Соотношение онто- и филогенеза. Общие закономерности филогенеза систем органов животных и человека

1. Соотношение онто- и филогенеза. Общие закономерности филогенеза систем органов животных и человека.

СТОМАТОЛОГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
Лекция 4
Составитель: к.б.н.,доцент
Лазуткина Е.А.
1

2.

План:
1. Морфогенез.
Концепции
механизмов
морфогенеза.
2. Видоизменения периодов онтогенеза.
3. Учение Северцова о филэмбриогенезах.
4. Общие
закономерности
эволюции
биологических структур.
2

3.

Морфогенез – процесс образования
структур и органов и их преобразования
в процессе онтогенеза:
1. Начинается со стадии бластулы
2. Является ациклическим
3. Генетически контролируется
3

4.

Морфогенез
Морфогенез зародыша лягушки после окончания дробления
4

5.

Морфогенез
Развитие глаза в необычных местах на теле дрозофилы: на
лапке, на антенне.
5

6.

Морфогенез
Слева — четырехкамерное сердце нормального мышиного эмбриона на
12-й день развития.
Справа — трехкамерное сердце генно-модифицированного эмбриона
того же возраста, у которого был отключен ген Tbx5.
ra — правое предсердие, la — левое предсердие, rv — правый
желудочек, lv — левый желудочек, v — неподразделенный желудочек
трехкамерного сердца, ot — выносящий тракт.
6

7.

Концепции механизмов морфогенеза
1. Концепция физиологических градиентов
(Ч. Чайльд)
2. Концепция позиционной информации
(Л. Вольперт)
3. Концепции морфогенетического поля
(П. Вейс , А.Г. Гурвич и Н.К. Кольцов)
7

8.

2. Видоизменения периодов онтогенеза.
8

9.

Диапауза - остановка развития
на более или менее
продолжительный период.
Фетализация - сохранение у взрослых
особей ряда черт, характерных для
плодного периода развития.
9

10.

Деэмбрионизация - сильное укорочение
собственно эмбрионального периода,
протекающего под оболочками яйца
Эмбрионизация - удлинение времени
защищенности зародыша от внешней среды
благодаря зародышевым оболочкам и
материнскому организму
10

11.

Неотения - это выпадение ювенильного
и взрослого периодов развития.
Педогенез - направление эволюции,
представляющее собой способность к
половому размножению организмов,
находящихся на ранних стадиях развития
11

12.

3. Учение Северцова о филэмбриогенезах.
12

13.

Закон зародышевого
сходства
Карла Бэра
"Чем более ранние стадии
индивидуального развития
сравниваются, тем
больше сходства удается
обнаружить".
13

14.

Основной биогенетический закон,
или закон Мюллера-Геккеля
В процессе индивидуального развития
эмбрионы последовательно повторяют черты
строения предковых форм
Онтогенез есть краткое повторение
филогенеза
14

15.

Рекапитуляция – повторение у зародышей
признаков их предков
Генетическая основа рекапитуляции
заключена в единстве механизмов
генетического контроля развития,
сохраняющемся на базе общих генов
регуляции онтогенеза
Месячный эмбрион человека при
внематочной беременности.
Видны зачатки жаберных дуг и хвост.
15

16.

Отклонения
онтогенеза
Ценогенезы
Филэмбриогенезы
16

17. Ценогенезы

приспособления,
возникающие у
зародышей или
личинок и
адаптирующие их к
особенностям среды
обитания.
Эрнст Геккель
17

18. Ценогенезы

У взрослых организмов
ценогенезы не сохраняются.
18

19. Филэмбриогенезы

А.Н. Северцов
отклонения от
онтогенеза,
характерного для
предков,
проявляющиеся в
эмбриогенезе, но
имеющие
адаптивное значение
у взрослых форм.
19

20.

Филэмбриогенезы
Анаболии
Девиации
Архаллаксисы
20

21. Анаболии

- возникают на
поздних стадиях,
после того, как орган
практически завершил
свое развитие,
- выражаются в
добавлении
дополнительных
стадий, заменяющих
конечный результат.
http://trendymen.ru/guide/37844/
museumimb.ru
21

22.

Анаболии
1) образование
нормальных плавников
у малька морского
петуха;
2) начало обособления
трех первых плавников
плавниковых лучей у
более крупного малька;
3) разрастание этих
лучей до
пальцеобразных
придатков у взрослого
22

23. Девиации

уклонения,
возникающие на
средних стадиях
развития в процессе
морфогенеза органа
http://elementy.ru/news/432030
23

24. Архаллаксисы

изменения,
обнаруживающиеся
на очень ранних
стадиях на уровне
зачатков органов и
выражающиеся в
нарушении их
расчленения,
ранних
дифференцировок
или в появлении
новых закладок.
Схема развития костных (а) и роговых (б) чешуи, перьев (в) и
волос (г) позвоночных. С наиболее ранних стадиев
направление развития волоса уклоняется от направлений
развития прочих образований.
24

25.

