11-Филогенез

1.

Рабочая программа дисциплины
«Общая биология»
19.03.01 Биотехнология
Филогенез систем органов типа Хордовые
Лекцию подготовила:
к.ф.н., доцент каф. фармацевтического естествознания
Простодушева Т.В.
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
1

2.

• Филогенез- историческое развитие вида.
• Это нецикличный и непредсказуемый процесс, не имеет
конечной цели
• Между онтогенезом и филогенезом существует тесная
связь(«Закон зародышевого
сходства»Бэра,»Биогенетический закон Геккеля-Мюллера)
• Онтогенез – определяет филогенез
• Изменения в ходе онтогенеза: ценогенезы,
филэмбриогенезы, гетеротопии, гетерохронии
определяют историческое развитие вида
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
2

3.

Формы прогресса в биологии
Неограниченный - развитие
жизни на Земле от простого к
сложному
Морфофизиологический
(ароморфоз)- усложнение
организации, повышающее
общую приспособленность
организма
Биологический – развитие
таксона, при котором
происходит рост числа
особей, расширение ареала и
появление новых дочерних
групп внутри таксона
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
3

4.

Пути биологического прогресса
1.ароморфоз (арогенез)
2.идиоадаптация
(аллогенез)
3.дегенерация
(катагенез)
4.ценогенез
Наиболее важный путь эволюция путем арогенеза
Появление новых
ароморфозов –
прогрессивная эволюция в
типе Хордовые
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
4

5.

Целостность организма
Организм – координированное
целое, в котором отдельные части
находятся в сложном соподчинении
и взаимозависимости
Для организма характерна
автономность его отдельных
органов
В процессе эволюции под
действием естественного отбора
органы претерпевают изменения.
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
5

6.

Два принципа функциональных
преобразований органов
• мультифункциональность
• множественное обеспечение функций
Эти два принципа обеспечивают гибкость и лучшую
приспособленность в борьбе за существование
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
6

7.

Мультифункциональность органов
Одна и та же функция
может проявляться у
организмов с
большей или
меньшей
интенсивностью
(количественная
характеристика) .В
процессе
индивидуального
развития особи она
меняется
Каждый орган, кроме характерной для него главной
функции имеет еще ряд второстепенных
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
7

8.

Множественное обеспечение функций
Выполнение одной функции несколькими органами – исполнителями
Кожа амфибийорган дыхания,
выделения,
чувствительности,
защиты; а функция
дыхания
выполняется
легкими, кожей и
ротовой полостью
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
8

9.

Принципы преобразований органов
• 1.Дифференциация
• 2.Расширение функций
• 3. Смена функций при изменении условий
существования
• 4. Активация и интенсификация функций
• 5.Полимеризация
• 6. Олигомеризация
• 7.Субституция органов
• 8.Гетеробатмия
• 9.Компенсация функций и т.д.
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
9

10.

Дифференциация
Разделение органа на специализированные отделы
Дифференциация отделов коры
головного мозга
Отделы позвоночника
Отделы кишечника, нефрона и т.д.
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
10

11.

Расширение функций
Увеличение числа функций органа
Зубы- захват и
измельчение
пищи; хобот
слона, уши
африканского
слона и т.д
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
11

12.

Смена функций при изменении условий
существования
Разделение у птиц желудка
на два – железистый и
мускульный, плавательный
пузырь становится
легкими, жаберная дугачелюстью и т.д
Второстепенная функция органа становится главной
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
12

13.

Активация и интенсификация функций
Прогрессивное
развитие легких,
сердца, мозга,
подвижности
челюстей, языка и
т.д
Усиление главной функции органа
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
13

14.

Полимеризация
• Увеличение числа
структурных элементов
органа, что обеспечивает
интенсификацию
функции (увеличение
числа позвонков в
поясничном отделе,
увеличение числа
нефронов в почке)
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
14

15.

Олигомеризация
Уменьшение дуг
аорты, зубов,
плавников, пальцев,
сосков и др.;(переход количества
в качество-)
остающиеся
структуры хорошо
развиты
Уменьшение числа однотипных структур
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
15

16.

Субституция органов
• Замещение одного органа другим аналогичным, т.е.
выполняющим ту же функцию, но иного происхождения
и строения. Основана на принципе множественного
обеспечения функций. (замена хорды позвоночником).
• Может быть :
• Гомотопная - новый орган расположен на том же
месте(замена хорды позвоночником)
• Гетеротопная- новый орган расположен в другом месте
(замена туловищной почки тазовой)
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
16

17.

