Рост и развитие организма, Биология

Рост — это увеличение размеров организма за счет увеличения числа и массы клеток, а также различных неклеточных образований. Рост сопровождается специализацией клеток, формированием тканей, органов и систем органов.

Процесс развития организма с момента зарождения до конца жизни называется онтогенезом. Этому процессу свойственны количественные и качественные преобразования, интенсивность и характер которых связаны с определенными периодами развития.

Виды онтогенеза

У различных живых организмов онтогенез протекает по-разному. Для растений особенностью онтогенеза является постоянный рост организма, который продолжается в течение всей жизни. Ритмы роста зависят как от внешней среды, так и от внутренних факторов, закрепленных генетически в процессе эволюции.

Прорастание семени — важная часть онтогенеза растения

У некоторых растений процесс роста прерывается периодами покоя, связанными с наступлением зимы. Для онтогенеза многих насекомых характерен период личиночного развития. У яйцекладущих животных часть онтогенеза проходит в яйце. Ряду животных и человеку свойственно внутриутробное развитие зародыша (эмбриона).

Эмбрион

В ходе дробления зиготы образуется первая многоклеточная стадия зародыша — бластула

Развитию многоклеточных животных предшествует образование гамет (яйцеклеток и сперматозоидов) в организмах родительских особей. После их слияния начинается удивительный процесс развития зиготы — эмбриогенез.

Сначала оплодотворенная яйцеклетка дробится (многократно делится, не увеличиваясь в размерах), и образуется полый шарик (бластула). Затем часть стенки бластулы втягивается внутрь и образуется мешочек с двойными стенками (гаструла).

Его полость становится в дальнейшем полостью пищеварительного тракта, а стенки гаструлы формируют зародышевые листки: наружный — эктодерму, внутренний — эндодерму.

Потом у зародышей всех животных, стоящих по своему развитию выше губок и кишечнополостных, разными способами между двумя зародышевыми листками закладывается третий — мезодерма. Теперь все готово для процесса образования органов.

Из эктодермы разовьется эпителий кожи и его производные (кожные железы, чешуя, перья, волосы и т. д.

), начало и конец пищеварительного тракта с железами, нервная система и органы чувств; из энтодермы — эпителий средней кишки, органы пищеварения, легкие, жабры; из мезодермы — скелет, мышцы, кровеносная и выделительная система, хорда.

Внешнее сходство зародышей позвоночных животных и человека

У большинства многоклеточных животных развитие зародыша проходит одни и те же стадии.

Многие важные процессы, из которых складывается зародышевое развитие, пока недостаточно изучены, а способы их регуляции неизвестны.

Поэтому вопрос о том, как и почему в определенное время в определенном месте развивающегося организма происходит определенное событие, остается одним из центральных в биологии.

Карл Максимович Бэр (1792—1876) — профессор, основатель науки сравнительной эмбриологии. Ему принадлежит ряд выдающихся открытий. Он первым доказал наличие яйцеклеток у млекопитающих животных и человека, обосновал теорию зародышевых листков, которые являются зачатками будущих органов.

Бэр одним из первых обратил внимание, что в индивидуальном развитии (онтогенезе) повторяется история происхождения вида (филогенез), и сформулировал биогенетический закон, одно из положений которого гласит: «На ранней стадии развития животные бывают сходны с аналогичными стадиями развития (но не взрослыми особями) более примитивных форм».

Дальнейшее развитие

После вылупления из яйца или родов начинается постэмбриональный период развития организма, продолжающийся всю жизнь и заканчивающийся смертью.

Постэмбриональный онтогенез человека делится на возрастные периоды, каждый из которых характеризуется различными изменениями в организме.

Наиболее уязвимые, критические периоды онтогенеза — период полового созревания и период угасания половой функции.

Развитие лягушки из оплодотворенной икры включает личиночную стадию и метаморфоз

У некоторых групп животных новорожденные особи напоминают уменьшенные копии взрослых. Такое развитие называют прямым. У животных с личиночной стадией развития (многие виды насекомых, земноводные) личинки непохожи на взрослых, и их индивидуальное развитие включает метаморфоз (превращение), после которого они приобретают «взрослый» облик.

• Поделиться ссылкой

Рост и развитие

Содержание статьи

• Рост клеток
• РАСТЕНИЯ
• ЖИВОТНЫЕ
• Процесс роста у человека

Рост и развитие.

