Онтогенез человека: периоды развития от зиготы до старости

Француженка Жанна Кальман родилась в 1875 году в Арле, когда там ещё ездили на конных экипажах. В 13 лет она продавала цветные карандаши Винсенту Ван Гогу в лавке своей семьи, видела постройку Эйфелевой башни, пережила обе мировые войны, в 85 лет начала заниматься фехтованием, а в 100 лет ещё ездила на велосипеде. Она умерла в 1997 году в возрасте 122 лет и 164 дней — это самая долгая надёжно подтверждённая жизнь человека. За эти годы она прошла все периоды онтогенеза — от зиготы до глубокой старости, — и каждый из них у человека устроен по-своему.

Это четырнадцатая статья серии о размножении и индивидуальном развитии организмов (начало — «Одноклеточные, колониальные и многоклеточные организмы»). В предыдущих статьях разобраны развитие зародыша, типы постэмбрионального развития и рост («Рост организмов и его регуляция»). Здесь собрана вся история жизни человека: внутриутробное развитие по неделям, рождение, периоды детства, половое созревание, зрелость, старость.

• 1. Периоды онтогенеза человека
• 2. Внутриутробное развитие по неделям
• 3. Рождение и новорождённость
• 4. Грудной возраст
• 5. Детство
• 6. Подростковый период и половое созревание
• 7. Юность и зрелость
• 8. Пожилой и старческий возраст
• 9. Чем онтогенез человека отличается от онтогенеза других млекопитающих
• 10. Как изучают развитие человека
• 11. Онтогенез человека и эволюция
• 12. Итог: что важно знать
• 13. Частые ошибки
• 14. Интересные факты
• 15. Частые вопросы
• 16. ЕГЭ
• 17. Для олимпиад
• 18. Задания с разбором
• Литература

1. Периоды онтогенеза человека

Онтогенез человека делят на два больших периода. Пренатальный, или внутриутробный, период продолжается от образования зиготы до рождения. Постнатальный — от рождения до смерти. Внутри каждого выделяют более мелкие периоды.

Постнатальный период принято делить по возрасту. Границы периодов приблизительны и различаются у мальчиков и девочек, поскольку девочки созревают раньше.

2. Внутриутробное развитие по неделям

Внутриутробное развитие человека длится в среднем 38 недель от оплодотворения. Врачи обычно считают срок беременности от первого дня последней менструации, то есть примерно на две недели больше, — получается 40 недель. В этой статье сроки указаны от оплодотворения. Подробно ранние этапы разобраны в предыдущих статьях серии; здесь — общая картина.

За первые восемь недель из одной клетки образуется зародыш со всеми органами — поэтому этот период самый чувствительный к вредным воздействиям (подробнее — в статье «Среда и развитие зародыша»). Плодный период — прежде всего время роста: масса плода с 9-й недели до рождения увеличивается примерно в тысячу раз.

Врачи делят беременность на три триместра по три месяца. В первом триместре закладываются органы, и у многих женщин бывают тошнота и сонливость, связанные с перестройкой гормонов. Во втором триместре плод быстро растёт, мать начинает ощущать его движения, и самочувствие обычно улучшается; в этот период на ультразвуковом исследовании подробно проверяют строение органов плода. В третьем триместре плод набирает массу и созревает, а организм матери готовится к родам и кормлению.

Ребёнок, родившийся раньше 37 недель беременности (по акушерскому счёту), считается недоношенным. Благодаря современной медицине выхаживают даже детей, родившихся на 22–24-й неделе с массой около полукилограмма, но для них риск тяжёлых осложнений очень высок. Главная трудность — незрелые лёгкие: без вещества, которое не даёт альвеолам слипаться при выдохе, ребёнок не может дышать сам, и это вещество теперь вводят в лёгкие недоношенным детям.

Как плод становится мальчиком или девочкой

Генетический пол определяется при оплодотворении (XX или XY), но первые шесть недель половые железы и протоки у зародышей обоих полов одинаковы: закладываются «безразличные» железы и две пары протоков — будущие мужские и будущие женские. На седьмой неделе у зародыша XY в клетках закладки желёз включается ген на Y-хромосоме, найденный в 1990 году британскими исследователями и названный SRY [1]. Он направляет развитие закладки в семенник. Семенник начинает выделять тестостерон, который вызывает развитие мужских протоков и наружных половых органов, и ещё один гормон, вызывающий рассасывание женских протоков. Без сигнала SRY закладка становится яичником, а женские протоки и органы развиваются «по умолчанию». Это ещё в 1940-х годах показал французский эндокринолог Альфред Жост: зародыши кроликов, у которых до начала дифференцировки удаляли закладки половых желёз, развивались по женскому типу независимо от генетического пола. Подробнее — в статье «Определение пола у человека».

Чувства плода

Плод не живёт в полной темноте и тишине. С 24–25-й недели он слышит: сквозь стенку живота до него доходят голоса, музыка, ритм сердца матери. В 1986 году американские психологи Энтони Декаспер и Мелани Спенс просили беременных в последние шесть недель вслух читать один и тот же детский стишок [2]. После рождения младенцы, сосущие специальную соску, «выбирали» запись этого стишка чаще, чем незнакомого, — значит, они запомнили его ритм ещё в утробе. Плод чувствует и вкус: он заглатывает околоплодную жидкость, в которую попадают вещества из пищи матери. В 2001 году американские исследователи показали, что дети матерей, пивших морковный сок в последние месяцы беременности, охотнее ели кашу с морковным вкусом [3]. Пищевые предпочтения начинают формироваться ещё до рождения.

Гормоны беременности

Беременность поддерживают гормоны. С первых дней имплантации трофобласт выделяет хорионический гонадотропин, который поддерживает работу жёлтого тела яичника, вырабатывающего прогестерон. Прогестерон расслабляет мышцы матки и не даёт ей сокращаться, сохраняя беременность. С третьего-четвёртого месяца выработку прогестерона и эстрогенов берёт на себя плацента, и жёлтое тело постепенно угасает. Эстрогены вызывают рост матки и молочных желёз, а плацентарные гормоны перестраивают обмен веществ матери так, что плод получает больше глюкозы. Незадолго до родов соотношение гормонов меняется, и матка становится чувствительной к окситоцину.