Отклонения
онтогенеза
гетерохронии
гетеротопии
25

26. Гетерохронии

Развитие головного мозга (схема). а - пять мозговых пузырей: 1 - первый пузырь (telencephalon - конечный
мозг); 2 - второй пузырь (diencephalon - промежуточный мозг); 3 - третий пузырь (mesencephalon - средний
мозг); 4 - четвертый пузырь (metencephalon - собственно задний мозг как часть ромбовидного мозга); 5 пятый пузырь (myelencephalon - продолговатый мозг); между третьим и четвертым пузырем - перешеек
(isthmus), б - развитие головного мозга
26

27. Гетеротопии

приводят к формированию новых пространственных
и функциональных связей между органами,
обеспечивая в дальнейшем их совместную
эволюцию
http://fishingaltai.ru/book/fish/biologiyairib
/
http://900igr.net/prezentatsii/biologija/Krugi-krovoobraschenija/002Raspolozhenie-serdtsa-v-tele-cheloveka.html
27

28.

3.
Общие
закономерности
эволюции биологических структур
28

29. Гомологичные органы

построены по единому плану, расположены в одинаковом месте и
развиваются сходным образом из одинаковых эмбриональных зачатков
Гомологичные кости (показаны цветом)
передних конечностей человека, собаки,
птицы и кита.
http://www.ebio.ru/evo02.html
29

30. Аналогичные органы

возникают при
обитании
неродственных
организмов в
одинаковых
средах;
выполняют
одинаковые
функции,
строение же их,
местоположение
и развитие
резко различны
Аналогичные
(конечности крота и
медведки) органы

31.

Аналогичные органы
Глаза головоногих моллюсков и млекопитающих
31

32. Аналогичные органы

Строение органов строго
соответствует выполняемым ими
функциям
32

33. Принципы эволюции органов

Дифференциации
Интеграции
Расширения и смены функций
Активации
Интенсификация
Олигомеризации
Возникновение и исчезновение
биологических структур в
филогенезе
33

34. Принцип дифференциации

Дифференциация в эволюции органов – это
разделение однородной структуры на
обособленные части, которые из-за различных
функций, положения и связей с другими
органами приобретают специфическое
строение
Принцип дифференциации объясняет
поступательный характер эволюции от
простого к сложному
34

35. Эволюция кровеносной системы

Схема строения сердца и
артериальных дуг в разных
классах позвоночных:
А - рыбы; Б - личинки
земноводных; В - хвостатые
земноводные после
метаморфоза; Г пресмыкающиеся; Д птицы; Е - млекопитающие.
Венозная кровь показана синим
цветом. Парные структуры
обозначены соответственно п
(правая) и л (левая). 1 - сонные
артерии; 2 - жаберные
капилляры; 3 - желудочки
сердца; 4 - предсердия; 5 - корни
спинной аорты; 6 - венозный
синус; 7 - спинная аорта; 8 легочные артерии; 9 - боталлов
проток; 10 - легочные
капилляры; 11 -вены тела; 12 легочные вены. III, IV, V, VI артериальные дуги (нумерация
с учетом передних пар,
редуцировавшихся в ходе
эволюции). На рис. А в
венозный синус впадают
кювьеровы протоки,
возникающие при слиянии
кардинальных вен; на рис. Д и Е
пунктиром показаны
редуцированные
(соответственно левая и правая)
дуги аорты
35

36. Принцип интеграции

Интеграция в эволюции органов – это
функциональное соподчинение компонентов
системы в целостном организме.
36

37. Принцип расширения и смены функций

Расширение
функций
сопровождает
обычно
прогрессивное
развитие органа,
который по мере
дифференциации
выполняет все
новые функции.
37

38. Принцип активации

Активация функции
органа в
прогрессивной
эволюции – это
этап эволюции,
характеризующийся
активным
выполнением
функции ранее
малоактивного
органа, при
котором этот орган
существенно
преобразовывается.

39. Принцип интенсификации

Интенсификация функции
– орган обычно
увеличивается в
размерах, претерпевает
внутреннюю
дифференцировку,
гистологическое строение
его усложняется, нередко
наблюдается
полимеризация структуры
(многократное повторение
одноименных структурных
элементов)

40. Принцип интенсификации

Иногда в процессе
интенсификации функций
наблюдается тканевая
субституция органа –
замещение одной такни
другой, более
соответствующей
выполнению данной
функции
Примером тканевой
субституцией является
замещение хрящевого
скелета хрящевых рыб на
костный у более
высокоорганизованных
классов позвоночных
forum.zoologist.ru
www.infoniac.ru

