生命的个体发育及多样性课件.ppt

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1、生命的个体发育,生命过程的一般原理,生殖和发育是生命的基本现象，没有生殖，物种不能繁衍，没有发育，个体不能形成。,个体发育是生物个体发生，发展，变化过程的总称。有性生殖生物的生命起始于受精卵，经过卵裂，囊胚期，原肠胚期，神经轴胚以及器官发生等阶段，衍生出与亲代相似的个体，经过生长发育为成熟个体，然后进入老年，最后衰老死亡，这一全过程称为个体发育。,生命的个体发育,生殖和发育是生命的基本现象，没有生殖，物种不能繁衍，没有发育，个体不能形成。,生命的个体发育,胚胎发育(embryonic development),是指受精卵在卵膜或母体内发生发展形成幼小个体的过程。,胚后发育(post embry

2、onic development),是指幼体从卵膜孵化出或从母体分娩出以后，经生长，成熟，衰老、死亡的过程。,生命的个体发育,1胚胎发育过程概述,脊椎动物的胚胎发育过程都要经过几个基本的发育阶段，即受精、卵裂、囊胚、原肠胚、神经轴胚以及器官发生等阶段。,生命的个体发育,1.1卵裂,受精卵的分裂称为卵裂，这是一种快速的细胞有丝分裂过程。卵裂产生的子细胞称为卵裂球。卵裂方向由卵的固有极性所决定，有些卵裂方向还与精子进入卵的位置有关；卵裂发生部位则由卵黄物质的分布和数量决定。,生命的个体发育,1.1卵裂,受精卵的分裂称为卵裂，这是一种快速的细胞有丝分裂过程。卵裂产生的子细胞称为卵裂球。,动物极(an

3、imale pole)：卵细胞卵黄少的一极，卵裂速度相对较快。植物极(vegetal pole)：卵细胞卵黄多的一极，卵裂速度相对较慢。,生命的个体发育,1.1卵裂,受精卵的分裂称为卵裂，这是一种快速的细胞有丝分裂过程。卵裂产生的子细胞称为卵裂球。,经裂 经裂 维裂 经裂 维裂 桑椹胚,生命的个体发育,细胞继续分裂，卵裂球数量增多，实心胚体中间出现一个不规则的腔隙，随着腔隙中液体增多，此腔变为一圆形的空腔，称为囊胚腔(blastocoele)，在人类又称为胚泡腔(blastocyst cavity)。这种囊状胚胎称为囊胚(blastrula)。囊胚的形成标志着卵裂期的结束。,1.2囊胚期,生命

4、的个体发育,而哺乳类的内部细胞逐渐排列于胚泡腔的一端，称为内细胞团，后者将分化为由内、中、外三个胚层构成的胚盘。,1.2囊胚期,文昌鱼,两栖类,哺乳类,生命的个体发育,胚胎发育到囊胚期以后，细胞继续分裂。植物极细胞逐渐向囊胚内部凹陷，囊胚腔逐渐缩小或消失，动物极细胞向植物极方向迁移，并外包植物极半球。这时胚胎成为具两层细胞的胚体，称为原肠胚(gastrula)。陷入的细胞所包围的腔称为原肠腔，以胚孔(blastopore)与外界相通。胚孔、原肠腔的形成以及胚层的出现，是原肠胚期的主要形态特征。,1.3原肠胚,生命的个体发育,蛙原肠胚出现的最初标志是：植物极细胞在受精卵的灰色新月区上部内陷形成一

5、弧形的沟，称新月沟。沟的上方为背唇(dorsal lip)。,1.3原肠胚1.3.1蛙原肠胚的形成过程,AP,胚孔背唇,AP,生命的个体发育,分裂速度快的动物极细胞迁移并外包植物极，同时背唇细胞从新月沟处卷入胚体内。,1.3原肠胚1.3.1蛙原肠胚的形成过程,AP,原肠腔,AP,生命的个体发育,动植物极细胞以外包、内卷、内陷的方式形成左右两侧的侧唇(lateral lip)及下部的腹唇(ventral lip)。,1.3原肠胚1.3.1蛙原肠胚的形成过程,AP,胚孔侧唇,胚孔腹唇,卵黄塞,AP,生命的个体发育,随着内细胞团细胞不断分裂、增殖，靠近胚泡腔一侧的细胞演变成为一层细胞，称为下胚层(h

