Проблемы развивающегося зародыша

Городской конкурс реферативных работ

Тема: Проблемы развивающегося зародыша

Автор:

Научный руководитель:

2007г.

Оглавление

Глава 1 Введение………………………………………………………………….2

Глава 2 Основная часть

2.1 От яйцеклетки до яйца….................................................................................3

2.2 Зародыш развивается – сплошные проблемы………………………….3-5

2.3 Поры в скорлупе……………………………………..……………………...5

2.4 Птенец вылупляется..…………………………………………………….5-6

Глава 3 Заключение

3.1 Вывод………………………………………………………………………...7

3.2 Список литературы………………………………………………………….8

Глава 1. Введение

Яйцо – такой на первый взгляд простой и, на самом деле сложный «организм». Давайте задумаемся об этом, когда в очередной раз захотим выпустить его содержимое на шипящую сковородку.

Цель: выяснить проблемы развивающегося зародыша.

Задачи:

1.Изучить и проанализировать литературу по теме.

2.Выяснить:

а) условия развития эмбриона

б) проблемы, возникающие в процессе развития.

3.Подготовить реферат и наглядное пособие.

Глава 1.Основная часть

2.1. От яйцеклетки до яйца

Разобьем скорлупу куриного яйца – мы делаем это так часто! Под ней мы увидим плотную, как пергамент пленку. Это подскорлуповая оболочка, та самая, что не позволяет нам обойтись одной чайной ложкой при «уничтожении» сваренного всмятку яйца. Приходится расковыривать пленку вилкой или ножом, на худой конец руками. Под пленкой – студенистая масса белка, сквозь которую просвечивает желток.

Именно с него, с желтка, и начинается яйцо. Сначала он представляет собой ооцит (яйцеклетку), одетый в тонкую оболочку. Все вместе это называется фолликулом. Созревшее яйцо, накопившие в себе желток, прорывает оболочку фолликула и выпадает в широкую воронку яйцевода. В яичники птицы одновременно зреет несколько фолликулов, но созревают они в разное время, так что по яйцеводу движется всегда только одно яйцо. Здесь, в яйцеводе, происходит оплодотворение. А после этого яйцу предстоит одеться во все яйцевые оболочки – от белковой, до скорлупы.

Вещество белка (о том, что представляет из себя белок и желток мы поговорим чуть позже)выделяется особыми клетками и железами и слой за слоем наматывается на желток в длинном основном отделе яйцевода. На это уходит около 5 часов, После чего яйцо поступает в перешеек – наиболее узкий отдел яйцевода, где покрывается двумя подскорлуповыми оболочками. В самой крайней части перешейка на стыке со скорлуповой железой, яйцо делает остановку на 5 часов. Здесь оно набухает – впитывает воду и увеличивается до своих нормальных размеров. Подскорлуповые оболочки при этом все более растягиваются и в конце концов плотно прилегают к поверхности яйца. Дальше оно поступает в последний отдел яйцевода, скорлуповую оболочку, где делает вторую остановку на 15-16 часов - именно такое время опущено на формирование скорлупы. Когда оно сформируется, яйцо станет готовым начать самостоятельную жизнь.

2.2. Зародыш развивается – сплошные проблемы

Для развития любого зародыша необходимо наличие «строительного материала» и «топлива», обеспечивающего поступление энергии. «Топливо» надо сжигать – значит, необходим еще и кислород. Но и это еще не все. В процессе развития зародыша образуются «строительные шлаки» и «отходы» от сжигания «топлива» - токсичные азотистые вещества и углекислый газ. Их необходимо выводить не только из самих тканей растущего организма, но и из его непосредственного окружения. Как видим, проблем не так уж и мало. Как же они все решаются?