3. Рождение и новорождённость

Роды запускаются сложным «диалогом» плода, плаценты и организма матери. Созревший плод выделяет гормоны, меняющие работу плаценты; в матке становится больше рецепторов к гормону окситоцину, вырабатываемому гипоталамусом и выделяемому задней долей гипофиза матери, и мышцы матки начинают ритмично сокращаться. Схватки раскрывают шейку матки и выталкивают ребёнка. После рождения ребёнка отделяется и выходит плацента — «послед».

Первый вдох

Самые резкие перемены в момент рождения происходят с дыханием и кровообращением. До рождения лёгкие плода заполнены жидкостью и не дышат: кислород поступает через плаценту. Кровь плода почти минует лёгкие: из правого предсердия она идёт в левое через овальное отверстие в перегородке, а из лёгочного ствола — в аорту через особый сосуд — артериальный проток. Когда пуповина перерезана, в крови новорождённого накапливается углекислый газ, и это раздражает дыхательный центр — ребёнок делает первый вдох и обычно кричит. Лёгкие расправляются, кровь устремляется через них, давление в левом предсердии повышается, и клапан овального отверстия захлопывается; артериальный проток сужается в первые дни жизни. Так из одного «плодного» круга кровообращения с обходными путями формируются два полностью разделённых круга.

В 1952 году американский анестезиолог Вирджиния Апгар предложила простую шкалу оценки новорождённого через одну и пять минут после рождения [4]: цвет кожи, частота сердцебиения, реакция на раздражение, мышечный тонус и дыхание — каждый признак оценивают в 0, 1 или 2 балла. Здоровый ребёнок получает 7–10 баллов. Шкала Апгар позволила быстро решать, кому нужна помощь, и до сих пор применяется во всём мире.

Роды раньше и теперь

Ещё два века назад роды были одним из самых опасных событий в жизни женщины. В 1840-х годах в венской больнице молодой венгерский врач Игнац Земмельвейс заметил, что в отделении, где роды принимали студенты-медики, родильницы умирали от «родильной горячки» в несколько раз чаще, чем в отделении акушерок. Студенты приходили к роженицам прямо из анатомического театра. Когда Земмельвейс ввёл обязательное мытьё рук раствором хлорной извести, смертность упала в несколько раз. Коллеги встретили его открытие враждебно, и признание пришло лишь после работ Луи Пастера и Джозефа Листера о микробах. Сейчас благодаря гигиене, антибиотикам, переливанию крови и кесареву сечению материнская смертность в развитых странах снизилась в сотни раз.

Так же резко упала детская смертность. Ещё в XIX веке почти в любой стране мира до пяти лет не доживала треть-половина детей. Сейчас в мире в среднем умирают до пяти лет менее 4 % детей, а в развитых странах — менее 0,5 %. Главное, что это изменило, — прививки, чистая вода, лечение кишечных инфекций и пневмонии, грудное вскармливание и уход за недоношенными.

Новорождённый

Первые четыре недели жизни называют периодом новорождённости. Ребёнок приспосабливается к жизни вне матки: дышать, сосать, переваривать молоко, поддерживать температуру тела. В первые дни он немного теряет в массе, а затем начинает быстро прибавлять. Многие действия новорождённого — безусловные рефлексы: сосательный, хватательный (ребёнок крепко сжимает палец, вложенный в ладонь), поисковый (поворачивает голову к прикосновению к щеке), шагательный. Большинство этих рефлексов угасает в первые месяцы, по мере созревания коры мозга. Спит новорождённый 16–20 часов в сутки.

Масса доношенного новорождённого обычно 2,5–4 кг, длина — 46–56 см. На неё влияют наследственность, пол (мальчики в среднем на 100–150 граммов тяжелее), питание и здоровье матери, курение, работа плаценты, число плодов. Дети с очень малой и с очень большой массой чаще нуждаются в помощи врачей. Голова новорождённого крупная — её окружность больше окружности груди, — а ноги короткие и согнутые: такие пропорции сохраняются от внутриутробного положения.

4. Грудной возраст

Первый год жизни — время самого быстрого роста: ребёнок вырастает примерно на 25 сантиметров, в полтора раза, а масса его утраивается. Мозг за первый год удваивается. В коре мозга в это время с огромной скоростью образуются связи между нейронами — синапсы. Американский невролог Питер Хаттенлохер в 1979 году подсчитал на образцах мозга людей разного возраста, что плотность синапсов в лобной коре к 1–2 годам становится примерно в полтора раза выше, чем у взрослого, а затем лишние связи постепенно убираются [5]. Остаются те связи, которые используются; это одна из причин, почему опыт раннего детства так важен.

Движения развиваются в строгом порядке — сверху вниз и от центра к периферии: сначала ребёнок учится держать голову, потом сидеть, потом стоять и ходить; сначала двигает всей рукой, потом кистью, и лишь к концу первого года берёт мелкие предметы двумя пальцами. Этот порядок отражает созревание нервной системы: нервные волокна постепенно покрываются миелиновой оболочкой, и сигналы по ним начинают проходить быстро, причём раньше всего созревают пути к мышцам шеи и туловища.

Сроки у разных детей могут различаться на несколько месяцев, и это нормально. Лучшая пища для младенца — материнское молоко. В первые дни из груди выделяется молозиво, особенно богатое антителами, которые защищают кишечник ребёнка от инфекций. Кости черепа у новорождённого ещё не срослись, между ними есть мягкие участки — роднички; самый большой закрывается к 12–18 месяцам, позволяя мозгу и черепу расти.

Иммунитет младенца

Собственная иммунная система новорождённого ещё незрела. Первые месяцы ребёнка защищают антитела матери: класс G проходит через плаценту в последние месяцы беременности, а класс A поступает с молоком и защищает слизистую оболочку кишечника. Это пассивный иммунитет; к 6–9 месяцам материнские антитела разрушаются. Поэтому прививки начинают уже в первые дни и месяцы жизни: они учат иммунную систему ребёнка вырабатывать собственные антитела и клетки памяти до того, как он встретится с опасными возбудителями.

5. Детство

В раннем детстве (1–3 года) ребёнок уверенно ходит, бегает, быстро овладевает речью: к двум годам знает около 50–300 слов, к трём — около тысячи и говорит предложениями. К 2,5–3 годам прорезываются все 20 молочных зубов. Рост замедляется по сравнению с первым годом: за второй год ребёнок прибавляет около 12 сантиметров, за третий — около 8.

