Реферат: Соотношение онтогенеза и филогенеза. Основные направления эволюции онтогенеза

Соотношение онтогенеза и филогенеза. Основные направления эволюции онтогенеза

Санкт-Петербургская Государственная Академия Ветеринарной Медицины.

Кафедра биологии, экологии и гистологии.

Реферат

по дисциплине «Биология с основами экологии»

на тему «Соотношение онтогенеза и филогенеза. Основные направления эволюции онтогенеза»

Выполнила: Иванова У.Д.

Студентка 1 курса 11 группы факультета

ветеринарной медицины очной формы обучения

Проверил: Прилуцкая Л.П.

Кандидат биологических наук, доцент

кафедры биологии, экологии и гистологии

Санкт-Петербург, 2015 год

Оглавление

Введение

Глава 1. Понятие онтогенеза

.1 Дорепродуктивный период онтогенеза

.2 Репродуктивный и пострепродуктивный период онтогенеза

Глава 2. Понятие филогенеза

.1 Палеонтологическая летопись

Глава 3. Соотношение онтогенеза и филогенеза

.1 Сравнение онтогенеза и филогенеза

.2 Онтогенез - основа филогенеза

Глава 4. Основные направления эволюции онтогенеза

.1 Целостность и устойчивость онтогенеза

.2 Автономизация и эмбрионизация онтогенеза

Заключение

Список литературы

Введение

онтогенез филогенез эволюция

Изучением онто- и филогенеза как отдельных понятий, частиц единого механизма природы, их сравнением и объяснением занимались многие известные ученые, врачи, историки и философы. Среди них были: Карл Линней (1707 <https://ru.wikipedia.org/wiki/1707_%D0%B3%D0%BE%D0%B4>-1778 <https://ru.wikipedia.org/wiki/1778_%D0%B3%D0%BE%D0%B4>) - шведский <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A8%D0%B2%D0%B5%D1%86%D0%B8%D1%8F> естествоиспытатель <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%95%D1%81%D1%82%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%D0%B7%D0%BD%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5> и врач; Стивен Джей Гулд (1941-2002) - известный американский палеонтолог, биолог-эволюционист и историк науки; Эрнст Генрих Филипп Август Геккель (1834-1919) немецкий естествоиспытатель и философ. Автор терминов питекантроп, филогенез и экология.

Материала и научных работ выдающихся авторов по данной теме достаточно много, поэтому, исследовав все это, можно попытаться самостоятельно анализировать материал и найти ответы на поставленные вопросы: Что такое онтогенез? Примеры его проявления и эволюция. Основные периоды онтогенеза. Что такое филогенез? Палеонтологическая летопись. В чем сходства и различия онто- и филогенеза?

Основным и главным материалом для изучения и обоснования данной темы стали книги Козловой А.Е. и Курбатовой Н.С. «Онтогенез. Понятие об онтогенезе. Эмбриональное развитие», Шишкин М.А. «Современная палеонтология», а так же «учение Чарлза Дарвина о развитии живой природы». Вспомогательной литературой послужили справочники и энциклопедии, для формирования более четких и полных определений, встречающихся в тексте.

Самым важным и интересным вопросом, ответ на который я искала через всю эту работу, стала фраза: «Онтогенез - основа филогенеза».

Глава 1. Понятие онтогенеза

Онтогенез - это процесс индивидуального развития организма и совокупность его последовательных метаморфоз от момента образования зиготы при половом размножении (или появления дочерней особи - при бесполом) до конца жизни. Сам термин впервые был введён немецким естествоиспытателем и философом Э. Геккелем <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BA%D0%BA%D0%B5%D0%BB%D1%8C,_%D0%AD%D1%80%D0%BD%D1%81%D1%82_%D0%93%D0%B5%D0%BD%D1%80%D0%B8%D1%85> в 1866 году <https://ru.wikipedia.org/wiki/1866_%D0%B3%D0%BE%D0%B4>, а раздел современной биологии, изучающий онтогенез, называется биологией развития <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F_%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%B2%D0%B8%D1%82%D0%B8%D1%8F>.

С общебиологической точки зрения, важнейшим событием онтогенеза является возможность осуществления полового размножения. Каждый этап онтогенеза составляет переход от одного качественного состояния организма к другому, более высокому путем преобразования его функционирования без вытеснения качественного уровня предыдущего этапа, иными словами, в организме происходит постепенная дифференциация тех или иных процессов с одновременной интеграцией их в новое, целое. По этому принципу онтогенез делят на три периода: дорепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный. Рассмотрим каждый боле подробно.

