Строение кишечнополостных. Практикум по зоологии беспозвоночных
1Байдо Н.В. (г. Витебск, ГУО «Гимназия № 3 им. А.С. Пушкина»)
1. Глаголев С.М. Стволовые клетки / СМ. Глаголев // Биология в школе. – 2011. – № 7. – С. 3–13.
2. Быкова Н. Звездные параллели / Н. Быкова // Лицейское и гимназическое образование. – 2009. – № 5. – С. 86–93.
3. Влияние аналогов пептидного экспериментальной морфогена гидры на ДНК-синтетические биологии и процессы в миокарде новорожденных медицины белых крыс/ Е.Н. Сазонова [и др. ] // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. – 2011. – Т. 152, № 9. – С. 272–274.
4. Взаимодействие живой системы с электромагнитным полем / Р.Р. Асланян [и др. ] // Вестник Московского университета. Сер. 16, Биология. – 2009. – № 4. – С. 20–23.
5. Гидра – родственница медуз и кораллов.
6. Иванова-Казас О.М. Перевоплощения Лернейской Гидры / О.М. Иванова-Казас // Природа. – 2010. – № 4. – С. 58–61.
8. Малахов, В. В. (член-корр. РАН). Новая история «одного рода пресноводных полипов с руками в форме рогов» / В.В. Малахов// Природа. – 2004. – № 7. – С. 90–91.
9. Канаев И.И. Гидра: очерки по биологии пресноводных полипов. – М.; Л.: Изд-во АН СССР, 1952. – 370 с.
10. Овчинникова Е. Щит против водяной гидры / Екатерина Овчинникова // Идеи вашего дома. – 2007. – № 7. – С. 182–1 88.
11. Степаньянц С.Д. , Кузнецова В. Г., Анохин Б.А. Гидра от Абраама Трамбле до наших дней / С.Д. Степаньянц, В.Г. Кузнецов, Б.В. Анохин. – М.; СПб: Товарищество научных изданий КМК, 2003.
12. Токарева, Н.А. Лаборатория лернейской гидры / Н.А. Токарева // Экология и жизнь. -2002. – №6. – C. 68–76.
13. Фролов Ю. Лернейское чудо / Ю. Фролов // Наука и жизнь. – 2008. – N 2. – С. 81.-1 фот.
14. Хохлов А.Н. О бессмертной гидре. Опять / А.Н. Хохлов // Вестник Московского университета. Сер. 16, Биология. – 2014. – № 4. – С. 15–19.
15. Шалапёнок Е.С. Беспозвоночные животные водных и наземных экосистем Беларуси: пособие для студентов биол. фак. – Минск: БГУ, 2012. – 212 с.
Данная статья является реферативным изложением основной работы. Полный текст научной работы, приложения, иллюстрации и иные дополнительные материалы доступны на сайте III Международного конкурса научно-исследовательских и творческих работ учащихся «Старт в науке» по ссылке: https://www.school-science.ru/0317/1/29126.
Актуальность исследования. Изучение глобального начинается с малого. Изучив гидру обыкновенную (Hydra vulgaris), человечество сможет осуществить прорыв в биологии, косметологии и медицине, приблизиться к бессмертию. Вживляя и контролируя аналог i-клеток в организме, человек получит возможность воссоздать недостающие части (органы) тела и сможет предотвратить смерть клеток в организме. При создании самовосстанавливающихся органов с использованием аналога i-клеток, мы сможем решить проблему инвалидности в мире.
Гипотеза исследования. Изучив особенности регенерации клеток гидры, можно контролировать возобновление клеток в человеческом организме и тем самым остановить процесс старения и приблизиться к бессмертию.
Объект исследования: гидра обыкновенная (Hydra vulgaris)
Цель: ознакомиться с внутренним и внешним строением гидры обыкновенной (Hydra vulgaris), на практике определить факторы благоприятных и неблагоприятных условий, установить влияние различных факторов на поведенческие особенности живого организма, изучить процесс регенерации.