С тех пор, как в ходе эволюции возникли многоклеточные организмы, превращение оплодотворенного яйца во взрослую особь совершается в каждом поколении в процессе роста и развития. Рост, т.е.

увеличение размеров, достигается за счет повышения количества таких субъединиц, как молекулы и клетки. Развитие, т.е. качественное изменение, обеспечивается синтезом новых соединений и образованием клеток разных типов в результате дифференцировки.

Процессам роста и развития присущи определенные физические ограничения, удерживающие увеличение размеров и изменения формы в известных пределах. С увеличением линейных размеров вдвое площадь поверхности увеличивается в 4 раза, а объем в 8 раз.

Это имеет важнейшее значение для таких параметров, как регуляция температуры и прочность структуры, необходимой для поддержания возрастающей массы организма.

Хотя клетки бывают самых разных размеров – от крошечного сперматозоида до огромного яйца страуса – их размеры тем не менее ограничиваются теми расстояниями, которые могут быстро преодолеть питательные вещества и продукты распада, диффундируя в цитоплазме.

Некоторые из самых крупных клеток нашего тела – нервные и мышечные – справляются с этими ограничениями, сочетая увеличение длины с сильным сокращением диаметра. С другой стороны, уменьшение размеров клеток тоже не может быть безграничным: необходим некий минимальный объем, где могли бы разместиться все разнообразные внутриклеточные структуры.

Рост и развитие традиционно воспринимаются как процессы, идущие по нарастающей (со знаком «плюс»); на самом же деле они могут идти и со знаком «минус». Поэтому в общем смысле рост представляет собой изменение, а не «приращение». Фундаментальное свойство роста – обновление, т.е. утрата отдельных частей и добавление новых.

При росте с положительным знаком процессы синтеза идут активнее, чем процессы распада. При старении преобладает обратное соотношение. На протяжении большей части жизни взрослого организма синтез и распад сбалансированы. Можно сказать, что в состоянии равновесия организм в каждый данный момент чуть-чуть умирает и чуть-чуть возрождается.

Время полужизни содержащихся в организме веществ измеряется периодами от нескольких минут до нескольких месяцев. В состоянии постоянного обновления находятся все органеллы клетки. Продолжительность жизни клеток многих типов ограниченна, а это означает, что их число остается постоянным только потому, что образуются новые клетки данного типа.

Обновление возможно даже на тканевом уровне – например, в яичниках созревают новые фолликулы для замещения утраченных в предыдущем менструальном цикле.

Рост клеток

Все живое состоит из клеток. Поскольку клетки не могут быть крупнее некоторых максимальных размеров, рост организма возможен только за счет увеличения числа клеток. Последнее достигается с помощью митоза – клеточного деления, при котором сначала на две части делится ядро, а затем цитоплазма.

Каждая из двух клеток, образовавшихся в результате митоза, вдвое меньше исходной. Поэтому прежде чем приступить к следующему делению, клетки должны пройти период роста, в ходе которого у них удваивается число органелл и пополняется количество цитоплазмы. Лишь после восстановления нормальных размеров клетки готовы к следующего делению. См. также КЛЕТКА.

Форма и размеры клеток зависят от их функции. Тело человека построено из клеток нескольких сот разных типов, которые по их способности к делению можно разбить на три категории.

Наивысшей митотической активностью обладают клетки обновляющихся тканей, названных так потому, что они постоянно обновляются на клеточном уровне.

Например, эпидермальные клетки делятся, находясь в базальном слое кожи; затем по мере продвижения к поверхности кожи они дифференцируются, а оказавшись на поверхности, отмирают и слущиваются, прожив лишь несколько недель.

Эпителиальные клетки, выстилающие пищеварительный тракт, иногда живут всего несколько дней, после чего отмирают и выводятся с фекальными массами. Сперматозоидам, яйцеклеткам и клеткам крови уготована та же судьба: они рождаются, стареют и гибнут, и процесс замены их новыми клетками повторяется многократно.

Клетки второй категории способны к митозу, но потенциально могут существовать до тех пор, пока жив организм в целом. Такие клетки составляют т.н.

разрастающиеся ткани: они растут только в период роста всего тела, а после того, как организм достигает окончательных размеров, митотическая активность прекращается.

Разрастающиеся ткани образуют многие внутренние органы – печень, почки и железы, как эндо-, так и экзокринные.

К третьей категории относятся клетки, которые по окончании ранних стадий развития совершенно утрачивают способность к делению. Примерами могут служить клетки таких тканей, как нервная и мышечная.

