриональной
стадии развития, когда зигота делится на
две или более клетки, каждая из которых
развивается в самостоятельный организм

16.

Бесполое размножение

17.

Половое размножение
это свойство организмов производить
потомство, происходит объединение
генетической информации двух родительских
организмов одной особи, что обуславливает
значительную комбинативную изменчивость.
Половое размножение характеризуются
наличием полового процесса, при котором
происходит слияние гаплоидных половых
клеток, образовавшихся в результате мейоза

18.

Половое размножение
Новый организм развивается из половых
клеток
В размножении обычно участвуют две
родительские особи
У потомков наблюдается генетическое
разнообразие
Происходит перекомбинирование
наследственных признаков, появляется более
жизнеспособное потомство

19.

В основе полового размножения
лежит
ПОЛОВОЙ ПРОЦЕСС
Конъюгация
Копуляция

20.

Конъюгация
половой процесс, при котором происходит обмен
частями ядерного аппарата и протоплазмы между
конъюгирующими особями, без увеличения числа
особей

21.

Копуляция
половой процесс организмов, при котором две
особи приобретают половые различия, т.е.
превращаются в гаметы полностью сливаются,
образуя зиготу

22.

Гермафродитизм
особи, имеющие и мужские
и женские половые
железы

23.

Партеногенез
Партеногенез– половое размножение, при котором развитие нового
организма происходит из неоплодотворенной яйцеклетки
факультативный
цикличный
Как без оплодотворения,
так и после него: пчелы,
муравьи, коловратки
У дафний, тлей
♂ + ♀ = самки
♂ + ♀ - осенью
♀ → самцы
Возник как способ
выживания из-за
большой гибели особей
Возник как способ
регуляции соотношения
полов
♀ → ♀ - летом
обязательный
(облигатный)
Все особи – самки
(Кавказская скалистая
ящерица)
Возник как способ
выживания вида из-за
трудностей встречи
особей друг с другом
У растений (крестоцветные, сложноцветные, розоцветные и
др.) партеногенез называется апомиксис.

24.

Партеногенез
Оно может сопровождаться или не сопровождаться мейозом.
Известны организмы, у которых периоды партеногенеза чередуются с
половым размножением, например дафнии, тли.
При этом в благоприятных условиях (летом) идет партеногенез, в
неблагоприятных (осенью) — половое размножение

25.

Партеногенез

26.

Вопрос 2
Онтогенез.
Современные представления о
механизмах эмбрионального
развития

27.

Онтогенез
(греч. ontos – существо; genesis- развитие)
Э. Геккель 1866г.
ОНТОГЕНЕЗ – это индивидуальное
развитие организма
совокупность последовательных
морфологических и биохимических
преобразований, претерпеваемых
организмом от оплодотворения или от
момента отделения от материнской особи
до конца жизни

28.

Онтогенез
это совокупность взаимосвязанных и
детерминированных хронологических событий,
закономерно совершающихся в процессе жизненного
цикла
это полный цикл развития особи, в основе которого лежит
реализация наследственной информации на всех стадиях
существования в определенных условиях среды

29.

ОНТОГЕНЕЗ ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ
Реализацией наследственной
информации на всех стадиях
существования в определенных условиях
внешней среды
В процессе онтогенеза происходит рост,
дифференцировка и интеграция частей
развивающегося организм
Проявляется закономерная смена
фенотипов, свойственных данному
виду, например: гусеница-бабочка; птицы:
птенцы и взрослые

30.

ЗНАЧЕНИЕ ОНТОГЕНЕЗА
Создается разнообразие клеток для
нового организма
(основа: деление, дифференцировка
клеток, морфогенез)
Формируются половозрелые особи с
образованием гамет, оплодотворением
НЕПРЕРЫВНОСТЬ ЖИЗНИ

31.

Периоды онтогенеза
(по способности к репродукции)
Дорепродуктивный
(эмбриональный, личиночный, метаморфоз,
ювенильный)
Репродуктивный (зрелости)
Пострепродуктивный (старения)

32.

Периодизация онтогенеза у человека
ПРОГЕНЕЗ
ПРЕНАТАЛЬНЫЙ =
антенатальный
(дородовый)
ПЕРИНАТАЛЬНЫЙ =
интранатальный
(период родов)
ПОСТНАТАЛЬНЫЙ
(послеродовой)

33.