Изучить историю открытия, систематику и особенности жизнедеятельности гидры;
Теоретически и практически ознакомиться с морфологическими особенностями гидры;
Определить места обитания гидры в городе Витебске и Витебской области;
Выявить влияние естественного и искусственного света на гидру;
Определить влияние температуры на жизнедеятельность гидры;
Выявить благоприятные и негативные условия для жизнедеятельности гидры;
Установить симбионтов гидры обыкновенной (Hydra vulgaris);
Установить способность гидры обыкновенной (Hydra vulgaris) к существованию вне водной среды;
Определить влияние силы тяготения на гидру обыкновенную (Hydra vulgaris);
Изучить регенеративные и репродуктивные процессы.
Методика исследования: работа с литературными источниками, теоретический анализ, эмпирические методы (эксперимент, сравнение, наблюдение), аналитические (сравнение полученных данных), моделирование ситуации, наблюдение.
Правильному пониманию биологических законов, их взаимодействия и применения способствует все многообразие методов и форм преподавания: лекция, рассказ, беседа, лабораторные работы, демонстрации опытов, экскурсии (в природу, музеи, выставки и т.д.). Но особое внимание мы уделяем самостоятельным наблюдениям и опытам в уголке живой природы и аквариумном комплексе. В процессе этой работы приобретаются практические умения и навыки по наблюдению за подопытными экземплярами, по уходу за ними, проводятся исследования. Многие вопросы не могут получить достаточно полного освещения на теоретических занятиях, так как требуют длительных наблюдений и экспериментальной проверки.
Характер самостоятельных наблюдений и опытов может быть различным. Одни из них предшествуют занятиям - накапливают материал для последующих занятий, другие - проводятся во время занятий, третьи - дополняют и расширяют знания, полученные на теоретическом занятии. Используемые наблюдения, опыты и исследования не требуют применения какой-либо сложной аппаратуры. Необходимые пояснения и рекомендации даются по ходу работы.
Организация и методы наблюдения. В данной работе используется метод «включённого наблюдения», то есть наблюдатель присутствует в поле зрения объекта наблюдения (не прячется), влияет на ситуацию наблюдения, вводя в поле зрения гидры (Hydra vulgaris) новый предмет, создавая новые условия. Выбор характера предмета зависит от объекта и общей ситуации наблюдения. Важным условием наблюдения за объектом является изменение его поведения. Наблюдение проводится с применением сплошного повременного протоколирования. Иными словами, в протоколе наблюдения фиксируются все внешние гидры проявления в единицу времени.
Общие принципы ведения записей наблюдений:
1. Каждый протокол наблюдения снабжен следующей информацией:
1) дата наблюдения (с указанием года);
2) время начала и время конца наблюдения;
3) место наблюдения;
4) условия наблюдения;
5) общее состояние животного к началу наблюдения;
6) достаточно подробные данные о животных-объектах наблюдений (вид, пол, или номер)
2. Записи отражают объективные изменения внешнего состояния гидры (Hydra vulgaris).
Гидра (Hydra)
Исторические сведения о гидре (Hydra)
Гидра (лат. Hydra) - это животное типа кишечнополостные, впервые описана Антоаном Левенгуком г. Дельфте (Голландия, 1702 г.) в письме к редактору «Трудов Королевского общества». Среди различных мелких животных (Animalcula»), замеченных им на водных растениях, он обнаружил гидру. Но, как не прискорбно, открытие Левенгука было забыто на 40 лет.
Повторно это животное открыл Абраам Трамблэ, домашний учитель сыновей одного голландского вельможи Бентинка. Живя в его имении близ Гааги и интересуясь мало тогда изученными водными животными, обнаружил на водных растениях некое зелёное существо, о котором он не знал, что думать - животное это или растение. Чтобы решить этот вопрос, он разрезал это существо поперёк, к его удивлению обе части регенерировали и стали целыми организмами. Этот опыт был им впервые сделан осенью 1740 г. Трамблэ сообщил о нём некоторым другим лицам, в том числе знаменитому Реомюру (Reaumur) и послал ему в Париж живых гидр. Реомюр признал гидр животными и отнёс их к «полипам». «Пресноводными полипами» их поэтому стал называть и сам Трамблэ в своей монографии, а также и другие его современники.
