Тема урока: « Онтогенез - индивидуальное развитие организма »
Цель:
сформировать у учащихся представление об индивидуальном развитии организма.
Задачи:
обучающие
– сформировать понятия онтогенез, эмбриогенез, постэмбриогенез, бластула, гаструла, нейрула, органогенез; познакомить с периодами онтогенеза: эмбриональным и постэмбриональным; показать два типа постэмбрионального периода; охарактеризовать процессы, протекающие на стадиях эмбриогенеза; познакомить с законом зародышевого сходства, явлением эмбриональной индукции; повреждающими факторами; развивающие
– продолжить формирование навыков работы с книгой, с дополнительной научной литературой; развивать умение анализировать иллюстративный материал, обобщать и делать выводы, выявлять закономерности; воспитывающие
– аккуратное оформление схем и рисунков в тетради; показать отрицательное влияние алкоголя, никотина, лекарственных препаратов, применяемых без назначения врача на эмбрион.Оборудование:
компьютер для слайдовой презентации,таблицы «Индивидуальное развитие хордовых», «Взаимодействие развивающихся частей зародыша».План урока:
Изучение нового материала I
.
Введение.
Аристотель писал, что наука начинается с того момента, когда вы испытываете чувство изумления. На протяжении всей истории своего существования человек не переставал изумляться, наблюдая события, которые происходят в процессе развития животных. Несложная процедура – вскрытие куриных яиц день за днем на протяжении 3х-недельного периода насиживания - позволяет увидеть, как тонкий валик клеток постепенно превращается в сложный организм птицы. Более углубленное понимание этого процесса не рассеивает ощущение чуда, а лишь усиливает его. Многоклеточные организмы не возникают полностью сформированными. Напротив, они формируются в результате относительно медленного процесса прогрессивных изменений, который мы называем развитием. Почти во всех случаях развитие многоклеточного организма начинается с одной клетки - оплодотворенного яйца, или зиготы, которая митотически делится и дает начало всем клеткам организма. Наука, изучающая развитие животных, называется эмбриологией, так как развивающийся организм на стадиях от оплодотворенного яйца до рождения носит название эмбриона. Однако, развитие не останавливается в момент рождения, не останавливается оно и по достижении взрослого состояния. У большинства организмов развитие не прекращается на протяжении всей их жизни.
Основные стадии развития животных иллюстрирует рисунок рис.1 Индивидуальное развитие животного на примере лягушки (слайд № 1
) Таким образом, как видно из рисунка, развитие выполняет две основные функции: 1) создает разнообразие клеток и определяет последовательность событий в пределах каждого поколения (образование тканей, органов, рост организма
); 2) обеспечивает непрерывность жизни при переходе от одного поколения к другому (размножение
) - функции записываются в тетрадь.
II
. Этапы онтогенеза
(слайд № 3
) – записываются в тетрадь. 1. Эмбриогенез
(определение понятия – слайд № 4
)
Эмбриональное развитие начинается с образования зиготы (слайды №№ 7,8
) и длится до рождения или выхода из яйцевых оболочек. Его продолжительность у разных организмов неодинакова (слайд № 5
):
слон - 21 месяц беременности
носорог - 18 месяцев шимпанзе - 8 месяцев собака - 2 месяца кролик - 2,5 неделипингвины - 2 месяца насиживания
гуси - 38-40 дней воробей - 11-14 днейЧто же происходит в период эмбрионального развития?Проблемный вопрос : Как из микроскопической клетки (зиготы) развивается новый организм, имеющий сложное строение и, весьма часто, большие размеры ?
Заполнение таблицы « Характеристика стадий эмбриогенеза »
стадия
Слайд № 6 « Мой дорогой друг, жизнь несравненно причудливее, чем все, что способно создать воображение человека. Нам и в голову не пришли бы многие вещи, которые в действительности представляют собой нечто совершенно банальное ». (Артур Конан Дойль,1891)« История развития человека в течение девяти месяцев, предшествующих его рождению, вероятно, гораздо интереснее и содержит события более грандиозные, чем все последующие семьдесят лет его жизни ». (Cэмюэль Колридж,1834)
Вопрос классу : Как вы думаете, до какого момента будет протекать дробление?
(Для соматических клеток организмов характерно строго определенное соотношение ядра и цитоплазмы. Дробление идет до того момента, пока не восстановится характерное для соматических клеток данного вида организмов соотношение ядра и цитоплазмы).
Слайд № 13
« Не рождение, супружество или смерть, а гаструляция на самом деле является наиважнейшим событием в вашей жизни »
(Льюис Волперт,1893)
Обобщение « Стадии эмбриогенеза » – слайд № 22
2. Основные черты развития позвоночных (слайды №№ 23-26)
Проблемный вопрос: Каким образом индивидуальное развитие какого-либо организма отражает эволюционные преобразования в его строении?
В 1828 г. Карл Бэр, выдающийся эмбриолог того времени, писал: « Я зафиксировал в спирте двух маленьких зародышей, забыв пометить их. А теперь не могу определить, к какому роду животных они относятся. Они могут быть ящерицами, мелкими птицами или даже млекопитающими! » Рис. 7 помогает понять нам его затруднение. Этот рисунок иллюстрирует сформулированный Бэром закон зародышевого сходства : « На ранних стадиях развития зародыши всех позвоночных сходны между собой, и более развитые формы проходят этапы развития более примитивных форм » 1 . 1 Эта работа фон Бэра была предана забвению после того, как Эрнст Геккель осуществил синтез германского романтизма и дарвинизма, утверждая, что «Онтогенез (индивидуальное развитие) повторяет филогенез (эволюционную историю вида)». В связи с этим различные стадии развития человеческого зародыша рассматривались как соответствующие взрослым стадиям организмов, стоящих на более низкой ступени эволюционной лестницы. Такая точка зрения была научно дискредитирована даже раньше, чем была предложена, однако Геккель обладал редким умением показать товар лицом, a его теория с легкостью «объясняла» человеческий прогресс. Поэтому она распространилась в биологии и общественных науках со сверхъестественной скоростью прежде, чем было показано, что в ее основе лежат ложные предпосылки
3. Взаимодействие частей зародыша (рассказ) – слайды №№ 27-29 Введение понятия «эмбриональная индукция» - явления, при котором в процессе эмбриогенеза один зачаток влияет на другой, определяя путь его развития, и, кроме того, сам подвергается влиянию со стороны первого зачатка. Рассказ : Классическими считают опыты немецкого ученого Г. Шпемана и его сотрудников (1924) на зародышах амфибий. Для того чтобы иметь возможность проследить за судьбой клеток определенного участка зародыша, Шпеман использовал два вида тритонов: тритона гребенчатого, яйца которого лишены пигмента и потому имеют белый цвет, и тритона полосатого, яйца которого благодаря пигменту имеют желто-серый цвет. Один из опытов заключается в следующем: кусочек зародыша из области дорсальной губы бластопора на стадии гаструлы тритона гребенчатого пересаживают на боковую или вентральную сторону гаструлы тритона полосатого (рис. 8 и 8.1). В месте пересадки происходит развитие нервной трубки, хорды и других органов. Развитие может достичь довольно продвинутых стадий с образованием дополнительного зародыша на боковой или вентральной стороне зародыша реципиента. Дополнительный зародыш содержит в основном клетки зародыша реципиента, но светлые клетки зародыша-донора тоже обнаруживаются в составе различных органов. Из этого и подобных опытов следует несколько выводов. Во-первых, участок, взятый из спинной губы бластопора, способен направлять или даже переключать развитие того материала, который находится вокруг него, на определенный путь развития. Он как бы организует, или индуцирует, развитие зародыша, как в обычном, так и в нетипичном месте. Во-вторых, достаточно точное строение новообразованных органов в месте пересадки указывает на эмбриональную регуляцию. Это означает, что фактор целостности организма приводит к достижению хорошего конечного результата из нетипичных клеток в нетипичном месте, как бы управляя процессом, регулируя его в целях достижения этого результата. В 30-е гг. исследователи пытались установить природу индуцирующего действия. Вскоре выяснилось, что разнообразные убитые ткани, вытяжки из самых различных тканей беспозвоночных и позвоночных животных, а также растений, несколько классов химических соединений (белки, нуклеопротеины, стероиды и даже неорганические вещества) могут вызывать индукцию. Таким образом, была установлена химическая природа организаторов. 4. Влияние внешних условий на эмбриогенез Рассказ: В ходе онтогенеза, особенно эмбриогенеза, отмечаются периоды высокой чувствительности клеток развивающегося зародыша к условиям среды. Впервые на это обратил внимание австралийский врач Норман Грегг (1944). Советский эмбриолог П.Г.Светлов (1960) сформулировал теорию критических периодов развития и проверил ее экспериментально. Сущность этой теории заключается в утверждении общего положения о том, что «в начале каждого этапа развития зародыша эмбрион наиболее восприимчив к воздействиям различных факторов (лекарственные средства, рентгеновское облучение и др.) Такими периодами в эмбриогенезе являются - оплодотворение, начало гаструляции, образование зародышевых листков и закладка органов, формирование плаценты (у млекопитающих), формирование систем органов и рождение. Повреждающими факторами в критические периоды могут быть (слайды №№ 30-32 ): 1) химические вещества (в том числе многие лекарственные средства особенно опасны для зародыша в первые месяцы развития, так как они не выводятся из него, а накапливаются в повышенных концентрациях в его тканях и органах); 2) ионизирующее облучение; 3) голодание (вызывает пороки развития и даже внутриутробную гибель); 4) вирусы; 5) наркотики, никотин (нарушают развитие головного мозга) - записывается в тетрадях.