Хотя эти клетки могут оставаться живыми до тех пор, пока жив организм, они настолько высокоспециализированы, что митоз для них невозможен. Именно поэтому сердце и головной мозг не способны к регенерации.

Их клетки могут увеличиваться в размерах, но не в числе, и эти органы, во всяком случае у высших животных, расходуют в процессе развития весь запас эмбриональных клеток, которые могли бы обеспечить в дальнейшем восстановление поврежденной ткани.

У низших позвоночных животных – рыб и хвостатых амфибий – сохраняется достаточное количество недифференцированных клеток, чтобы обеспечить регенерацию некоторых частей как головного и спинного мозга, так и сердца. Среди тритонов есть виды, способные регенерировать даже хрусталик и сетчатку глаза после полного иссечения этих структур.

РАСТЕНИЯ

В семенах растений имеется эндосперм, снабжающий зародыш питательными веществами подобно тому, как желток обеспечивает питание развивающемуся зародышу животных. Семена сосудистых растений при прорастании образуют корни и побеги.

Несмотря на значительные различия между корнями и побегами, у них много общего. И те и другие многократно ветвятся, а их растущие кончики, состоящие из недифференцированных клеток, образуют конусы нарастания (верхушечные меристемы).

Многократные митотические деления в конусе нарастания постоянно поставляют новые клетки, обеспечивающие рост в длину.

Непосредственно за этой зоной пролиферации находятся зоны дифференцировки и растяжения; здесь новообразованные клетки превращаются в специализированные клетки ксилемы и флоэмы – проводящих тканей растения.

В процессе дифференцировки эти клетки сильно растягиваются в длину, что обеспечивает очень быстрый рост побегов (например, у бамбука). Между ксилемой и флоэмой расположен слой камбиальных клеток, за счет которых происходит утолщение стеблей и корней.

Приведенное выше описание относится в основном к деревьям и кустарникам. В отличие от них, у многих травянистых растений зона нарастания листьев находится у основания, а не на верхушке. Листья растут у них снизу, и именно поэтому газон приходится подстригать многократно.

Деревья и живые изгороди тоже подстригают, чтобы придать им определенную форму, однако при этом их зоны нарастания срезаются. В результате после обрезки ветвей кусты и деревья растут гуще, потому что при повреждении верхушки побега меристемы, отдаленные от его кончика, принимают на себя функции утраченной части.

До удаления верхушечной меристемы, оказывавшей на них тормозящее воздействие, эти латеральные меристемы пребывали в латентном состоянии; освободившись от торможения, они дают начало боковым ветвям.

Это явление иллюстрирует механизм, регулирующий рост растения. Верхушечная меристема вырабатывает гормональные вещества (ауксины), которые, перемещаясь вниз по стеблю, тормозят рост других меристем.

Ауксины определяют также тропизмы растений, например тенденцию расти в сторону источника света.

Инактивируясь на освещенной стороне стебля, они стимулируют удлинение стебля на теневой стороне, заставляя его склоняться в направлении к источнику света.

От света зависят также сроки вегетации: каждый вид растений начинает и заканчивает рост, цветет и производит семена в определенное время года.

В умеренных широтах жизненные циклы растений приспособлены к колебаниям температуры и к удлинению или укорочению светового дня. Некоторым видам для цветения необходим длинный, а другим короткий день.

Там, где колебания температуры и длины светового дня минимальны, прежде всего в тропиках, в координации жизненных циклов растений может участвовать чередование периодов дождей и засухи.

Однолетние растения запрограммированы на прекращение роста и отмирание в первый (и единственный) год своей жизни, а продолжение существования вида обеспечивается семенами. В отличие от них многолетние растения, в частности деревья, обладают способностью к потенциально неограниченному росту.

За счет верхушечных меристем всех побегов объем тканей ежегодно увеличивается, а за счет камбия происходит рост ствола в толщину и повышается его прочность.

Способность деревьев расти до тех пор, пока они живут, а жить до тех пор, пока они растут, демонстрирует пример секвойи с ее гигантскими размерами и потенциальным бессмертием.

Жизнь многолетников удается продлить с помощью вегетативного размножения. У отводков можно вызвать образование корней (иногда при помощи гормонов) и вырастить из них новые растения, обладающие теми же генетическими признаками, что и родительское растение. См. также ГОРМОНЫ РАСТЕНИЙ.

ЖИВОТНЫЕ

В отличие от растений, рост которых происходит путем удлинения и разрастания в стороны, большинство развивающихся животных растут за счет увеличения размеров каждого органа или ткани.