Первое же упоминание о гидре было ещё в мифологии. По описанию это был большой осьминог с головами (надо полагать, змеиными) на концах щупалец. Натуралисты средневековья гораздо лучше знали мифологию, чем зоологию, поэтому неудивительно, что одно маленькое и очень просто устроенное пресноводное животное назвали гидрой. В 1758 году К. Линней дал научное (латинское) название Hydra, а в просторечии его стали называть пресноводной гидрой.
Если гидра (Hydra) ещё в 19-м веке была найдена преимущественно в разных странах Европы, то в 20-м веке гидры были обнаружены во всех частях света и в самых различных климатических условиях (от Гренландии до тропиков). Это доказывают многочисленные сообщения из разных стран мира.
Однако у исследователей еще много вопросов к этому животному, и один из них, казалось бы, прост: а сколько живет гидра? Однажды этот вопрос был задан участникам одного из международных конгрессов вне официальной программы, на пикнике. И попал в «номинацию» самых трудных. Приз за ответ на него получил профессор из Цюриха Пьер Тардент: «Гидра будет жить до тех пор, пока лаборантка не разобьет пробирку, в которой она живет!» Действительно, некоторые ученые считают, что это животное может жить вечно…
В 1998 году биолог Даниэл Мартинес доказал это. На протяжении 4 лет учёный наблюдал за этими животными, и, так как гидры могут размножаться бесполым путём, Мартинес попросту выбрасывал потомство, чтобы те не вносили путаницы в его эксперимент. Спустя четыре года Даниэл опубликовал научную статью, основываясь на полученных данных. Его работа наделала немало шума и обрела не только сторонников, но и противников, которые апеллировали к тому, что Мартинес всего лишь узнал, что гидры живут не менее 4 лет, и не может быть уверен, что они не умерли на следующий день после завершения эксперимента. Упорный биолог решил повторить опыт, продлив его на 10 лет. По словам учёного, если он увенчается успехом, это должно убедить всех здравомыслящих специалистов в том, что гидры потенциально бессмертны - иного объяснения такой аномальной продолжительности жизни просто нет. Эксперимент ещё не окончен, однако нет причин сомневаться в его успехе.
Cреда обитания гидры (Hydra)
Гидра (Hydra) живёт преимущественно в пресных водоёмах, таких как реки с медленным течением, болота, озёра. За исключениями некоторых видов, которые могут жить в слабосолёной воде. Держится она на небольшой глубине, так как привлекается светом и кислородом, от самой поверхности до 2-3 м глубины, но может опускаться и гораздо глубже, на десятки метров, например в глубоких озёрах.
Гидра может жить только в воде, при извлечении на воздух она скоро гибнет. Бурая гидра (Hydra vulgaris) при температуре в 16 градусов в течение 60-90 минут высыхает на воздухе до состояния твёрдого желатинообразного комка. Если после этого через 12-25 минут высушенную таким образом гидру поместить в воду, она быстро разбухает, расправляется и оживает, приобретает нормальный вид. Высушенная гидра не оживает в воде, если её держать на воздухе больше 25 минут. Таким образом, можно сделать вывод, что пресноводные гидры обладают удивительной живучестью.
Систематика гидр (Hydra)
Царство: Animalia (Животные)
Подцарство: Eumetazoa (Эуметазои или настоящие многоклеточные)
Раздел: Diploblastica (Двуслойные)
Тип/Отдел: Cnidaria (Кишечнополостные, книдарии, стрекающие)
Класс: Hydrozoa (Гидрозои, гидроидные)
Отряд/Порядок: Hydrida (Гидры, гидриды)
Семейство: Hydridae
Род: Hydra (Гидры)
Вид: Hydra vulgaris (Гидра обыкновенная)
Различают 2 рода гидр. Первый род гидр состоит лишь из одного вида - Chlorhydra viridissima. Второй род - Hydra Linnaeus. Этот род содержит 12 видов, которые хорошо описаны, и 16 видов, описанных менее полно, т.е. всего 28 видов.