5. Постэмбриональное развитие
(определение понятия – слайд № 33
)
Вопрос классу
(актуализация знаний о прямом и непрямом развитии животных) :
из курса зоологии вспомните особенности развития насекомых и позвоночных животных (на примерах саранчи, бабочек, лягушек, птиц и млекопитающих).
Виды постэмбрионального развития:
(слайд № 34
) – записываются в тетрадь
1) прямое: родившийся организм отличается от взрослого лишь размерами; дальнейшее развитие сводится к росту и половому созреванию (большинство позвоночных животных: рыбы, рептилии, птицы, млекопитающие);
2) непрямое (с метаморфозом): жизненный цикл состоит из следующих стадий: яйцо – личинка
– (куколка) – взрослый организм; личинка отличается от взрослой формы внешним и внутренним строением, питанием, средой обитания, образом жизни (многие беспозвоночные животные: морские ежи, морские звезды, многие отряды насекомых, из позвоночных – земноводные).
Продолжительность постэмбриогенеза у разных видов организмов неодинакова
(слайд № 35
). Эта продолжительность зависит от многих факторов. Их можно классифицировать следующим образом (слайд № 36
):
1) внешние факторы: несчастный случай, хищничество, болезнь, внешний
стресс – фактор (напр., загрязнитель);
2) внутренние факторы: запрограммированная смерть, постепенное старение.
Среди же причин старения и смерти принято выделять следующие (слайд № 37
):
1) накопление ошибок в ДНК и повышение доли аномальных белков;
2) снижение количества РНК, необходимой для синтеза белка;
3) накопление в клетках продуктов обмена веществ.
III
. Закрепление пройденного
Самостоятельная работа по записям, сделанным на уроке:
1. Что из перечисленного относится к эмбриогенезу:
а) оплодотворение в) гаструляция* д) онтогенез
б) сперматогенез г) дробление * е) органогенез*
2. Клетки бластулы содержат:
а) гаплоидный набор хромосом
б) диплоидный набор хромосом*
3. Каким свойством НЕ обладают клетки бластулы:
а) способностью к обмену веществ
б) способностью к делению
в) способностью к росту *
4 .Из какого слоя клеток образуется головной мозг человека:
а) из эктодермы *
б) из мезодермы
в) из энтодермы
5. Органогенез у позвоночных начинается на стадии:
а) бластулы
б) нейрулы *
в) гаструлы
6. У какого из названных животных нет мезодермы: а) собака в) медуза * б) голубь г) акула 7. Из какого слоя клеток образуются легкие лягушки: а) из эктодермы б) из мезодермы в) из энтодермы * 8. Как называется явление, при котором в процессе эмбриогенеза один зачаток влияет на другой: а) критический период развития б) эмбриональная индукция * в) метаморфоз 9. Синонимом понятия «непрямое развитие» является: а) эмбриогенез б) метаморфоз * в) филогенез г) онтогенез 10. Ход онтогенеза конкретного организма определяется: а) условиями среды б) историческим развитием вида в) принадлежностью к определенному классу г) его наследственной информацией и условиями среды *
IV . Задание на дом
Конспект урока на тему: «Онтогенез. Эмбриогенез»
Цель: сформировать у учащихся представление об индивидуальном развитии организма .
Задачи. Обучающие – сформировать понятия онтогенез, эмбриогенез, постэмбриогенез, бластула, гаструла, нейрула, гистогенез, органогенез, морула, бластоцель; познакомить с периодами онтогенеза; охарактеризовать процессы, протекающие на стадиях эмбриогенеза; познакомить с законом зародышевого сходства.
Развивающие – продолжить формирование навыков работы с книгой, с дополнительной научной литературой, немыми таблицами, интерактивной доской; развивать умение готовить сообщения, анализировать рисунки учебника, обобщать и делать выводы, выявлять закономерности.
Воспитывающие – аккуратное оформление схем в тетради, показать отрицательное влияние алкоголя, никотина, лекарственных препаратов, применяемых без назначения врача на эмбрион.
Оборудование. Таблицы «Индивидуальное развитие хордовых», «Взаимодействие развивающихся частей зародыша», «Зародышевые листки» (рисованная), мячик, Интерактивные
Ход урока.
I . Оргмомент.
II. Актуализация знаний .
Сегодня на уроке мы продолжаем изучение темы «Размножение и развитие организмов».
Фронтальный опрос.
Вспомните:
Что называется размножением?
(Способность организма воспроизводить себе подобных).
Какие Вы знаете способы размножения?
(Бесполое и половое).
В чём различие между бесполым и половым размножением?
(При бесполом размножении принимает участие одна особь и дочерние организмы наследуют идентичную генетическую информацию материнской особи, а при половом –участие принимают два организма, которые производят гаметы и при слиянии гамет образуются особи с генетической информацией от обоих родителей ).
Что такое гамета?
(Половая клетка).
Какие Вы знаете гаметы?
(Яйцеклетка и сперматозоид или спермии ).
Где они образуются?
(В половых железах).
Что называется оплодотворением?
(Процесс слияния гамет).
При каких условиях происходит оплодотворение у животных?
(Одновременное созревание гамет, встреча гамет, определённая концентрация гамет ).
В чём биологическое значение оплодотворения?
(Восстановление диплоидного набора хромосом).
Что образуется в результате оплодотворения?
(Зигота).
Что такое зигота?
(Это клетка с диплоидным набором хромосом, половина из которых получена от материнского организма, а половина – от отцовского).
Зигота – это одна клетка. Все живые организмы (грибы, растения, животные) начинают своё развитие с зиготы, то есть с одной клетки. О чём это свидетельствует?
Каким же образом из зиготы развивается целый организм? Из яйца курицы - цыплёнок, из икринки рыбы - малёк, из икринки лягушки – головастик, у млекопитающих – детёныш? Ведь зигота у большинства животных имеет микроскопические размеры, например, у млекопитающих 0,1 мм?
(Благодаря делению и росту клеток).
Правильно. Зигота претерпевает ряд изменений и благодаря вначале делению клеток, затем росту и дифференцировке клеток формируется организм. Деление клеток – рост клеток – дифференцировка клеток – это основа онтогенеза. Цель урока: изучить процесс онтогенеза, периоды онтогенеза (подробно эмбриогенез), этапы онтогенеза и процессы, протекающие на этих этапах, познакомиться с явлением эмбриональной индукции и влиянием внешней среды на развитие зародыша (эмбриона). План урока на доске.
1. Онтогенез. Этапы онтогенеза.