Головной мозг растет вначале быстро, но по мере того, как его клетки прекращают деление и только увеличиваются в размерах, его рост замедляется. Рост и развитие половых органов происходит в основном в период полового созревания.

Хотя каждый орган следует своему собственному «расписанию», существует также механизм общего контроля, регулирующий конечные размеры тела животного. У позвоночных эту роль выполняет в основном гормон роста, вырабатываемый гипофизом.

Под действием гормона роста происходит в первую очередь удлинение костей, каждая из которых прекращает рост в длину на определенной стадии развития. Связанные с костями ткани (мышцы, нервы, кровеносные сосуды, кожа) перестают расти, когда кривая роста животного достигает плато.

Описанный механизм роста свойствен животным с детерминированным, или ограниченным, ростом, в первую очередь – наземным животным: их размеры не могут перейти некий предел, за которым утрачивается способность поддерживать массу тела.

У многих водных животных, напротив, рост продолжается неопределенно долго даже после наступления половой зрелости, и они достигают очень крупных размеров.

Это объясняется тем, что в водной среде животные находятся как бы в состоянии невесомости и им не приходится поддерживать свое тело, а потому в процессе эволюции у них не возник механизм ограничения роста. В этом отношении рост рыб сходен с ростом многолетних растений.

Рост рыб на протяжении всей жизни происходит за счет увеличения числа функциональных единиц в их органах и тканях, т.е. в структурах, клетки которых у более высоко организованных животных перестают делиться на относительно ранней стадии жизни.

Так, у рыб по мере роста добавляются новые клетки в головном мозге и новые палочки и колбочки в сетчатке глаз; возможна также дифференцировка дополнительных мышечных волокон в сердечной и скелетных мышцах. Кости у рыб растут за счет отложения на их поверхности нового материала. По мере увеличения челюстей на них вырастают как совершенно новые зубы, так и замещающие утраченные.

Чешуи увеличиваются в результате добавления новых колец, а плавники удлиняются за счет формирования дополнительных сегментов на кончиках их костных лучей.

Многие животные в процессе развития претерпевают метаморфоз. При этом они получают возможность использовать на разных стадиях жизни разные местообитания и разную пищу. Например, у чешуекрылых личиночная стадия представлена листоядными гусеницами, а взрослая – бабочками, которые питаются нектаром, перелетая с цветка на цветок.

На стадии куколки личиночные ткани постепенно разрушаются, а из скоплений недифференцированных клеток – т.н. имагинальных дисков – развиваются крылья и ноги. У лягушек из икры вылупляются растительноядные головастики, которые вначале обитают в воде, а затем превращаются в наземных плотоядных животных, дышащих воздухом.

Хвосты и жабры головастиков резорбируются, а взамен развиваются ноги и легкие.

У некоторых животных свойственная зародышу способность к развитию сохраняется во взрослом состоянии, обеспечивая регенерацию утраченных частей тела.

Процесс роста у человека

Рост в высоту каждого человека предопределен его генами, о чем свидетельствуют расовые различия, например между пигмеями и бурунди. У высоких родителей дети обычно бывают тоже высокими, а дети тучных родителей предрасположены к полноте.

Однако характер телосложения зависит также от питания и гормональных воздействий.

Современный человек несколько выше ростом, чем были его предки, жившие несколько веков назад; это отчасти можно объяснить улучшением питания и здравоохранения, а отчасти – проявлением «гибридной мощности», создающейся в результате смешения генофондов при браках между людьми разных национальностей или рас.

Гормон роста способствует росту в детском и юношеском возрасте, но с наступлением зрелости его влияние ослабевает. Избыток гормона роста приводит к гигантизму, а его недостаточность – к карликовости.

Неудивительно, что питание оказывает глубокое влияние на рост, особенно в раннем возрасте.

Плохое питание в период развития плода может вызвать нарушения пролиферации клеток в развивающемся головном мозге и привести к умственной отсталости.

Дети, которые недоедают, растут медленнее тех, кто питается нормально, но если вовремя перевести их на достаточное питание, они догоняют по росту своих однолеток и, став взрослыми, мало или совсем не отличаются по росту от других людей.

На рост в утробе матери оказывают также влияние условия в матке, причем немалое значение имеет ограниченность пространства. У близнецов масса при рождении обычно бывает меньше, чем у ребенка, родившегося в результате одноплодной беременности, а у троен – меньше, чем у двоен. В таких случаях последующий ускоренный рост может, в конечном счете, сгладить прежнее отставание.