6、ypoblast)或初级内胚层，其余内细胞团贴近滋养层一侧，形成上胚层(epiblast)，又称为初级外胚层。,1.3原肠胚1.3.1哺乳动物原肠胚的形成,生命的个体发育,高等哺乳类动物的滋养层细胞增殖发育成绒毛膜，参与胎盘的形成，从子宫内膜获取营养，内细胞团分化成三胚层胚盘。内、外胚层周缘的细胞分别向四周延伸，围成卵黄囊及羊膜腔。中胚层在内、外胚层之后出现。,1.3原肠胚1.3.1哺乳动物原肠胚的形成,生命的个体发育,从原肠胚形成开始到原肠形成是一个复杂的细胞迁移、重排的过程，是动物发育过程中的一个重要的阶段。囊胚期以前，胚胎的结构和生理活动都很简单，囊胚基本上是一些结构相似的细胞集合在一起

7、。原肠胚及其以后就有明显的变化，出现了胚层的分化，特别是中胚层的出现，为以后复杂的组织和器官的形成打下基础。,1.3原肠胚,生命的个体发育,原肠胚期结束后，胚体开始伸长，并具备了内、中、外三个胚层，它们是动物所有组织器官形成的基础。胚层开始分化，在胚体背部产生中轴器官脊索(notochord)和神经管，这时期的胚胎称为神经胚(neurula)。神经管是由外胚层细胞分化而来，它将来形成脑和脊髓。,1.4神经轴胚期,生命的个体发育,1.4神经轴胚期,神经板(neural plate),胚体背部位于脊索原基上方的外胚层细胞增厚，形成神经板。,生命的个体发育,神经沟,内胚层,脊索,中胚层,1.4神经轴

8、胚期,神经沟(neural groove),神经板的两侧向上隆起，形成神经褶；神经板的中部凹陷形成神经沟。,生命的个体发育,1.4神经轴胚期,神经管(neural tuble),神经褶继续向背方延伸并相互靠拢、融合，形成神经管。最后神经管自外胚层脱离，陷入胚体内，其上方的外胚层愈合。,生命的个体发育,脊索是由背正中区的中胚层细胞分化形成的一条纵贯胚体的圆柱形中轴结构，脊索的下方为内胚层，两侧为中胚层，将发育成体节(somite)。神经轴胚是脊椎动物所特有的胚胎发育阶段。,1.4神经轴胚期,生命的个体发育,器官发生(organogenesis)是指由内、中、外三个胚层分化发育成胚体各个器官系统的

9、发生过程。,1.5器官发生,初级器官原基(primary organ rudiment)次级器官原基(secondary organ rudiment),生命的个体发育,1.5器官发生,生命的个体发育,生命的个体发育,2胚胎发育机制,有性生殖的个体从受精卵开始发育为新个体，经历了复杂演变过程，严格按照时间、空间顺序进行一系列核质之间，细胞之间，细胞与环镜之间的相互作用。经历了由细胞组织器官系统个体各层次的胚胎发育过程。,生命的个体发育,模式形成是指胚胎细胞如何有序地分化，形成有序三维结构的过程，其本质是指基因按长期进化形成的固有程序规划机体的发育蓝图。模式形成，使胚胎细胞获得正确分化必需的位置

10、信息，决定了细胞的命运，最终确定了每一个细胞具体的分化方向。,模式形成(pattern formation),生命的个体发育,整个发育过程是由遗传控制、程序化、精确有序的发育过程。从基因型到表型是通过发育实现的。发育是遗传特性的表达和展现，是基因组遗传信息按照特定时间和空间表达的结果，是生物体基因型与内外环境因之相互作用，并逐步转化为表型的过程。,2.1遗传与发育,生命的个体发育,细胞分化是基因差异表达的结果。由于基因表达，使细胞出现特异的蛋白质，表现出特殊的形态结构，执行不同的生理功能。,2.1遗传与发育2.1.1基因差异表达决定分化,生命的个体发育,细胞核中存在着控制胚胎发育、细胞分化的多

11、层次基因群，它们形成网络，控制胚胎发育过程。,2.1遗传与发育2.1.2基因决定形态发生,母源效应基因-前后轴、背腹面分节基因群-体节同源异形基因-头、胸、腹、肠、附肢,生命的个体发育,胚胎发育过程中细胞分化是通过细胞核和细胞质之间相互影响实现的。细胞质是通过调节细胞核中的基因表达而发挥作用的。如果没有细胞核，细胞质不可能起作用。,2.1遗传与发育2.1.3细胞核基因组与细胞质间的相互作用,生命的个体发育,2.1遗传与发育2.1.4小RNA与细胞分化与个体发育,小RNA是长度约在2030个核苷酸(nt)的非编码RNA(non-coding RNA)，包括约22nt的微小RNA(microRNA

