Сравнительно-анатомические и эмбриологические доказательства происхождения человека от млекопитающих животных
Методические указания
По выполнению лабораторной работы № 02
Тема:Выявление и описание признаков сходства человека и других
позвоночных как доказательство их эволюционного родства.
По дисциплине: Биология
Продолжительность: 2 часа
Для специальностей: технического профиляобщеобразовательной
подготовки
Автор: Чудинова Л.Е.
Цель работы: 1. Знакомимся с эмбриональными доказательствами эволюции органического
мира.
2. Вырабатываем умение логически последовательного изложения материала.
3. Формируем навык оформления лабораторной работы по стандарту.
Теоретические основы:
Ч. Дарвин о месте человека в системе органического мира, как о наиболее высокоорганизованном звене в эволюции, об общих далеких предках человека и человекообразных обезьян.
Сравнительно-анатомические и эмбриологические доказательства происхождения человека от млекопитающих животных.
Доказательства принадлежности человека к классу млекопитающих:
1) сходство всех систем органов, внутриутробное развитие, наличие диафрагмы, млечных желез, трех видов зубов;
2) рудиментарные органы (копчик, аппендикс, остатки третьего века);
3) атавизмы — проявление у людей признаков далеких предков (многососковость, сильно развитый волосяной покров);
4) развитие человека и млекопитающих животных из оплодотворенной яйцеклетки, сходство стадий зародышевого развития (закладка жаберных щелей и сильное развитие хвостового отдела до трехмесячного возраста, мозг зародыша в месячном возрасте напоминает мозг рыб).
Сходство человека и человекообразных обезьян:
1) у обезьян также развита высшая нервная деятельность, есть память. Они ухаживают за детьми, проявляют чувства (радость, гнев), используют
простейшие орудия труда;
2) сходное строение всех систем органов, хромосомного аппарата, групп крови, общие болезни, паразиты.
Сходство строения, жизнедеятельности, поведения человека и человекообразных обезьян — доказательства их родства, происхождения от общих предков. Признаки различий (присущие человеку мышление, речь, прямохождение, высокоразвитая трудовая деятельность) — доказательства дальнейшего развития человека и человекообразных обезьян в разных направлениях.
Индивидуальное развитие особи от момента её выделения в самостоятельный организм и до конца жизни называется онтогенезом(от греч. ontos - сущее и генез).
Онтогенез одноклеточных организмов обычно заключается в том, что возникшие после деления дочерние особи растут. У эукариот в это время может происходить замена органоидов материнского организма.
При благоприятных условиях достигшая определенного размера клетка опять делится надвое. Т.е. одноклеточные организмы являются потенциально бессмертными.
В ходе онтогенеза у одноклеточных организмов (так же как и умногоклеточных) в ответ на изменения условий внешней среды меняется спектр синтезируемых белков и интенсивность их образования
Развитие многоклеточных организмов начинается с размножения клеток, их дифференцировки (лат. differentia - различие) иформирования органов и тканей. Прежде чем особь сможет самостоятельно двигаться и питаться, может проходить некоторый период, который называют периодом зародышевого, или эмбрионального (греч. embrion - зародыш), развития.
Зародыш развивается либо в материнском организме, либо в яйце. У родившейся (или вылупившейся из яйца) особи не всегда полностью сформированы все органы и ткани, поэтому необходим период постэмбрионального развития, чтобы образовалась взрослая особь, способная к воспроизводству себе подобных. Период взрослого состояния продолжается до тех пор, пока особь способна к размножению, затем наступает старость и смерть организма.
Различные периоды онтогенеза по-разному выражены у разных многоклеточных. Например, у грибов, водорослей и лишайников зародыш отсутствует. Относительная продолжительность различных периодов онтогенеза у разных видов также может отличаться. Так, у млекопитающих наиболее продолжительным является период, когда организм находится во взрослом состоянии. У многих насекомых, наоборот, стадия взрослого организма самая короткая. Иногда насекомое во взрослом состоянии живет всего несколько часов и после откладывания яиц погибает, например, поденки.
При половом размножении развитие начинается с одной клетки - зиготы (греч. zygota - соединенная в пару). Зигота обычно возникает в результате слияния двух половых клеток.
Последовательные этапы зародышевого развития рассмотрим вначале на примере животного организма.