При половом размножении
различают
3 периода онтогенеза:
предзародышевый (проэмбриональный) прогенез – период
формирования половых клеток и оплодотворение
зародышевый (эмбриональный) период – период,
проходящий с образования зиготы до выхода из яйцевых оболочек или
рождения (у живородящих) или вылупления из яйца (у яйцекладущих )
послезародышевый (постэмбриональный) период –
начинается с момента рождения или выхода организма из яйцевых
оболочек и продолжается вплоть до смерти живого организма

34.

Прогенез – это период, предшествующий онтогенезу
и связывающий поколения родителей и потомства
события прогенеза:
гаметогенез
оплодотворение
эти процессы - промежуточное звено, связывающее
онтогенезы родителей с онтогенезом их потомства

35.

Гаметогенез - процесс образования половых клеток – гамет.
Гонада – половая железа, в которой происходит процесс гаметогенеза
делится на :
Овогенез - процесс образования яйцеклеток
Сперматогенез - процесс образования сперматозоидов
Отличия сперматогенеза и овогенеза
Сперматогенез происходит в
семенниках
Сперматогенез только в период
полового созревания
Овогенез происходит в яичниках
Овогенез начинается в эмбриональном
периоде
В сперматогенезе есть Зона
В овогенезе нет Зоны формирования
формирования
В Зоне роста овоцит значительно
растет и накапливает вещества
Сперматоцит практически не растет
в Зоне роста
В результате сперматогенеза
формируется четыре полноценные
половые клетки - сперматозоида
В результате овогенеза образуется одна полноценная половая клетка яйцеклетка и три направительных
тельца

36.

37.

Морфофизиологические особенности гамет
1. гаплоидность
2. низкий уровень обменных процессов
3. у сперматозоида высокий индекс ЯЦО (3,5), у яйцеклетки –
низкий (1/5–1/8)
4. только у сперматозоида имеется клеточный центр,
который передается в зиготу
5. сперматозоид подвижен, его функция – транспорт
наследственного материала
6. вступление в митоз только яйцеклетки в случае
оплодотворения
7. яйцеклетки
в
случае
оплодотворения
способны
развиваться в зиготу

38.

Сперматозоиды были открыты
в 1677г. А.Левенгуком
Яйцеклетка
была открыта в 1827г.
К.Бэром

39.

Классификации яйцеклеток (от греч. lecitos - желток совокупность питательных веществ в цитоплазме яйцеклетки)
По количеству
желтка
• алецитальные
• олиголецитальные
• мезолецитальные
• полилецитальные
По распределению
желтка
• изолецитальные
• центролецитальные
• телолецитальные
умереннотелолецитальные
резкотелолецитальные

40.

Типы яйцеклеток по количеству желтка

41.

Типы яйцеклеток по распределению желтка
Изолецитальными (бедными желтком): желток
распределен равномерно по цитоплазме. Такие яйцеклетки
у млекопитающих
Центролецитальными - желток
расположен вокруг ядра. По периферии
находится свободная от желтка цитоплазма.
Эти яйцеклетки характерны для насекомых.

42.

Типы яйцеклеток по распределению желтка
Телолецитальными
(желток находится на одном из полюсов)
Умеренно телолецитальные
яйцеклетки
Неравномерное распределение
питательных веществ в
цитоплазме
Резко телолецитальные
яйцеклетки
локализация питательных
веществ в какой-либо одной
области цитоплазмы, в то
время как остальные
питательных веществ не
содержат

43.

Полярность яйцеклеток
На стадии накопления желтка в яйцах
большинства животных выявляется полярность,
отмечается анимально-вегетативная
ориентация: количество желтка увеличивается
по направлению к вегетативному полюсу
Отмечается так называемая ооплазматическая
сегрегация - неравномерное распределение
веществ цитоплазмы:
мРНК, гликоген концентрируются на анимальном
полюсе, аскорбиновая кислота - на экваторе, желток - на
вегетативном полюсе

44.

Полярность яйцеклеток с большим количеством
желтка

45.