12、，miRNA)、2128nt的小干扰RNA(small interfering RNA，siRNA)，以及最近在小鼠精子发育过程中发现的2631nt的小分子RNA。,生命的个体发育,2.2胚胎细胞分化与决定,细胞分裂和细胞分化是受精卵发育为个体的关键，是胚胎发育的核心和基础。经过细胞分裂，细胞数量增加；经过分化，产生不同类型的细胞。由各型细胞组成组织，器官、系统和生物体。,生命的个体发育,2.2胚胎细胞分化与决定,胚胎在许多情况下，细胞在分化之前就已预先确定了其未来的发育命运，只能向特定方向分化，这种现象称为细胞决定(determination)。在这种状态下，细胞沿着预定的方向分化，细胞决定

13、一方面由卵细胞质控制，另一方面由相邻细胞的相互作用而受到决定。最早决定细胞分化方向的物质是卵细胞质中的基因产物mRNA和蛋白质。,生命的个体发育,2.3胚胎发育中细胞间的相互作用,原肠胚以后，三个胚层的发育前途虽已确定，但各胚层进一步发育还有赖于细胞之间、细胞群之间的相互作用。主要表现在胚胎诱导与抑制。,生命的个体发育,2.3胚胎发育中细胞间的相互作用2.3.1胚胎诱导,胚胎发育的特定阶段，一部分细胞对邻近细胞产生影响，并决定其分化方向的作用，称为胚胎诱导(embryonic induction)或诱导(induction)。,诱导组织：起诱导作用的组织反应组织：被诱导而发生分化的组织,生命的

14、个体发育,2.3胚胎发育中细胞间的相互作用2.3.1胚胎诱导,胚胎诱导可发生在不同胚层之间，也可以发生在同一胚层不同区域之间。,视泡,视杯 晶状体杯 晶状体泡 角膜,生命的个体发育,2.3胚胎发育中细胞间的相互作用2.3.2抑制,抑制(inhibition)是在胚胎发育中，已分化的细胞抑制邻近细胞进行相同分化而产生的负反馈调节作用。已分化的细胞可产生某种物质，抑制邻近细胞向其相同方向分化，这种物质称为抑素。,生命的个体发育,2.3胚胎发育中细胞间的相互作用2.3.3细胞识别和粘着,在胚胎形态发生中细胞识别和粘着起着重要作用。由于胚胎细胞的广泛迁移，当到达最终位置时，同类细胞只有通过识别和粘着，

15、才能进一步分化，构成组织器官和系统，形成机体各种形态结构。,生命的个体发育,生命的个体发育,3胚后发育,从卵膜孵出或从母体娩出的幼体，继续生长发育，经过幼年、成年、老年直至死亡的过程，称为胚后发育。在胚后发育过程中，仍有一些细胞继续分化，如牙的发生、神经系统的继续发育、生殖细胞的分化成熟。,生命的个体发育,生长是由幼体生长到成体，体积增大的阶段：机体生长通过细胞数量增加、这是生长的主要原因；细胞体积增大，是个体发育中某些细胞的生长方式；此外，大量细胞外基质细胞分泌完成的细胞外空间容量的增加。,3.1生长,生命的个体发育,再生(regeneration)是指生物体在其身体某部分受到损伤或丧失后的

16、修复过程。再生的本质是成体动物为修复缺失组织器官的发育再活化，是多潜能未分化细胞的再发育。,3.2再生,生命的个体发育,3.3衰老,衰老(aging)是绝大多数生物性成熟以后，机体形态结构和生理功能逐渐退化或老化的过程，是一个受发育程序、环境因子等多种因素控制的不可逆的生物学现象。,生命的个体发育,3.4死亡与寿命,机体的死亡即个体生命的终结。医学上判定死亡的标志是心跳，呼吸停止。心、脑电图平波，瞳孔反射消失等。但是，机体的死亡并非全部细胞同时停止生命活动，只有当脑细胞死亡后，脑功能完全丧失，才被视为死亡个体。,生命的个体发育,生命多样性及其形成机制,生命的多样性与生物的分类系统,生命多样性及