Морфологические особенности гидры (Hydra)
Полупрозрачный полип (цвет гидры зависит от съеденной пищи) имеет от 5 до 16 щупалец. Это не колониально, живущий полип, подолгу прикреплённый к одному месту. Тело гидры цилиндрической формы, полое, внутри напоминает трубку или кишку, «которая может открываться с обоих концов». На перднем конце находится рот, исполняющий также функции анального отверстия, он окружён щупальцами. На противоположном конце находится так называемая подошва, которой гидра (Hydra) прикрепляется к субстрату. Посредине подошвы находится аборальная пора.
Гидра легко меняет, форму при раздражении резко сокращается - тогда гидра приобретает шарообразный вид и подбирает щупальца. В вытянутом состояние тело гидры достигает приблизительно до 3 см, редко больше. У гидры различается 4 отдела: «голова» со щупальцами, туловище, стебель, подошва.
Самый верхний, или передний, конец тела гидры обычно имеет конусообразный вид и в середине его помещается рот. Этот конус со ртом на вершине его называется гипостом, или перистом. Гипостом, окружённый щупальцами, образует аналог головы высших животных, поэтому гипостому со щупальцами часто называют «головой» гидры, хотя настоящей головы у гидры, конечно, нет.
Внутреннее строение гидры (Hydra)
Эктодерма - наружная поверхность гидры, состоит в соприкосновении с внешней средой, воздействия которой более изменчивы, чем условия существования кишечной полости, задача которой однообразна и сводится к пищеварению. В состав эктодермы входят следующие типы клеток:
Эпителиально-мускульные,
Стрекательные, интерстициальные (i-клетки),
Нервные,
Чувствительные.
Эпителиально-мускульные клетки - основные клетки, из которых построена эктодерма, как и энтодерма.
Стрекательные клетки - принадлежат к самым интересным клеткам гидры и всей группы кишечнополостных. Основная способность этих органов - наносить рану, в которую из них попадает ядовитая жидкость, по действию напоминающая ожог крапивы.
Интерстициальные (i-клетки) находятся в промежутках между эпителиально-мышечными клетками. (i-клетки) отвечают за регенерацию.
Нервные клетки лежат в глубине эктодермы, ближе к опорной пластинке, у основания эпителиально-мышечных клеток. Отдельные нервные клетки связаны между собой и другими клетками с помощью нервных отростков. У гидры сетеобразное строение нервной системы со скоплением нервных клеток в голове и подошве.
Чувствительные клетки отличаются тем, что они имеют продолговатую, узкую форму и одним концом, не имеющим отростков, выходят на поверхность эктодермы, прободая при этом в некоторых случаях верхний слой эпителиально-мышечной клетки. Этот наружный конец чувствительной клетки имеет конусообразное заострение. Задний конец чувствительной клетки у разных клеток разной длины часто разделяется на два отростка, которые стелются вдоль опорной пластинки и, вероятно, соединяются с отростками нервных клеток. Наибольшее число чувствительных клеток найдено в области ротового конуса гидры, где эктодерма лежит сравнительно плоским слоем.
Между собой это дерма и энтодерма связаны мезоглием.
Энтодерма - пищеварительный слой клеток, выстилающий кишечную полость, начиная от ротового отверстия до подошвы. Основная функция энтодермы-питание-осуществляется целым комплексом процессов: химической обработкой в полости тела, что выполняют железистые клетки, начиная с ротовых; перемещением пищи в полости с помощью жгутиков и сократительных движений всего животного; захвата пищи клетками; обработка её внутриклеточно, и т.д. и, наконец, выделения, а возможно и газообмена.
Эпителиально-мускульные, или пищеварительные (питательные), клетки составляют основную массу энтодермы. В энтодерме, повидимому, мускульные отростки короче и расположены кольцебразно на опорной пластинке, т.е. под прямым углом к мускульным отросткам эктодермы и главной оси тела.
Железистые клетки распадаются на два типа, не имеющие как будто переходных форм между собой. Первый тип отличается крупными железистыми гранулами, сильно красящимися эозином и вообще кислыми красками, поэтому их называют ещё ацидофильными.
