Что такое онтогенез, его этапы и особенности

Онтогенез – это биологический термин, означающий процесс индивидуального развития организма от зарождения до смерти. Термин происходит от греческих слов ontos (существо, сущее) и genesis (развитие) и применим для любого живого организма из царства животных, растений или микроорганизмов.

Теория онтогенеза

Понятие об онтогенезе возникло в 19 столетии. Ученым удалось проследить все этапы развития зародыша, установить общие закономерности развития для рептилий, птиц и млекопитающих. Впервые общность развития животных разных классов была обнаружена немецким ученым Карлом Бэром.

Исследователь сформулировал законы, лежащие в основе современного представления об онтогенезе:

1. Зародышевого сходства. Эмбрионы разных видов животных на начальных этапах развития сходны между собой.
2. Последовательного появления признаков. У эмбрионов сначала возникают общие признаки, а специализированные появляются позже.
3. Эмбриональной дивергенции. На поздних стадиях развития эмбрионы не проходят через другие формы.

Если рассматривать онтогенез кратко, можно выделить 2 основных типа:

1. Прямой. Изменения происходят без превращения. Тип подразделяется на яйцекладный и внутриутробный.
2. Непрямой. Процесс идет с превращением полным, когда из яйца получается личинка, затем куколка и взрослая особь, или не полным, если выпадает стадия куколки.

Этапы онтогенеза животных

Онтогенез – это процесс изменения количественных и качественных характеристик, которые происходят в организме в результате взаимодействия генотипа индивида с условиями окружающей среды.

И хотя развитие личности в онтогенезе представляет целостный процесс, в нем условно выделяют этапы, характеризующие морфологические и поведенческие особенности, свойственные живым организмам.

Различают следующие этапы онтогенеза, свойственные позвоночным животным:

1. Дорепродуктивный. Органы тела проходят стадии роста и развития.
2. Репродуктивный. Все системы организма развиты, функционируют стабильно.
3. Пострепродуктивный. Функциональность органов снижается.

Развитие психики в онтогенезе человека происходит с рождения, следуя через стадии юношества, зрелости и старения.

Дорепродуктивный период онтогенеза

В дорепродуктивной стадии онтогенеза позвоночных животных выделяют этапы:

• эмбриональный;
• личинки;
• метаморфоз;
• ювенильный.

Наибольшие изменения особь претерпевает в эмбриональном периоде (эмбриогенезе). Для эмбриогенеза характерно бурное клеточное деление, дифференциация тканей, закладка органов.

Личиночная стадия встречается у земноводных, рыб, миног. У личинок есть временные органы. Они дают возможность существовать до завершения развития.

Стадия метаморфоз, характеризующаяся перестройкой личинки в ювенильную форму, встречается у низших позвоночных. На этапе метаморфоз происходит перестройка органов, позволяющая особи выживать. Так, головастики превращаются на этой стадии в лягушек и меняют среду обитания.

Стадия метаморфоз завершается превращением в ювенильную форму, для которой характерны:

• достижение взрослых пропорций;
• окончательное формирование скелета;
• смена зубов;
• завершение развития репродуктивной системы.

Наиболее значимым этапом развития для позвоночных является эмбриогенез. Он начинается с оплодотворения яйцеклетки, а заканчивается выходом зародыша из оболочек плодного яйца. Для большинства видов позвоночных выделяют в эмбриональный онтогенез стадии:

• дробления (клетки делятся, увеличивается их количество);
• гаструляции (обособляются зародышевые листы, закладываются органы);
• гистогенеза (формируются и дифференцируются ткани);
• органогенеза (развиваются органы).

Образование зиготы и клеточное дробление

Новая особь возникает в момент слияния половых гамет. Наследственный материал возникшего индивида является комбинацией генов материнского и отцовского организма.

Далее получившаяся клетка, называемая зиготой, приступает к дроблению – последовательному митотическому делению с образованием мелких клеток бластомеров.

Образующееся многоклеточное скопление называется бластулой или зародышем. Бластулы позвоночных могут состоять из одного или нескольких слоев бластомеров, окружающих полость (бластоцель).

Дробление зиготы происходит несколькими способами:

1. Радиальным. Свойственно ланцетнику. Деление проходит параллельно или перпендикулярно оси клетки.
2. Спиральным как у моллюсков. Образующиеся при митотическом делении бластомеры располагаются по спирали, бластоцель отсутствует, дробление происходит асимметрично.
3. Двустороннесимметричным (билатеральным), как у круглых червей. Дробление происходит симметрично, ось симметрии одна.
4. Бисимметричным с образованием двух осей симметрии, что характерно для гребневиков.
5. Анархичным, характерным для плоских червей. Плоскости симметрии отсутствуют, бластомеры распределяются хаотично.