.1 Дорепродуктивный период онтогенеза

В дорепродуктивном периоде особь не способна к размножению. Основное содержание его заключается в развитии зрелого в половом отношении фенотипа, в связи с ее незрелостью. В этот период происходят основные анатомические и физиологические преобразования, формируя зрелый в половом отношении организм. В дорепродуктивный период особь наиболее уязвима для неблагоприятных физических, химических и биологических влияний факторов окружающей среды. Этот период, в свою очередь, делится еще на 4: эмбриональный, личиночный, период метаморфоза и ювенильный.

Эмбриональный, или зародышевый, период онтогенеза начинается с момента оплодотворения и продолжается до выхода зародыша из яйцевых оболочек (Рис.1). Эмбриональный период отличается выраженностью процессов преобразования зиготы в организм, способный к более или менее самостоятельному существованию. Продолжительность его бывает различна. У плацентарных млекопитающих он особенно укорочен. Единственная яйцевая оболочка растворяется перед имплантацией бластоцисты в слизистую матки. Зародыш к этому моменту успевает пройти только стадии зиготы и дробления. Все дальнейшие процессы протекают под защитой и при участии материнского организма.

Рис.1 Эмбриональный развитие лошади

Личиночный период в типичном варианте наблюдается в развитии тех позвоночных, зародыши которых выходят из яйцевых оболочек и начинают вести самостоятельный образ жизни, не достигнув дефинитивных (зрелых) черт организации (Рис.2). Так, он встречается у некоторых представителей низших позвоночных - миног, большинства костистых рыб и земноводных. Наиболее характерными чертами личинки являются эмбриональный характер ее организации, наличие временных (вспомогательных) органов, способность к активному питанию и размножению. Благодаря этому личинка получает возможность завершить развитие в оптимальных условиях среды, и выйти, таким образом, из конкуренции со своими же взрослыми сородичами. Продолжительность личиночного периода в сравнении с эмбриональным у всех позвоночных существенно больше.

Рис.2 Стадии личиночного развития насекомого

Метаморфоз состоит в превращении личинки в ювенильную форму. В процессе метаморфоза происходят такие важные морфогенетические преобразования, как частичное разрушение, перестройка и новообразование органов. Степень преобразований тем больше, чем больше различия между средой обитания личинки и взрослого организма, что хорошо иллюстрирует пример развития бесхвостных амфибий.

Ювенильный период начинается с момента завершения метаморфоза и заканчивается половым созреванием и началом размножения. Особенности ювенильного периода проявляются в своеобразии питания молодого организма, его поведения и степени зависимости от родителей. С морфологической точки зрения для этого периода характерны интенсивный рост, установление окончательных пропорций между различными частями тела, завершение развития скелета, кожных покровов, смена зубов, завершение развития половых желез и гормональных регуляций. Продолжительность ювенильного периода у позвоночных варьирует от минимальной, равной 13-18 суток (у полевок), до максимальной, равной 18-20 годам (у белуги, крокодила, альбатроса, слона).

.2 Репродуктивный и пострепродуктивный период онтогенеза

В репродуктивном периоде особь осуществляет функцию полового размножения, отличается наиболее стабильным функционированием органов и систем, а также относительной устойчивостью к воздействиям.

Виды полового размножения:

Копуляция (Protozoo)

Партеногенез (Diptera)

Гермафродитизм (Plathelminthes)

Конъюгация

Пострепродуктивный период связан со снижением, а затем полным исчезновением функции размножения, обратными структурными и функциональными изменениями органов и систем организма. Снижается устойчивость к различным неблагоприятным воздействиям.

Рис.4 Схема диплоидного набора хромосом при половом размножении

Глава 2. Понятие филогенеза

Филогенез - историческое развитие организмов <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9E%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC>. Филогенез рассматривает эволюцию <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D0%B2%D0%BE%D0%BB%D1%8E%D1%86%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC> в качестве процесса, в котором генетическая линия - организмы от предка к потомкам - разветвляется во времени, и её отдельные ветви могут приобретать те или иные изменения или исчезать в результате вымирания. Позднее термин «филогенез» получил более широкую трактовку - за ним закрепилось значение истории эволюционного процесса. Можно говорить о филогенезе отдельных признаков: органов, тканей, биохимических процессов, структуры биологических молекул и о филогенезе таксонов любого ранга - от видов до надцарств. Цель филогенетических исследований - реконструкция происхождения и последовательных эволюционных преобразований изучаемых структур и таксонов.