2. Эмбриогенез. Стадии эмбриогенеза.
Дробление
- бластула
- гаструла
- нейрула
- гистогенез и органогенез
3.Влияние частей развивающегося зародыша.
4. Влияние внешней среды на развитие зародыша.
III. Изучение нового материала .
Онтогенез.
Слово учителя.
Онтогенез (греч.ontos – сущее, genesis - происхождение) – процесс, присущий любому живому организму, независимо от сложности его организации.
Что же такое онтогенез? Найдите определение в учебнике на стр.145.
(Онтогенез – это процесс индивидуального развития особи от момента её выделения в самостоятельный организм и до конца жизни ).
Онтогенез одноклеточных организмов заключается в том, что возникшие после деления дочерние особи растут и в них происходит замена органелл материнского организма. В ходе онтогенеза у одноклеточных организмов (так же как и у многоклеточных) в ответ на изменения условий среды синтезируются определённые белки, меняется чувствительность к различным факторам внешней среды. В онтогенезе многоклеточных организмов выделяют два периода развития – эмбриональный (греч.embrion - зародыш) и постэмбриональный. Эмбриональный период начинается с момента образования зиготы и до рождения или выхода из яйцевых оболочек. Он заключается в размножении клеток, их дифференцировке и формировании тканей и органов. Постэмбриональный период начинается с момента рождения или выхода из яйцевых оболочек и до смерти. Он заключается в развитии организма, взрослении, старости и смерти. Различные периоды онтогенеза по-разному выражены у разных многоклеточных. Например, у грибов, водорослей и лишайников зародыш отсутствует. Относительная продолжительность различных периодов онтогенеза также отличается. Так, у млекопитающих наиболее продолжительным является постэмбриональный. У многих насекомых, наоборот, постэмбриональный короче, чем эмбриональный.(Подёнки). Рассмотрим подробнее этапы эмбриогенеза на примере эмбрионального развития ланцетника. (Схема на доске и в тетрадях).
Дробление Бластула Гаструла Нейрула Гистогенез Органогенез
Этапы эмбриогенеза.
Работа с интерактивной доской - этапы эмбриогенеза.
Дробление.
Первый этап эмбриогенеза называется дроблением, потому что образовавшиеся клетки не увеличиваются в размерах. Эти клетки называются бластомерами (греч. blastos – росток, meros – часть) и сильно отличаются от клеток взрослого организма. Вдавление цитоплазмы, образующееся при делении клетки на две, получило название борозд дробления. Первая борозда дробления проходит в вертикальной плоскости и зигота делится на две одинаковые клетки − стадия двух бластомеров. Бластомеры не расходятся, а делятся второй бороздой дробления так же в вертикальной плоскости, образуя четыре бластомера, затем третьей бороздой дробления в горизонтальной плоскости все четыре бластомера делятся с образованием восьми бластомеров. В дальнейшем, т. е. начиная с четвертого деления, борозды дробления чередуются: вслед за горизонтальным дроблением всегда идет вертикальное и т. д., образуется многоклеточный зародыш.
Каким способом клетки делятся?
(Митоз) .
Что предшествует митозу?
(Интерфаза ).
Какие периоды интерфазы Вы знаете?
(Пресинтетический (G1), постсинтетический (G2 ), синтетический (S)).
Митотические деления следуют быстро одно за другим. Интерфазы очень короткие, в основном состоят из синтетического периода, где происходит редупликация ДНК, постсинтетический период (G2)очень короткий, а пресинтетический (G1) отсутствует совсем. По мере увеличения числа клеток деление их становится неодновременным. Бластомеры все дальше и дальше отходят от центра зародыша, образуя полость. В конце дробления зародыш принимает форму пузырька со стенкой, образованной одним слоем клеток, тесно прилегающих друг к другу. Внутренняя полость зародыша, по началу (соприкасавшаяся) сообщавшаяся с внешней средой через щели между бластомерами, в результате их полного смыкания становится полностью изолированной.
Эта полость получила название первичной полости тела − бластоцель . Завершается дробление образованием одного многоклеточного зародыша − бластулы .
Бластула.
У разных организмов возникающие при дроблении бластомеры располагаются по-разному (это зависит от характера распределения питательных веществ в цитоплазме яйцеклетки). У ланцетника, лягушки, бластула представляет собой полый пузырек, оболочка которого образована одним слоем бластомеров. Внутри полость - бластоцель. У птиц, например, бластоцель практически отсутствует, и бластомеры плотно прилегают друг к другу, образуя плотный шар клеток. В этом случае говорят о моруле (лат.morum – тутовая ягода).
У всех животных по размерам бластула не отличается от зиготы, то есть клетки одинаковые по размерам.
- Почему клетки маленькие по размерам?
(Не происходит роста ).
Так как митотическое деление зиготы и бластомеров не сопровождается ростом образовавшихся дочерних клеток до объема материнской, после каждого деления размеры бластулы уменьшались. То есть если диаметр зиготы 0,1 мм (млекопитающие), то и диаметр бластулы 0,1 мм. Когда число клеток бластулы достигает нескольких сотен тысяч (у разных видов по-разному), начинается следующая стадия − гаструляция (греч. gaster −желудок).
- Гаструла.
Во время гаструляции продолжающие быстро размножаться клетки становятся очень подвижными и начинают быстро перемещаться относительно друг друга. Гаструляция происходит либо путём впячивания стенки бластулы внутрь (ланцетник) (демонстрация на детском мячике), либо путём перемещения клеток бластулы, либо путём иммиграции клеток в бластоцель. В результате гаструляции зародыш становится двухслойным, у него возникают чётко выраженные пласты клеток, называемые зародышевыми листками. Наружный зародышевый листок – эктодерма (греч. ectos – снаружи, derma- кожа), внутренний – энтодерма (entos- внутри). У всех животных, кроме губок и кишечнополостных, вслед за гаструляцией или параллельно ей образуется третий зародышевый листок мезодерма (греч. mesos - средний), который образуется из клеток, лежащих на границе между эктодермой и энтодермой. В ходе гаструляции, как и во время дробления, рост клеток не происходит и зародыш на этапе гаструлы по размерам схож с зиготой. Следующим периодом эмбриогенеза является гистогенез и органогенез.
Гистогенез и органогенез.
У позвоночных животных он начинается с образования зачатка нервной системы. Эта стадия носит название нейрула (новолат. neurula, уменьшит. от греч. neuron - нерв). У нейрулы на будущей спинной стороне зародыша обособляется часть клеток эктодермы в виде пластинки. Эктодерма спинной стороны прогибается по средней линии, края пластинки сближаются и образуется сначала желобок, затем края желобка смыкаются и образуется нервная трубка. Она оказывается погружённой под клетки эктодермы. В последующем из нервной трубки будут формироваться органы нервной системы. Спинная часть энтодермы, располагающаяся непосредственно под нервной трубкой, обособляется от остальной энтодермы и сворачивается в плотный тяж – хорду. Из остальной части энтодермы образуется мезодерма и эпителий кишечника. Таким образом образуется осевой комплекс клеток , называемый так потому, что его клетки оказывают влияние на развитие других частей зародыша. Дальнейшая дифференцировка (различия) клеток приводит к образованию тканей и органов из зародышевых листков. Каким же образом, из зиготы образуются клетки, специализированные на выполнение различных функций? Первые этапы дифференцировки определяются цитоплазмой зиготы. Ведь вещества, при образовании яйцеклетки, располагаются в цитоплазме неравномерно. И при дроблении дочерние клетки получают более или менее различные участки цитоплазмы материнской клетки. И бластомеры, имея одинаковый набор хромосом, оказываются неравноценными по составу цитоплазмы. Эти различия и определяют начальные этапы клеточной дифференцировки (различия).
Из эктодермы формируется нервная система, покровы тела (эпидермис), кожные железы, органы чувств, эмаль зубов. Из энтодермы − эпителий средней кишки, печень, поджелудочная железа, плавательный пузырь, легкие, жабры. Из мезодермы − мышцы, соединительная ткань, кости внутреннего скелета, кровь, лимфа, половые железы, органы выделения. (Демонстрация рисованной таблицы).
