Постэмбриональное развитие

Постэмбриональное развитие и его периоды.После появления организма на свет начинается его постэмбриональное, или послезародышевое развитие, которое у разных видов организмов протекает от нескольких дней до сотен лет. Оно подразделяется на три периода – ювенильный,период зрелости и период старения, заканчивающийся смертью.

Ювенильный период (от лат. juventus – юный) продолжается до полового созревания. Для этого периода характерно прямое, либо непрямое развитие.

При прямом развитии из яйца или из тела матери выходит особь, похожая на взрослую, но значительно меньших размеров (пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие). Постэмбриональное развитие сводится в основном к их росту и половому созреванию.

Непрямое развитие бывает неполным[VV166] (только с личиночной стадией) и полным (с личиночной стадией и куколкой). Полный метаморфоз свойствен насекомым, личинки (гусеницы) которых усиленно питаются, растут, затем превращаются в неподвижную куколку (бабочки, жуки, пчелы, муравьи и др.) В стадии покоящейся куколки личиночные органы подвергаются полному распаду, после чего разрушенное[VV167] вещество используется как питательный материал для развития органов взрослого насекомого (рис. _).

У насекомых с неполным превращением стадия куколки отсутствует. У них личинка после каждой очередной линьки растет и все больше становится похожей на взрослое насекомое.

Период зрелости[VV168] , у большинства позвоночных животных занимает, как правило, большую часть жизни.

Старение, свойственное всем живым организмам, заканчивается смертью.

Генетический контроль процессов развития. Весь процесс индивидуального развития организма регулируется генетической программой. При этом геном всех клеток в большинстве случаев остается в ходе развития одинаковым, но «нужные гены работают в нужное время и в нужном месте» (Н.В. Тимофеев-Ресовский).

Управление развитием организма осуществляется с помощью сложных сетей взаимодействующих генов, которые влияют друг на друга через свои продукты – белки. Число включенных генов резко снижается со стадии зиготы и до стадии зрелых тканевых клеток. Например, у морских ежей на стадии зиготы белки считываются примерно с 24 000 разных иРНК, на стадии гаструлы – с 11000, а в клетках разных тканей взрослого животного – всего с 2000-4000. Следовательно, большинство видов белков нужно не для функционирования клеток взрослого организма, а для его развития.

На процесс развития могут влиять самые разные гены, поскольку практически все процессы в организме взаимозависимы. Примером такого действия генов могут служить последствия замены у человека всего одной аминокислоты в бета-цепи молекулы гемоглобина (глутаминовая кислота → валин). Это приводит к развитию серповидноклеточной анемии (см. § _). Здесь первичный эффект гена – деформирование эритроцитов – косвенно влияет на другие признаки, в том числе связанные с развитием (например, на форму черепа). Причиной этого является нарушение кровообращения и появление анемии, что оказывает негативное влияние на развитие организма человека.

Установлено, что существуют специальные гены, которые контролируют развитие. Так, найдены гены, отвечающие за становление плана строения[VV169] животных. Например, у дрозофилы еще до появления границ между клетками [VV170] закладываются оси тела и наносится «разметка» будущих границ сегментов (и даже их частей). Развитие плана строения насекомого регулируется несколькими группами генов, которые последовательно включают друг друга.

Понятие о жизненном цикле. Жизненный цикл, или цикл развития – совокупность всех стадий развития организма, пройдя которые он достигает зрелости и способен дать начало следующему поколению. Длительность жизненных циклов определяется числом поколений, развивающихся в течение года, или числом лет, на протяжении которых осуществляется один жизненный цикл.

Различают два типа жизненных циклов – простой и сложный. Простой жизненный цикл характерен для животных с прямым постэмбриональным развитием особей (многие беспозвоночные и большинство позвоночных).

Сложный цикл развития осуществляется с метаморфозом или с чередованием поколений. При развитии с метаморфозом жизненный цикл прослеживается в течение развития одной особи (например, у бабочки: яйцо – личинка – куколка – имаго, или взрослая особь). При развитии со сменой поколений или сменой способов размножения (бесполого и полового) жизненный цикл прослеживается на нескольких особях разных поколений до появления исходной формы. Например, у некоторых водорослей и растений типична смена гаметофита и спорофита[VV171] .

1. Чем отличается прямое развитие животных от непрямого? Приведите примеры. 2.Каков механизм генетического контроля процессов развития организма? 3. Что такое жизненный цикл и каковы его типы у животных?

§ 43. Онтогенез человека

Внутриутробное развитие человека. Развитие зародыша человека начинается сразу же после оплодотворения с деления (дробления) зиготы на бластомеры. В результате нескольких делений зигота – одноклеточный зародыш превращается в плотный многоклеточный шар. К моменту попадания в матку зародыш человека со­стоит из 30-32 клеток. В течение 2 дней зародыш оста­ется в матке свободным, а затем погружается в ее сли­зистую оболочку и прикрепляется к ней. Начинается зародышевый период внутриутробного развития.