Оплодотворение - это процесс слияния половых
клеток, в результате которого образуется зигота
(от др.-греч. ζυγωτός — спаренный, удвоенный
Складывается из 3-х этапов:
1. Сближение гамет и проникновение сперматозоида в
цитоплазму яйцеклетки
2.Кортикальная реакция
3.Активация метаболизма яйцеклетки

46.

1 стадия Оплодотворения
Сближение гамет и проникновение сперматозоида в
цитоплазму яйцеклетки
Гамета выделяет вещества - гамоны, которые активируют
движение сперматозоида, происходит акросомная реакция растворение яйцевых оболочек, слияние мембран яйцеклетки и
сперматозоида.

47.

2 стадия Оплодотворения
Кортикальная реакция:
изменяется кортикальный слой ооплазмы (кортикальные
гранулы растворяются) и образуется оболочка оплодотворения
(желточная)

48.

3 стадия Оплодотворения
Активация метаболизма яйцеклетки
характеризуется синтезом белка на уровне трансляции, т.к. мРНК,
тРНК, рибосомы и энергия были запасены еще в овогенезе.
Яйцеклетка в момент встречи со сперматозоидом находится на
одной из стадий мейоза (метафаза II).
Блок мейоза снимается, мейоз завершается, после чего ядро
яйцеклетки
превращается
в
женский пронуклеус.
Ядро
сперматозоида принимает вид профазного, в нем удваивается ДНК и
формируется мужской пронуклеус. Оба пронуклеуса сближаются и
сливаются, образуя общую метафазную пластинку - это сингамия

49.

Зигота
Зигота представляет собой одноклеточную стадию
развития многоклеточного организма.
Она содержит «указания» в виде заключенной в ней
ДНК, которая во взаимодействии с окружающей средой
направляет ход развития организма

50.

В зиготе :
1. усиливается химическая неоднородность участков
цитоплазмы
2. для билатерально симметричных организмов до
начала дробления происходит дифференциация и
перемещение участков цитоплазмы и появляется
билатеральная симметрия яйца
3. осуществляется интенсивный синтез белка, матрицей
для которого на начальных стадиях развития служит
и-РНК, синтезированная во время овогенеза, но
одновременно синтезируется и новая РНК.
Таким образом, с образованием зиготы
начинается активация наследственного
материала.

51.

Биологическое значение оплодотворения
восстановление диплоидного
набора хромосом
обеспечение материальной
непрерывности между
поколениями
объединение в одном
индивидууме наследственных
признаков материнского и
отцовского организмов

52.

Эмбриональный период онтогенеза
Эмбриональный, или зародышевый период - промежуток
времени от первого деления зиготы до выхода из яйца, или
рождения молодой особи у животных, или до прорастания
семян - у растений.

53.

Зародышевый (эмбриональный) период
дробление
гаструляция
органогенез

54.

ДРОБЛЕНИЕ - начальный этап развития
оплодотворенного яйца (зиготы), сопровождается
митотическим делением, нет роста клеток, объем
зародыша не изменяется

55.

ДРОБЛЕНИЕ

56.

ДРОБЛЕНИЕ
Порядок и способ
дробления зависит
от строения яйцеклеток
(от количества и
распределения желтка)
Тип дробления определяется правилом Сакса-Гертвига:
ядро стремится расположиться в центре свободной от желтка
цитоплазмы, а веретено деления - в направлении
наибольшей протяженности этой зоны

57.

Типы дробления
полное
равномерное
неравномерное
неполное
дискоидальное
поверхностное

58.

Типы дробления
неполное
полное
равномерное
неравномерное дискоидальное поверхностное
тип бластулы:
целобластула
амфибластула
дискобластула
перибластула

59.

Бластула - это однослойный зародыш
Он состоит из слоя клеток - бластодермы,
ограничивающей полость - бластоцель, или
первичную полостью тела
бластодерма
бластоцель

60.

Строение бластулы
ЦЕЛОБЛАСТУЛА и АМФИБЛАСТУЛА
крыша бластулы
многорядная
бластодерма
дно бластулы

61.

Особенности дробления
Дробление – это разновидность митотического цикла
с практическим отсутствием пресинтетического
периода во время интерфазы.
Бластомеры обладают рядом свойств:
•не расходятся
•не растут
•не дифференцируются
•не функционируют
•не апоптируют
В стадии дробления зародыш проходит бластомерный
уровень детерминации – формирующиеся бластомеры
не равноценны и предназначены для разных путей
дифференцирования

62.