Таким образом, у разных видов животных одни и те же зародышевые клетки дают начало одним тем же органам. О чем это свидетельствует?
(О родстве и единстве происхождения).
Изучение вопросов, связанных с индивидуальным развитием организма, занимается наука эмбриология, основателем которой по праву считается академик Российской академии наук Карл Бэр. Наблюдая за развитием зародыша курицы и зародыша млекопитающих, он обратил внимание на то, что эмбрионы всех групп позвоночных на ранних стадиях внешне очень похожи. Это позволило ему в 1828 году сформулировать закон зародышевого сходства: «В пределах типа эмбрионы на ранних стадиях сходны». Современными представлениями о зародышевых листках наука обязана А. О. Ковальскому, обнаружившему экто-, энто-, и мезодерму у всех групп хордовых.
Влияние частей развивающегося зародыша. Дифференцировка клеток. Эмбриональная индукция.
Каким же образом клети разных тканей у организмов оказываются разными по строению и функциям, т. е. дифференцируются? Ведь они все образуются из зиготы, путем деления и имеют одинаковый набор хромосом. Специальные свойства тканей определяются белками. Специфичность работы клеток зачатков органов возникает не сразу, а лишь на стадии гаструлы и нейрулы. Это было доказано немецким ученым Гансом Шпеманом. (Сообщение учащегося см. приложение 1).
Влияние внешней среды на развитие зародыша .
На развивающийся зародыш оказывает влияние окружающая среда. Например: зародыш моллюсков получает из внешней среды воду, кислород, неорганические вещества. Эмбриональное развитие млекопитающих находится в полной зависимости от материнского организма, т. к. от него получает все необходимое для жизни. Тем не менее, зародыш тоже подвержен влиянию внешней среды − через материнский организм. (Сообщение учащегося с использованием таблицы см. приложение 2).
IV. Закрепление.
Подведём итоги изученного на уроке.
Что такое онтогенез?
- Какие периоды он включает?
- Эмбриогенез – это……?
- Назовите стадии эмбриогенеза?
- Кратко охарактеризуйте каждую из них? (использование интерактивной доски.)
- Что называют зародышевым листком? Назовите их?
- Какие органы развиваются из эктодермы, энтодермы, мезодермы?
V. Домашнее задание.
Тема урока: Размножение и индивидуальное развитие организмов.
Предмет: биология
Класс: 9 класс
Тип урока : урок-зачет
Ключевые слова: биология, урок, нетрадиционный, контроль знаний, размножение, онтогенез, метаморфоз
Цель урока: обобщение и закрепление знаний о формах и способах размножения живых организмов, особенностях оплодотворения у растений и животных, процессе онтогенеза живых организмов.
Задачи урока:
1.Провести контроль знаний по изученному материалу, активизировать развитие логического мышления путем использования активных методов контроля; дифференцированный подход к обучению.
2.Сформировать умения и навыки работы с терминами, карточками, тестовыми заданиями, развивать интерес к предмету.
3.Прививать четкость и организованность в самостоятельной работе, дать каждому ученику возможность достичь успеха.
Оборудование урока: таблицы по ботанике и зоологии с изображением мхов, папоротников, грибов, покрытосеменных растений, простейших животных, кольчатых червей, членистоногих, хордовых животных, тестовые задания, карточки с заданиями, интерактивная доска.
Методы урока: наглядные, информационно-развивающие, поисково-практические.
УМК: М.К.Гильманов, Л.У.Абшенова, А.Р.Соловьева «Биология» 9 класс, Алматы «Атам ұ ра»,2009 год
Ход урока:
Организационный момент.
Учитель приветствует учащихся, раскрывает цель и задачи урока, знакомит учащихся с заданиями зачетной работы и критериями оценивания работ.
Примечание:
1.Учитель может оценить каждую работу отдельно для большей накопляемости оценок за урок или можно за каждый вид работы поставить оценку и вывести одну общую, или можно поставить за каждую выполненную работу по одному баллу.
2.Выполненные задания учитель может проверить сам после урока или в конце урока, ученики обмениваются работами и проверяют самостоятельно по предложенным ключам учителя.
Зачетная работа:
1. Соотнести понятия:
(к термину из первого столбца подобрать определение из второго столбца)
Термин
Определение термина
1. Размножение
2. Споруляция
3.Фрагментация
4.Метаморфоз
5. Партеногенез
6.Гермафродитизм
7.Овогенез
8. Конъюгация
9.Гаметогенез
10. Половое размножение
11.Онтогенез
12. Двойное оплодотворение
13.Эктодерма
14.Бластула
15. Оплодотворение
1.Однослойный шарообразный зародыш с полостью внутри.
2.Форма размножения, при которой образуются споры.
3.Процесс слияния женских и мужских гамет.
4.Процесс образования яйцеклеток.
5.Способ размножения, в котором участвуют гаметы.
6.Непрямое постэмбриональное развитие организмов.
7.Форма размножения, присущая покрытосеменным растениям.
8.Форма размножения, при которой взрослый организм делится на отдельные фрагменты.
9.Наружный зародышевый листок.
10.Форма размножения, при которой происходит обмен генетическим материалом.
11.Биологический способ поддержания своего вида.
12.Форма полового размножения, когда в одном организме созревают разные половые гаметы.
13.Развитие организма из неоплодотворенной яйцеклетки.
14.Индивидуальное развитие организма.
15.Процесс образования половых клеток.
1-11; 2-2; 3-8; 4-6; 5-13; 6-12; 7-4; 8-10; 9-15; 10-5; 11-14; 12-7; 13-9; 14-1; 15-3.
2.Укажите способ размножения и его форму у данных живых организмов:
Живой организм
Способ размножения
Форма размножения
1. эвглена зеленая
2. собака домашняя
3. мох сфагнум
4. малина обыкновенная
5. туберкулезная палочка
6. шампиньон
7. жаба зеленая
8. полип гидра
9. хвощ полевой
10. морская черепаха
11. малярийный плазмодий
12. папоротник щитовник
13. тигровая акула
14. дрожжи
15. дождевой червь
Бесполое
Половое
Бесполое
Бесполое
Бесполое
Бесполое
Половое
Бесполое
Бесполое
Половое
Бесполое
Бесполое
Половое
Бесполое
Половое
Митотическое деление
Внутреннее слияние гамет
Споруляция
Вегетативное,естественное, отводками
Прямое деление
Споруляция
Наружное слияние гамет
Почкование
Споруляция
Внутреннее слияние гамет
Шизогония
Споруляция
Внутреннее слияние гамет
Почкование
Гермафродитизм
3. Тестовая работа по теме «Размножение и индивидуальное развитие организмов»
1.Какой набор хромосом несут сперматозоиды:
2.Какой набор хромосом имеет зигота:
А)1п; В)2п; С)3п; Д)4п; Е)5п.
3.Какой набор хромосом имеют соматические клетки тела:
А)1п; В)2п; С)3п; Д)4п; Е)5п.
4.Какой набор хромосом имеет эндосперм зародыша семени:
А)1п; В)2п; С)3п; Д)4п; Е)5п.
5.Какой набор хромосом имеет яйцеклетка млекопитающего:
А)1п; В)2п; С)3п; Д)4п; Е)5п.
6.В какой зоне гаметогенеза происходит митотическое деление клеток:
7.В какой зоне гаметогенеза происходит мейотическое деление клеток:
А)Зона размножения; В)Зона формирования; С)Зона роста;
Д)Зона созревания; Е)Зона образования.
8.Какой из процессов размножения возник раньше всех в процессе эволюции:
А)Вегетативный; В)Бинарное деление; С)Почкование; Д)Половой; Е)Черенкование.
9.Что образуется в результате овогенеза:
А)Гаметы; В)Яйцеклетка; С)Сперматозоид; Д)Зигота; Е)Соматические клетки.
10.Какой из процессов размножения возник позже всех в процессе эволюции:
А)Вегетативный; В)Бесполый; С)Почкование; Д)Половой; Е)Бинарное деление.