Гетеробатмия
В филогенезе
лошадей
наблюдалось
усиление среднего
пальца, редукция
боковых пальцев,
изменение
строения зубов.
Неодинаковый темп эволюции органов и систем
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
17

18.

Компенсация функций
В процессе филогенеза
представителей
разных групп
организмов сходные
экологические задачи
решаются путем
прогрессивного
изменения лишь части
органа или системы.
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
18

19.

Прогрессивные направления филогенеза
кожных покровов
• - многослойность
• -увеличение структурированности
• - возникновение подкожно-жировой клетчатки
• -усложнение строения желез
• -многофункциональность
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
19

20.

Принципы эволюционных изменений кожных
покровов
• -активация и интенсификация
функции защиты: увеличение числа
слоев эпидермиса
(полимеризация),его ороговение
• - расширение функций кожи
многофункциональность
• -смена функций- плакоидная чешуя
хрящевых рыб. Перемещаясь в
ротовую полость, дает начало зубам
позвоночных, при этом зубы и
плакоидная чешуя являются
гомологичными органами.
• В основе- мультифункциональность
органа и множественность
обеспечения функций
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
20

21.

Онтофилогенетические предпосылки пороков
развития кожных покровов у человека
Полителия –
добавочные соски
Полимастиядобавочная грудь
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
Гипертрихоз
21

22.

Полителия – добавочные соски
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
22

23.

Прогрессивные направления эволюции
скелета хордовых
• -осевой скелет- замена хорды на позвоночник,
дифференцировка позвоночного столба на отделы,
формирование грудной клетки
• висцеральный скелет – замена первичных (хрящевых)
челюстей на вторичные (костные); изменение типа
крепления челюстей, смена функций элементами
висцеральных дуг
• скелет конечностей- формирование поясов
конечностей, подвижное прикрепление скелета
свободной конечности к поясу конечностей,
формирование пятипалой конечности наземного типа ,
уменьшение числа костей особенно в дистальных
отделах, укорочение дистальных и удлинение
проксимальных отделов конечностей
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
23

24.

Принципы эволюционных изменений осевого
скелета
• - дифференциации
позвоночника на отделы
(каждый отдел выполняет
свои специфические
функции)
• - интеграции - процесс
объединения частей в целое
(существование отделов
позвоночника независимо
друг от друга становится
невозможным)
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
24

25.

Онтофилогенетические предпосылки пороков
развития осевого скелета у человека
- добавочные ребра в
шейном отделе
Бабочковидные
позвонки
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
25

26.

Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
26

27.

Аномалии развития осевого скелета
Соединение позвоночного
столба и грудной клетки
Дополнительные позвонкикопчиковые
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
27

28.

Принципы эволюционных изменений
висцерального скелета
• - смена функций (изменение челюстной и подъязычных
дуг: у рыб 1-ая жаберная дуга становится челюстью, 2ая- подвеском челюстей; у наземных позвоночныхгиомандибулярный хрящ второй дуги, а затем (у
млекопитающих) и элементы 1-ой дуги становятся
слуховыми косточками)
• субституция органов –замена первичных хрящевых
челюстей на вторичные, образованные покровными
костями
Первичные и вторичные челюсти- аналогичные органы
(одинаковая функция- разное происхождение и
строение)
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
28

29.

Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
29

30.

Принципы эволюционных изменений скелета
конечностей
• - расширение (
увеличение числа)
функций
• -активация и
интенсивность функций,
которые ведут к усилению
подвижности животного
Конечности у всех классов имеют
сходное происхождение и план
строения- гомологичные органы
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
30

31.

Онтофилогенетические предпосылки пороков
развития скелета конечностей у человека
Болезнь
Полидактилия
Шпренгеля это
патология развития
плечевого пояса,
проявляющаяся в
высоком стоянии
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
лопатки.
31

32.

Особенности направлений прогрессивной
эволюции пищеварительной и дыхательной
систем
• Филогенетическая связь (дыхательная система
развивается на основе пищеварительной и на начальных
этапах эволюции обе системы связаны совместным
функционированием)
• Анатомическая связь (объединение у позвоночных с
водным и водно- наземным образом жизни
пищеварительной и дыхательной систем полостью рта и
глотки)
• Онтогенетическая связь образуются из общего
энтодермального зачатка
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
32

33.