Примерно в полтора-два года ребёнок начинает узнавать себя в зеркале. Американский психолог Беула Амстердам в 1972 году незаметно ставила детям пятнышко румян на нос и сажала их перед зеркалом [6]. Дети младше года тянулись к «другому малышу» в зеркале, а к двум годам большинство трогали собственный нос: они понимали, что видят себя. Это один из признаков формирования представления о себе.

В первом детстве (4–7 лет) развиваются мышление, воображение, умение общаться со сверстниками; ребёнок готовится к школе. В 5–7 лет у многих детей наступает период более быстрого роста ног, и пропорции тела заметно меняются: ребёнок «вытягивается». Около шести лет начинают прорезываться первые постоянные зубы — большие коренные, — а молочные постепенно сменяются постоянными до 12–13 лет. Мозг к шести годам достигает почти 90 % массы мозга взрослого.

Критические периоды для мозга

Для развития некоторых функций мозга есть свои «окна» — периоды, когда опыт особенно важен. В 1963 году американские нейрофизиологи Торстен Визел и Дэвид Хьюбел зашивали котятам веко одного глаза на несколько первых недель жизни [7]. Когда веко открывали, глаз был здоров, но котёнок им почти не видел: нейроны зрительной коры «переключились» на работу с другим глазом. У взрослых кошек такая же процедура зрение не нарушала. За эти работы Хьюбел и Визел получили в 1981 году Нобелевскую премию. Отсюда важный вывод для медицины: если у ребёнка врождённая катаракта или сильное косоглазие, лечить их нужно как можно раньше — иначе зрение глаза не разовьётся, даже если позже убрать помеху. Похожие окна, хотя и менее жёсткие, есть для освоения речи: ребёнок, который в первые годы не слышит речи, потом с трудом ею овладевает, а иностранный язык без акцента легче всего осваивается в детстве.

Во втором детстве (8–11 лет у девочек, 8–12 лет у мальчиков) рост равномерный — 5–6 сантиметров в год, совершенствуются движения, память, внимание, способность к обучению. К концу этого периода у девочек, а затем у мальчиков начинается половое созревание.

Кризисы развития

Психологи, в том числе советские психологи Лев Выготский и Даниил Эльконин, выделяли в детстве не только периоды, но и переходы между ними — возрастные кризисы. Около года ребёнок начинает ходить и говорить и сопротивляется ограничениям; в три года появляется знаменитое «я сам» и упрямство; около семи лет меняется отношение к правилам и к себе — ребёнок готовится стать школьником; в подростковом возрасте идёт поиск себя и стремление к самостоятельности. Кризисы — не болезнь и не «плохой характер», а нормальная перестройка, после которой ребёнок переходит на новую ступень развития.

6. Подростковый период и половое созревание

Половое созревание запускает мозг. Особые нейроны гипоталамуса, которые в детстве почти «молчат», начинают ритмично выделять гормон, побуждающий гипофиз выделять гонадотропины — гормоны, действующие на половые железы. Под их влиянием семенники начинают вырабатывать тестостерон и сперматозоиды, а яичники — эстрогены и прогестерон, начинается созревание фолликулов. Половые гормоны вызывают развитие вторичных половых признаков и пубертатный скачок роста (подробнее о гормонах роста — в статье о росте).

Британский педиатр Джеймс Таннер, многие годы наблюдавший за ростом детей в одном из детских домов Англии, в 1969 году вместе с коллегой Уильямом Маршаллом описал последовательные стадии полового созревания — от первой до пятой [8]. Эти «стадии Таннера» до сих пор используют врачи. Таннер показал и то, насколько велики различия: у здоровых девочек созревание может начаться в 8 лет, а может — в 13, и это остаётся нормой.

Возраст созревания со временем менялся. В середине XIX века в Европе первая менструация у девушек наступала в среднем в 16–17 лет, а в середине XX века — в 13 лет. Причина, как и с ростом, — улучшение питания и здоровья: для начала созревания организму нужно накопить определённые запасы. Поэтому у девочек, которые сильно худеют или изнуряют себя тренировками, менструации могут прекращаться.

Мозг подростка

В подростковом возрасте перестраивается и мозг. В 1999 году американский психиатр Джей Гидд с коллегами многократно исследовал мозг одних и тех же детей и подростков с помощью магнитно-резонансной томографии [9]. Оказалось, что объём серого вещества лобной коры растёт до 11–12 лет, а затем уменьшается: лишние связи между нейронами убираются, а белое вещество — нервные волокна в оболочках — продолжает прибавлять до 20 с лишним лет. Последними созревают отделы лобной коры, отвечающие за планирование, самоконтроль, оценку последствий; этот процесс продолжается примерно до 25 лет. А участки мозга, связанные с эмоциями и чувством награды, становятся особенно чувствительными уже в начале подросткового возраста. Отчасти поэтому подростки чаще идут на риск и острее переживают. У подростков смещаются и суточные ритмы: им легче поздно засыпать и поздно просыпаться, и некоторые школы в мире переносят начало занятий на более позднее время.

Гормоны и внешность подростка

Многие заметные перемены подросткового возраста — тоже действие гормонов. Мужские половые гормоны, которые в меньшем количестве вырабатываются и у девушек, усиливают работу сальных желёз кожи; поры закупориваются, и появляются угри — у большинства подростков в той или иной мере. У юношей под действием тестостерона гортань растёт, голосовые связки удлиняются и утолщаются, и голос за год-два понижается почти на октаву — «ломается». Усиливается работа потовых желёз подмышек, появляется характерный запах. Всё это нормальные проявления созревания, и через несколько лет большинство из них сглаживается.

7. Юность и зрелость

В юношеском периоде (16–20 лет у девушек, 17–21 год у юношей) заканчивается рост: закрываются зоны роста трубчатых костей, формируется окончательное телосложение. Масса костей продолжает расти и достигает максимума к 25–30 годам; чем больше «костный запас», накопленный к этому возрасту, тем меньше риск хрупкости костей в старости, — поэтому так важны движение и достаточное количество кальция и витамина D в молодости.