Для каждого вида животных характерен собственный онтогенез, определение типа дробления зиготы помогает установить видовую принадлежность живых организмов при их классификации.

Гаструляция

Из бластулы на стадии гаструляции формируется двух-трехслойный зародыш, называемый гаструлой. Гаструляция может происходить несколькими способами:

• инвагинацией (у хордовых, иглокожих, ряде кишечнополостных);
• эпиболией (у земноводных);
• иммиграцией (у кишечнополостных);
• деляминацией.

Если гаструла формируется способом инвагинации, то стенка бластулы втягивается в бластоцель и становится двухслойной. Внутри гаструлы формируется полость (гастроцель).

Образование гаструлы методом иммиграции происходит в результате перемещения бластомеров в бластоцель с образованием эктодермы (или наружного зародышевого листка). Эктодерма дает начало развитию кожи, нервов, начального и конечного отрезков пищеварительного тракта.

Гаструляция методом эпиболии происходит, когда образующиеся микромеры группируются вокруг макромеров, богатых питательными веществами.

В фазу деляминации происходит расслоение на внешний и внутренний листы. Наружный слой гаструлы дает начало эктодерме, а внутренний – энтодерме.

Второй этап гаструляции происходит одним из следующих способов:

• энтероцельным;
• телобластическим;
• миграционным.

Телобластическая гаструляция свойственна беспозвоночным, кроме иглокожих. Третий слой клеток (мезобласт) формируется при размножении нескольких клеток-телобластов.

Энтероцельная гаструляция характеризуется выпячиванием и отшнуровыванием эктодермы спинной части зародыша.

Формирование трехслойной гаструлы методом миграции происходит в результате утолщения первичной полоски бластулы.

Гистогенез и органогенез

На стадии гистогенеза из эктодермы формируются нервная трубка и невроцель (полость), а зародыш именуется нейрулой. Затем нервная трубка погружается под слой эктодермы, где из нее формируется мозг (головной и спинной).

На этапе гистогенеза обособляется часть клеток эктодермы, лежащих вдоль нервной трубки. Из них формируются нервные ганглии. В это же время у позвоночных животных формируется хорда, состоящая из клеток эктодермы и мезодермы. Хорда располагается под нервной трубкой.

Стадия органогенеза характеризуется формированием всех органов тела из зародышевых листков по схеме, в целом общей для всех животных. Закономерности онтогенеза позвоночных животных распространяются и на развитие человека.

Из наружного листка (эктодермы) формируется:

• эпидермис кожи;
• потовые, сальные железы;
• волосы, ногти;
• молочные железы;
• органы зрения, обоняния, слуха;
• зубная эмаль;
• эпителий рта.

Из клеток внутреннего зародышевого листка (энтодермы) образуются органы пищеварения, поджелудочная железа, печень, органы дыхания, гипофиз, щитовидная железа.

Средний слой (мезодерма) подразделяется на 3 части:

1. Сомиты.
2. Ножки сомитов.
3. Спланхнотом.

Сомиты в органогенезе подразделяются на дерматом, миотом, склеротом. Дерматом лежит под слоем эктодермы, из него образуется соединительная ткань кожи (дерма).

Склеротом располагается ниже дерматома. Из него получаются кости и хрящи. Еще глубже залегают клетки миотома, из которых формируются поперечнополосатые скелетные мышцы.

Ножки сомитов образуют в процессе онтогенеза органы мочеполовой системы. Из спланхнотома образуются такие органы, как сердце, околосердечная сумка, брюшина, лимфатическая и частично кровеносная система.

Кроме того, часть клеток мезодермы объединяется с эктодермой и дает начало мезенхиме. Из этой ткани развиваются далее кровеносные сосуды, гладкие мышцы, соединительная ткань, оболочки мозга, кровяные клетки.

Особенности развития человека

Онтогенез человека – это непрерывный поступательный процесс, идущий от слияния половых гамет до смерти. Количество клеток увеличивается в результате размножения с одной до 30-40 трлн.

С рождения и до смерти в теле человека происходят и качественные изменения клеточного состава. Физически индивид формируется к 20-25 годам. Формирование личности в онтогенезе завершается к 16-21 году.

Выделяют следующие основные этапы онтогенеза человека:

• предзародышевый (проэмбриональный);
• зародышевый (эмбриональный);
• послезародышевый (постэмбриональный или внеутробный).