11.Что образуется в результате гаметогенеза:
А)Яйцеклетка; В)Сперматозоид; С)Зигота;
Д)Соматические клетки; Е)Половые клетки.
12.Какая часть сперматозоида и яйцеклетки является носителем генетической информации:
А)Рибосомы; В)Центриоли; С)Митохондрии; Д)Ядро; Е)Лизосомы.
13.Сколько спермиев содержит в себе пыльцевое зерно:
А)1; В)2; С)3; Д)4; Е)5.
14.Что развивается из оплодотворенной центральной клетки, зародышевого мешка завязи:
А)Зародыш; В)Бластула; С)Спермий; Д)Эндосперм; Е)Семенная кожура.
15.Половой способ размножения спирогиры:
А)Гермафродитизм; В)Слияние гамет; С)Самооплодотворение;
Д)Конъюгация; Е)Партеногенез.
Ответы на тестовую работу:
1-а
2-в
3-в
4-с
5-в
6-а
7-д
8-в
9-в
10-д
11-е
12-д
13-в
14-д
15-д
4.Определить, способ постэмбрионального развития организмов
(прямое развитие или развитие с превращением- метаморфоз)
1.Паук-крестовик- Прямое развитие
2.Жаба болотная- Метаморфоз
3.Бабочка-капустница- Метаморфоз
4.Речной рак- Прямое развитие
5.Человек разумный- Прямое развитие
6.Азиатская саранча- Прямое развитие
8.Муха обыкновенная- Метаморфоз
9.Черный ворон- Прямое развитие
10.Пчела медоносная- Метаморфоз
11.Таракан рыжий- Прямое развитие
12.Тритон обыкновенный- Метаморфоз
13.Чесоточный зудень- Прямое развитие
14.Болотная черепаха- Прямое развитие
15.Зеленая лягушка- Метаморфоз
5.Определить, из какого зародышевого листка образуются органы
(эктодерма, энтодерма, мезодерма)
1.кишечник- Энтодерма
2.ногти- Эктодерма
3.легкие- Энтодерма
4.сердце- Мезодерма
5.семенники- Мезодерма
6.поджелудочная железа- Энтодерма
7.кожа- Эктодерма
8.хорда- Мезодерма
9.скелетные мышцы- Мезодерма
10.желудок- Энтодерма
11.нервы- Эктодерма
12.головной мозг- Эктодерма
13.почки- Мезодерма
14.мочевой пузырь- Мезодерма
15.печень- Энтодерма
3.Проверка выполненных работ.
Работа в парах:
Учащиеся обмениваются друг с другом выполненными работами, учитель на интерактивной доске открывает ключи к каждому зачетному заданию. Учащиеся проверяют работы и заносят количество правильных ответов в предложенную таблицу.
Фамилия, имя
1.Соотнести понятия
2.Способ
и форма размножения
3.Тестовая работа
4.Способ постэмбрионального развития
5.Зародышевые листки
После заполнения таблиц, учитель показывает критерии оценивания работ, учащиеся выставляют оценки.
(все 5 заданий несут по 15 вопросов для облегчения оценивания выполненных работ)
15-13 оценка «5»
12-9 оценка «4»
8-6 оценка «3»
менее 6 ответов оценка «2»
4. Рефлексия урока.
Дорогие ребята, закончить наш урок я хотела бы словами А.Дистервега:
«Можно знания человеку предложить, подсказать, но овладеть ими он должен путем собственной деятельности…»
Ребята, каково ваше мнение…(высказывания учащихся)
5. Домашнее задание:
1.составить презентацию по теме «Размножение и индивидуальное развитие организмов».
2.ученикам, получившим оценки «4,3,2» подробнее изучить данную тему.
Конспект лекции № 7. Тема Онтогенез.
Внутриутробное развитие и его критические периоды.
Внутриутробный период (период беременности) условно делят на эмбриональный (зародышевый) период от оплодотворения до 9 недель и фетальный (плодный) период от 9 недель до рождения. Иногда, первые дни эмбрионального периода называют "начальным" периодом.
Первое состояние человеческого эмбриона – это одна клетка - зигота . Далее следует период дробления (митотическое деление без роста размеров зародыша). При этом используются строительные и энергетические вещества, накопленные яйцеклеткой в период овогенеза. В процессе дробления зародыш продвигается по маточной трубе к матке.
Через несколько делений формируется морула - группа клеток бластомеров. Их делят на трофобласты и эмбриобласты. Трофобласты в последующем будут превращаться в провизорные органы зародыша, обеспечивающие его питание, выделение, защиту и дыхание. Эмбриобласты будут превращаться в различные части тела ребенка.
Следующее состояние зародыша называют бластулой. Бластула (бластоциста) - это сферический однослойный зародыш с полостью (бластоцель). Затем, начинается гаструляция – образование многослойного (у человека трехслойного зародыша) путем сложных перемещений (иммиграция) и делений (деляминация) зародышевых клеток. Гаструляция сопровождается имплантацией (внедрением) зародыша в стенку матки на 7-й день после оплодотворения. При гаструляции формируется 3 зародышевых листка.
Наружный – эктодерма (даст кожу и нервную систему).
Средний – мезодерма (даст мышцы, кости, сосуды).
Внутренний – энтодерма (даст главные элементы пищеварительной и дыхательной систем).
Развитие зародыша после гаструляции называют органогенезом, при котором продолжается дифференцировка систем и органов. В основе дифференцировки (появления отличий в строении и функциях) лежит эмбриональная индукция. ДНК всех клеток остается идентичной (следствие митотического деления), но развертывание системы белков-репрессоров и молекул-индукторов включает и (или) выключает разные гены в разных эмбриональных клетках. Индукторы и репрессоры работают уже с момента оплодотворения.
Одновременно происходит формирование из трофобластов провизорных органов (оболочек) зародыша: хориона, аллантоиса, амниона, желточного мешка.
Хорион – наружная оболочка зародыша выполняет защитную и трофическую функцию. Ворсинки хориона врастают в стенку матки и всасывают питательные вещества из слизистой оболочки, а затем из крови матери.
Аллантоис – собирает отработанные продукты метаболизма, обеспечивая функцию выделения. Впоследствии (через 3 недели после оплодотворения) слияние аллантоиса, хориона и сосудов мезодермы зародыша даст основу нового органа - плаценты с пуповиной.
Амнион – оболочка, наполненная амниотической жидкостью (околоплодными водами), окружает тело зародыша, защищая его от механических, термических и других повреждений.
Желточный мешок человеческого зародыша содержит незначительное количество питательного и строительного материала, но имеет важное значение в период до формирования плаценты.
Органогенез , как процесс формирования органов продолжается и во втором периоде внутриутробного развития - фетальном.
Фетальный, или плодный период условно отсчитывают с девятой недели после оплодотворения. В это время интенсивно растут и развиваются органы и системы плода. К сроку окончания нормальной беременности 9 месяцев (280 суток) женщина должна прибавить в массе на 7-9 кг. Эта прибавка складывается из массы ребенка (3,5 кг), плаценты (1 кг), околоплодных вод (1,5-2кг), гипертрофированной матки (1 кг) и подкожной жировой клетчатки (1-2 кг).
Плацентарный барьер . Биологический смысл "плацентарного барьера" в том, чтобы отделять два генетически чужеродных организма. В течение беременности на эмбрион и плод происходит воздействие факторов среды, опосредованное организмом матери. Плацента формируется не только из клеток зародыша. В плаценте, выделяют материнские части, например, кровяные лакуны, в которые погружены ворсинки плодной части плаценты.
Плацентарный барьер отделяет форменные элементы крови матери и плода, препятствует проникновению некоторых микроорганизмов и токсических веществ. Одновременно через плацентарный барьер должны проходить питательные вещества, кислород, а в обратном направлении продукты выделения плода. Эти обстоятельства дают возможность проникновения опасных веществ в организм ребенка.