Зрелый возраст — время наибольшей работоспособности, создания семьи, рождения и воспитания детей. Физиологически многие функции организма достигают максимума в 20–30 лет, а затем начинают медленно снижаться: уменьшается максимальная частота сердечных сокращений, ёмкость лёгких, масса мышц (после 30 лет — примерно на 3–8 % за десятилетие, если ими не пользоваться), снижается способность хрусталика менять кривизну — после 40–45 лет многим нужны очки для чтения. Способность женщины к зачатию начинает снижаться после 35 лет: в яичниках остаётся меньше фолликулов, а в яйцеклетках чаще возникают ошибки при мейозе. Около 50 лет у женщин наступает менопауза — прекращение менструаций (подробнее — в статье о росте и старении). У мужчин образование сперматозоидов продолжается до старости, хотя выработка тестостерона постепенно уменьшается.

Почему важно, что происходит с костями в молодости

После 30–35 лет кости начинают медленно терять массу, а у женщин после менопаузы потеря резко ускоряется: эстрогены, защищавшие кости, почти перестают вырабатываться, и за 5–7 лет женщина может потерять до пятой части костной массы. Кости становятся пористыми и хрупкими — развивается остеопороз, и перелом шейки бедра или позвонка может случиться даже от простого падения. Чем больший «запас» костной массы человек накопил к 25–30 годам, тем позже наступит остеопороз. Поэтому то, как подросток питается и двигается, сказывается на его здоровье спустя полвека.

Возраст родителей и здоровье ребёнка

С возрастом матери растёт риск хромосомных нарушений у ребёнка, потому что ооциты много лет находятся в незавершённом мейозе и в них чаще неправильно расходятся хромосомы. Риск рождения ребёнка с синдромом Дауна в 20–25 лет — около 1 на 1200–1500, в 35 лет — около 1 на 350, в 40 лет — около 1 на 100, в 45 лет — около 1 на 30. С возрастом отца растёт число новых мутаций в сперматозоидах (подробнее — в статье «Гаметогенез»). Поэтому беременным старше 35 лет обязательно предлагают обследование плода на хромосомные нарушения.

8. Пожилой и старческий возраст

Старение человека — постепенный процесс, и в пожилом и старческом возрасте его признаки становятся заметны. Кожа теряет упругость и покрывается морщинами, седеют волосы, уменьшается рост — на несколько сантиметров из-за сжатия межпозвоночных дисков и истончения позвонков. Кости становятся хрупкими (остеопороз), особенно у женщин после менопаузы. Слабеют мышцы, ухудшаются зрение и слух, замедляются реакции, снижается иммунитет — пожилые люди тяжелее переносят инфекции. Сердце и сосуды теряют эластичность, повышается давление, развивается атеросклероз. Но у разных людей старение идёт очень неодинаково: «биологический возраст» может сильно отличаться от паспортного, и многое зависит от образа жизни.

Важно, что умственные способности с возрастом меняются неравномерно. Скорость обработки новой информации и кратковременная память снижаются уже с 30–40 лет, а словарный запас, знания, умение решать привычные задачи могут расти до 60–70 лет. Регулярная умственная и физическая активность, общение, сон и отсутствие вредных привычек помогают сохранить ясность ума.

Сон в разном возрасте

У младенцев около половины сна — быстрый сон с движениями глаз, во время которого, по-видимому, активно формируются связи в мозге; у взрослых его доля — около пятой части.

Мозг в старости

С возрастом масса мозга немного уменьшается, связей между нейронами становится меньше, замедляется проведение сигналов. Но это не обязательно приводит к слабоумию. Деменция — тяжёлое ухудшение памяти и мышления — болезнь, а не неизбежное следствие старения. Самая частая её причина — болезнь Альцгеймера, при которой в мозге накапливаются скопления неправильно свёрнутых белков и гибнут нейроны. Риск деменции растёт с возрастом, но его снижают физическая активность, образование и умственная нагрузка, лечение повышенного давления и диабета, хороший слух (лечение тугоухости), общение с людьми, отказ от курения.

Иммунитет пожилых

С возрастом слабеет и иммунная система: вилочковая железа, где созревают T-лимфоциты, уменьшается уже с подросткового возраста, новых «необученных» лимфоцитов становится меньше, ответ на новые инфекции и прививки ослабевает, а хроническое слабое воспаление, наоборот, усиливается. Поэтому пожилые тяжелее болеют гриппом и пневмонией, и им особенно рекомендуют прививки — от гриппа, пневмококка, опоясывающего лишая.

Здоровое старение

Скорость старения во многом зависит от образа жизни. Регулярная физическая нагрузка замедляет потерю мышц и костей, улучшает работу сердца и мозга; силовые упражнения полезны даже людям старше 80 лет. Питание с достаточным количеством белка, овощей, фруктов, умеренная масса тела, отказ от курения и умеренность в алкоголе, хороший сон, общение и умственная активность продлевают годы здоровой жизни. Цель современной медицины — не только продлить жизнь, но и сделать её последние десятилетия активными.

Сколько живут люди

Ожидаемая продолжительность жизни при рождении — средний возраст, до которого доживут родившиеся в этом году при нынешнем уровне смертности, — за последние два века выросла примерно вдвое. В 2002 году демографы Джим Эппен и Джеймс Вопел сопоставили данные разных стран с 1840 года и обнаружили поразительную закономерность [10]: рекордная продолжительность жизни в мире (в стране, где она в данный год самая высокая) росла почти по прямой — примерно на три месяца каждый год, то есть на два с половиной года за десятилетие, — и ни один из предсказанных пределов так и не был достигнут. Сначала её рост объяснялся снижением детской смертности, затем — лечением инфекций, а в последние десятилетия — уменьшением смертности от болезней сердца в пожилом возрасте.

Продолжительность жизни и предельный возраст — разные вещи. Средняя продолжительность растёт, а самые долгоживущие люди всё равно редко переступают порог 110–115 лет. Жанна Кальман прожила 122 года, и с тех пор её рекорд никто не побил. Людей старше 100 лет называют долгожителями-столетними; сейчас в мире их несколько сотен тысяч, и их число быстро растёт. В семьях долгожителей долгая жизнь встречается чаще, но наследственность объясняет лишь небольшую часть различий в продолжительности жизни — по разным оценкам, от десятой до четверти; остальное определяют условия и образ жизни.

