Фило- и онтогенез

Введение

Издревле биологические науки интересует путь адаптации живого организма к окружающей его среде. Приспособление организма в ходе филогенеза или онтогенеза к окружающей среде отражает процесс адаптации.
Проявления адаптации в филогенетическом плане отражается на строении и жизнедеятельности организма, тем самым указывая уровень развития живого. Биологическое разнообразие видов стало возможным лишь в процессе исторического развития, следовательно для изучения этих видов необходимо знать и понимать строение и функционирование живых существ.
В своем реферате я рассмотрю понятие филогенеза и онтогенеза, их взаимосвязь, а также основные законы биологического развития.
Так же на примере органов аппарат движения и пищеварения, и общего покрова рассмотрю основные принципы филогенетического и онтогенетического пути развития. Сравню эти два понятия начиная с примитивных одноклеточных и заканчивая млекопитающими.
Дисциплина анатомия взаимосвязана с понятиями филогенез и онтогенез, которые отражают процесс индивидуального и исторического развития организма. Тесная связь филогенеза и онтогенеза выражается в направленности преобразований органов и их систем в процессе исторического развития.


Понятие о филогенезе и онтогенезе, принципы филогенеза. Классы позвоночных, входящие в филогенетический ряд.

Понятия филогенеза и онтогенеза в процессе эволюции организмов приобрели тесную связь.
Рассмотрим значение этих понятий подробнее.
В 1866 году немецкий естествоиспытатель Э. Геккель ввел термин филогенез, под которым понимается процесс исторического развития, изучающий последовательность изменений в организме животных начиная от низших и оканчивая высшими формами организации. В основе изучения филогенеза животных применяются материалы палеонтологии, сравнительной анатомии и эмбриологии.
Принципы филогенеза, сформулированные в трудах советского биолога И. И. Шмальгаузена, звучат так:
- развитие организма протекает при слиянии дифференцировки (разделение между клетками функций) и интеграции (укрепление взаимосвязей между клетками, обеспечивающие целостность организма) клеток и тканей;
- органы выполняют разнообразные функции, но одна из них является главной, а остальные второстепенные. Это свойство позволяет органам преобразовываться;
- изменения условий жизни влекут за собой смену главной функции на второстепенную и наоборот;
- в организме протекают два противоположных процесса: прогресс и регресс, в результате которых органы улучшают свои функции, либо утрачивают;
- организму свойственна корреляция – изменения одного органа влечет изменение другого.
Понятие онтогенеза, введенное Э. Геккелем в том же году, что и филогенез, отражает индивидуальное развитие организма.
Онтогенез складывается из последовательных изменений в строении органов и систем от момента оплодотворения и до смерти. Онтогенез делится на два периода: пренатальный (развитие от оплодотворения до рождения) и постнатальный (развитие после рождения).
Таким образом, можно сделать вывод о наличии признаков различия и сходства терминов онтогенез и филогенез, которые сформулированы в таблице.
Критерии сравнения Филогенез Онтогенез

Признаки различия
Исходная запрограмированность процессов В результате адаптации происходит непрерывное изменение генофонда. В результате сформированной в процессе мейоза и оплодотворения генетической программы, изменений нет.
Продолжительность и периодизация Не ограничен, протекает в исторически длительные сроки (тысячи, миллионы лет). Имеет начало и окончание, протекает в сжатые сроки (час, месяц, год)

Признаки сходства
Обратимость и необратимость Необратим, исчезнувший признак вновь не появится. Необратим, возврат к предыдущим стадиям невозможен.
Углубление специализации Прогрессирующая специализация: группа, вступившая на путь специализации, в дальнейшем развитии будет идти по пути все более глубокой специализации. Специализация углубляется: по мере развития уменьшается вероятность смены траектории онтогенеза

Наличие адаптивной радиации Существует правило адаптивной радиации: группа, у которой появляется, безусловно, прогрессивный признак или совокупность таких признаков, дает начало множеству новых групп, формирующих множество новых экологических ниш, даже входящих в иные среды обитания. Поливариантность онтогенеза обеспечивает возможность приспособления к различным условиям.
Равномерность или неравномерность процессов Темпы эволюционных преобразований различны: типа эволюции: брадителлическая (медленные темпы), горотеллическая (средние темпы) и тахителлическая (быстрые темпы) Скорость процессов роста изменяется.
Целостность и преемственность отдельных этапов Существует правило интеграции биологических систем: новые, эволюционно молодые группы организмов вбирают в себя все эволюционные достижения предковых групп. Признаки, появляющиеся на более поздних стадиях, базируются на признаках, появляющихся на ранних стадиях.
Наличие цикличности Существует цикличность, отраженная в виде правила смены фаз: различные механизмы эволюции закономерно сменяют друг друга. Существует цикличность старения и омоложения.