ГАСТРУЛЯЦИЯ –
бластула
период образования зародышевых
гаструла
листков
энтодерма
эктодерма
гаструляция связана с перемещением
эмбрионального материала

63.

64.

Гаструла
эктодерма
энтодерма
гастроцель
(первичная кишка)
бластопор

65.

ГИСТО - и ОРГАНОГЕНЕЗ
- ЭТО ОБРАЗОВАНИЕ ТКАНЕЙ и ОРГАНОВ
Зародышевые листки (эктодерма, энтодерма, мезодерма),
занимая определенное положение по отношению друг к другу,
обеспечивают взаимодействие между клеточными группами эмбриональную индукцию.
Начальную стадию органогенеза называют нейруляцией.
Нейруляция охватывает процессы от появления первых
признаков формирования нервной пластинки до замыкания ее
в нервную трубку.
Параллельно формируются хорда и вторичная кишка, а
лежащая по бокам от хорды мезодерма расщепляется в краниокаудальном направлении на сегментированные парные
структуры - сомиты.

66.

Закладка нервной трубки
нервная нервный
мезодерма пластинка желобок
энтодерма
энтодерма
нервная нервная
складка трубка
сомиты нервный
гребень
нервная
трубка

67.

РАЗВИТИЕ НЕРВНОЙ СИСТЕМ
Н
Е
Й
Р
У
Л
Я
Ц
И
Я

68.

Способы образования мезодермы
телобластический
энтероцельный
1 - эктодерма, 2 - энтодерма, 3 - мезодерма,
4 - телобласты, 5 – целомические карманы,
6 - гастроцель

69.

Нейрула эмбриональная стадия развития у хордовых животных,
характеризующаяся образованием
зачатка центральной нервной системы и замыканием ее в не
рвную трубку, а также интенсивным гистогенезом

70.

ОРГАНОГЕНЕЗ это конечная стадия эмбриогенеза
Характеризуется формированием органов.
Органы этого периода онтогенеза делятся на две группы:
1) Основные (дефинитивные)
2) Провизорные (временные)
Основные
(дефинитивные)
–
это
постоянные
внутренние органы (мозг, желудок, печень и т.д.). Они
закладываются и формируются из тканей, развивающихся из
зародышевых частей эмбриональных листков.
Эти органы вступают в фетальный период (плодный). В
составе систем органов (нервной, пищеварительной, ссс и
т.д.), эти органы проходят закономерное совершенствование.
Полной морфофункциональной зрелости они достигают
к 18-20 годам.

71.

Отдельные клетки или клеточные группы обособляются,
изменяется форма, структура и химический состав клеток.
Появляются зачатки будущих органов
Процессы морфогенеза сопровождаются дифференциацией
клеток, образованием тканей и избирательным, неравномерным
ростом органов и частей организма

72.

73.

РАЗВИТИЕ
ГОЛОБЛАСТИЧЕСКОЕ
без провизорных органов
(амфибии)
МЕРОБЛАСТИЧЕСКОЕ
с провизорными органами
(млекопитающие)
Провизорные органы = временные органы.
Это форма эмбриоадаптаций.

74.

Провизорные органы
-от нем. provisorisch - предварительный, временный временные вспомогательные органы, которые
обеспечивают жизнедеятельность организма только во
внутриутробном периоде.
Они возникают раньше дефинитивных органов.
Провизорные органы образуются из зародышевых
листков и формируются из внезародышевых
эмбриональных источников
После выполнения своих функций эти органы либо
редуцируются (желточный мешок и аллантоис), либо
отпадают в процессе родов (амнион, плацента).

75.

Зародышевые оболочки
Желточный мешок – это провизорный орган
(птиц, земноводных, пресмыкающихся,
млекопитающих) энтодермального происхождения
он является выростом
кишки, внутри которого
расположен запас желтка
трофическая, кроветворная, участие в образовании
гоноцитов

76.