Смерть

Онтогенез заканчивается смертью. Различают клиническую и биологическую смерть. При клинической смерти останавливаются дыхание и сердце, но клетки ещё живы, и в течение примерно 4–6 минут человека можно вернуть к жизни — реанимировать — непрямым массажем сердца и искусственным дыханием. Дольше всего без кислорода не выдерживают нейроны головного мозга: через несколько минут в них начинаются необратимые изменения. Биологическая смерть — необратимое прекращение жизнедеятельности клеток и тканей. Поэтому так важно, чтобы как можно больше людей умели оказывать первую помощь: от первых минут зависит, будет ли спасена жизнь.

9. Чем онтогенез человека отличается от онтогенеза других млекопитающих

Ребёнок человека рождается особенно «незрелым»: его мозг составляет лишь четверть от мозга взрослого, и он долго совершенно беспомощен. Это связано и с узким тазом прямоходящего человека, через который должна пройти голова, и с тем, что мозг удобнее доращивать снаружи, в общении с людьми. Зато человек отличается долгим детством, ярким пубертатным скачком и долгой жизнью после окончания размножения — сочетанием, которого нет почти ни у одного другого животного.

10. Как изучают развитие человека

Чтобы понять, как детство влияет на всю жизнь, учёные проводят продольные исследования: наблюдают за одними и теми же людьми десятилетиями. Одно из самых известных началось в 1972–1973 годах в новозеландском городе Данидин: под наблюдение взяли более тысячи детей, родившихся в течение одного года, и обследуют их до сих пор. В 2011 году исследователи сообщили, что уровень самоконтроля у детей 3–11 лет — умение ждать, сосредоточиваться, сдерживать порывы — предсказывал их здоровье, доходы и вероятность проблем с законом в 32 года, причём независимо от умственных способностей и достатка семьи [11]. Это показывает, насколько важны условия, в которых растёт ребёнок, и умение взрослых помогать ему учиться управлять собой.

Другие исследования наблюдают за развитием близнецов, выросших вместе и порознь, и позволяют отделить влияние наследственности от влияния среды. Оказалось, что почти все психологические и физические особенности человека зависят и от генов, и от условий — в разной пропорции для разных признаков.

11. Онтогенез человека и эволюция

В развитии человека видны следы эволюционной истории. У зародыша на четвёртой-пятой неделе есть жаберные дуги и карманы, хвост с несколькими позвонками, закладываются три почки подряд, а с пятого месяца тело плода покрывается тонкими пушковыми волосами — лануго, — которые обычно выпадают к концу беременности. Эти признаки — не «воспоминания» о взрослых рыбах, а черты зародышей предков, сохранившиеся потому, что на них строится дальнейшее развитие (подробнее — в статье «Гаструляция, зародышевые листки и органогенез»).

Ещё Карл Бэр в 1828 году сформулировал закон зародышевого сходства: зародыши разных позвоночных похожи на ранних стадиях, а признаки класса, отряда, вида появляются по мере развития всё позже. Эрнст Геккель позже предложил биогенетический закон — «онтогенез кратко повторяет филогенез», — а российский биолог Алексей Северцов в 1910–1930-х годах показал, что всё обстоит сложнее: новые признаки возникают за счёт изменений на разных стадиях онтогенеза, и именно изменения хода развития — источник эволюционных новшеств. Пример — сам человек: удлинение детства и замедление развития сделали возможным большой мозг и долгое обучение.

12. Итог: что важно знать

1. Онтогенез человека делят на пренатальный (зародышевый — первые 8 недель, плодный — с 9-й недели до рождения) и постнатальный периоды.
2. В зародышевый период закладываются все органы, поэтому он самый чувствительный к вредным воздействиям; в плодный период органы растут и созревают.
3. При рождении начинается лёгочное дыхание, закрываются овальное отверстие и артериальный проток, формируются два круга кровообращения.
4. Постнатальные периоды: новорождённость, грудной, раннее детство, первое и второе детство, подростковый, юношеский, зрелый, пожилой, старческий.
5. Скорость роста неравномерна: самый быстрый рост — в первый год жизни, второй всплеск — пубертатный скачок, у девочек на 1–2 года раньше.
6. Половое созревание запускают гормоны гипоталамуса и гипофиза, действующие на половые железы; половые гормоны вызывают вторичные половые признаки и пубертатный скачок роста.
7. Для развития некоторых функций мозга (зрения, речи) есть критические периоды в раннем детстве; поэтому врождённые нарушения зрения и слуха лечат как можно раньше.
8. Старение проявляется снижением функций органов; онтогенез заканчивается смертью — клинической (обратимой в первые минуты) и биологической.

13. Частые ошибки

• «Плодный период начинается с оплодотворения». С оплодотворения начинается зародышевый период; плодный — с 9-й недели развития.
• «Органы закладываются в плодный период». Все органы закладываются в зародышевый период, в первые 8 недель; в плодный период они растут и созревают.
• «Быстрее всего ребёнок растёт в подростковом возрасте». Быстрее всего — в первый год жизни (примерно на 25 сантиметров); пубертатный скачок — второй, меньший всплеск.
• «Половое созревание у мальчиков и девочек начинается одновременно». У девочек оно начинается в среднем на 1–2 года раньше.
• «У плода кровь проходит через лёгкие, как у взрослого». У плода кровь почти минует лёгкие: через овальное отверстие и артериальный проток; лёгкие начинают работать с первым вдохом.
• «Клиническая смерть необратима». В течение 4–6 минут после остановки сердца и дыхания человека можно реанимировать; необратима биологическая смерть.
• «Продолжительность жизни и предельный возраст — одно и то же». Средняя продолжительность жизни растёт, а предельный возраст человека почти не меняется — около 115–120 лет.
• «Пол плода определяется на третьем месяце беременности». Генетический пол определяется при оплодотворении (XX или XY); на седьмой неделе ген SRY запускает развитие семенников у зародыша XY, а наружные половые органы различаются к 12-й неделе.
• «Новорождённый защищён от инфекций сам». Его иммунная система незрела; первые месяцы его защищают антитела матери, полученные через плаценту и с молоком.
• «Деменция — неизбежный признак старости». Деменция — болезнь; многие люди доживают до глубокой старости с ясным умом, а риск деменции снижают движение, умственная активность, лечение давления и тугоухости.
• «Рефлексы новорождённого сохраняются на всю жизнь». Многие безусловные рефлексы новорождённого (хватательный, шагательный, поисковый) угасают в первые месяцы по мере созревания коры мозга.
• «В подростковом возрасте мозг уже полностью созрел». Лобная кора, отвечающая за планирование и самоконтроль, созревает примерно до 25 лет; в подростковом возрасте мозг активно перестраивается.
• «Плод в утробе ничего не слышит и не чувствует». С 24–25-й недели плод слышит голоса и музыку, чувствует вкус околоплодной жидкости и после рождения узнаёт голос матери.
• «Срок беременности 9 месяцев отсчитывают от зачатия». Врачи считают 40 недель от первого дня последней менструации; от оплодотворения проходит в среднем 38 недель.

