Индивидуальное развитие: зародыши животных, постэмбриональные стадии и растения
Последовательно разберём дробление, гаструляцию и органогенез, сравним прямое и личиночное развитие, а затем проследим путь цветкового растения от семени.
Федеральная программа · базовый уровень · 10 класс
Размножение и индивидуальное развитие организмов
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Онтогенез и эмбриогенез
- Дробление, гаструляция, органогенез у позвоночных
- Прямое и непрямое постэмбриональное развитие
- Факторы среды и врождённые нарушения развития
- Онтогенез цветкового растения и строение семени
- Двойное оплодотворение у цветковых растений
- Рост растений и ограничения учебных моделей
Как это устроено
Онтогенез начинается не с «маленькой копии взрослого». После образования зиготы клетки делятся и взаимодействуют; при дроблении число клеток растёт, затем во время гаструляции они занимают новые положения и формируют слои. При органогенезе возникают зачатки органов, которые продолжают изменяться. Школьная схема стадий полезна, но временные границы и детали различаются у рыб, амфибий, птиц и млекопитающих. Нельзя использовать одну картинку как точный календарь развития человека.
Прямое и непрямое развитие описывают постэмбриональные изменения. У головастика есть личиночные особенности, затем метаморфоз меняет строение и образ жизни; у многих млекопитающих молодая особь в основных чертах похожа на взрослую, хотя продолжает развиваться. Слово «прямое» не означает отсутствия значительных изменений мозга, роста и созревания, а «непрямое» не делает личинку неполноценным организмом.
Развитие зависит от наследственного материала и условий. Определённые вещества, инфекции или иные воздействия в конкретные периоды могут повышать риск врождённых нарушений; исход определяется видом воздействия, дозой, временем и индивидуальными факторами. Сам факт контакта не доказывает повреждение, а отсутствие заметного внешнего признака не доказывает полной безопасности. Медицинские вопросы беременности требуют профессиональной помощи, а школьное исследование не собирает личные истории и не оценивает одноклассников.
У цветкового растения зародыш находится в семени вместе с запасными или поддерживающими тканями и защитными покровами. При подходящих условиях вода поступает в семя, начинается обмен веществ, выходит корешок, развивается побег, позже растение может перейти к цветению и образованию новых семян. Семя — не «спящая мёртвая крупинка»: живые клетки могут находиться в состоянии покоя с низким обменом. Для прорастания важны вода, подходящая температура и обычно кислород, а потребность в свете различается у видов.
До образования семени пыльца попадает на рыльце пестика; пыльцевая трубка растёт к семязачатку и доставляет два спермия к зародышевому мешку. Один спермий сливается с яйцеклеткой и образует зиготу, из которой развивается зародыш. Другой сливается с центральной клеткой и даёт начало эндосперму — питательной ткани. Это и называют двойным оплодотворением. В типичном учебном примере зигота диплоидна (2n), а эндосперм триплоиден (3n), но число наборов в эндосперме у отдельных цветковых может отличаться. Семязачаток после оплодотворения развивается в семя, а завязь участвует в образовании плода; семя и плод — не одно и то же.
У семени есть зародыш, защитные покровы и запас питания, но расположение запасов различается. У пшеницы значительную часть зрелого семени составляет сохраняющийся эндосперм; у фасоли большая часть запасов находится в семядолях зародыша, потому что ранний эндосперм был использован в развитии. Поэтому нельзя уверенно назвать каждую крупную внутреннюю часть семени «эндоспермом» без указания вида. При прорастании сначала обычно виден зародышевый корешок, затем развивается побег; прорастание не является новым оплодотворением.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Онтогенез
История развития отдельного организма от начальной клетки или стадии данного жизненного цикла через рост и изменение до поздних этапов жизни.
Пример: У цветкового растения онтогенез включает прорастание семени, рост, цветение и образование новых семян.
- Эмбриогенез
Ранний период развития зародыша после оплодотворения или иного начала развития, когда формируются основные клеточные линии и структуры.
Пример: У позвоночного эмбриогенез включает дробление и образование будущих тканей и органов.
- Зигота
Клетка, возникающая после соединения наследственного материала гамет в типичном половом процессе и начинающая развитие нового организма.
Пример: После оплодотворения яйцеклетки животного образуется зигота с новым сочетанием генетических вариантов.
- Дробление
Последовательность ранних делений зародыша, при которой число клеток растёт, а общий размер раннего зародыша обычно не увеличивается пропорционально.
Пример: Дочерние клетки раннего зародыша позвоночного становятся многочисленнее и меньше.
- Бластула
Одна из ранних многоклеточных стадий зародышевого развития животных, организованная после дробления; детали строения различаются у групп.
Пример: У ряда позвоночных после дробления формируется стадия, которую в школьной схеме относят к бластуле.
- Гаструляция
Согласованные перемещения и изменения клеток зародыша, при которых формируются основные зародышевые слои и оси тела.