У истинно живородящих животных – млекопитающих, все просто и надежно. Строительный материал и энергию, включая кислород, зародыш получает через кровь из организма матери. И тем же путем отправляет обратно «шлаки» и углекислый газ. Другое дело, кто откладывает яйца. Им строительный материал и топливо приходится выдавать зародышу «на вынос». Для этой цели служат высоко молекулярные органические соединения – белки, углеводы и жиры. Из низ растущий организм черпает аминокислоты и сахара, из которых строит белки и углеводы собственных тканей. Углеводы и жиры одновременно являются и основным источником энергии. Все эти вещества составляют компонент яйца, который мы называем желтком. Желток – запас пищи для развивающегося зародыша Теперь вторая проблема – куда деть токсичные отходы? Хорошо рыбами амфибиям. Их яйцо (икринка) развивается в воде и отгорожено от нее только слоем слизи и тонкой яйцевой мембраной. Так что кислород можно получать прямо из воды и в воду, же отправлять «шлаки». Правда, это выполнимо лишь при условии, что выводимые азотистые вещества хорошо растворимы в воде. Действительно, рыбы и амфибии выделяют продукты азотистого обмена в виде хорошо растворимого аммиака.

А как же быть птицам (и крокодилам, и черепахам), у которых яйцо покрыто плотной оболочкой и развивается не на воде, а на суше? Им приходится складировать токсичное вещество прямо в яйце, в особом «мусорном» мешочке, называемом аллантоисом. Аллантоис связан с кровеносной системой зародыша и вместе с приносимыми в него кровью «шлаками» остается уже в покинутом птенцом яйце. Конечно, в данном случае необходимо, чтобы продукты распада выделялись в твердой, плохо растворимой форме, иначе они вновь распространятся по всему яйцу. И действительно птицы и рептилии являются единственными позвоночными, которые выделяют не аммиак, а «сухую» мочевую кислоту.

Аллантоис в яйце развивается из собственных тканевых зачатков зародыша и относится к эмбриональным оболочкам, в противоположность оболочкам яйцевым – белковой, подскорлуповой и самой скорлупе, которые формируются еще в материнском организме. В яйцах рептилий и птиц кроме аллантоиса есть и другие эмбриональные оболочки, в частности амнион. Эта оболочка тонкой пленкой обрастает развивающийся зародыш, как бы включает его в себя, и заполняет амниотической жидкостью. Таким способом зародыш образует внутри себя свою собственную «водную» прослойку, которая защищает его от возможных сотрясений и механических повреждений. Не перестаешь удивляться, как премудро все устроено в природе. И сложно. Удивившись этой сложности и премудрости, эмбриологи возвели яйца птиц и рептилий в ранг амниотических, противопоставив им более просто устроенным икринкам рыб и амфибий. Соответственно, всех позвоночных животных делят на анамний (нет амниона – рыбы и земноводные) и амниот (имеют амнион – пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие).

С «твердыми» отходами мы разобрались, но остается еще проблема газообмен. Как проникает в яйцо кислород? Как выводится углекислый газ? И здесь все продумано до мелочей. Скорлупа сама по себе, конечно, не пропускает газы, но она пронизана многочисленными узкими трубочками – поровыми, или дыхательными каналами, попросту порами. Пор в яйце тысячи, через них и осуществляется газообмен. Но и это еще не все. У зародыша развивается особый «внешний» дыхательный орган – хориалантоис, некое подобие плаценты у млекопитающих. Этот орган представляет собой сложную сеть кровеносных сосудов, выстилающих яйцо изнутри и быстро доставляющих кислород к тканям растущего эмбриона.

Еще одна проблема развивающегося зародыша – откуда брать воду. Яйца змей и ящериц могут впитывать ее из почвы, увеличиваясь при этом в объеме в 2-2,5 раза. Но яйца пресмыкающихся покрыты волокнистой оболочкой, у птиц же они закованы в панцирь скорлупы. Да и где в птичьем гнезде взять воду? Остается одно – запасти ее, как и питательные вещества, заранее, пока яйцо еще находится в яйцеводе. Для этого служит тот компонент, который в обиходе именуется белком. Он содержит 85-90%воды, абсорбированной веществом белковых оболочек – помните? – первой остановкой яйца в перешейке, на стыке со скорлуповой железой.