См. также КЛЕТКА; ЭМБРИОЛОГИЯ; РЕГЕНЕРАЦИЯ.

Что такое рост и почему организмы таких размеров

Что такое рост организма? Кажется, что это довольно простой вопрос, но на него очень сложно ответить сходу. Я попытаюсь в общих чертах описать сущность этого явления, не вдаваясь в специфику роста определенных видов.

• Рост – это поступательное необратимое изменение массы и размеров организма, при этом масса и размеры не обязательно связаны линейной зависимостью: при постоянной массе размеры могут расти и наоборот.
• За счет чего может происходить рост массы организма?
• – за счет накопления неорганических веществ (рост скелета, набухание тканей);
• – за счет синтеза органики (клеточной массы).
• При этом оба процесса могут протекать как раздельно друг от друга, так и согласовано.
• А) раздельно. Например,
• – масса растений при прекращении митозов увеличивается за счет всасывания воды;
• – скелетные иглы многих беспозвоночных растут без увеличения числа клеток-образовательниц;
• – увеличение живой массы любых зародышей (не связано с накоплением неорганики).

Б) согласованно. Например, в камбиальной зоне (камбий – образовательная ткань в стеблях и корнях высших растений) клетки размножаются, а выйдя из нее, ороговевают или минерализуются.

В зависимости от наличия или отсутствия пролиферации (размножение клеток делением) выделяют:

– Ауксетичный рост (для ткани или органа – гипертрофия) – не связан с клеточным размножением, более редкий.

На уровне организма характерен для коловраток, круглых червей, личинок насекомых; на уровне тканей и органов – для мышечной и жировой тканей. Число клеток остается постоянным, их размер увеличивается за счет повышения плоидности (количества ядер).

– Пролиферационный рост (для ткани или органа – гиперплазия) – происходит за счет увеличения числа клеток вследствие деления.

Пролиферационный рост также делится на категории:

Мултипликативный, когда обе дочерние клетки снова вступают в деление.

Число клеток растет в геометрической прогрессии. Так происходит рост большинства организмов в эмбриональном и раннем постнатальном развитии. Дает наибольший вклад в увеличение размеров растущего организма. В чистом виде либо не встречается, либо быстро заканчивается.

Аккреционный, когда после каждого деления лишь одна из клеток делится.

Число клеток растет линейно.

Этот рост связан с разделением органа на стволовую и дифференцированную зоны, клетки которой могут минерализоваться или погибнуть, выполнив свою функцию (рост раковин, рогов, зубов, волос – минерализация; слизистый эпителий кишечника, дыхательных путей, покровный эпителий, форменные элементы крови, клетки сперматогенного ряда – пройдя определенный путь – гибнут).

Рекуррентный, когда все дочерние клетки делятся снова, но с разрывом в одно поколение.

Число клеток растет согласно ряду Фибонначи (1,2,3,5,8,13,21…). Число клеток при каждом делении равно сумме двух предыдущих. Этот тип роста редок. Он характерен для апикальных меристем высших растений и определяется расположением целых зачатков (чешуй, листьев, лепестков и т.п).

Рост обладает свойством эквифинальности: то есть особь дорастает до типичных видовых размеров несмотря на разные возмущающие факторы (голодание, повышение плоидности, малые исходные размеры, например, у близнецов и т.п.). Это свойство не только массы, но и пропорций.

1. По продолжительности выделяют:
2. – Неограниченный рост (многолетние растения, высшие грибы, водоросли, многие беспозвоночные, рыбы, рептилии).
3. – Ограниченный рост (имаго насекомых, птицы, млекопитающие).
4. – Прерывистый рост (членистоногие – ракообразные, насекомые с неполным превращением, личинки насекомых с полным превращением из-за наружного скелета).

Теперь поговорим о том, какие существуют физические пределы роста любого организма.

Необходимость обмена веществ и энергии между клетками растущего организма и внешней средой накладывает строгие ограничения на характер роста.

1. Отношение площади поверхности к объему тела.

Площадь поверхности имеет большое значение для обмена веществ, потому что она связана с диффузией кислорода и питательных веществ. Известно, что при увеличении линейных размеров площадь поверхности возрастает в квадрате, а объем – в кубе.

Например, если линейные размеры увеличатся в два раза, то площадь возрастет в четыре раза, а объем (вес) – в восемь раз.