К классам, входящим в филогенетический ряд позвоночных относят:
Головохордовые, характеризуются невыраженными отделами тела и конечнаостями, в течение всей жизни осевой скелет представлен хордой. ЦНС представляет собой полую трубку. Пищеварительную и дыхательную функцию выполняет глотка. Органов дыхания и сердца не имеет.
Хрящевые рыбы, имеют хрящевой скелет, с остатками хорды между позвонками. Жаберных крышек нет, в связи, с чем самостоятельно заглатывать воду не способны. Имеют двухкамерное сердце и один круг кровообращения, имеются плавники.
Костные рыбы, имеют выраженные отделы тела, костный скелет, череп, плавники, двухкамерное сердце, один круг кровообращения, головной и спиной мозг, жаберные крышки.
Земноводные, имеют выраженные отделы тела, конечности, трехкамерное сердце, два круга кровообращения, легкие, туловищные почки, головной и спинной мозг. Хладнокровные.
Пресмыкающиеся, имеют отделы тела, конечности, трехкамерное с неполной перегородской сердце, два круга кровообращения, тазовые почки, головной и спиной мозг. Хладнокровные.
Птицы, имеют отделы тела, конечности, четырехкамерное сердце, два круга кровообращения, тазовые почки, головной и спиной мозг. Нет мочевого пузыря. Теплокровные.
Млекопитающие, имеют отделы тела, конечности, четырехкамерное сердце, два круга кровообращения, легкие, почки, мочевой пузырь, головной и спиной мозг (с извилинами). Теплокровные.

Общие признаки строения тела позвоночных. Основные законы биологического развития.

Организм животных имеет сложное строение, его структурные образования подразделяются на клетки, ткани, органы, системы и аппараты, которые, объединяясь между собой в единое целое, образуют тело.
При разнообразной форме тела позвоночных среди них все же есть общие признаки. Тело животных принято делить на голову, шею, туловище, хвост и конечности.
Характерные признаки строения тела позвоночных животных:
одноосность, или биполярность заключается в наличии двух противоположных полюсов тела – головного (краниального) и хвостового (каудального);
сегментарность, или метамерия выражается в делении тела животного на отдельные отрезки, сегменты, или метамеры, повторяющиеся по продольной оси тела. Четкое проявление метамерии можно наблюдать на ранних стадиях эмбрионального развития;
антимерия (билатеральная симметрия) характеризуется зеркальным сходством правой и левой половины тела животного.
трубкообразное построение всех систем и аппаратов животных;
закон экономии материала и места, выражается в построении органов и систем организма так, что при минимальной затрате строительного материала они способны выполнять максимальную работу.
Организм животных, несмотря на разнообразие своих форм, адаптированных к условиям существования и функционирования, в строении и развитии подчиняется определенным биологическим законам, кратко опишем некоторые из них.
Закон исторического развития

. Подмеченный М. В. Ломоносовым и сформулированный Ч. Дарвином, заключается в том, что организм животных или растений прошел длительный путь своего исторического развития, в независимости от уровня их организации и места обитания.
Закон единства организма и среды. Был сформулирован в 1861 году И. М. Сеченовым: «организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен, поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него» [5]. Смысл закона заключается в том, что благодаря адаптации организма к различным условиям существования и функционирования объясняется такое многообразие животных и растений, их форм и строения.
Закон целостности и неделимости организма. Труды И. М. Сеченова и И. П. Павлова позволили обусловить этот закон. Он выражается в тесной генетической, морфологической и функциональной взаимосвязи, взаимозависимости и взаимообусловленности органов и систем независимо от сложности их строения; органы и системы являются едиными, целостными и неделимыми.
Закон единства формы и функции. Разработка этого закона осуществлялась при участии А. Дорна, Н. Клейнберга, Л.Плате, А. Н. Северцова и других. Жизнедеятельность организма построена на физиологических и адекватных им морфологических изменений, приводящие к адаптивным изменениям не только органы и системы, но и организм в целом.
Закон наследственности и изменчивости. Исторически сложившиеся в процессе смены поколений свойства организмов требовать определенные условия для своего развития, роста и жизнедеятельности, называется наследственностью. Основой генотипа является – ген, он обусловливает фенотип животного и обладает большой устойчивостью, которая обеспечивает постоянство видовых признаков.
Закон гомологичных рядов, подготовленный значительным числом исследователей, гласит о том, что: «…чем ближе гомологически находятся виды друг к другу, тем резче и точнее проявляется сходство рядов морфологических и физиологических признаков» [5].
Изучение вышеописанных вопросов является основой сравнительной анатомии и сравнительной эмбриологии, позволяющей установить сходство между органами различных видов животных и проследить постепенное их преобразование в процессе исторического и индивидуального развития.