41. Полимеризация

Это многократное
повторение
одноименных
структурных
элементов
41

42. Олигомеризация

Олигомеризация –
это явление
уменьшения числа
одинаковых органов,
выполняющих одну и
ту же функцию
Эволюция
артериальных
жаберных дуг служит
примером
олигомеризации: у
хрящевых рыб их 6-7
пар, у костных – 4
пары, а у
млекопитающих
сохраняются в
дефинитивном
состоянии только
части 3, 4 и 6-й пар
Схема преобразования жаберных артерий у рыб (А),
амфибий (Б), рептилий (В) и млекопитающих (Г):
I–VI – дуги жаберных артерий; 1 – брюшная и 2 –
спинная аорты; 3 – внутренняя и 4 – наружная сонные
артерии; 5 – правая и 6 – левая дуги аорты; 7 –
подключичная артерия; 8 – легочная артерия; 9 –
артериальная связка
42

43. Возникновение и исчезновение биологических структур

В процессе эволюции закономерным
является как возникновение биологических
структур, так и их исчезновение.
Любая структура возникает на основе
предшествующих, вне зависимости от
того, на каком уровне организации
живого осуществляется филогенез
43

44. Возникновение органов

Примером возникновения
органов служит
происхождение матки
плацентарных
млекопитающих от парных
яйцеводов.
Вследствие удлинения
эмбрионального развития
млекопитающих появляется
необходимость более
длительной задержки
зародыша в организме матери
для обеспечения зародышу
оптимальных условий
Аномалии матки и полового члена у
внутриутробного развития,
человека: а-г - различные формы удвоения
требуемых естественным
матки и влагалища
отбором.
44

45. Исчезновение органов (редукция)

Редукция (исчезновение) органа в филогенезе
может быть связана с разными причинами и
механизмами.
3 основные причины редукции органов:
Естественный отбор
Тканевая субституция
Ослабление функций
45

46.

Исчезновение органов (редукция)
46

47. Рудиментарные органы

Рудиментарные органы
(рудименты) – недоразвившиеся
органы, которые утратили своё
основное значение в процессе
эволюционного развития
организма
47

48. Рудиментарные органы человека

У человека 90
рудиментов:
1. Структуры, потерявшие
свои функции в
постнатальном
онтогенезе, но
сохраняющиеся и после
рождения (волосяной
покров, копчик,
аппендикс и др.)
2. Структуры,
сохраняющиеся только в
эмбриональном периоде
онтогенеза (хорда,
хрящевые жаберные
дуги, правая дуга
аорты, шейные ребра)
48

49. Атавизмы

Атавизмы – признаки у высокоорганизованных
организмов, которые не встречаются у них
при нормальных условиях, но присутствуют у
более или менее отдаленных предков
Если атавизмы снижают жизнеспособность и
проявляются как морфологические аномалии,
то их называют атавистическими или
анцестральными пороками развития
49

50. Атавизмы у человека

50

51. Анцестральные пороки развития

Прорезывание сверхкомплектных зубов при клейдокраниальной
дисплазии
51

52. Анцестральные пороки развития

Волчья пасть – порок
развития,
заключающийся в не
заращении верхней
челюсти и твёрдого
нёба, в результате чего
получается расщелина,
соединяющая полости
рта и носа. Причиной
является задержка
срастания
верхнечелюстных
отростков с сошником.
52

53. Соотносительные преобразования органов

1. филогенетические координации
(устойчивые взаимозависимости
органов и систем, проявляющиеся в
филогенезе)
2. онтогенетические корреляции
(соответствие структур
развивающегося организма в
онтогенезе).
53

54. Филогенетические координации: биологические

Наблюдаются между
структурами,
непосредственно не
связанными ни по
функциям, ни по
месту положения.
Например, у
эндопаразитов сильно
развиты половая
система и органы
прикрепления к телу
хозяина, но при этом
недоразвиты органы
чувств и опорно-
двигательный аппарат.
54

55. Филогенетические координации: динамические

Выражаются во
взаимном
соответствии
структур, связанных
функционально.
Тесные
динамические
координации
имеются, например,
между органами
кровеносной и
дыхательной систем.
55

56. Филогенетические координации: топографические

проявляются между
структурами, связанными
друг с другом
пространственно.
Для каждого типа животного
царства характерен
своеобразный общий план
строения, выражающийся в
определенном взаимном
расположении основных
органов и систем.
56

57. Онтогенетические корреляции: геномные

Обеспечиваются
целостностью
генетической
конституции
развивающегося
организма.
57

58. Онтогенетические корреляции: эргонтические

Обусловлены
функциональной
взаимозависимостью
органов и частей
организма
Проявляются в
соответствии между
степенью развитости
мышцы, костных
выступов, к которым
она прикрепляется, и
интенсивностью ее
кровоснабжения.
58

59. Онтогенетические корреляции: морфогенетические

возникают между
органами,
пространственно
связанными между
собой.
зачаток хорды
обусловливает
развитие нервной
трубки на спинной
стороне зародыша и
дифференцировку
скелетогенной ткани
59

60.

Соотносительные
преобразования органов
Субституция
Гетеробатмия
60