Первый этап эмбрионального развития называется дроблением. В ходе дробления
из зиготы образуется вначале две клетки, затем четыре, восемь и т.д.). Клетки, возникающие при делениях дробления,называются бластомерами (греч. blastos - росток, meros - часть).
Митотические деления следуют быстро одно за другим. У лягушки первые тринадцать делений проходят через каждые 30 минут. Укорочение клеточного цикла достигается за счет того, что одни стадии значительно ускоряются, другие совсем выпадают. Например, резко сокращается стадия
синтеза ДНК за счет того, что все репликоны вступают в репликацию одновременно. Для синтеза ДНК и деления используется энергия и вещества, накопленные ранее в цитоплазме яйцеклетки. Митоз также проходит быстрее. Дробление у многих животных завершается образованием
бластулы. У разных организмов возникающие при дроблении бластомеры располагаются относительно друг друга по-разному. Часто бластула представляет собой полый пузырек, оболочка которого образована одним или несколькими слоями бластомеров. Полость бластулы называется бластоцелем. Иногда бластоцель практически отсутствует и бластомеры очень тесно
прилежат друг к другу, образуя плотный шар клеток. В этом случае говорят оморуле (лат. morula уменьш. от morum - тутовая ягода). По размерам бластула практически не отличается от зиготы, поскольку в клеточном цикле бластомеров отсутствует стадия роста и после каждого деления клетки становятся все мельче и мельче.
Когда число клеток зародыша достигает нескольких сотен или тысяч (у разных видов по-разному), начинается второй этап эмбриогенеза - гаструляция (греч. gaster - желудок) Во время гаструляции продолжающие быстро размножаться клетки становятся подвижными и начинают активно перемещаться относительно друг друга. В результате в зародыше возникают отчетливо выраженные пласты клеток - зародышевые листки. Зародыш становится двуслойным, состоящим из наружнего
зародышевого листка - эктодермы (греч. ectos - снаружи, derma -кожа) и внутреннего - энтодермы (греч. entos - внутри). У всех животных, кроме губок, кишечнополостных, и гребневиков, формируется и третий слой - мезодерма (греч. mesos - средний). Он образуется из клеток, внедряющихся между экто- и энтодермой. Первые этапы жизни зародыша осуществляются за счет РНК и белков, запасенных материнским организмом в яйцеклетке. В ходе гаструляции, как и во время дробления, не происходит роста клеток, и, таким образом, зародыш на стадии гаструлы остаётся по размерам похожим на зиготу.
Третьим этапом эмбрионального развития является гисто- и органогенез. У позвоночных он начинается с образования зачатканервной системы Это стадия нейрулы (новолат. neurula, уменьшит. от греч. neuron - нерв). У нейрулы на будущей спинной стороне зародыша обособляется часть клеток эктодермы в виде длинной пластинки. Края пластинки сближаются, образуется вначале желобок, затем трубка, которая оказывается погруженной под клетки эктодермы. В последующем из передней части трубки формируется головной мозг и органы чувств, а из задней - спинной мозг и периферическая нервная система.Органы и ткани организма образуются из определенных частей
зародыша. Из эктодермы, кроме нервной системы, формируются покровы тела: наружный эпителий, кожные железы, роговые чешуи и т.д. Органы пищеварения и дыхания развиваются в основном из
клеток энтодермы. Мезодерма даёт начало мышечной, хрящевой и костной ткани, кровеносной и выделительной системам.
Экто-, энто- и мезодермальное происхождение того или иного органа не означает, что клетки зародышевых листков обладают какими-то особыми“органными” свойствами. И хотя классификация органов по их происхождению в эмбриогенезе из определённого зародышевого листка довольно
распространена, нужно помнить, что, во-первых, развитие органа происходит всегда только при взаимодействии клеток разных участков зародыша, во вторых, почти каждый орган или ткань развивается из клеток двух, а иногда и всех трёх зародышевых листков. Например, кожа млекопитающих развивается из экто- и мезодермы.
Каким образом из единственной клетки возникает сложный организм с разнообразными органами и тканями, клетки которых специализированы на выполнении разных функций, т.е. являются
дифференцированными? На этот и другие вопросы ищет ответы эмбриология - наука о развитии организмов.
Установлено, что первые этапы дифференцировки определяются цитоплазмой зиготы. Дело в том, что вещества, накопленные при образовании яйцеклетки, располагаются в ее
цитоплазме не равномерно. При дроблении дочерние клетки получают более или менее различные участки цитоплазмы материнской клетки.