Понятие о целостности организма и его единства с экологией. Понятие о норме, вариантах и аномалиях.
Понятие целостности организма выражается в том, что в независимости от сложности строения, организм является единым, целым и неделимым. Это обусловлено тесной генетической, морфологической и функциональной связью его частей, органов и систем.
Невозможно представить, что организм может существовать без внешней среды. Единение организма и среды, поддерживает существование всех известных форм организма. Кроме этого их взаимоотношения составляют основу эволюции.
Понятие нормы выражает гармонической совокупностью структурно-функциональных данных организма, адекватных его окружающей среде и обеспечивающие организму оптимальную жизнедеятельность. Иными словами, норма, с точки зрения анатомии, это строение конкретного вида животного, его наиболее часто встречающийся вариант.
Под вариантом понимается разновидность общепринятой нормы, в прогрессивной форме, когда признаки повышают жизненность организма, либо в регрессивной т.е. появлении признаков пройденного пути эволюции.
Отклонения от нормы, выражающиеся в необычной топографии органов или частей тела, их чрезмерным или слабым развитием, не сопровождающиеся глубокими нарушениями жизнедеятельности всего организма, получило название – аномалий.

Филогенез и онтогенез органов аппарата движения.
Система, приспособленная в процессе эволюции для актов произвольного движения, носит название - аппарат движения.
В нее входят пассивные (скелет) и активные (мускулы) органы движения.
Организм позвоночных животных имеет наружный и внутренний скелет. Наружный развивается в коже, выполняет защитную роль (панцирь тела). Внутренний более сложный формируется между кожей и внутренними органами.
Компоненты скелета включают в себя кости, хрящи и связки, соединенные между собой.
Кости являются очень сложным органом, снабженным кровеносными сосудами и нервами. Кости различаются по типу, форме, выполняемым функциям. Соединение костей подразделяются на непрерывные и прерывные. Непрерывные в свою очередь делятся на фиброзные (синдемоз, швы, вколачивание) и хрящевые (синхондроз, симфиз), а прерывные представлены синовиальными суставами (простые, сложные).
Скелет позвоночных принято делить на осевой и периферический.
Осевой включает в себя скелет: головы, шеи, туловища, хвоста. В свою очередь скелет головы включает в себя кости мозгового отдела (череп) и лицевого отдела (лицо); скелет шеи, туловища и хвоста подразделяются на позвоночный столб и грудную клетку. Позвоночный столб состоит из позвонков: шейных, грудных, поясничных, крестцовых, хвостовых. Грудная клетка включает ребра, грудину и грудные позвонки.
Периферический представлен поясом (плечевой и тазовый) и кости свободных конечностей (грудная и тазовая). Плечевой пояс включает лопатку, ключицу и коракоид. Тазовый пояс состоит из тазовой кости, поделенной на подвздошную, седалищную и лонную. Скелет свободных конечностей представлен тремя звеньями: 1-е звено: плечо и бедро; 2-е звено: предплечье (лучевая и локтевая кости), голень (большеберцовая и малоберцовая кости); 3-е звено: передняя и задняя лапы, основа кисти и стопы (запястье и заплюсна), середина кисти и стопы (кости пясти и плюсна), вершина кисти и стопы (кости пальцев).
На рисунке ниже представлена схема скелета животного.

В ходе филогенеза и онтогенеза скелет претерпел сложные преобразования.
Примитивное строение внутреннего скелета имеют кишечнополостные, он представлен бесклеточными соединительнотканными перепонками, расположенными между эктодермой и энтодермой. Некоторые виды кишечнополостных имеют значительно развитый скелет за счет прорастающих мезенхимных клеток, продуцирующие минеральные вещества (известь и кремний).
Членистоногие приобрели хитиновый скелет, который выполняет защитную роль и служит местом прикрепления мышц.
Круглые черви имеют скелет представленный системой пластинок, тяжей или пограничных перепонок, состоящие из бесклеточной опорной ткани.
У головоногих моллюсков соединительнотканный остов замещается более плотными структурами на таких участках тела, как голова, спина, основания плавников.
Хорда ланцетника имеет хрящеподобное строение, остальной же остов представлен волокнистой бесклеточной тканью.
Преобразование перепончатого скелета в хрящевой, а затем в костный обусловливает адаптивные изменения, произошедшие в опорных тканях животных в результате онто- и филогенеза.
Онтогенез костей прошел три стадии формирования и развития. Ранний этап эмбрионального развития характеризуется развитием соединительнотканного остова из мезенхимы. Далее следует постепенное замещение на хрящевую ткань с образованием хрящевой кости. Завершается формирование развития скелета окостенением тканей.
Филогенез и онтогенез осевого скелета и его отделов шли по пути дифференциации позвоночного столба и усиления скелета туловища, что связано с переходом животных от водного образа жизни к наземному, а также с развитием и совершенствованием грудных и тазовых конечностей как основных органов локомоторного аппарата.
Скелет головы в филогенетическом отношении молодое образование по сравнению с остальными частями осевого скелета