Зародышевые оболочки
Амнион, водная оболочка, амниотический пузырь или
мешок – это одна из зародышевых оболочек, характерная
для млекопитающих, птиц и пресмыкающихся.
Основная функция амниона – защита эмбриона от
воздействия факторов внешней среды и создание
благоприятных условий для его развитии

77.

Зародышевые оболочки
Аллантоис – пальцевидный вырост задней кишки,
по нему к хориону растут сосуды – обеспечение
питания и дыхания зародыша.
На 2-м месяце эмбриогенеза аллантоис редуцируется
выделительная, газообмен

78.

Зародышевые оболочки
Хорион или, сероза – это самая наружная оболочка
зародыша, она прилегает к скорлупе или
материнским тканям.
Он образуется подобно амниону из соматоплевры и
эктодермы у человека на 7-12 день после
оплодотворения
газообмен, защитная

79.

Зародышевые оболочки
Плацента является эмбриональным органом,
образующимся у всех плацентарных млекопитающих из
зародышевых оболочек (хориона, ворсинчатой,
аллантоиса), плотно прилегающих к стенке матки.
С эмбрионом она связана посредством пупочного канатика
(пуповины).
Плацента формирует так называемый
гематоплацентарный барьер

80.

Зародышевые оболочки у плацентарных

81.

Зародышевые оболочки у яйцекладущих

82.

Зародыш человека 9,5 недель развития
формирующаяся плацента
хорион
пуповина
амнион

83.

Постэмбриональный период
К завершению эмбрионального периода у зародыша формируются все
органы и ткани. Заканчивается эмбриональный период рождением
(вылуплением) организма. И начинается постэмбриональный период.
эмбриональный период
постэмбриональный
период

84.

Постэмбриональный период
начинается с момента рождения или выхода организма из яйцевых
оболочек и продолжается вплоть до смерти живого организма.
Постэмбриональный период можно разделить на три периода:
1. ювенильный (до полового созревания)
2. зрелый (взрослое половозрелое состояние)
3. период старости

85.

Прямое развитие
Из яйцевых оболочек или из тела матери выходит организм
небольших размеров, способный самостоятельно
существовать и активно питаться.
В нем заложены все основные органы, свойственные
взрослому животному
Постэмбриональное развитие сводится в основном к росту и
половому созреванию

86.

Прямое развитие
Прямое внутриутробное
развитие
Прямое
неличиночное
развитие

87.

Непрямое развитие
Непрямое развитие ( с превращением, с метаморфозом) – из
яйцевых оболочек выходит организм устроенный проще и
имеющих специальные органы – личинка.
Личинка питается, растет и со временем преобразуется во
взрослый организм. При метаморфозе разрушаются личиночные
органы и возникают органы, присущие взрослым животным.
Развитие с полным превращением
(метаморфозом) – когда личинка не
похожа на взрослую особь, требует
преобразования с помощью образования
куколки, поэтому включает в себя 4
стадии :
Яйцо
Личинка
Куколка
Взрослая особь (имаго)
Пример: насекомые
Развитие с неполным превращением
(метаморфозом) - когда личинка
похожа на взрослую особь, не требует
образования куколки, а просто
вырастает во взрослую особь, поэтому
включает в себя 3 стадии :
Яйцо
личинка
Взрослая особь (имаго)
Пример : насекомые, земноводные

88.

Рост организма
Неопределенный рост
Определенный рост
характерен для моллюсков,
ракообразных, рыб,
земноводных и рептилий,
растений
характерен для насекомых, птиц
и млекопитающих
организмы растут в течение
всей жизни
свойственен организмам,
которые растут лишь
ограниченное время жизни
Рост и развитие организма контролируется
генетически, а также зависит от условий среды, в
которой идет развитие

89.

Период зрелости
Период взрослого половозрелого состояния. Он связан
с возможностью к размножению
на молекулярной уровне
Период старости
Снижается активность
ферментативных систем,
затрудняются репарация и
репликация молекулы ДНК
на уровне клетки
Уменьшается содержание воды,
снижаются транспорт ионов и
митотическая активность клеток,
разрушаются митохондрии и
лизосомы
на уровне организма
Появляется седина,
морщины, ухудшается
память, снижаются
зрение и слух,
повышается
артериальное давление и
т.д.

90.

Постэмбриональный период

91.

Спасибо
за внимание