Таким образом, бластомеры, имея одинаковые наборы хромосом, оказываются неравноценными по
составу цитоплазмы. Эти первичные различия в составе цитоплазмы приводят к тому, что транскрипция в разных частях зародыша будет регулироваться разными цитоплазматическими сигналами и поэтому начнется с различных участков ДНК. Появление разных и РНК и белков повлечет за собой дальнейшее изменение цитоплазмы и т.д. Меняются не только сами клетки, но и характер их взаимодействия друг с другом.
Уже при возникновении двух первых бластомеров каждый из них “знает” о существовании другого. У лягушки, например, бластомеры после первого деления дробления равноценны друг другу и, если их разделить, то из каждого бластомера разовьётся нормальный головастик, который затем
превратится в лягушку. Но если один из первых двух бластомеров убить, но не изолировать от другого, то из оставшегося живым бластомера начнёт развиваться только половина тела зародыша. Убедительные факты о взаимовлиянии частей зародыша получены при всевозможных пересадках клеток развивающихся эмбрионов. Так, несколько бластомеров, взятых из любого участка зародыша-донора (лат. donare - дарить) на стадии бластулы и пересаженных в другой зародыш-реципиент (лат.
recipiens - принимающий), будут развиваться в структуру, определяемую местом пересадки, поскольку развитие пересаженных бластомеров, у которых межклеточные связи только начинают формироваться, будет направляться преобладающими по количеству клетками зародыша-реципиента.
На стадии поздней гаструлы и нейрулы отдельные участки зародыша представляют собой сложные комплексы клеток со сложившимися взаимоотношениями. Взаимовлияние клеток настолько велико, что пересадка участка, состоящего из большого количества клеток, в любое другое место не изменит направления его развития: из кожной эктодермы разовьются производные эктодермы, и из зачатка нервной трубки - нервная система и т.п.
История эмбриологии сохранила сведения о многочисленных экспериментах по пересадке частей развивающихся зародышей. Среди них работы немецкого эмбриолога Ганса Шпемана и его последователей. Они установили, что, если у зародыша на стадии гаструлы взять участок эктодермы,
который должен развиваться в нервную трубку, ипересадить его в эктодерму брюшной стороны другого зародыша, находящегося примерно на той же стадии развития, то в месте трансплантации начинает развиваться сначала нервная трубка, затем другие компоненты осевых органов. В результате в зародыше-хозяине возникает вторичный зародыш, который отличается от первичного лишь незначительно величиной. Г.Шпеман назвал это явление эмбриональной индукцией, во время которой трансплантант выступает в роли организатора, направляющего развитие окружающих клеток.
В дальнейшем было обнаружено, что роль индуктора могут играть не только определённые участки развивающихся зародышей, но и вещества самого различного происхождения, например, части растений. Ученые пришли к выводу, что эффект индукции на ранних этапах развития зародыша заключается в том, что клетки в месте трансплантации, повреждённые операцией, выходят из-под контроля сложившихся клеточных взаимоотношений и начинают развиваться в направлении целого организма. Уже во время дробления по мере увеличения числа бластомеров появляется и постепенно нарастает асинхронность деления. По мере развития зародыша многие клетки перестают делиться и специализируются на выполнении тех или иных функций - дифференцируются.
Развитие зародышей в той или иной степени зависит от внешней среды. Например, зародыши моллюсков получают из внешней среды воду, кислород, неорганические вещества; эмбрионы рыб и амфибий нуждаются только в кислороде и воде, а в яйца птиц поступает извне лишь небольшое количество кислорода. Что же касается млекопитающих, то их эмбриональное развитие находится в
полной зависимости от материнского организма. Зародыш получает от матери и кислород, и воду, и органические и неорганические вещества.
В ходе эволюции выработались строго определенные взаимоотношения развивающихся зародышей с внешней средой. Если изменятся условия внешней среды, нормальное развитие зародыша может нарушиться, причем незначительное изменение свойств зародыша на начальных этапах развития лавинообразно повлечет за собой многочисленные нарушения структуры и функций организма в более позднем возрасте.
Одной из причин нарушения являются чужеродные для эмбриона химические вещества. Они меняют взаимоотношения клеток, что в последствии приводит к снижению жизнеспособности
эмбриона и рождению особи с различными заболеваниями и уродствами.