Отсюда следует фундаментальный закон сравнительной анатомии:

Если при сохранении формы размеры животного увеличиваются в два раза, то отношение площади к объему уменьшается в два раза. То есть при увеличении размеров объем растет быстрее, чем площадь. Возникает противоречие: обмен веществ со средой (в том числе обеспечение пищей и кислородом) зависит от площади диффузии.

В таком случае, каким способом организм может увеличить площадь при своем росте?

Возможны несколько стратегий:

• Уплощение формы. Стать широким и плоским означает увеличить площадь контакта со средой и сократить путь от поверхности тела в его глубину для кислорода и питательных веществ. По такому пути пошли плоские черви (например, широкий лентец при длине до 12-20 м имеет толщину тела несколько мм).

• Тело в виде полой трубки (кислород и питательные вещества попадают в тело не только с поверхности, но и изнутри, через внутреннюю полость, следовательно, увеличивается площадь контакта со средой). Этот вариант демонстрируют кишечнополостные.

Однако значительное увеличение размеров стало возможным лишь когда появились

• Инвагинации, разветвления транспортных (кровеносной, лимфатической) и обменных (пищеварительной, выделительной, дыхательной) систем органов. Оформление разветвляющихся систем внутренних органов – самый эффективный способ увеличения размеров тела.

Таким образом, если животное не имеет оформленных систем, оно может увеличиваться в размерах, становясь либо плоским, либо трубчатым. Если же такие системы у него есть, то его размеры ограничиваются законами гидравлики в случае обмена веществ в жидкой среде (кровь) и законами диффузии, если обмен веществ происходит в газообразной среде (воздух в дыхательной системе).

2.Ограничение в размерах у животных с развитой кровеносной системой.

Ведущий фактор – диаметр кровеносных сосудов. Известно, что наиболее эффективно транспорт жидкости осуществляется через трубки большего диаметра. Это следует из одного из законов гидравлики – закона Пуазейля.

Одна из его формулировок (неполная): при уменьшении диаметра сосуда в n раз сопротивление току жидкости возрастает пропорционально n^4.

Например, при уменьшении диаметра сосуда в два раза, сопротивление току жидкости возрастет в 16 раз.

Возникает противоречие: законы диффузии требуют увеличения площади путем разветвления сосудов, т.е. уменьшения их диаметра, а законы гидравлики – требуют увеличения их диаметра.

Компромиссное решение – развитие кровообращения с иерархией кровеносных сосудов. Эта иерархия возникает еще в эмбриогенезе (у цыпленка на третьи сутки).

Крупные сосуды осуществляют транспорт (там кровь течет с большой скоростью), мелкие –диффузию (здесь кровь задерживается дольше, успешно осуществляется газообмен).

Разница в скорости кровотока очень велика: например, у собак кровь в аорте или полой вене течет в 100 раз быстрее, чем в капиллярах.

Разветвление кровеносных сосудов определяется также законом Муррея: если жидкость из трубки большего диаметра попадает под давлением в трубку меньшего диаметра, то ее скорость резко возрастает (вспомните, как ведет себя садовый шланг, если дать большой напор воды). Это чревато разрывом мелких сосудов в месте перехода.

Решение проблемы: крупный сосуд должен распадаться на мелкие так, чтобы суммарная площадь поперечного сечения этих мелких сосудов была больше площади крупного сосуда.

3. Ограничения в размерах у животных с трахейной системой

Ведущий фактор – разность парциальных давлений кислорода во внешней среде и внутри организма. Для успешной диффузии (способ поступления кислорода в ткани) она должна составлять не менее двух процентов.

4. Ограничения в размерах у животных с внутренним скелетом

Лимитирующий фактор – это способность костей служить опорой для тяжелой конструкции. Способность кости служить опорой прямо пропорциональна площади поперечного сечения, вес тела – прямо пропорционально объему.

Таким образом, увеличение в 2 раза размеров тела требует костей, способных выдержать вес, возросший в 8 раз. Поэтому должна измениться форма костей, а именно, соотношение ее длины и толщины (толщина должна расти значительно быстрее).

Например, при увеличении длины кости в 2,5 раза, толщина должна возрасти в 10 раз, то есть должны меняться пропорции тела.

5. Ограничения размеров у животных с наружным скелетом (подвижных)

Лимитирующий фактор – вес  наружного скелета.

При возрастании линейных размеров вес увеличивается в кубе, а абсолютная сила мышц в квадрате (площадь поперечного сечения мышцы), т.е. вес растет намного быстрее. Поэтому, например, водные членистоногие (ракообразные) могут быть значительно больше наземных (лангусты до 1 м). У последних же и ограничения со стороны трахейной системы.