14. Интересные факты

• Жанна Кальман прожила 122 года и 164 дня; в 13 лет она видела Ван Гога, а в 85 лет начала заниматься фехтованием.
• Сердце зародыша начинает биться на 22-е сутки после оплодотворения, когда зародыш длиной около трёх миллиметров.
• Масса плода с 9-й недели до рождения увеличивается примерно в тысячу раз.
• У ребёнка в 1–2 года синапсов в лобной коре примерно в полтора раза больше, чем у взрослого: лишние связи потом убираются.
• Шкала Апгар, придуманная в 1952 году, до сих пор служит первой оценкой каждого новорождённого в мире.
• Рекордная продолжительность жизни в мире с 1840 года росла примерно на три месяца каждый год.
• В середине XIX века первая менструация у европейских девушек наступала в среднем в 16–17 лет, а сейчас — в 12–13.
• Плод в последние недели беременности запоминает ритм стишка, который ему читает мать, и после рождения узнаёт его.
• Котёнок, у которого в первые недели жизни был закрыт один глаз, потом почти не видит им, хотя сам глаз здоров.
• Игнац Земмельвейс в 1847 году резко снизил смертность рожениц, заставив врачей мыть руки хлорной известью, но коллеги не приняли его открытия.
• Ребёнок начинает узнавать себя в зеркале примерно в полтора-два года.
• В новозеландском Данидине за более чем тысячей людей наблюдают с рождения в 1972–1973 годах до наших дней.
• Вилочковая железа, где созревают T-лимфоциты, начинает уменьшаться уже с подросткового возраста.
• У новорождённого окружность головы больше окружности груди, а у взрослого — наоборот.
• Большинство взрослых почти не помнит событий своей жизни до трёх-четырёх лет — это называют детской амнезией.
• Голос юноши в период созревания понижается почти на октаву за год-два.
• За первый год жизни масса мозга ребёнка удваивается, а к шести годам достигает почти 90 % массы мозга взрослого.
• Сейчас в мире живёт несколько сотен тысяч людей старше 100 лет, и их число быстро растёт.
• Зубы мудрости у части людей не прорезываются вовсе, а у некоторых даже не закладываются.
• Лобная кора, отвечающая за планирование и самоконтроль, окончательно созревает лишь к 25 годам.

15. Частые вопросы

16. ЕГЭ

Тема входит в элемент 3.1 кодификатора [12]: «Стадии постэмбрионального развития у животных и человека. Периоды онтогенеза человека». В части 1 спрашивают последовательность периодов, их признаки, различия зародышевого и плодного периодов. В части 2 — вопросы о том, почему первые недели беременности особенно важны, о пропорциях тела в разном возрасте (по рисунку), о гормонах полового созревания, об изменениях кровообращения при рождении.

Что обязательно знать к экзамену

• Пренатальный период: зародышевый (первые 8 недель) и плодный; что происходит в каждом.
• Постнатальные периоды по порядку и их особенности.
• Неравномерность роста: первый год и пубертатный скачок; изменение пропорций тела.
• Половое созревание: роль гормонов, вторичные половые признаки, различия мальчиков и девочек.
• Признаки старения; клиническая и биологическая смерть.

Разбор вопроса по рисунку

Вопрос. На рисунке — человек в разном возрасте: младенец первых месяцев (1), ребёнок двух лет (2), шести лет (3), подросток пятнадцати лет (4), взрослый (5). К каким периодам относятся стадии 1–4? Как меняются пропорции тела от 1 к 5?

Ответ. 1) 1 — грудной период; 2 — раннее детство; 3 — первое детство; 4 — подростковый период. 2) С возрастом голова становится относительно меньше: у новорождённого она составляет около четверти длины тела, у взрослого — около одной седьмой-восьмой. 3) Ноги растут быстрее туловища, и их доля в длине тела увеличивается; плечи и таз приобретают взрослые пропорции.

Разбор вопроса о кровообращении при рождении

Вопрос. Какие изменения происходят в кровообращении ребёнка после рождения и почему?

Ответ. 1) До рождения кислород поступает через плаценту, лёгкие не работают, и кровь почти минует их через овальное отверстие между предсердиями и артериальный проток. 2) После первого вдоха лёгкие расправляются, кровь устремляется в малый круг, давление в левом предсердии повышается, и овальное отверстие закрывается. 3) Артериальный проток сужается и зарастает, а пупочные сосуды перестают работать; формируются два разобщённых круга кровообращения.

Разбор вопроса о внутриутробном развитии

Вопрос. Почему беременной женщине важно встать на учёт к врачу и изменить образ жизни как можно раньше, ещё в первые недели беременности?

Ответ. 1) В первые 8 недель закладываются все органы зародыша — это критический период, и вредные воздействия вызывают пороки развития. 2) Нервная трубка замыкается уже на четвёртой неделе, а сердце начинает биться на 22-е сутки — часто раньше, чем женщина узнаёт о беременности. 3) Поэтому нужно сразу отказаться от алкоголя и курения, принимать фолиевую кислоту, согласовывать с врачом лекарства, обследоваться на инфекции.

Разбор вопроса о половом созревании

Вопрос. Какие железы участвуют в регуляции полового созревания и какова роль каждой?

Ответ. 1) Гипоталамус выделяет гормон, побуждающий гипофиз к работе. 2) Гипофиз выделяет гонадотропины, действующие на половые железы. 3) Половые железы (семенники, яичники) вырабатывают половые гормоны и начинают образовывать гаметы. 4) Половые гормоны вызывают развитие вторичных половых признаков, пубертатный скачок роста и затем закрытие зон роста.