Входной контроль:
Задание:
Найдите соответствие между понятием и его определением, ответы оформите в таблицу:
| ж | а | г | в | е | д | б |
| вопрос | вариант ответа | |
| Онтогенез: | а) Период развития организма с момента образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек. | |
| Эмбриональный период: | б) Влияние в ходе эмбриогенеза одного зачатка на другой и предопределение направления его дальнейшего развития. | |
| Дробление: | в) Процесс образования двуслойного зародыша – гаструлы. | |
| Гаструляция: | г) Процесс образования однослойного зародыша – бластулы. | |
| Зародышевые листки: | д) Возникновение, формирование и дифференцировка органов в процессе эмбрионального развития. | |
| Органогенез: | е) Отдельные пласты клеток, занимающие определенное место в зародыше и дающие начало конкретным органам и тканям. | |
| Эмбриональная индукция: | ж) Совокупность процессов, протекающих в организме с момента образования зиготы до смерти. |
Ход выполнения работы:
Задание № 1.
Заполните таблицу.
«Зародышевые листки и их производные»
| Зародышевые листки | Производные зародышевых листков |
| Эктодерма | |
| Энтодерма | |
| Мезодерма |
Ответьте на вопросы.
Из каких зародышевых листков формируются:
а) берцовая кость;
б) головной мозг;
в) печень;
г) сетчатка глаза;
д) клетки крови;
е) стенки пищевода?
Задание № 2.
Рассмотрите схему «Зародышевое сходство у позвоночных» (иллюстрация Приложение № 1) и выявите признаки сходства человека и других позвоночных как доказательство их эволюционного родства. Результаты оформите в таблицу.
| рыба | саламандра | черепаха | крыса | человек | |
| 1 стадия | |||||
| 2 стадия | |||||
| 3 стадия |
Выходной контроль:
Задание:
Найдите соответствие между понятием и его определением, ответы оформите в таблицу:
| вопрос | вариант ответа | |
| Постэмбриональное развитие: | а) Период онтогенеза после полового созревания, во время которого возможно самовоспроизведение. | |
| Дорепродуктивный период: | б) Способ постэмбрионального развития, при котором яйцевые оболочки покидает личиночная форма. | |
| Прямое развитие: | в) Процесс замены личиночных органов на структуры, свойственные половозрелым особям. | |
| . Непрямое развитие: | г) Форма постэмбрионального развития, характеризующаяся выходом из яйцевых оболочек или тела матери организма, имеющего зачатки всех органов и систем, свойственных взрослым животным. | |
| Метаморфоз: | д) Этап развития, предшествующий репродукции; при непрямом развитии – личиночный период, а при прямом – период детства. | |
| Репродуктивный период: | е) Период развития с момента выхода из яйцевых оболочек, или рождения, до смерти организма. |
Содержание отчета:
Сделайте общий вывод в соответствии с целями, поставленными перед вами в этой работе.
Список литературы:
Основные источники:
- Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сонин Н.И. Общая биология. 10 кл. Рабочая тетрадь. – М., 2009.
- Каменский А.А., Криксунов Е.А., Пасечник В.В. Общая биология. 10—11 кл. – М., 2009.
- Константинов В.М., Рязанова А.П. Общая биология. Учеб. пособие для СПО. – М., 2010.
- Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Лощилина Е.Н. Общая биология. 10 кл. Учебник. – М., 2010.
- Пономарева И.Н., Корнилова О.А., Лощилина Е.Н. Общая биология. 11 кл. Учебник. – М., 2010.
- Чебышев Н.В. Биология. Учебник для Ссузов. – М., 2010.
Интернет – ресурсы:
1. www.twirpx.com - Учебные материалы;
2. tana.ucoz.ru- Персональный сайт учителя биологии;
3. www.amgpgu.ru - Лекционный курс;
4. www.uchportal.ru – Учительский портал;
5. http://o5-5.ru – 5 и 5 Учебный материал;
6. http://pptx.ru/ - Коллекция презентаций PowerPoint.
Дополнительные источники:
- Константинов В.М., Рязанов А.Г., Фадеева Е.О. Общая биология. – М., 2010.
- Беляев Д.К., Дымшиц Г.М., Рувимский А.О. Общая биология. – М., 2010.
- Захаров В.Б., Мамонтов С.Г., Сивоглазов В.И. Биология. Общие закономерности. – М., 2010.
Приложение № 1