Проэмбриональный период заключается в продукции половых клеток (гамет) и их слиянии (оплодотворении яйцеклетки).

Особенности онтогенеза человека:

• эмбриональный период укорочен;
• завершается эмбриогенез на стадии внедрения зародыша в стенку матки.

Внедрение в матку идет в стадию бластоцисты, когда зародыш внешне – это пузырек, состоящий из нескольких сотен клеток. Оболочка плодного яйца при имплантации зародыша растворяется, и все дальнейшие процессы развития происходят под защитой материнского организма.

Без участия материнского организма в плодном яйце человека протекает только период дробления на этапе формирования бластоцисты.

Принято выделять периоды онтогенеза человека:

• дородовый (пренатальный);
• послеродовый (постнатальный).

Продолжительность внутриутробного развития зависит от индивидуальных особенностей протекания беременности, в среднем длится 38-42 недели. Длительность послеродового периода зависит от наследственных факторов и условий окружающей среды.

Пренатальный онтогенез человека

Дородовый онтогенез и его периоды:

• зародышевый (первые 8 недель);
• плодный (с 9 недели до рождения).

На зародышевой стадии развития особь не имеет сходства с взрослым человеком. В этот период идет накопление клеточного материала и дифференциация тканей. Генетические основы онтогенеза зародышевого периода хранятся в ДНК хромосом и реализуются при определенных благоприятных условиях окружающей среды.

На плодной стадии эмбрион приобретает сходство с человеком. У него уже сформированы голова, туловище, конечности и происходит формирование отдельных органов.

С 16 недели плод не меняется внешне, что затрудняет определение срока беременности по УЗИ, а растет в длину и прибавляет в весе.

Критические периоды онтогенеза человека

Полноценная реализация генетической программы зависит не только от качества генетического материала, доставшегося эмбриону от родительских организмов, но и от условий роста и созревания.

В пренатальном периоде выделяются два критических периода, когда неблагоприятные (тератогенные) изменения окружающей среды вызывают наиболее разрушительные патологии:

1. Имплантация зародыша в стенку матки. Происходит в конце 1- начале 2 недели.
2. Формирование плаценты. Длится в промежутке 3-8 недель.

По статистике на стадии имплантации зародыша гибнет 50-70% оплодотворенных яйцеклеток. Если тератогенные факторы воздействуют на эмбрион при формировании плаценты, то возникают патологии развития.

А так как органы закладываются не одновременно, а последовательно, то действие тератогенных факторов в разные сроки формирования плаценты приводит к поражению различных органов:

• 3 неделя – поражается сердце, центральная нервная система;
• 4-5 недели – сердце, глаза, руки, ноги;
• 6 неделя – ухо, зубы;
• 7-8 – небо, ухо, наружные половые органы.

Действие тератогенных факторов приводит к таким врожденным порокам психического развития, как синдром Дауна. Возможно развитие физических аномалий – заячьей губы, волчьей пасти, пороков сердца.

Неблагоприятные факторы представляют опасность для выживания плода в течение всего срока внутриутробного развития.  Закладка системы жизнеобеспечения, формирование головного мозга наиболее уязвимы на 20-36 неделях беременности.

Постнатальный онтогенез человека

В послеродовом (постнатальном) периоде развития человека выделяют стадии полового созревания, половой зрелости и пострепродуктивную фазу. Особенностью, характерной для человека на различных этапах онтогенеза, является качественное изменение уровня сознания и умственной деятельности.

Развитие психики в онтогенезе (кратко) – это непрерывное развитие сознания и когнитивных (умственных) способностей от рождения до смерти. Согласно классификации Э. Эриксона, постнатальный онтогенез в психологии и физиологическом развитии человека подразделяется на периоды возраста:

1. Младенчества (до 1 года).
2. Раннего детства (2-3 годы).
3. Дошкольного (4-5 годы).
4. Школьного (6 лет – 11-12).
5. Юношества (13-19 лет).
6. Молодости (20-30 лет).
7. Зрелости (30-40 лет).
8. Старшего взрослого возраста (40-59 лет).
9. Старения (больше 60 лет).

Потребность в общении, сенсомоторные навыки формируются в раннем детстве и младенчестве. Развитие восприятия в онтогенезе наиболее выражено в первые годы жизни:

1. До 6 месяцев осваиваются поисковые действия (младенец умеет схватывать, ощупывать предметы, зрительно наблюдать за предметом).
2. В 6-12 месяцев грудничок способен манипулировать предметом, воспроизводить действия.
3. К 4 годам ребенок способен к конструктивной деятельности, умеет мысленно разделять изучаемый объект на части и исследовать их по отдельности.