Что же, теперь-то кажется, все проблемы решены? Только кажется. Развитие зародыша – сплошные проблемы, решение одной тут же порождает другую. Например, поры в скорлупе позволяют зародышу получать кислород. Но через поры же будет испаряться (и испаряется) драгоценная влага. Что делать? Изначально запасать ее в белке с избытком, а из неизбежного процесса испарения постараться извлечь какую-нибудь пользу. Например, благодаря потерям воды свободное пространство в широком полюсе яйца, которое называют воздушной камерой, к концу инкубации значительно расширяется. К этому времени птенцу уже недостаточно для дыхания одного хориалантоиса, необходимо переходить на активное дыхание легкими. В воздушной камере накапливается воздух, которым птенец впервые наполнит легкие после того, как прорвет клювом подскорлуповую оболочку. Кислород здесь еще смешан со значительным количеством углекислого газа, так что собирающийся начать самостоятельную жизнь организм как бы постепенно привыкает к дыханию атмосферным воздухом.

И все же проблемы газообмена на этом не заканчиваются.

2.3. Поры в скорлупе

Итак, яйцо птицы «дышит» благодаря порам в скорлупе. Кислород поступает в яйцо, а пары воды и углекислый газ выводятся наружу. Чем больше пор и шире поровые каналы, тем быстрее проходит газообмен, и напротив, чем длиннее каналы, т.е. чем толще скорлупа, тем газообмен идет медленнее. Однако интенсивность дыхания эмбриона не может быть ниже определенной пороговой величины. И скорость, с которой воздух поступает в яйцо (ее называют газовой проводимостью скорлупы), должна этой величине соответствовать.

Казалось бы, чего проще, - пусть пор будет как можно больше, и они будут как можно шире – и кислорода будет всегда хватать, и углекислый газ будет отлично выводиться. Но не будем забывать про воду. За все время инкубации яйцо может потерять воды не более чем 15-20% от своего первоначального веса, иначе эмбрион погибнет .Говоря другими словами, существует и верхний предел для увеличения газовой проводимости скорлупы. Кроме того, яйца разных птиц, как известно отличаются по размерам – от менее чем1г. у колибри до 1,5кг. У африканского страуса. А у вымерших в XV в. родственных страусам мадагаскарских эпиорнисов объем яйца достигал аж 8-10л. Естественно, чем больше яйцо, тем быстрее должен поступать в него кислород. И вновь проблема – объем яйца (и, соответственно, масса эмбриона и его потребности в кислороде), как у любого геометрического тела, пропорционален кубу, а площадь поверхности – квадрату его линейных размеров. Например, увеличение длины яйца в 2 раза будет означать увеличение потребности в кислороде в 8 раз, а площадь скорлупы, через которую осуществляется газообмен, увеличится только в 4 раза. Следовательно, придется увеличивать еще и величину газовой проницаемости.

Исследования подтвердили, что газовая проницаемость скорлупы при увеличении размеров яйца действительно возрастает. При этом длина поровых каналов, т.е. толщина скорлупы, не уменьшается, а тоже увеличивается, хотя и медленнее.

Приходится «отдуваться» за счет числа пор. В 600-граммовом яйце страуса нанду пор в 18 раз больше, чем в курином яйце весящем 60г.

2.4. Птенец вылупляется

Существуют у птичьих яиц и другие проблемы. Если поры в скорлупе ничем не прикрыты, то поровые каналы работают как капилляры и вода легко проникает по ним в яйцо. Это может быть дождевая вода, принесенная на оперении насиживающей птицы. А с водой в яйцо попадают микробы – начинается гниение. Лишь некоторые птицы, из тех, что гнездятся в дуплах и других укрытиях, например попугаи и голуби, могут позволить себе имеет яйца с ничем не прикрытыми порами. У большинства птиц скорлупа яйца покрыта тонкой органической пленкой – кутикулой. Капиллярную воду кутикула не пропускает, а молекулы кислорода и пары воды проходят сквозь нее беспрепятственно. В частности, покрыта кутикулой и скорлупа яиц курицы.