17、其形成机制,生命的物质组成、生命的结构基础以及生命的基本运动形式是高度一致的。但是，生命的具体表现形式却是十分不同的，这就是生命的多样性。,生命多样性及其形成机制,地球上所有的植物、动物和微生物，他们所拥有的全部基因以及各种各样的生态系统，共同构成了生命多态性，亦称生物多样性(biodiversity)。,物种多样性遗传多样性生态系统多样性,生命多样性及其形成机制,生命的物质组成、生命的结构基础以及生命的基本运动形式是高度一致的。但是，生命的具体表现形式却是十分不同的，这就是生命的多样性。生命多样性的形成机制是一个复杂的生命历史演进过程。,1生命的多样性,生命多样性及其形成机制,生命多样性及其

18、形成机制,生命，是在共同的化学组成、相似的基本结构基础之上所表现出来的一种特殊的物质存在和运动形式。因此，生命的概念是抽象的。但是，具有生命的生物却是十分具体的。不同的生物，以其彼此个别的形态、互不相同的生活方式、极其广泛的空间分布和对环境变化的巧妙适应能力，世代繁衍，生生不息，构成了五光十色、形式多样的生命自然世界。,1.1生命多样性的主要表现1.1.1生物物种类别的多样性,已经鉴定的生物有200万种以上估计实际生存的约有500万1000万种曾经在地球上出现过的生物可能达10亿种,生命多样性及其形成机制,1.1生命多样性的主要表现1.1.2遗传的多样性,生物的遗传多样性是地球上所有生物的遗传

19、信息的总和。遗传多样性与物种多样性和生态系统多样性彼此有机联系，共同构成生命的多样性，而遗传多样性是物种及生态系统多样性的重要基础。,生命多样性及其形成机制,果蝇是4对染色体，豌豆是7对，玉米是10对，人有23对.,1.1生命多样性的主要表现1.1.2遗传的多样性,遗传多样性就是指每一物种内基因和基因型的多样性。生命的多样性不仅体现为物种类别形式的多样性，也体现为同种个体遗传的多样性。,生命多样性及其形成机制,1.1生命多样性的主要表现1.1.3生态系统的多样性,陆地生态系统水域生态系统,森林生态系统草原生态系统农田生态系统海洋生态系统淡水生态系统,生命多样性及其形成机制,1.1生命多样性的主

20、要表现1.1.3生态系统的多样性,从结构上看，生态系统主要由生产者、消费者、分解者所构成。生态系统的功能是对地球上的各种化学元素进行循环和维持能量在各组分之间的正常流动。,生命多样性及其形成机制,1.2生命多样性的价值1.2.1直接使用价值,许多野生植物具有药用价值，是重要的药物来源许多野生生物是重要的工业原料生命多样性具有科学研究价值。在基因工程迅速发展的今天，这一点显得更加重要,生命多样性及其形成机制,1.2生命多样性的价值1.2.2间接使用价值,间接使用价值是指生命多样性具有重要的生态功能。无论哪一种生态系统，野生生物都是其中不可缺少的组成成分。在生态系统中，野生生物之间具有相互依存和相

21、互制约的关系，他们共同维系着生态系统的结构和功能。,生命多样性及其形成机制,1.2生命多样性的价值1.2.3潜在使用价值,野生生物种类繁多，人类对他们已经做过比较充分研究的只是极少数，大量野生生物的使用价值目前还不清楚，但可以肯定具有巨大的潜在的使用价值。一种野生生物一旦从地球上消失，就无法再生，他的各种潜在的使用价值就不复存在了。,生命多样性及其形成机制,2生命多样性的形成机制,生命多样性及其形成机制,2.1生命的多样性形成于生命的历史过程,生命的历史是连续的，它包括两个基本过程：起源和发展。,生命多样性及其形成机制,2.1生命的多样性形成于生命的历史过程,起源是生命在同一基础上从无到有的产

22、生形成阶段，是一个漫长的过程。在这一漫长过程中，生命的多次、多种产生，不仅是发展的前提，而且也是生命形式多样化发展演进的基础。,生命多样性及其形成机制,2.1生命的多样性形成于生命的历史过程,发展是生命沿着多样化与复杂化两条途径，从少到多、从单一到多样、从简单到复杂、从低级到高级的演进过程。,生命多样性及其形成机制,2.2遗传变异是生命多样性形成的基本动力,生命多样性最直接的表现形式是物种的多样性，所以，物种是生命多样性的核心问题。任何物种，都是生命历史进化的产物；而遗传与变异，则正是推动进化的基本动力。,生命多样性及其形成机制,2.2遗传变异是生命多样性形成的基本动力,遗传：是物种得以存在和延续的保证，如果没有遗传，就不会有物种的存在。变异：是物种演变进化的根据；没有变异，生命将会千篇一律，进化就无从进行，也就谈不上物种的多样化。,生命多样性及其形成机制,