В дошкольном возрасте ребенок моделирует в игре взрослую жизнь, активно подражает окружающим, стремясь при этом к самостоятельности. У него формируется самооценка, возникает самосознание.

Становление личности в онтогенезе продолжается в период юношества. Если рассмотреть, что такое онтогенез в психологии периода юношества, то можно заметить основные закономерности:

• завершается переход от неуверенного подростка к взрослому;
• завершается физическое развитие и половое созревание;
• происходит социализация личности;
• начинается период самоопределения, профессионального выбора и проектирования будущего.

Активная позиция, потребность в самореализации формируется в молодости и зрелом возрасте. В периоде зрелости выделяют две фазы. Первая продолжается для женщин от 21 года до 35 лет, для мужчин –  с 22 по 35 лет.

Второй этап зрелости для женщин начинается в 36 лет, а заканчивается в 56. У мужчин второй этап зрелого возраста приходится на диапазон 36-60 лет.

После 61 года ускоряются процессы старения. Индивид переходит сначала в фазу пожилого возраста, а затем старческого.

Физическое развитие

Онтогенез – процесс поступательного физиологического (физического) развития. Максимальные физиологические изменения происходят с индивидом в период младенчества. В это время отмечается бурный рост организма. Длина тела возрастает на 21-25 см, а вес увеличивается на 5-6 кг.

Пропорции тела младенца отличаются от соотношения длины головы и тела у взрослых. У новорожденного это соотношение составляет 1 к 4, а в 20 лет –  1 к 8. Изменения пропорций происходят постепенно, и в 5-6 лет соотношение длины головы к длине тела составляет 1 к 6.

Ускоренным ростом характеризуется и стадия раннего детства, но особенно значительный прирост отмечается в дошкольном, школьном периоде и юношестве в 5-7 лет и в 10-16 лет.

Половое созревание девочек начинается на 1-1,5 года раньше, чем у юношей. У подростков развиваются вторичные половые признаки:

• девочки (появляются менструации, увеличиваются молочные железы, усиливается рост волос в подмышечных впадинах, на лобке);
• мальчики (вырастают волосы на теле и лице).

Максимальная скорость увеличения длины тела (до 5 см в год) у девочек наблюдается в 10-13 лет, а в 13 лет наибольшая прибавка в весе.

У мальчиков максимальный рост (до 5,8 см) наблюдается в 13-16 лет, а максимальная прибавка в весе – в 15 лет. К 20-25 годам завершается увеличение веса тела. При нормальном физиологическом развитии в дальнейшем этот вес должен сохраняться до 40-46 лет.

Форма, пропорции частей тела обусловлены генетически. В зависимости от типа телосложения (конституции) различают:

• астеников (долихоморфов);
• нормостеников (мезоморфы);
• гиперстеников (брахиморфный).

Для астенической конституции свойственны высокий рост, удлиненные конечности, узкая грудная клетка, слабое развитие подкожной жировой клетчатки и мышц, почти вертикальное положение сердца.

Гиперстеники характеризуются средним ростом, коренастой фигурой с большим объемом грудной клетки и живота, почти горизонтальным расположением сердца. Нормостеники занимают по типу конституции промежуточное положение между астениками и гиперстениками.

Для молодежи всех типов конституции в странах с развитой экономикой отмечается явление акселерации – ранее половое созревание. В результате акселерации за 100 лет современные подростки стали выше на 10-15 см, а мужчины «подросли» на 6-8 см.

Рост тела 100 лет назад завершался к 23-25 годам. У современных юношей и девушек рост обычно завершается к 19 и 17 годам соответственно.

Онтогенез психики

Онтогенез – это (в психологии определение) категория, описывающая психические изменения, происходящие от рождения до смерти в личности человека.

Развитие эмоций в онтогенезе закладывается в младенческом возрасте в процессе общения грудничка с взрослыми. К 6 месяцам у грудничков уже формируется способность к зрительной концентрации внимания. Развитие внимания в онтогенезе продолжает совершенствоваться в раннем детстве. В этот период ребенок знакомится с окружающими предметами, осваивает двигательные навыки, расширяет активную деятельность.

Дошкольник уже умеет играть и общаться с другими детьми, проявлять инициативу. Этот период используют для выработки настойчивости.

Развитие воли в онтогенезе тренируется в игровой форме. Занятия должны вырабатывать у дошкольника умение выполнять правила игры по собственному желанию, испытывать радость при достижении цели.

В школьные и юношеские годы человек учится трудолюбию, приобретает навыки, которые послужат основой его будущей профессиональной деятельности. Закономерным является развитие воображения в онтогенезе человека в подростковый период.