Связь с другими темами

Тема связана с эмбриональным развитием и его нарушениями (статьи «Гаструляция, зародышевые листки и органогенез», «Среда и развитие зародыша»), с анатомией (кровообращение, скелет, эндокринная система), с ростом и старением (статья «Рост организмов и его регуляция»), с гигиеной и здоровьем.

17. Для олимпиад

Акушерский срок

Менструальный цикл женщины длится 28 дней, овуляция — на 14-й день. Врач поставил срок беременности 10 недель «от последней менструации». 1) Сколько недель прошло от оплодотворения? 2) Зародыш это или плод? 3) Почему врачи считают срок от последней менструации? Ответ: 1) Около 8 недель (10 − 2). 2) Конец зародышевого периода — на границе с плодным; органы уже заложены. 3) Дату последней менструации женщина обычно знает точно, а дату оплодотворения — нет; поэтому удобнее считать от неё, прибавляя к истинному сроку около двух недель.

Скорость роста

Рост ребёнка при рождении — 50 см, в 1 год — 75 см, в 2 года — 87 см, в 10 лет — 138 см, в 13 лет — 155 см, в 15 лет — 172 см. Вычислите среднюю скорость роста (см в год) за каждый интервал. Когда рост был самым быстрым, когда наблюдался пубертатный скачок и какого пола, вероятно, этот ребёнок? Ответ: 0–1 год — 25 см/год; 1–2 — 12; 2–10 — (138 − 87) : 8 ≈ 6,4; 10–13 — (155 − 138) : 3 ≈ 5,7; 13–15 — (172 − 155) : 2 = 8,5. Самый быстрый рост — в первый год, пубертатный скачок — в 13–15 лет. Поздний скачок (после 13 лет) характерен для мальчиков.

Опыт Жоста

У зародышей кролика обоих генетических полов до начала дифференцировки удалили закладки половых желёз. Все зародыши развились по женскому типу. Если же одному боку зародыша-самки пересадить кусочек семенника, на этом боку развивались мужские протоки, а женские рассасывались. 1) Какой вывод можно сделать? 2) Почему развитие идёт по женскому типу «по умолчанию»? 3) Почему пересадка семенника действует только на одну сторону? Ответ: 1) Развитие мужских протоков и органов требует гормонов семенника; без них развиваются женские. 2) У зародыша изначально есть закладки протоков обоих типов, и без мужских гормонов сохраняются и развиваются женские; это программа «по умолчанию». 3) Гормоны семенника действуют местно, на соседние протоки, а их концентрация в крови мала; значит, их действие — местная индукция.

Риск и возраст

Риск рождения ребёнка с синдромом Дауна у 25-летней матери — около 1 : 1250, у 40-летней — около 1 : 100. Во сколько раз он выше у 40-летней? Почему, несмотря на это, большинство детей с синдромом Дауна рождается у матерей моложе 35 лет? Ответ: 1250 : 100 = 12,5, то есть примерно в 12–13 раз. Но молодые женщины рожают гораздо чаще: детей у матерей до 35 лет рождается во много раз больше, и даже при низком риске на каждого ребёнка общее число таких рождений у них оказывается больше. Поэтому обследование плода сейчас предлагают всем беременным, а не только женщинам старше 35 лет.

Шкала Апгар

Новорождённый через минуту после рождения: кожа розовая, но кисти и стопы синюшные (1 балл), пульс 110 в минуту (2), на раздражение — гримаса (1), тонус — небольшое сгибание конечностей (1), дыхание медленное, нерегулярное (1). Через пять минут все признаки — по 2 балла. 1) Какова оценка через одну и через пять минут? 2) Как оценить состояние ребёнка? 3) Почему синюшность кистей и стоп в первые минуты — частое явление? Ответ: 1) 6 баллов через минуту и 10 через пять минут. 2) В первую минуту — умеренное затруднение приспособления, через пять минут — отличное состояние: ребёнок быстро адаптировался. 3) Кровообращение только перестраивается: закрываются обходные пути плода, расправляются лёгкие, и в первые минуты к периферическим частям тела поступает меньше насыщенной кислородом крови.

Продолжительность жизни и детская смертность

В условной стране из 100 детей 30 умирают в первый год жизни, а остальные живут в среднем до 60 лет. Оцените среднюю продолжительность жизни при рождении (считайте, что умершие в первый год прожили в среднем полгода). Как изменится средняя продолжительность, если детская смертность снизится до 3 из 100, а остальные будут жить те же 60 лет? Ответ: (30 × 0,5 + 70 × 60) : 100 = (15 + 4200) : 100 ≈ 42 года. При снижении детской смертности: (3 × 0,5 + 97 × 60) : 100 ≈ 58 лет. Средняя продолжительность выросла на 16 лет, хотя взрослые живут столько же. Поэтому низкая продолжительность жизни в прошлом не означает, что люди массово умирали в 40 лет: её снижала огромная детская смертность.

Окно для зрения

У трёх котят закрыли один глаз: у первого — на первые три месяца жизни, у второго — на три месяца в возрасте года, у третьего — на первую неделю. Каким будет зрение открытого после этого глаза у каждого? Как это связано с детской катарактой? Ответ: у первого — почти слепота этого глаза: закрытие пришлось на критический период, и нейроны зрительной коры «переключились» на другой глаз. У второго — зрение нормальное: у взрослого животного связи уже устойчивы. У третьего — почти нормальное, так как закрытие было недолгим и пришлось на самое начало периода. Поэтому врождённую катаракту у детей оперируют в первые недели-месяцы жизни: если ждать, глаз после операции видеть не будет.

18. Задания с разбором

Задание 1

Установите последовательность периодов постнатального онтогенеза человека: А) подростковый; Б) грудной; В) первое детство; Г) юношеский; Д) раннее детство; Е) второе детство.

Задание 2

Выберите три верных ответа. В зародышевый период развития человека: 1) закладываются органы; 2) происходит гаструляция; 3) организм особенно чувствителен к вредным воздействиям; 4) начинается лёгочное дыхание; 5) прорезываются молочные зубы; 6) наступает пубертатный скачок.

Задание 3

Установите соответствие между событиями и периодами. События: А) закладка сердца; Б) отложение подкожного жира; В) замыкание нервной трубки; Г) начало движений, ощущаемых матерью; Д) образование зачатков конечностей. Периоды: 1) зародышевый; 2) плодный.