Рис.5 Филогенетическое дерево

Анализ филогении далёк от завершения, поскольку представляет собой выявление однократных неповторимых эволюционных событий, произошедших в прошлом, и поэтому может осуществляться только косвенными методами. Для реконструкции и филогении необходимо максимально полное знание о разнообразии видов, но в настоящее время науке всё ещё известна лишь малая часть видов живых организмов, обитающих на Земле, и ничтожно малая часть видов, обитавших на Земле в прошлом.

.1 Палеонтологическая летопись

Казалось бы, филогенез можно проследить, пользуясь данными палеонтологии, непосредственно выстраивая ряды организмов от предков к потомкам. Но палеонтологическая летопись очень неполна: число известных ископаемых видов составляет около 9 % от современного биоразнообразия и не более 3 % от биоразнообразия, существовавшего в течение 3,5 миллиардов лет истории биосферы Земли. Сведения о вымерших формах жизни представлены для разных организмов очень неравномерно. Остатки крупных животных сохраняются лучше, чем мелких. Поэтому, например, динозавры изучены несравненно лучше современных им млекопитающих. Твердые ткани - кости, панцири, раковины и т. п. - окаменевают и сохраняются лучше, чем мягкие, отпечатки которых палеонтологи находят редко. Это ограничивает количество признаков, доступных для сравнения вымерших форм и между собой, и с ныне живущими организмами: сравнивая только обломки костей или раковины, невозможно найти для каждой новой палеонтологической находки надлежащее место в филогенетической реконструкции. Например, еще в 1844 году были найдены какие-то окаменевшие зубчики, названные конодонтами. Эти зубчики встречаются, иногда в больших количествах, в течение длительного периода эволюции биосферы - с середины кембрийского периода до конца мелового, то есть более 400 млн. лет. Организмы, имевшие эти зубчики, вымерли примерно 70 млн. лет назад. Только в 1983 году в отложениях начала каменноугольного периода в Шотландии был найден полный отпечаток тела конодонта. Это было маленькое, около 4 см длиной животное, не имевшее скелета, плававшее при помощи хвоста, а зубчики служили ему для охоты за мелкими планктонными организмами.

Рис.5 Окаменевшие зубчики конодонта

Чрезвычайно редки находки форм, которые можно считать переходными между вымершими или ныне существующими таксонами. Группы родоначальников обычно малочисленны и их обнаружение маловероятно. Например, одной их таких переходных форм долгое время считался археоптерикс <#"870246.files/image006.gif"> Б

Рис.6 А - археоптерикс, Б - энантиорнис

Второе затруднение состоит в том, что полностью изучить организацию даже одноклеточного организма технически невозможно. Изучают исторические преобразования различных подсистем организма - более или менее сложных признаков. Признаки же эволюционируют с разной скоростью. Те из них, которые подвержены действию движущего естественного отбора <#"870246.files/image008.gif">

Б

Рис.7 А - эустеноптерон, Б - ихтиостега

Глава 3. Соотношение онтогенеза и филогенеза

Проблему взаимоотношений индивидуального развития организмов и их эволюции затрагивал уже Ч. Дарвин, подчеркивавший влияние естественного отбора на все стадии индивидуального развития и формирование пол контролем отбора специфических личиночных приспособлений. Мысли Дарвина нашли подтверждение и дальнейшее развитие в исследованиях онтогенеза Ф. Мюллера (1864) и Э. Геккеля (1866).

Геккель Эрнст (1834-1919) - немецкий зоолог-эволюционист, активный защитник и пропагандист учения Дарвина. Автор «Естественной истории миротворения», «Мировые загадки» и др. Обосновал биогенетический закон, который гласит: онтогенез есть краткое и быстрое повторение филогенеза.

Геккель считал, что филогенез усложняется за счет удлинения онтогенеза путем добавления новых стадий: уже имеющиеся стадии развития не изменяются, а лишь сокращаются по длительности. Однако в онтогенезе не всегда наблюдается строгая последовательность повторения этапов филогенеза. Так, зародыш человека никогда не повторяет взрослых стадий рыб, амфибий и рептилий, а сходен только с их зародышами (Рис.8). Ранние стадии эмбриогенеза характеризуются большей консервативностью, поэтому рекапитулируют более полно, чем поздние. В ХХ веке было введено понятие репетиции - повторения предковых признаков не для целых стадий онтогенеза, а лишь для отдельных органов. Генетической основой биогенетического закона служит общность генов регуляции онтогенеза, которые передаются по наследству от предковых форм. В настоящее время принята следующая формулировка данного закона: в онтогенезе возможна частичная репетиция отдельных признаков и процессов, существовавших в онтогенезе предковых форм.

3.1 Сравнение онтогенеза и филогенеза