Подросткам свойственны эмоциональная нестабильность, необходимость общения со сверстниками, рефлексивное мышление.

В возрасте психологической зрелости индивид способен адекватно оценивать окружающую действительность. Психологически зрелая личность способна критически оценивать себя, обладает широким кругозором, проявляет интерес и заботу не только о людях из близкого окружения, но участвует в коллективных проектах, обладает сложившейся системой ценностей.

Возраст психологической зрелости не у всех людей соответствует биологическому возрасту. Развитие психики человека в онтогенезе во многом зависит от условий социальной среды.

Пострепродуктивный онтогенез, что это такое

После угасания репродуктивной функции в организме человека возникают изменения, указывающие на ухудшение работы всех систем жизнеобеспечения. Некоторые изменения, свойственные старческому возрасту, появляются еще в репродуктивной фазе.

Еще до снижения половой функции возможно поседение волос, развитие дальнозоркости, а у мужчин с 25 лет – снижение синтеза половых гормонов.

В зависимости от хронологического возраста индивида в пострепродуктивной фазе онтогенеза различают группы людей:

• пожилого возраста (60-74 года);
• старческого возраста (75-89 лет);
• долгожителей (свыше 90 лет).

Процессы старения у женщин и мужчин протекают с разной скоростью. По современным представлениям пожилым считается мужчина 61-74 лет и женщина 56-74 лет.

Действительный возраст человека зависит не только от хронологического возраста, указанного в паспорте, но и от биологического, показывающего степень изношенности органов индивида.

К 75 годам человек вступает в стадию старости, биологических смысл которой заключается в снижении жизнеспособности индивида, делающим неизбежным гибель тела. А старость – это период пострепродуктивного онтогенеза, ведущий к повышению риска смерти.

Различные органы тела стареют с разной скоростью. Так, скорость проведения нервного импульса уменьшается с 20 до 90 лет лишь на 10%, в то время как рабочий объем легких снижается за этот же отрезок времени на 50%.

В возрасте 75 лет, если его сравнивать с возрастом 30 лет, наблюдается:

• понижение скорости фильтрации в почках на 31%;
• гибель 44% нефронов почек;
• разрушение нейронов различных отделов нервной системы от 15 до 75%;
• гибель 64% вкусовых луковиц, отвечающих за ощущение вкуса пищи.

Интеллектуальные способности в пострепродуктивном онтогенезе сохраняются, а в период 55-60 лет отмечается повторный подъем творческой активности. У человека, не страдающего нарушением мозговой деятельности, интеллект, соответствующий 20-30 годам, сохраняется  до 70 и более лет.

Изучением закономерностей старения занимается наука геронтология. Процессы угасания жизнеспособности человека  объясняют теории:

• митохондриальная;
• свободных радикалов;
• накопления мутаций;
• гормонально-генетическая и др.

Согласно гормонально-генетической теории, основным механизмом, заставляющим организм выполнять программу старения, является гипоталамус. Эта небольшая часть мозга контролирует обмен веществ, температуру тела, аппетит, работу щитовидной железы и многие другие функции.

Продолжительность жизни

Время жизни человека от рождения до смерти зависит от наследственной программы, полученной от родителей и записанной в ДНК клеток, а также от условий развития в предшествующие периоды онтогенеза. Продолжительность жизни генетически запрограммирована и является видовой характеристикой.

Среди млекопитающих наибольшей продолжительностью жизни, составляющей 115 лет,  отличается человек. Для сравнения, индийский слон может прожить 70 лет, лошадь – 62 года, шимпанзе – 45 лет, собака способна дожить до 34 лет, кошка – до 28 лет.

Способностью дожить до глубокой старости и стать долгожителем обладает далеко не каждый представитель вида. Средняя продолжительность жизни в развитых странах составляет 81-83 года.

На скорость старения влияют условия жизни, качество медицинской помощи. Если в начале 20 века продолжительность жизни в России была 32 года, то к 1987 году она возросла до 73 лет у женщин и 64 годам у мужчин.

В 2018 году продолжительность жизни в России для женщин достигла 77,6, а для мужчин – 67,5 лет.

При вычислении средней продолжительности жизни в онтогенезе человека учитывают периоды наибольшей смертности. Высокая смертность в популяции человека отмечается в период новорожденности. Минимальная смертность отмечается среди детей 9-12 лет.

К 35 годам смертность немного увеличивается, а в последующие годы количество смертей в популяции удваивается через каждые 8 лет. Максимальна вероятность смерти человека после достижения 80 лет.