Кстати, именно поэтому, а не из-за физиологических или иных особенностей мышц мелкие организмы по абсолютной силе мышц превосходят крупные (жук легко тащит вес, превышающий собственный в 90 раз и т.п.)

Пока что на этом про рост все, хотя можно поговорить еще о том, что такое изометрический рост, аллометрический рост, конформный рост. Можно поговорить о факторах роста, градиентах роста, о роли роста в эволюции организмов. Тема широкая, а я привел только самую малость. Есть вопросы? Пишите в комменты. =D

Этапы развития человеческого организма

Определение

Онтогенез — индивидуальное развитие организма.

Развитие человеческого организма — онтогенез — делится на два периода: внутриутробный и внеутробный.

Внутриутробный или пренатальный

Сорок акушерских недель, или 280 дней длится временной интервал от момента оплодотворения до рождения ребенка и состоит из двух подпериодов:

Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.

1. Эмбриональная фаза распространяется на первые два месяца, характеризуется формированием органов и их гистологическим дифференцированием.
2. Фетальная фаза начинается с третьего месяца беременности, когда продолжается последующая дифференциация тканей, увеличиваются размеры тела и завершается процесс органообразования.

Внеутробный, или постнатальный

Длинный путь человека по жизни от рождения до смерти.

Решением международного симпозиума по возрастной периодизации в этом жизненном пути человека были выделены возрастные отрезки развития его организма.

1. Новорожденные: от момента рождения до 10 дней.
2. Грудной возраст: от 10 дней до года.
3. Раннее детство: 1-3 года.
4. Первое детство: 4-7 лет.
5. Другое детство: 8-12 лет для мальчиков и 8-11 лет для девочек.
6. Подростковый возраст: 13-16 лет у мальчиков и 12-15 лет у девочек.
7. Юношеский период: 17-21 год юноши и 16-20 лет девушки.
8. Зрелый возраст: первый период — мужчины 22-35 лет, женщины 21-35 лет; второй период — мужчины 36-60 лет, женщины 36-55 лет.
9. Пожилой возраст: 61-74 года для мужчин, 56-74 года для женщин.
10. Старческий возраст: 75-90 лет
11. Долгожители: 90 лет и старше.

Какие стадии проходит в своем развитии

Развитие зародыша человека условно подразделяется на пять этапов.

1. Оплодотворение, образование зиготы из слияния мужской и женской половой клеток.
2. Дробление, когда зигота делится на клетки-бластомеры, часть из которых образует эмбрион, другая — плаценту, отвечающую за функцию дыхания.
3. Гаструляция, в результате которой однослойный зародыш превращается в трехслойный и возникает комплекс зачатков нервной системы, хорды, мезотермы.
4. Обособление тела, связанное с ростом зародыша в длину с превращением в цилиндрическое образование с головным и хвостовым концами и преобразованием зародышевых листков в кожу, железы, кровеносную систему, мускулатуру тела и скелетную.
5. Органогенез и гистогенез, означающие анатомическое формирование органов, создание тканей.

Каждый возрастной этап характеризуется конкретными морфологическими и функциональными особенностями.

У новорожденного ребенка большая голова размером в четверть всей длины тела, тогда как у взрослого — не более 1/8. Шея, грудь, конечности короткие, живот длинный. Слабо развита мускулатура.

Грудной период характеризуется интенсивным ростом и развитием внутренних органов и систем. За год длина тела ребенка увеличивается в среднем на 25 см, вес достигает 10-11 кг.

Во время раннего детства органы ребенка укрепляются, увеличивается их работоспособность, развиваются и крепнут мышечный и костный скелет.

Первое детство отличается превалированием роста над увеличением массы тела: на шестом и седьмом году жизни прибавка достигает 8-10 см. Это первый период вытягивания, который связан с функциональными изменениями в эндокринной системе. К пятому году значительно развивается мускулатура, увеличивается их работоспособность.

Во втором детстве преобладает рост в ширину. Это время начала полового созревания, интенсивного развития мышечной системы. Возрастает функция половых желез, которая обеспечивает соответствующие анатомо-физиологические отличия в развитии мальчиков и девочек.

В подростковом возрасте происходит половое созревание, сопровождающееся ускоренным физическим развитием. В этом отрезке выделяют:

• собственно подростковый период — у девочек с 12 до 16 и у мальчиков с 13 до 17 лет;
• юношеский период — у девочек от 16, у мальчиков от 17 лет.