Во время внутриутробного развития выделяют самые опасные моменты, или критические периоды беременности . Максимальная чувствительность плода бывает в период имплантации (срок 1 неделя), плацентации (срок 3-6 недели) и в течение родов , завершающих внутриутробное развитие. Действие неблагоприятных факторов в эти периоды легко приводит к нарушению внутриутробного развития и появлению уродств (тератогенные эффекты). В период беременности резко сокращаются показания к приему лекарств беременной женщиной, что связано с возможностью тератогенного и прямого токсического (передозировка) действия на плод.
"Талидомидовая катастрофа" – пример игнорирования возможности тератогенного действия лекарства. Она разыгралась из-за недостаточной проверки на животных нового препарата талидомида, предназначенного для облегчения неблагоприятных симптомов при беременности у женщин. У грызунов (мыши и крысы) талидомид не вызывал изменений в потомстве и был рекомендован для клинического использования у людей. В результате, во всем мире родилось несколько тысяч детей с недоразвитыми конечностями (фокомелия).
Дальнейшие исследования на кроликах и обезьянах показали аналогичные дефекты потомства. С тех пор, подобные фармакологические исследования проводят не менее, чем не двух видах млекопитающих, один из которых не грызуны.
Границей между внутриутробным периодом и следующим периодом индивидуального развития являются роды.
Роды.
В акушерской практике выделяют антенатальный (дородовый), натальный (родовой) и постнатальный (послеродовой) периоды. Сами роды (натальный период) делят на 3 периода: раскрытия, рождение плода и рождение плаценты.
Период раскрытия (родовых схваток) – раскрытие шейки матки до размеров сопоставимых с размерами головки плода. Процесс стимулируется гормоном гипоталамуса – окситоцином. В этот период разрывается амниотическая оболочка и отходят околоплодные воды. При патологическом течении этого периода и преждевременной отслойке плаценты возможна смерть плода от асфиксии (нарушения доставки кислорода).
Период рождения (изгнания) плода – ребенок проходит через родовые пути матери. При патологическом течении, в этот критический период возможны родовые травмы плода и разрывы промежности у роженицы.
Рождение плаценты - это период отслойки плаценты от стенки матки и ее выход вместе с пуповиной из родовых путей. После этого происходит резкое сокращение матки и сдавливание её сосудов. При нормальном течении родов кровопотеря не превышает 200-250 мл крови. При патологии этого периода и атонии матки возможна тяжелая кровопотеря. Кроме того, повышается риск попадания микроорганизмов в кровь матери и развитие тяжелого инфекционного осложнения – сепсиса (заражения крови).
Индивидуальное развитие после рождения и особенности действия лекарств в разные периоды жизни.
Жизнь человека можно разделить на 7 периодов: новорожденности, грудной, детский, пубертатный (подростковый), репродуктивный, климактерический, инволюционный.
Первый период жизни человека после рождения называют периодом новорожденности . В этот период происходит адаптация ребенка к новым условиям среды обитания. Максимальная смертность наблюдается именно в этот период. Изменение способа дыхания (плацента – легкие), питания (плацента – система пищеварения) и выделения (плацента – почки) приводит к серьезному напряжению организма ребенка. Переход из амниотической жидкости к обычным условиям земного тяготения называют гравитационным ударом. Условно период новорожденности продолжается 1 месяц, но практически его можно считать завершенным после заживления пупочной ранки.
Второй период жизни называют грудным периодом , хотя реально грудное вскармливание может отсутствовать. Этот период считают завершенным к 12 месяцам. Первый год жизни ребенок продолжает быстро развиваться и наращивать массу тела. Продолжают формироваться гистогематические барьеры между кровью и тканями. Незрелость этих барьеров требует особого подхода к назначению и дозированию лекарств у детей.
Нельзя механически пересчитывать дозу для ребенка на килограмм массы от дозы взрослого. При одинаковых с взрослым концентрациях барбитуратов в крови могут возникнуть тяжелые признаки передозировки у ребенка. Барбитураты легко проникают через незрелый гематоэнцефалический барьер (барьер между кровью и головным мозгом – ГЭБ) детей и трудно проникают через зрелый ГЭБ у взрослых. Кроме того, у детей не сформированы барьеры между кровью и пищеварительным каналом, неполноценно работают печень, почки, повышено всасывание веществ из кишечника в кровь, что усугубляет эффекты передозировки. Данные обстоятельства требуют снижения дозировки значительной группы препаратов после пересчета на 1 кг массы ребенка. Важной особенностью грудного периода является постепенное снижение пассивного врожденного иммунитета (антител матери), полученного через плацентарный барьер во время внутриутробного развития и выработка собственного активного иммунитета. В конце грудного периода наблюдается "иммунная яма". Материнские антитела уже разрушились, собственная защита еще не окрепла. У детей учащаются инфекции, от которых они ранее были защищены материнскими антителами.
Третий период жизни от года до 12-14 лет называется детским . В этот период происходит, преимущественно, количественное увеличение функционирующих структур организма. С ростом массы тела и созреванием барьеров постепенно повышается дозировка лекарств. Усиливается собственная защита от инфекций.
Четвертый период – период полового созревания (пубертатный или подростковый) начинается в 12-13 лет. У девочек на 1-2 года раньше, чем у мальчиков. В женском организме идет становление маточного цикла и периодических изменений гормонального фона. Начинаются первые менструации и созревают первые яйцеклетки. У мальчиков перестройка организма связана с началом сперматогенеза. Пубертатный период переходит в репродуктивный.
Пятый период жизни репродуктивный или период половой зрелости . У женщин стабилизируется маточный цикл, который контролируется системой гипоталамус (рилизинг-факторы) - гипофиз (гонадотропные гормоны) - яичники (эстрогены и гестагены) .
В первую половину маточного цикла в яичниках, под влиянием рилизинг-факторов гипоталамуса для фолликулостимулирующего (ФСГ) и лютеинизирующего (ЛГ) гормонов гипофиза и эстрогенов яичников, происходит созревание фолликулов, содержащих яйцеклетку. Одновременно, растет новая внутренняя оболочка матки. В середине маточного цикла (13-14 день) происходит овуляция – выход яйцеклетки из лопнувшего фолликула и её перемещение по маточной трубе к месту возможного оплодотворения. В это время, в гипоталамусе функционально преобладает выработка рилизинг-факторов для другого гипофизарного гормона пролактина (ПЛ). В яичнике лопнувший фолликул превращается в желтое тело, которое начинает продуцировать гормон прогестерон (группа гестагенов). Под влиянием прогестерона матка подготавливается к имплантации зародыша. Прогестерон называют гормоном беременности. В начале беременности его вырабатывает желтое тело яичника.
Если происходит оплодотворение, то циклические изменения прекращаются на период беременности. Они восстанавливаются через несколько недель после родов.
Если оплодотворения не произошло, то в конце маточного цикла происходит переключение системы гипоталамус-гипофиз-яичники на продукцию гормонов в исходных соотношениях. Отторжение слизистой оболочки матки, проявляется менструальным маточным кровотечением. Начинается новый маточный цикл.
Этому может предшествовать предменструальный синдром (ПМС). Он часто сопровождается реакциями нервной вегетативной системы (сердцебиения, потливость), и преходящими расстройствами психики (раздражительность, плаксивость).
Применение лекарств гормонального характера у женщин может значительно повлиять на репродуктивную функцию. Гормональные контрацептивы вызывают нарушение последовательности событий маточного цикла, вызывая искусственное бесплодие. Те же средства, назначаемые в другие дни маточного цикла и при беременности, наоборот, являются средствами лечения бесплодия.
Возможность тератогенного действия на развивающегося ребенка резко сокращает показания к применению большой группы лекарственных средств беременной женщиной.
В следующий после беременности период – кормления грудью (лактация) происходит увеличение расхода белка, витаминов и минеральных веществ, что повышает их дозировки для женщины. Прием других лекарств производят с учетом того, что при грудном вскармливании сохраняется угроза отравления ребенка лекарствами из молока кормящей матери, следовательно, сохраняются широкие ограничения на лечение женщины и в это время. После окончания лактации ограничения снимаются.