Из части клеток зародыша формируются оболочки:

а) наружная — имеет ворсинки с капиллярами, через которые происходит питание и дыхание зародыша;

б) внутренняя — тонкая и прозрачная, как целлофан, образующая пузырь (амнион), заполненный внутри жид­костью, в которой плавает зародыш. Внутренняя обо­лочка предохраняет зародыш от ударов и шумов[VV172] .

К концу второго месяца внутриутробного развития ворсинки сохраняются только на той стороне зародыше­вой оболочки, которая обращена к матке. Эти ворсинки разрастаются и разветвляются, погружаясь в слизистую оболочку матки, обильно снабженную кровеносными сосудами. Развивается плацента в виде диска, прочно укрепленного в слизистой оболочке. С этого момента начинается плодный период внутриутробного развития.

Через стенки кровеносных капилляров и ворсинок плаценты [VV173] идет обмен газами и питательными веществами между организмами матери и ребенка. Кровь матери и ребенка никогда не смешивается.

Через несколько недель после начала плодного пери­ода внутриутробного развития плацента отделяется от зародыша [VV174] и остается связанной с ним только пупови­ной, или пупочным канатиком, имеющим длину до 40 см.

Плацента — единственный орган, состоящий из кле­ток двух различных организмов: матери и плода. Пупо­вина — это часть плода. Через нее проходят кровенос­ные сосуды, входящие в состав кровеносной системы зародыша и несущие кровь в обоих направлениях: от плода к матери[VV175] и от матери[VV176] к плоду. Сосуды пуповины отделены от капилляров матки тонкой перепонкой, че­рез которую проникают продукты обмена веществ, пи­тательные вещества и т. д.

От матери к плоду поступают глюкоза, вода, амино­кислоты, некоторые белки, жиры, неорганические соли, витамины, антитела, кислород. От плода к матери — излишки водаводы, продукты распада белков, гормоны[VV177] , углекислый газ.

От матери к плоду могут передаваться также и вредо­носные факторы (бактерии, вирусы, яды, лекарственные препараты), но их воздействие частично нейтрализуется содержащимися в крови плода некоторыми антитела­ми, антитоксинами и т. п. Благодаря этому новорож­денный обладает пассивным иммунитетом к некоторым болезням.

С 13-й недели беременности плацента играет также роль железы внутренней секреции, т. е. выделяет гор­моны. Благодаря им в период беременности слизистая матки не отслаивается, менструальные циклы не возни­кают[VV178] , идет подготовка молочных желез к лактации (вы­работке молока).

Если оплодотворяются две или более яйцеклетки, то образуется два или более плода — разнояйцевые[BЭ179] близ­нецы. Иногда два или более плода развиваются из од­ной яйцеклетки — однояйцевые[BЭ180] близнецы, часто они имеют одну плаценту.

К концу первого месяца внутриутробного развития голова зародыша составляет около 1/3 длины тела, по­являются контуры глаз, на 7-й неделе беременности можно различить пальцы. Через 2 месяца зародыш уже похож на человека, хотя длина его всего 3 см.

К 3 месяцам внутриутробного развития формируются почти все органы. К этому времени можно определить пол будущего ребенка. Интересно, что все эмбрионы вплоть до 6-й недели развития являются потенциально обоеполыми, а затем половые хромосомы определяют, какая их двух половых систем будет активизирована и достигнет полного развития.

К 4-5 месяцам прослушиваются сокращения сердца плода, частота которых в 2 раза больше, чем у матери. В этот период плод быстро растет и к 5 месяцам весит около 0,5 кг, а к моменту рождения — 3-3,5 кг.

Общая продолжительность беременности 270-280 дней (10 лунных месяцев).

Влияние условий окружающей среды на внутриутробное развитие ребенка. Развитие организма представляет собой сложное со­четание таких процессов, как деление клеток, их пере­мещение и взаимодействие, образование тканей и орга­нов. Любое нарушение этих процессов может вызвать пороки развития зародыша. Такие нарушения могут возникать под воздействием различных повреждающих факторов. К ним относятся ионизирующая радиация, вызывающая изменения в наследственном аппарате клет­ки; вирусы (например, у женщин, перенесших коревую краснуху в первой трети беременности, часто рождают­ся дети с болезнями сердца, глухотой, катарактой — по­мутнением хрусталика глаза); различные микроорганиз­мы (например, возбудитель сифилиса способен вызвать врожденную глухоту); некоторые лекарственные препа­раты. У родителей, злоупотребляющих алкоголем, дети рождаются со специфическим комплексом уродств и по­роков: задержкой в физическом и умственном развитии, различными черепно-мозговыми уродствами, пороками сердца, половых органов и других систем. На детород­ные функции человека влияет курение и злоупотребле­ние наркотикаминаркотиков: у курящих женщин на треть увеличивается риск бесплодия, а у мужчин курение вызыва­ет значительное снижение половой потенции. Но глав­ный вред табачный дым наносит зародышу: большин­ство детей, рожденных курильщиками, появляются на свет с различными нарушениями — вес их меньше, они отстают в психическом развитии, у них высок процент внезапной смерти.

Нарушения в развитии вызывают в особенности те факторы, которые действуют в течение определенных критических периодов.