Прогрессивные направления эволюции
пищеварительной системы
Основаны на смене способов питания и
захвате добычи; направлены на
максимальную механическую и
ферментативную обработку пищи и более
полное всасывание.
Появление подвижных губ и языка
Слюнных желез
Разделение носовой и ротовой полостейвторичное нёбо
Замена гомодонтной зубной системы на
гетеродонтную
Удлиннение кишечника и его
дифференциация на отделы
Компактизация и усложнение строения
печени и поджелудочной железы
Дифференцировка клоаки
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
33

34.

Филогенетические преобразования
пищеварительной системы
• Гетеробатмия ( в одной группе организмов разный
уровень продвинутости и специализации разных частей
одного и того же органа)
• Олигомеризация – уменьшение количества зубов
• Полимеризация структур – укрупнение слюнных желез
• Расширение и активация функций – секрет слюнных
желез, подчелюстные железы змей и грызунов эндокринная функция)
• Смена функций (ядовитые зубы змей)
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
34

35.

Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
35

36.

Онтофилогенетические предпосылки пороков
развития пищеварительной системы
Прорезывание
дополнительных
зубов
Недоразвитие слепой кишки и
аппендикса
Гетеротопия поджелудочной
железы
Персистирование клоаки
Латеральные шейные свищи
« Волчья пасть»
или «Заячья губа»
незаращение
твердого неба
Раздвоенность языка
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
36

37.

Филогенетические преобразования
дыхательной системы
• -активация и интенсификация функции легких
• полимеризация бронхов (млекопитающие)
• гетеротопия
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
37

38.

Онтофилогенетические предпосылки пороков
развития дыхательной системы
Латеральные шейные и
эзофаготрахеальные
свищи
Кистозная гипоплазия легких
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
38

39.

Закономерности филогенетических
преобразований пищеварительной и
дыхательной систем
• мультифункциональность
• -дифференциация
• - интеграция
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
39

40.

Прогрессивные направления эволюции
кровеносной системы
- появление сердца
-дифференцировка сердца на камеры
- появление второго круга кровообращения
- дифференцировка сосудов отходящих от сердца
-преобразование венозного русла
-преобразование артериальных жаберных дуг
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
40

41.

А.- хрящевые рыбы; Б- костные рыбы; В- земноводные; Гпресмыкающиеся; Д- птицы; Е- млекопитающие
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
41

42.

Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
42

43.

Закономерности эволюционных преобразований
кровеносной системы (сердца)
- дифференциация
-интеграция (усиление взаимодействия его частей)
- гомология ( общность происхождения и плана строения)
-гетеротопия (изменение места положения сердца)
-гетерохрония (более ранняя закладка сердца у высших
позвоночных, чем у низших)
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
43

44.

Закономерности эволюционных
преобразований кровеносной системы
(сосудов)
• -смена функций (преобразование третьих артериальных
дуг в сонные артерии. Четвертых – в дуги аорты, шестых –
в легочные артерии;
• - олигомеризация ( 1, 2,5 дуги редуцируются)
• -субституция ( у земноводных задние кардиальные вены
функционально замещаются задней полой веной
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
44

45.

Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
45

46.

Онтофилогенетические предпосылки пороков
развития кровеносной системы (сердце)
Дефект межпредсердной
перегородки
Дефект межжелудочковой
перегородки
Двухкамерное сердце и эктопия сердца.
При грудной эктопии сердце располагается
вне грудной полости. Шейная
эктопия характеризуется
смещением сердца в шейную область.
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
46

47.

Онтофилогенетические предпосылки
пороков развития кровеносной системы
(артериальные дуги)
-неразделенный артериальный столб
-сужение артериального или легочного столба
-персистирование сонного протока
- развитие правой дуги аорты и правого корня спинной
аорты вместо левого и т.д.
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
47

48.

Прогрессивные направления филогенеза
выделительной системы
• - появление почки
• замена предпочки на первичную, а затем на
вторичную
• - увеличение количества нефронов в почке
• -удлинение и дифференцировка канальца нефрона
на отделы
• - редукция воронки нефрона
• - появление капсулы Боумена- Шумлянского
• -дифференцировка клоаки
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
48

49.