Но у кутикулы есть свой враг. Это плесневые грибки. Грибок пожирает «органику» кутикулы, и тонкие нити его мицелия успешно проникают по поровым каналам в яйцо. С этим в первую очередь приходится считаться тем птицам, которые не поддерживают чистоту в гнездах (цапли, бакланы, пеликаны), а также тем, кто делает гнездо в богатой микроорганизмами среде, например на воде, в жидкой илистой грязи или в преющих кучах растительности. Так устроены плавающие гнезда чомги и других поганок, грязевые конусы фламинго и гнезда-инкудаторы сорных кур. У таких птиц скорлупа имеет своеобразную «противовоспалительную» защиту в виде особых поверхностных наслоений неорганического вещества, богатого корбанитом и фосфоритом кальция. Такое покрытие хорошо защищает дыхательные каналы не только от воды и плесени, но и грязи которая может препятствовать нормальному дыханию зародыша. Воздух же оно пропускает, так как испещрено микро трещинками.

Но, допустим, все обошлось. Ни бактерии, ни плесень не проникали в яйцо. Птенец нормально развился и готов появиться на свет. И снова проблема. Разлом скорлупы – очень ответственный период, настоящая напряженная работа. Даже прорезать тонкую, но упругую волокнистую оболочку бесскорлупового яйца пресмыкающегося – непростая задача. Для этого у эмбрионов ящериц и змей имеются специальные «яйцевые» зубы, сидящие как положено зубам, на челюстных костях. Этими зубами детеныши змеи прорезают оболочку яйца как лезвием, так что на ней остается характерный по форме разрез. Готовый вылупиться птенец, конечно, не имеет настоящих зубов, но обладает так называемым яйцевым бугорком (роговым выростом на надклювье), которым он скорее разрывает, чем разрезает подскорлуповую оболочку, а затем уже и проламывает скорлупу. Исключение – австралийские сорные куры. Их птенцы разламывают скорлупу не клювом, а когтями лап.

Но и те, кто пользуется яйцевым бугорком, как стало известно относительно недавно, делают это по-разному. Птенцы одних групп птиц прокладывают многочисленные крошечные отверстия по периметру у намеченного участка широкого полюса яйца и потом, поднажав, выдавливают его. Другие пробивают в скорлупе всего одно-два отверстия – и она трескается, как фарфоровая чашка. Тот или Инной путь определяется механическими свойствами скорлупы, особенностями ее строения. От «фарфоровой» скорлупы освободиться труднее, чем от вязкой, но и у нее есть ряд преимуществ. В частности, такая скорлупа может выдержать большие статические нагрузки. В этом есть необходимо, когда яиц в гнезде много и лежат они «кучей»,одно на другом, а вес насиживающей птицы не мал как у многих куриных, уток и особенно страусов.

А как же появились на свет молодые эпиорнисы, если они были замурованы внутри «капсулы» с полуторасантиметровой броней? Такую скорлупу и руками-то разломить нелегко. Но есть одна тонкость. В яйце эпиотнисапоровые каналы внутри скорлупы ветвились, причем в одной плоскости, параллельно продольной оси яйца. На поверхности яйца образовалась цепочка узких желобков, куда и открывались поровые каналы. Такая скорлупа трескалась по рядам насечек при ударе изнутри яйцевым бугорком. Не так ли поступаем и мы, когда наносим алмазным резаком насечки на поверхности стекла, облегчая его раскол вдоль намеченной линии?

Итак, птенец вылупился. Вопреки всем проблемам и, казалось бы, неразрешимым противоречиям. Из небытия перешел в бытие. Началась новая жизнь. Поистине все простое просто по появлению, а по воплощению куда как сложно. В природе, во всяком случае. Задумаемся об этом, когда в очередной раз вынем из холодильника такое простое – проще некуда – куриное яйцо.

Глава 3. Заключение

3.1. Вывод

Для развития любого зародыша необходимо:

Наличие «строительного материала» и «топлива» обеспечивающие поступление энергии.

Вывод «строительных шлаков» и «отходов от сжигания топлива».

Место складирования токсических веществ – «мусорный мешочек».

Проникновение в яйцо кислорода и выведение углекислого газа.

Поступление воды.

Наличие пор в скорлупе.

Разлом скорлупы.

3.2. Список используемой литературы:

Б.Е. Райков «Зоологические экскурсии» М.: Топикал 1994

Б.М.Медников «Биология: формы и уровни жизни» М.: «Просвещение» 1994

А.Г.Банников «Жизнь животных» М.: «Просвещение» 1985