Под критическими периодами понимают такой пери­од в развитии плода, когда он оказывается максималь­но чувствительным к определенным воздействиям. Как правило, критические периоды приурочены к тем эта­пам развития организма, когда происходят процессы активного преобразования, формирования основных ор­ганов и систем. В этом отношении критические перио­ды внутриутробного развития являются самой уязвимой порой в жизни человека, поскольку в это время проис­ходит формирование «каркаса» и стержневых структур будущего организма. У каждого органа — свой крити­ческий период, хотя интервал между 15-ми и 60-ми сут­ками беременности оказывается критическим для мно­гих органов. Сердце формируется между 3-й и 4-й неде­лями, тогда как наружные половые органы наиболее чувствительны к воздействиям между 8-й и 9-й неделя­ми. Мозг и скелет, начиная с 3-й недели после зачатия и на протяжении всего срока беременности, постоянно чувствительны к вредным влияниям.

Рост и развитие ребенка. Различают следующие периоды послеутробного раз­вития: период новорожденности — первые 4 недели после рождения; грудной период — с 5-й недели до конца 1-го года жизни; раннее детство (ясельный период) — с 1 до 3 лет; дошкольный период — с 3 до 6 лет; школьный — с 6 до 17-18 лет. Формирование организма заканчива­ется к 22-25 годам.

Первый месяц жизни считается периодом новорож­денности. Поза новорожденного напоминает положение плода в матке. Большую часть суток он спит, просыпа­ясь лишь ко времени кормления. Наиболее гармонично ребенок развивается при естественном грудном вскарм­ливании. Новорожденные дети лучше всего усваивают белки, жиры и углеводы материнского молока.

Во время грудного периода жизни в двигательной системе ребенка происходит много изменений: в конце 1-го месяца жизни он пытается распрямить ножки; на 6-й неделе поднимает и удерживает головку; на 6-м ме­сяце сидит; в конце 1-го года жизни пытается делать первые шаги.

Не менее интенсивно в этот период развивается и пси­хика ребенка. На 2-м месяце он улыбается при виде ярких картинок, при появлении матери; к 4-му месяцу берет в рот игрушки, исследуя их, начинает различать взрослых людей. Во второй половине грудного возраста ребенок уже реагирует на присутствие матери, он начи­нает понимать многие фразы родителей.

В возрасте от 1 до 3 лет (раннее детство) у ребенка появляется много новых двигательных навыков. Он начи­нает ходить, овладевает многими способами манипули­рования с предметами. В этот период у него появляется стремление к познанию мира, тяга к самоутверждению.

Дети дошкольного возраста (от 3 до 7 лет) начинают проявлять большой интерес к окружающему миру — это стадия вопросов, или «почемучный возраст».

Для развития мышления, речи и трудовой деятель­ности важен период от 2 до 4 лет. Если он упущен, то возникает отставание психического и физического раз­вития.

Во время школьного периода, в возрасте от 7 до 16 лет, происходит качественное изменение всей деятельности человека. Школьники младших классов медленно и с тру­дом выполняют сложные и точные движения. Оконча­тельное формирование двигательной деятельности закан­чивается к 18 годам.

Физиологической особенностью сердечно-сосудистой системы подростка является отставание роста окружно­сти сосудов от роста сердца. Это приводит к расстрой­ствам кровообращения, возникают головокружение, по­вышенное кровяное давление, нарушения работы серд­ца. Особенно сильно это проявляется в период полового созревания.

В период полового созревания у подростков увеличи­вается возбудимость, возникает повышенная раздражи­тельность, наблюдается расстройство сна. Усиленное выделение гормонов (особенно из коры надпочечников) поддерживает в организме состояние высокой активнос­ти. Происходят и значительные изменения в общем стро­ении организма.

К 18 годам жизни значительная часть физиологиче­ских функций молодого человека приближается по по­казателям к функциям взрослого человека (например, повышается активность пищеварительных ферментов, со­вершенствуются защитные механизмы против инфекций, органы чувств и нервная система).

В последние десятилетия во всех экономически раз­витых странах ускорились темпы физического и поло­вого развития детей. Это явление получило название акселерации. Причины акселерации сложны и до конца не выяснены: к ним, предположительно, относятся из­менения питания, витаминные добавки, спорт, искусст­венное увеличение светового дня, повышенный уровень радиации, повышение содержания СО₂ в атмосфере и др. Однако более раннее физическое развитие современных детей не влечет за собой ускорения их психологического со­зревания.

1. Что происходит с момента попадания зародыша в матку до конца второго месяца внутриутробного развития? 3. Что происходит в начале плодного периода внутриутроб­ного развития? 4. Что представляет собой плацента? 5. Как происходит обмен веществами между матерью и плодом? 6. Как условия жизни матери влияют на формирование и раз­витие плода? 7. Что такое критические периоды развития? Какие крити­ческие периоды известны для развития человеческого эм­бриона? 8. Какие периоды послеутробного развития человека вам из­вестны? 9. Какой возрастной период наиболее важен для развития мышления речи и трудовой деятельности? 10. Что такое акселерация? Что ее вызывает?

Глава 7. Наследственность и изменчивость организмов