Эволюция нефронов в типе Хордовые
Предпочка (пронефроз или
головная)
существует у всех позвоночных
только в эмбриональном периоде
Первичная почка (мезанефрос или
туловищная) функционирует в
течение всей жизни у рыб и
амфибий
Вторичная почка (метанефрос или
тазовая) функционирует в течение
всей жизни у рептилий, птиц и
млекопитающих
Закладывается в головных сегментах
зародыша. Состоит из 6—
12нефронов.
Закладывается в туловищных
сегментах зародыша. Состоит из
нескольких сот нефронов
Закладывается в тазовых сегментах
зародыша. Состоит из около 1млн.
нефронов
Несовершенство:
--отсутствие прямой связи между
кровеносной и выделительной
системами;
--неполное удаление продуктов
распада; выделительный каналец
короткий и прямой
Прогрессивность:
--сосудистый клубочек врастает в
стенку выделительного канальца,
образуя почечное тельце; образуется
прямая связь между кровеносной и
выделительной системами;
--удаление продуктов распада
происходит более полное;
--удлиняется выделительный каналец.
Прогрессивность:
--выделительная воронка исчезает;
--выделительный каналец удлиняется
и подразделяется на три отдела:
а) проксимальный (каналец I
порядка),
б) петля Генле,
в) дистальный (каналец II порядка);
--происходит реабсорбция и
концентрация мочи.
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
49

50.

Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
50

51.

Эволюционные преобразования
выделительной системы
• -дифференциация и интеграция канальца нефрона на
отделы (процесс фильтрации мочи и ее концентрация)
• - мультифункциональность (выделительная,
поддержание гомеостаза, участие в обеспечении
постоянства температуры тела)
• -полимеризация (увеличение количества нефронов)
• гетеротропная субституция (смена почек, каждая из
которых закладывается на новом месте)
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
51

52.

Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
52

53.

Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
53

54.

Прогрессивные направления филогенеза
половой системы
- компактизация гонад
- появление собственных протоков гонад
( Мюллеров канал у самок, Вольфов канал у самцов)
- дифференцировка Мюллерова канала (яйцевод, матка, влагалище) в связи с
возникновением внутреннего оплодотворения и внутриутробного развития
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
54

55.

Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
55

56.

Эволюционные преобразования половой
системы
• - расширение функций (Мюллеров канал
дифференцируется на яйцевод, матку и влагалище)
• -дифференциация протонефрического канала на Вольфов
и Мюллеров каналы
• - гетеротопия семенников (через паховый канал в
мошонку у человека)
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
56

57.

Онтофилогенетические предпосылки пороков
развития мочеполовой системы
крипторхизм
(неопущение яичек
в мошонку)
двойной половой
член
двурогая и тройная
матка
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
тазовая эктопия
почки
57

58.

Нервная система
Закладывается в эктодерме
Ее развитие идет в несколько этапов:
Первый этап– образование сетевидной (диффузной) нервной системы
Второй этап– образование узловой (ганглионарной) нервной системы
Третий этап– образование трубчатой нервной системы
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
58

59.

Образование единой нейрогуморальной системы
регуляции
Развитие нервной системы шло в
направлении от примитивных
животных форм с преимущественно
гуморальным способом регуляции –
одноклеточные организмы, в
направлении нервного способа
регуляции – многоклеточные
организмы.
По мере развития нервной системы
нервная регуляции все больше
подчиняла себе гуморальную
регуляцию, так что образовалась
единая нейрогуморальная система
регуляции живой системы
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
59

60.

Развитие нервной системы
1. нервная пластина → 2. нервный желоб →3. нервная трубка
→ 4. стадия трех мозговых пузырей →5. стадия пяти мозговых пузырей
Расширения невроцеля формируют желудочки мозга (5 желудочков- низшие
позвоночные; 4 желудочка -высшие
позвоночные)
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
60

61.

Типы мозга (по особенностям строения и
функционирования отделов мозга)
• 1.Ихтиопсидный мозг — это мозг, у которого ведущим центром
регуляции является средний отдел; одновременно он центр зрения
(рыбы, амфибии)
2.Зауропсидный мозг — это мозг, у которого ведущим центром
регуляции является передний отдел; он же обонятельный центр.
Центр координации находится в полосатых телах (скопление серого
вещества внутри белого) (пресмыкающиеся и птицы)
• 3.Маммальный мозг – это мозг, у которого высшим центром
регуляции является передний отдел -- его крыша, представленная
серым веществом - корой (млекопитающие)
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
61

62.