Пример: Во время гаструляции клетки занимают новые положения, из которых затем образуются разные ткани.
- Зародышевый листок
Одна из основных групп клеток раннего зародыша животных, потомки которой в ходе развития дают определённые ткани и структуры.
Пример: Из эктодермы позвоночных развиваются, среди прочего, нервная система и часть наружных покровов.
- Органогенез
Период формирования зачатков органов и их дальнейшего строения из взаимодействующих клеток и тканей зародыша.
Пример: Развитие зачатка сердца включает рост, перемещения и специализацию клеток.
- Прямое развитие
Тип постэмбрионального развития, при котором молодая особь в основных чертах напоминает взрослую и не проходит резко отличающуюся личиночную стадию.
Пример: У многих млекопитающих новорождённый развивается дальше без превращения из водной личинки.
- Непрямое развитие
Тип постэмбрионального развития с личиночной стадией, существенно отличающейся от взрослого организма строением, образом жизни или средой.
Пример: Головастик лягушки отличается от взрослой лягушки и проходит метаморфоз.
- Тератогенный фактор
Воздействие, способное при определённых сроках, дозах и условиях нарушать эмбриональное развитие и повышать риск врождённых аномалий.
Пример: Некоторые инфекции, вещества и физические воздействия могут быть опасны в определённые периоды развития; риск оценивают медики.
- Зародыш растения
Молодое растение внутри семени, включающее зачаточные органы и возникающее после процессов полового размножения у семенных растений.
Пример: В семени фасоли можно различить зародышевый корешок и побег на готовом учебном изображении.
- Семязачаток
Структура внутри завязи цветкового растения с женским гаметофитом; после оплодотворения из неё развивается семя.
Пример: В завязи цветка гороха находятся семязачатки, каждый из которых может дать начало семени.
- Зародышевый мешок
Женский гаметофит цветкового растения внутри семязачатка, содержащий яйцеклетку и центральную клетку среди других клеток.
Пример: Пыльцевая трубка доставляет два спермия к зародышевому мешку семязачатка.
- Пыльцевая трубка
Вырост клетки пыльцевого зерна, растущий к семязачатку и доставляющий к нему мужские гаметы цветкового растения.
Пример: После попадания пыльцы на рыльце трубка может прорасти через ткани пестика к семязачатку.
- Двойное оплодотворение
Характерный для цветковых растений процесс двух слияний: один спермий соединяется с яйцеклеткой, другой — с центральной клеткой зародышевого мешка.
Пример: Первое слияние даёт зиготу, второе запускает образование эндосперма семени.
- Эндосперм
Питательная ткань семени цветкового растения, развивающаяся после слияния спермия с центральной клеткой; у некоторых видов её запасы позднее переходят в семядоли.
Пример: В зерновке пшеницы эндосперм сохраняет значительную часть запасных веществ зрелого семени.
- Семядоля
Зародышевый лист семенного растения, который может хранить запасные вещества или передавать их развивающемуся зародышу.
Пример: В зрелом семени фасоли заметны две крупные семядоли с запасом питательных веществ.
- Семенная кожура
Защитные покровы семени, обычно развивающиеся из покровов семязачатка после оплодотворения.
Пример: При прорастании фасоли семенная кожура раскрывается, когда растёт зародыш.
- Прорастание семени
Возобновление роста живого зародыша семени при подходящих условиях, обычно начиная с поглощения воды и появления зародышевого корешка.
Пример: Семя фасоли при достаточной влаге и температуре набухает, затем наружу выходит корешок.
Пример по шагам
На плакате показан головастик и проросток фасоли с подписью «Это одинаковая личиночная стадия». Почему подпись неверна?
- Головастик — личинка амфибии, существенно отличающаяся от взрослой формы и проходящая метаморфоз.
- Проросток фасоли — молодое растение после прорастания семени, а не личинка животного; его органы развиваются в ином жизненном цикле.
- Сравнивать можно общие вопросы роста и дифференцировки, но не объявлять разные стадии одной морфологической категорией.
Вывод: Онтогенез есть у животных и растений, но конкретные стадии и механизмы описываются отдельно.
Практическая работа
Два онтогенеза на разных схемах
- На готовых изображениях позвоночного отметьте дробление, гаструляцию, органогенез и одну постэмбриональную стадию; подпишите, что изображения не показывают равные интервалы времени.
- На отдельной схеме цветкового растения покажите зародыш семени, корешок проростка, взрослое растение, цветок и новое семя.
- Составьте сравнение условий развития и границ моделей без утверждения, что личинка животного равна проростку растения.
Что можно заключить: Общие принципы наследования и развития не отменяют различий жизненных циклов разных групп организмов.
Безопасность: Используйте готовые схемы и обычные безопасные семена; не проводите опыты с беременными животными или людьми и не обсуждайте личные медицинские сведения.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.