Підручник з Біології і екології (профільний рівень). 10 клас. Задорожній - Нова програма

§ 101. Провізорні органи. Регуляція онтогенезу

Поміркуйте

Чому зародки амфібій, рептилій і ссавців схожі між собою на ранніх стадіях ембріогенезу?

Згадайте

Ембріональний розвиток

Розвиток з метамофозом

Живонародження

Провізорні органи

Провізорні органи — це органи, які виникають у зародків і личинок тваринних організмів і функціонують тимчасово до закінчення відповідного періоду розвитку. До таких органів відносять черевні кінцівки у личинок комах, зябра, ротові придатки та хвіст пуголовків земноводних, зародкові оболонки рептилій, птахів і ссавців (мал. 101.1).

Основне призначення провізорних органів — забезпечення життєдіяльності організму до періоду формування органів, які функціонують у дорослих особин.

Провізорні органи часто формуються в організмів, для яких є характерним розвиток з метаморфозом. У таких випадках місце існування дорослих особин і личинок часто різняться, що потребує різних пристосувань до життя у відповідному середовищі. Так, дорослі особини багатьох амфібій (наприклад, ропух) живуть на суходолі, а личинки — у воді. І тому органи дихання вони використовують різні. У личинок це зябра, а у дорослих особин — легені. У метеликів гусінь пересувається по твердому субстрату, а імаго літають у повітрі. Тому черевні кінцівки для гусені є цілком зручним пристосуванням.

Амніоти та анамнії

Як ви вже знаєте, хребетних тварин поділяють на дві великі групи — анамнії та амніоти. І такий поділ зумовлено особливостями їхнього розвитку. А назва груп виникла від назви одного з провізорних органів. В амніот під час ембріогенезу формуються так звані зародкові оболонки — амніон, хоріон і алантоїс (мал. 101.2). В анамній ці оболонки відсутні. До анамній відносять круглоротих, риб і земноводних. Амніотами є рептилії, птахи й ссавці.

Виникнення зародкових оболонок в амніот було пов’язано з пристосуванням до життя на суходолі. Основною їхньою функцією стало забезпечення розвитку зародка всередині яйця (або організму матері у ссавців).

Мал. 101.1. Провізорними органами пуголовка є хвіст, ротові придатки й зябра

Мал. 101.2. Зародкові оболонки у яйці птахів

Регуляція розвитку. Ембріональна індукція

Регуляція ембріогенезу виникає як наслідок взаємодії частин зародка між собою та з навколишнім середовищем. Вплив навколишнього середовища на процеси розвитку дуже добре видно на прикладі формування зародків у яйцях тварин. У багатьох видів комах та рептилій температура навколишнього середовища зумовлює швидкість формування нового організму. А в деяких випадках вона може позначатися на особливостях будови організму. Наприклад, у крокодилів температура середовища, в якому розвиваються їхні яйця, визначає стать майбутньої особини.

Взаємодія частин зародка між собою є причиною так званої ембріональної індукції. Суть цього явища полягає в тому, що у певних ділянках зародка функціонують так звані клітини-організатори. Ці клітини виділяють певні сигнальні молекули, які й викликають диференціацію прилеглих клітин у відповідні органи та тканини. Якщо такі клітини-організатори вилучити або перенести в іншу частину зародка, то розвиток звичайних клітин цієї зони зародка піде зовсім іншим шляхом.

Прикладом організації процесів розвитку в ембріонів хордових є процес нейруляції — утворення нервової пластинки і її замикання у нервову трубку. Він є одним із ключових етапів ембріогенезу всіх представників цієї групи. Зародок на стадії нейруляції називають нейрулою. Розвиток нервової трубки у цьому процесі визначають спеціальні речовини — морфогени. Саме ці речовини визначають, який з кінців нервової трубки є переднім (з нього утворюється головний мозок), а який — заднім.

Гомеозисні гени

Регуляція процесів онтогенезу здійснюється на рівні геному організму шляхом активації тих чи інших комплексів генів. Наступною ланкою регуляції є організмовий рівень, на якому вона здійснюється на рівні обміну сигналів між клітинами й тканинами. Сигнальні молекули можуть бути гормонами, а можуть розміщуватися на поверхні клітинної мембрани і інформувати клітини про їхнє оточення, що може спрямовувати розвиток клітин у потрібному напрямку.

Головну роль у формуванні зародка відіграють так звані гомеозисні гени (hox-гени), що кодують активатори відповідних генів-мішеней під час ембріонального розвитку. Це велика родина генів, спільною рисою яких є наявність регіону зі 180 пар основ (так званий гомеобокс), що формує спеціальну амінокислотну послідовність, яка відповідає за специфічне зв’язування білкової молекули з ДНК.

Нох-гени з’явилися у предків багатоклітинних тварин ще до їх розділення на радіально-симетричних та двобічносиметричних. Вони відповідають за формування просторової орієнтації під час розвитку зародка (формується вісь голова-хвіст), порядок формування органів і тканин у часі тощо.

Ембріологічні закономірності

Ембріологічні процеси відбуваються не хаотично, а у певному порядку. Більш того, вони підпорядковуються певним законам, які було відкрито в ході досліджень.

Одним з основних законів ембріології є біогенетичний закон Геккеля — Мюлера. Цей закон стверджує, що індивідуальний розвиток (онтогенез) будь-якого організму є стислим повторенням історичного розвитку (філогенезу) виду, до якого цей організм належить.

Ключова ідея

У тварин для забезпечення життєдіяльності організму на ранніх стадіях розвитку можуть формуватися провізорні органи (плацента ссавців, хвіст і зябра пуголовків тощо), які потім редукуються. Процес ембріонального розвитку відбувається в певному порядку й підпорядкований певним законам.

Практична робота

Вивчення будови яйцеклітини птаха

1. Розгляньте вміст сирого курячого яйця. Знайдіть яйцеклітину (жовток). На його поверхні знайдіть зародок, який має вигляд диска.

2. Дослідіть білкову оболонку (білок). За допомогою лупи знайдіть білкові канатики (халази).

3. Розгляньте шкаралупу, спробуйте пінцетом відтягнути підшкаралупову оболонку. Біля тупого кінця яйця відшукайте повітряну камеру.

4. Замалюйте яйцеклітину птаха та підпишіть її складові.

5. Сформулюйте висновок.

Запитання та завдання

1. Складіть список провізорних органів однієї із систематичних груп тварин за власним вибором. 2. Чи можуть бути у птахів інші провізорні органи, крім зародкових оболонок? 3. Чому гомеозисні гени протягом тривалого часу майже не змінюються?