В физиологическом отношении подростковый возраст обусловлен увеличением выработки гормонов роста, половых гормонов, гормонов щитовидной железы, инсулина. Их одновременное и взаимодополняющее действие обеспечивает своевременное и правильное развитие ребенка в пубертатном периоде.

Половое созревание начинается с проявления вторичных половых признаков: пигментация наружных половых органов, оволосение на лобке и в подмышечных впадинах. Параллельно идет интенсивный рост в длину: пик скорости роста в среднем приходится на 12-14 лет и достигает 9 см в год.

В 15-16 у девушек и 18-20 лет у юношей происходит постепенная остановка роста. У подростков быстро растут и развиваются все части тела, ткани и органы. Темпы роста неодинаковы, и эта неравномерность роста отдельных частей тела вызывает временное нарушение координации движений.

В первый период зрелого возраста достигается оптимальное развитие. Максимум проявления большинства функций приходится на 20-25-летний возраст. В это время наблюдается идеальная масса тела для этого человека.

Во втором периоде зрелого возраста происходит постепенная нейроэндокринная перестройка, угасает функция половых желез, уменьшается концентрация в крови гормонов половых желез, снижаются функции щитовидной железы, тимуса, надпочечников.

По мере старения первичные изменения ведут к вторичным: атрофия покровов, вялость, дряблость, морщинистость кожи, поседение и выпадение волос, сокращение объема и тонуса мускулатуры, ограничение подвижности в суставах. Появляются первые признаки клинических заболеваний, присущих более старшему возрасту.

К концу этого периода начинают уменьшаться пропорции тела.

Пожилой и старческий возраст характеризуется изменением энергетических процессов в клетке и уменьшением активности дыхательных ферментов. Значительно изменяется регуляция функций органов и систем, изменяются приспособительные возможности сердца.

Особенности роста и развития в биологическом плане

Рост и развитие человека имеет ряд закономерностей:

1. Зависят от генотипа индивида, однако взаимодействие совокупности генов друг с другом и с различными факторами внешней среды может в различной мере влиять на фенотип.
2. Протекают стадийно: в каждой из стадий в организме происходят количественные и качественные необратимые изменения.
3. Каждый период онтогенеза проявляется характерными морфофизиологическими особенностями.

Рост и развитие организма — эти понятия в биологии наиболее специфичны для многоклеточных животных. Информация о способностях, до которых возможно развитие, заложена в геноме живого организма. В каждой клетке содержится одинаковый генетический набор. Рост путем многократного деления клетки — это увеличение размеров, необходимое для развития, появления новых функций.

Филогенез в биологии направлен на решение нескольких проблем, которые имеют отношение к основополагающим свойствам всего живого:

1. Реализация наследственного материала. Организмы рождаются неполовозрелыми, во время роста и развития приобретают функцию размножения, после чего дают потомство, а затем цикл воспроизведения повторяется.
2. Заселение новых территорий. Заложенная природой схема подразумевает склонность любого вида к экспансии. Это порождает конкуренцию — основной двигатель видового развития. Организм человека также постоянно конкурирует за обладание средой обитания: в современную эпоху в основном приходится бороться с естественными недостатками тела, вирусами и бактериями, заболеваниями.

Социальное значение роста человека

Аналитический подход в рассмотрении процессов роста и развития на примере человека обнаруживает парадоксальные моменты:

1. Физический рост и развитие выступают основными движущими факторами воспроизводства. Физически не сформированные индивиды по законам природы не могут дать жизнеспособное потомство. В этом заключен позитивный смысл эволюции, который, однако, негативно воспринимается цивилизованным обществом. И под защитой социума физически неразвитый человек способен вступить в брак и дать потомство. Нормальная физиология не меняет принципов у людей без заболеваний. Но размеры тела — это генетическая доминанта. Если они меньше, индивид наименее приспособлен к меняющимся условиям обитания.
2. В процессе филогенеза человек приспособил условия обитания под себя, однако продолжает сталкиваться с неблагоприятными факторами. Сегодня индивид выживает в обществе, где наряду с социальными, профессиональными конкурентными преимуществами и вызовами также работают и биологические инстинкты сохранения вида. Вращаясь в языковой среде, человек приспосабливается к окружению, вступает в вербальные контакты с другими людьми. Без общества и без адаптации к проживанию в нем субъект менее всего приспособлен к жизни в сложившихся современных условиях.