Задание 4

Найдите ошибки в тексте. (1) Пренатальный период длится от образования зиготы до рождения. (2) Плодный период — первые 8 недель развития. (3) Самый быстрый рост ребёнка — в первый год жизни. (4) У мальчиков половое созревание начинается раньше, чем у девочек. (5) При рождении закрывается овальное отверстие в сердце.

Задание 5

Почему первые 8 недель беременности особенно опасны для воздействия вредных факторов?

Задание 6

Выберите три верных ответа. Признаки подросткового периода: 1) половое созревание; 2) пубертатный скачок роста; 3) появление вторичных половых признаков; 4) прорезывание первых молочных зубов; 5) закрытие большого родничка; 6) окончание роста.

Задание 7

Установите соответствие между признаками и людьми. Признаки: А) голова — около четверти длины тела; Б) роднички на черепе; В) голова — около одной седьмой-восьмой длины тела; Г) зоны роста трубчатых костей закрыты; Д) сосательный и хватательный рефлексы. Люди: 1) новорождённый; 2) взрослый.

Задание 8

Какие изменения происходят в дыхании и кровообращении ребёнка сразу после рождения?

Задание 9

Выберите три верных ответа. Признаки старения организма человека: 1) снижение эластичности кожи и сосудов; 2) уменьшение мышечной массы; 3) хрупкость костей; 4) пубертатный скачок роста; 5) прорезывание постоянных зубов; 6) появление родничков.

Задание 10

Чем клиническая смерть отличается от биологической?

Задание 11

Установите соответствие между событиями и периодами жизни. События: А) первые шаги; Б) первая менструация; В) начало смены молочных зубов на постоянные; Г) прорезывание всех 20 молочных зубов; Д) менопауза. Периоды: 1) грудной (около года); 2) раннее детство; 3) первое детство; 4) подростковый; 5) зрелый.

Задание 12

Выберите три верных ответа. Половое созревание у человека: 1) запускают гормоны гипоталамуса и гипофиза; 2) у девочек начинается раньше; 3) сопровождается пубертатным скачком роста; 4) начинается в грудном возрасте; 5) не связано с работой половых желёз; 6) у мальчиков завершается к 8 годам.

Задание 13

Почему ребёнок человека рождается более беспомощным, чем детёныши многих других млекопитающих?

Задание 14

Установите последовательность событий внутриутробного развития: А) замыкание нервной трубки; Б) имплантация; В) начало движений, ощущаемых матерью; Г) гаструляция; Д) отложение подкожного жира.

Задание 15

Выберите три верных ответа. Материнское молоко: 1) содержит антитела, защищающие ребёнка; 2) в первые дни выделяется в виде молозива; 3) полностью обеспечивает потребности младенца в первые месяцы; 4) не нужно ребёнку в первый год; 5) содержит гормон роста в количестве, достаточном для роста ребёнка; 6) вредно для новорождённого.

Задание 16

Почему продолжительность жизни людей за последние два века выросла почти вдвое, а предельный возраст почти не изменился?

Задание 17

Выберите три верных ответа. В грудном возрасте: 1) ребёнок вырастает примерно на 25 см; 2) масса тела утраивается; 3) прорезываются первые зубы; 4) происходит пубертатный скачок; 5) закрываются зоны роста; 6) рост прекращается.

Задание 18

Почему подростки чаще идут на риск, чем взрослые? Какие особенности развития мозга это объясняют?

Задание 19 (олимпиадное)

У недоношенного ребёнка, родившегося на 26-й неделе беременности, после рождения развилась тяжёлая дыхательная недостаточность: альвеолы при выдохе спадались. 1) Почему это происходит? 2) Почему у доношенных детей такого не бывает? 3) Как помогают таким детям? 4) Почему врачи стараются продлить беременность при угрозе преждевременных родов хотя бы на несколько дней и вводят матери определённые гормоны?

Задание 20 (олимпиадное)

В двух странах средняя продолжительность жизни 50 и 80 лет, а доля людей старше 90 лет среди 70-летних примерно одинакова. 1) Чем, вероятнее всего, объясняется различие средней продолжительности жизни? 2) Что означает одинаковая доля девяностолетних среди 70-летних? 3) Почему средняя продолжительность жизни может быть низкой, даже если многие доживают до старости?

Литература

1. Sinclair A. H., Berta P., Palmer M. S. et al. A gene from the human sex-determining region encodes a protein with homology to a conserved DNA-binding motif // Nature. 1990. Vol. 346. P. 240–244.
2. DeCasper A. J., Spence M. J. Prenatal maternal speech influences newborns’ perception of speech sounds // Infant Behavior and Development. 1986. Vol. 9. P. 133–150.
3. Mennella J. A., Jagnow C. P., Beauchamp G. K. Prenatal and postnatal flavor learning by human infants // Pediatrics. 2001. Vol. 107. Art. e88.
4. Apgar V. A proposal for a new method of evaluation of the newborn infant // Current Researches in Anesthesia and Analgesia. 1953. Vol. 32. P. 260–267.
5. Huttenlocher P. R. Synaptic density in human frontal cortex — developmental changes and effects of aging // Brain Research. 1979. Vol. 163. P. 195–205.
6. Amsterdam B. Mirror self-image reactions before age two // Developmental Psychobiology. 1972. Vol. 5. P. 297–305.
7. Wiesel T. N., Hubel D. H. Single-cell responses in striate cortex of kittens deprived of vision in one eye // Journal of Neurophysiology. 1963. Vol. 26. P. 1003–1017.
8. Marshall W. A., Tanner J. M. Variations in pattern of pubertal changes in girls // Archives of Disease in Childhood. 1969. Vol. 44. P. 291–303.
9. Giedd J. N., Blumenthal J., Jeffries N. O. et al. Brain development during childhood and adolescence: a longitudinal MRI study // Nature Neuroscience. 1999. Vol. 2. P. 861–863.
10. Oeppen J., Vaupel J. W. Broken limits to life expectancy // Science. 2002. Vol. 296. P. 1029–1031.
11. Moffitt T. E., Arseneault L., Belsky D. et al. A gradient of childhood self-control predicts health, wealth, and public safety // Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA. 2011. Vol. 108. P. 2693–2698.
12. ФИПИ. Кодификатор проверяемых требований к результатам освоения основной образовательной программы и элементов содержания для проведения ЕГЭ по биологии, 2027 г. М.: ФИПИ, 2026.