Репродуктивный период у мужчин не имеет таких жестких ограничений по использованию лекарственных средств, как беременность и лактация у женщин. Однако прием лекарств и отравления (в т.ч. алкоголем и наркотиками) в период сперматогенеза может повлиять на качество сперматозоидов. По этой причине, семье, которая решила завести ребенка, следует исключить или ограничить прием любых ксенобиотиков, потенциально влияющих на гаметогенез.
Шестой период жизни – климактерический - период полового угасания.
Репродуктивная функция у женщин затухает в 45-55 лет. Климакс связан с прекращением регулярной перестройки гормонального фона и прекращением менструаций (менопауза). Процесс угасания может прерываться, овогенез ненадолго восстанавливается. Климакс у женщин часто сопровождается реакциями, похожими на предменструальный синдром, растянутый во времени и манифестацией хронических болезней.
Климакс у мужчин протекает позже и мягче, но также может сопровождаться обострением хронических и появлением новых болезней. Быстрое снижение уровня андрогенов может сопровождаться нарушением функций предстательной железы (простатиты, гиперплазии) с последующими проблемами при мочеиспускании и мужской "дееспособностью".
Седьмой и последний период жизни называют периодом общего угасания или инволюционным . Этот период делят на 3 части: 60-75 лет пожилой возраст , 75-90 лет старческий возраст , 90 лет и более - период долгожительства . Старение сопровождается неравномерным ухудшением функций организма и проявлением места наименьшего сопротивления (locus minoris resistentia) - конкретной причины смерти. Прежде всего, утрачиваются функции сердца и сосудов, снижается иммунитет, повышая риск опухолевого перерождения тканей и восприимчивости к патогенным микроорганизмам. Важной особенностью назначения лекарств во все периоды жизни, а в период инволюции особенно, является индивидуальный подход к людям с заболеваниями почек и печени, требующий снижения дозировки.
Причины старения. Проблема старения имеет общебиологическое значение. Старение присуще любой живой системе, т.к. является неотъемлемым свойством жизни и считается нормальным естественным процессом. Наука о старении – геронтология выясняет основные биологические и социальные закономерности старения и даёт рекомендации о продлении жизни. Доказано, что старение – результат нарушения саморегуляции на разных уровнях жизнедеятельности организма. В процессе развития старения снижаются адаптационные возможности организма, но одновременно включается ряд приспособительных механизмов для коррекции нарушенных функций. Сам процесс старения надо рассматривать на разных уровнях: молекулярном, клеточном, системном и организменном.
Нет единой теории старения. Есть гипотезы. Считается, например, что существуют специализированные гены, запускающие процессы старения, а также гены, противостоящие этому процессу. Активность генов старения приводит к повреждению молекул ДНК и РНК и, как следствие, к необратимым изменениям синтеза белка. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению количества митохондрий, т.к. снижается интенсивность синтеза соответствующих белков. В результате нарушается интенсивность окислительного фосфорилирования и усиливается гликолиз, что приводит к дефициту энергии и повышению кислотности тканей. Эта гипотеза относится к группе гипотез генетической детерминированности (предопределенности) процессов старения.
Другая группа гипотез говорит об износе генетической информации . При репликации ДНК и в процессе считывания информации с ДНК – транскрипции происходит частичное повреждение - концевая недорепликация (А.М. Оловников) . Но ДНК имеет запас прочности – это те нуклеотиды которые не несут информации о строении белка или РНК. Пока при недорепликации укорачиваются эти участки – теломеры , функция клеток не нарушена, но в процессе многократных репликаций ДНК и транскрипций недорепликация приводит к укорочению уже функционально значимых участков и нарушению нормальной работы клеток теломеразы (см. рис. 1).
Третья группа - гипотезы износа организма несколько устарела, так как не показывает первопричину, а констатирует факты нарушения функций систем и органов.
Одним из факторов повреждения клеток является накопление в тканях свободных радикалов, которые вызывают перекисное окисление липидов. При этом повреждаются не только мембраны, но и другие структуры клетки, в т.ч. и ДНК.
ДНК-полимеразы, а синтез теломеров под контролем фермента
Рисунок 1. Положение теломеров и информационно-значимой части в одной цепочке молекулы ДНК.
"теломеры" информационно-значимая ДНК
ААААААААААААААААААААТАЦЦГТАЦТТТГТТГЦЦЦГГТТГГААЦЦЦГТТАЦТААТТАГЦТГТТГЦЦЦГГТТГГТТТАААЦ
При репликации ДНК нуклеотиды теломеров могут быть утрачены (концевая недрепликация). Но это не отражается на работе клетки, пока не утрачены нуклеотиды информационно-значимой части ДНК. После многократных делений могут быть утрачены все нуклеотиды-теломеры и начинают теряться нуклеотиды информационно-значимой части ДНК. ДНК теряет смысл, как и молекулы собираемых белков клетки. Без нормальных белков происходит нарушение функций клетки.
Это предположение доказывают эксперименты по искусственному внедрению гена теломеразы в клеточную культуру, которое продлевало её жизнь.
Возможно, что раньше других изнашивается (теряет теломеры) ДНК генов, кодирующих белки-ферменты для системы антиоксидантной защиты мембран от перекисного окисления и гены для обеспечения процесса метилирования ДНК.
При нарушении синтеза белков-ферментов антиоксидантной защиты, происходит резкое увеличение числа свободных радикалов и интенсификация перекисного окисления липидов клеточных мембран. Считается, что назначение комплекса антиоксидантов замедляет процесс старения.
Таким образом, для предотвращения процесса старения необходимо обеспечить нормальную репликацию ДНК. После определенного количества делений происходит нарушение генов контролирующих белки-ферменты (антиоксидантной защиты, нормального метилирования ДНК и др.), что резко ускоряет процесс старения.
Регенерация.
В течение всей жизни человек активно сопротивляется старению. Регенерация - это замещение утраченных структур. Одновременно, это один из способов противостоять старению и смерти.
Виды регенерации и восстановление функций. Регенерация бывает физиологической и репаративной.
Под физиологической регенерацией понимают нормальное самообновление тканей без экстраординарного воздействия. Примером физиологической регенерации может служить постоянное восстановление клеток эпителия кожи, желудка, двенадцатиперстной кишки и других органов.
По интенсивности физиологической регенерации клетки можно разделить на лабильные, стабильные и статические.
Лабильные клетки регенерируют быстрее и легче всех других. Это – клетки эпителия пищеварительного канала, эпидермиса кожи, красного костного мозга.
Стабильные клетки регенерируют медленнее лабильных, но при повреждении скорость их деления может резко возрастать. К стабильным (по регенераторной способности) относят клетки костей, печени, поджелудочной железы, слюнных желез и др. Различия между регенераторными способностями лабильных и стабильных клеток скорее количественные, чем качественные.
Статические клетки , как принято считать, не делятся. Это клетки нервной и мышечной ткани.
Репаративная регенерация – это регенерация после повреждения, вызванного экстраординарным воздействием (болезнь, травма).
Репаративная регенерация бывает полной и неполной.
Полной репаративной регенерацией называют восстановление ткани такими же клетками, которые были до повреждения. Например, регенерация клеток крови после кровотечения. К полной репаративной регенерации способны при благоприятных условиях клетки эпителиальной и соединительной тканей.
При неполной репаративной регенерации, тканевой дефект замещается клетками, отличающимися от клеток, которые были до повреждения. Например, после инфаркта миокарда (некроза сердечной мышцы) мертвые мышечные клетки сердца (миокардиоциты) замещаются клетками и волокнами соединительной ткани, формирующими рубец.
К неполной репаративной регенерации способны все виды тканей.
Восстановление функции поврежденной ткани, как правило, происходит при полной репаративной регенерации. Однако восстановление функции может быть и в тканях, неспособных к полной репаративной регенерации (нервной и мышечной).
Восстановление функций нервной ткани связывают с двумя механизмами. Если тело нервной клетки сохранено, то функции поврежденных периферических нервов могут восстанавливаться за счет регенерации отростков (прорастание аксонов). Например, восстановление движения пальца руки после его травматической ампутации и операции по приживлению. Второй механизм, связан с тем, что функцию погибших нервных клеток головного мозга могут взять на себя соседние клетки. Например, восстановление движений и речи после инсульта головного мозга.