Ихтиопсидный тип мозга (рыбы)
Слабое развитие переднего отдела: не поделен на полушария, является
обонятельным центром;
--серое вещество переднего отдела образует скопления:
в обонятельных долях,
в полосатых телах;
сплошным слоем выстилает полость желудочка (древняя кора или палеокортекс).
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
62

63.

Ихтиопсидный тип мозга
Ихтиопсидный тип мозга (рыбы)
1) обонятельные доли
2) крыша мозга
3) древняя кора (палеокортекс)
4) желудочек мозга
5) дно мозга
6) полосатые тела
Ихтиопсидный тип мозга (амфибии)
1) крыша мозга
2) старая кора (архикортекс)
3) древняя кора (палеокортекс)
4) желудочек мозга
5) дно мозга
6) полосатые тела
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
63

64.

Ихтиопсидный тип мозга (амфибии)
Прогрессивные изменения в переднем отделе:
• -объем мозга увеличивается в размерах
• -делится на два полушария
• появляются два желудочка мозга
• возрастает количество серого вещества, которое
дифференцируется на полосатые тела, древнюю кору и
появляются зачатки старой коры – архикортекс)
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
64

65.

Зауропсидный тип мозга (рептилии)
Прогрессивные изменения в переднем отделе головного
мозга:
• -увеличивается объем полосатых тел, которые мигрируют
со дна к центру
• -древняя кора устремляется на дно переднего мозга
• на крыше располагается старая кора в виде латеральных и
медиальных островков (медиальные островки в процессе
эволюции преобразуются в гиппокамп, а латеральные
являются зачатками новой коры)
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
65

66.

Зауропсидный тип мозга (рептилии)
1) крыша мозга
2) старая кора (архикортекс)
2а) латеральные островки
2б) медиальные островки
3) древняя кора (палеокортекс)
4) желудочек мозга
5) дно мозга
6) полосатые тела
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
66

67.

Зауропсидный тип мозга (птицы)
• Ведущим центром регуляции является передний
мозг(он же обонятельный центр).Центр
координации находится в полосатых телах
(скопление серого вещества внутри белого).
• Прогрессивные изменения в переднем отделе
мозга:
• -дальнейшее увеличение объема мозга
• -увеличение количества нервных клеток
• выход нервных клеток на поверхность крыши мозга
в виде зачатков новой коры – неокортекс
• -образование гиппокампа
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
67

68.

Зауропсидный тип мозга (птицы)
1) крыша мозга
2) старая кора (архикортекс)
3) древняя кора (палеокортекс)
4) желудочек мозга
5) дно мозга
6) полосатые тела
7) новая кора (неокортекс)
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
68

69.

Маммальный мозг
(млекопитающие)
• Высшим центром регуляции является передний мозг( его
крыша представлена серым веществом-корой).
• У высокоразвитых млекопитающих кора имеет борозды (
впячивания) и извилины (выпячивания), что способствует
увеличению объема мозга
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
69

70.

Маммальный тип мозга
(млекопитающие)
) крыша мозга
2) старая кора (архикортекс)
3) древняя кора
(палеокортекс)
4) желудочек мозга
5) дно мозга
6) полосатые тела
7) новая кора (неокортекс)
8) мозолистое тело
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
70

71.

В процессе эволюции нервной системы можно
выделить несколько основных этапов:
централизацию нервной системы,
цефализацию,
кортикализацию -у хордовых,
появление симметричных полушарий - у высших
позвоночных. В функциональном отношении эти
процессы связаны с принципом субординации и
возрастающей специализацией центров и корковых
структур.
Функциональной эволюции соответствует эволюция
морфологическая. При этом филогенетически более
молодые структуры мозга являются более ранимыми и в
меньшей степени обладают способностью к
восстановлению.
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
71

72.

Филогенетические преобразования
нервной системы
расширение функций
-дифференциация
-смена функций
интеграция (усиление взаимодействия его частей)
- гомология ( общность происхождения и плана
строения)
гетеробатмия ( в одной группе организмов разный
уровень продвинутости и специализации разных частей
одного и того же органа)
Полимеризация структур
Расширение и активация функций
Смена функций
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
72

73.

• Спасибо за внимание!
Общая биология Биотехнология
Простодушева Т.В.
73