Восстановление функций мышечной ткани также связывают с двумя механизмами. Внутриклеточная гиперплазия - это увеличение числа органоидов и размеров клеток. Так, после инфаркта миокарда сила сердечных сокращений постепенно восстанавливается из-за увеличения числа миофибрилл и митохондрий в клетках, оставшихся в живых. Второй механизм связывают с клетками - сателлитами, которые в норме находятся в недоразвитом состоянии и не сокращаются. После гибели мышцы, их развитие индуцируется. Они начинают выполнять сократительную функцию.
Смерть - это процесс прекращения жизни. Судебно-медицинская классификация смерти включает понятия о категории, роде, виде смерти.
Классификация по роду насильственной смерти: убийство, самоубийство, несчастный случай;
Классификация по роду ненасильственной смерти: типичная, внезапная, скоропостижная .
Типичной можно назвать смерть после тяжелой прогрессирующей болезни. Например, смерть ракового больного на фоне истощения и интоксикации организма.
Внезапная смерть регистрируется у больного человека, который не имел признаков опасного для жизни развития заболевания. Например, больной (62 года) со стабильной стенокардией напряжения, без признаков прогрессирования болезни, неожиданно умирает от инфаркта миокарда.
Скоропостижная смерть - неожиданная, при кажущемся здоровье. Например, человек без жалоб неожиданно умирает от болевого шока. На вскрытии обнаруживают прободение "немой" язвы желудка в брюшную полость.
Виды смерти: от физических, химических и биологических факторов.
На первом месте по причинам смерти людей сердечно-сосудистые заболевания, на втором месте травмы (в России), далее опухоли и другие болезни.
Блок дополнительной информации.
Онтогенез и апоптоз.
Апоптоз - интересный феномен - и сам апоптоз, и необыкновенная емкость данного термина: не так давно возникнув, последний объединил широчайший круг явлений.
Оказалось, что природа снабдила клетки не только многочисленными механизмами защиты и репарации, но и целым набором «суицидальных» инструментов.
Образно говоря, в каждой клетке есть своя собственная «гильотина», нож которой держится на не очень прочной «нитке». Когда случается что-то экстраординарное - в самой клетке или вокруг нее, - нитка перерезается и гильотина падает, «аккуратно» лишая клетку жизни. В этой «аккуратности» - тоже своя целесообразность: соседние клетки пострадать не должны.
Вообще говоря, гибель отдельных клеток в организме известна достаточно давно. Но вначале она воспринималась как сугубо дегенеративное явление, т. е. как процесс постепенного отмирания клеток в результате терминальной дифференцировки (пример - эритроциты и кератиноциты) или старения (нейроны).
И первый переворот во взглядах был сделан тогда, когда стало ясно, что погибать могут и, казалось бы, вполне жизнеспособные клетки, т. е. клетки, которые еще не успели исчерпать свои жизненные ресурсы. Действительно, как иначе характеризовать те многочисленные клетки, которые гибнут в эмбриогенезе - например, клетки предпочки (пронефроса) или клетки межпальцевых перегородок.
Но обычно явно или неявно считалось, что во всех этих случаях клетки погибают, так сказать, естественным путем - из-за того, что микроокружение перестает обеспечивать их жизнедеятельность. Например, прекращается поступление кислорода и питательных веществ, создается резкое закисление среды и т. п.
И потребовался второй переворот во взглядах, чтобы придти к заключению: часто активную роль в своей гибели играет сама клетка - с помощью содержащихся в ней механизмов, которые лишь запускаются теми или иными факторами внеклеточной или внутриклеточной среды.
Именно в результате этого переворота и возникло представление об апоптозе , или программированной клеточной гибели (ПКГ ).
Поэтому кратко апоптоз определяют как программированную клеточную смерть. Понимая под этим такую гибель клетки, в развитии которой активную роль играют специальные и генетически запрограммированные внутриклеточные механизмы.
Исходный же смысл слова «апоптоз» - весьма поэтический: по-гречески это означает опадание листьев.
Когда и при каких обстоятельствах в клетке включается программа апоптоза? Круг этих «обстоятельств» весьма широк. Но их можно разбить на две группы:
а) «неудовлетворительное» состояние самой клетки (что вызывает, условно говоря, «апоптоз изнутри »);
б) «негативная» сигнализация снаружи, передающаяся через специальные рецепторы клетки («апоптоз по команде »).
Ход урока
1. Организационный момент.
2. Проверка д/з:
а) дать определение словам: митоз, мейоз, гаметы, зигота, гаметогенез, овогенез, сперматогенез;
б) рассказ учащихся о бесполом размножении;
в) рассказ учащихся о половом размножении.
3. Сообщение темы и цели урока: "Индивидуальное развитие организма".
Слово учителя:
Итак, при половом размножении начало всему организму дает одна клетка - зигота, при бесполом размножении - одна или несколько клеток родительской особи.
Но в любом случае для того, чтобы малое число клеток превращалось в полноценный организм, необходим целый ряд сложных, сменяющих друг друга превращений.
4. Работа над новым материалом.
Онтогенез (индивидуальное развитие организма) - это период развития организма от зарождения и образования зиготы до конца жизни особи.
Онтогенез делится на 2 периода: эмбриональное и постэмбриональное развитие.
5. Эмбриональное развитие (эмбриогенез, на примере ланцетника).
Эмбриогенез - это развитие организма с момента образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек.
Стадии эмбриогенеза:
а) Бластула (дробление) - в ходе которого зигота делится митозом, а клетки, образовавшиеся при дроблении, меньше зиготы.
Дробление завершается образованием бластулы - полого шарика или пузырька; клетки бластулы - бластомеры (располагаются по поверхности).
Полость бластулы называется бластоцелью, а процесс образования однослойного зародыша - бластуляцией.
б) Гаструла (гаструляция) - образование двухслойного зародыша, а двухслойный шарик - гаструла.
Наружный слой клеток (или зародышевый листок) называется энтодерма.
Полость внутри гаструлы является первичной кишкой, а отверстие, ведущее в первичную кишку - первичным ртом (образуются они путем впячивания или перемещения клеток).
в) Нейрула - образование третьего зародышевого листка - мезодермы. Особенность стадии в том, что начинается формирование тканей и органов будущего организма (органогенез).
Производные зародышевых листков.
6. Постэмбриональное развитие.
Это развитие организма с момента рождения и длится до конца жизни особи (выхода из яйцевых оболочек).
Постэмбриональное развитие делится на 3 периода:
1. Дорепродуктивый - рост организма, развитие и половое созревание.
2. Репродуктивный - активное функционирование взрослого организма, размножение.
3. Пострепродуктивный - старение, постепенное угасание процессов жизнедеятельности.
Типы развития:
а) прямое,
б) непрямое (с метаморфозом):
1) полное превращение (кроме стадии личинки есть стадия куколки - бабочки, жуки),
2) неполное превращение (есть личинка, но нет куколки - кузнечики, головастики).
7. Биогенетический закон (сравнение зародышей).
К. Бэр сформулировал закон зародышевого сходства: "В пределах типа эмбрионы, начиная с самых ранних стадий, обнаруживают известное общее сходство".
Мюллер и Геккель сформировал биогенетический закон: "Онтогенез есть краткое повторение филогенеза".
Значение биогенетического закона - он свидетельствует об общих предках животных, относящихся к различным систематическим группам.
8. "Рассказ не родившегося ребенка. Аборты".
Фрагмент фильма: "Развитие зародыша человека по неделям" (обсуждение поступка несостоявшейся мамы и вреда абортов).
9. Посоревнуемся (закрепление).
10. Подведение итогов.
Вопросы.
1) Чем начинается и чем заканчивается эмбриональный период развития?
2) Чем начинается и чем заканчивается постэмбриональный период развития?
3) Какие системы органов образуются из эктодермы? энтодермы? мезодермы?
4) Приведите примеры животных с прямым и непрямым развитием.
5) В чем значение биогенетического закона?