Интерстициальные (i-клетки) в энтодерме имеются в сравнительно небольшом количестве и, как уже говорилось, за их счёт получаются железистые клетки.
Нервные клетки энтодермы малоизучены и, по-видимому, имеются там, в меньшем количестве, чем в эктодерме.
Чувствительные клетки узкой втянутой формы, достигающие своим проксимальным концом опорной пластинки.
Размножение клеток гидры. До недавнего времени считалось, что новообразование клеток у гидры идёт только путём непрямого деления, т.е. митоза. Но существуют ещё другие пути образования новых клеток: это амитоз и образование клеток из вещества разрушенных клеток.
Митоз - непрямое деление клетки, наиболее распространённый способ репродукции эукариотических клеток. Митозы в теле гидры были описаны в 1883г. Но долго оставался не решённый вопрос, какие клетки делятся митозами. Митозы установлены у некоторых форм клеток: эктодермальных эпителиально-мышечных, (i-клеток) экто- и энтодермы и энтодермальных клеток как и эпителиально мышечных, так и железистых. Митозы не обнаружены у стрекательных клеток, а также чувствительных и нервных клеток обоев слоев.
Амитоз - деление клеток простым разделением ядра надвое.
Пищеварение гидры (Hydra). Гидра питается дафниями и другими ветвистоусыми, циклопами, а также олигохетами-наидидами. В лабораторных условиях волосками мяса. Гидра захватывает жертву щупальцами, с помощью стрекательных клеток, яд которых парализует мелких жертв. С помощью щупалец жертва подносится ко рту, после чего гидра сокращается и «надевается» на жертву.
Пищеварение начинается в кишечной полости (полостное пищеварение), заканчивается внутри пищеварительных вакуолей эпителиально-мускульных клеток энтодермы (внутриклеточное пищеварение). Непереваренные остатки пищи выбрасываются через рот. Интересно, что на самом деле у гидры нет постоянного ротового отверстия, каждый раз, когда гидра решает поесть рот ей приходится прорывать заново. Так как у гидры нет транспортной системы, а мезоглея (слой межклеточного вещества между экто- и энтодермой) достаточно плотная, возникает проблема транспорта питательных веществ к клеткам эктодермы. Эта проблема решается за счет образования выростов клеток обоих слоёв, которые пересекают мезоглею и соединяются через щелевые контакты. Через них могут проходить мелкие органические молекулы (моносахариды, аминокислоты), что обеспечивает питание клеток эктодермы. Пищеварительный слой клеток образует энтодерма. Хотя главную роль в пищеварение играют, конечно же, пищеварительные и железистые клетки.
Нервная система. Клетки нервной системы неравномерно распределены по телу гидры. Самое значительное скопление нервных клеток имеется гипостоме. Близ ротового отверстия нервные клетки лежат радиально, а несколько отступя в сторону щупалец - кольцеобразно. По кругу лежат они и в области подошвы, где наблюдается второе скопление нервных клеток. В туловище они лежат реже. Соединяясь своими отростками, нервные клетки образуют своеобразную сеть, которой охвачено всё тело гидры.
У гидры типичная диффузная система, не имеющая нервного центра, аналога мозга. Неопределённость и медленность движений гидры, вероятно, зависят от такой структуры её нервной системы, как и легко распространение всякого внешнего раздражения по всему телу. Нервные клетки были, образуются из i-клеток на стадии закладки щупалец. Процесс их дифференцировки идёт от головного конца почки к подошве. В то время как в области гипостома в молодой почке уже имеются развитые нервные клетки, в области подошвы, ещё не сформированной, нервные клетки только начинают вырабатываться из i-клеток. Нервная сеть образуется постепенно путём вытяжения отростков нервных и чувствительных клеток; эти отростки удлиняются, подобно псевдоподиям, пробираясь между эпителиально-мышечными клетками.
Мышечная система. Мышечная система - это совокупность мышц и мышечных пучков, объединенных обычно соединительной тканью.
Особенности жизнедеятельности гидр (Hydra)
Гидра обладает двумя основными способами размножения: бесполым и половым. Бесполое размножение: почкование. Размножение путём почек является обычным и очень распространённым способом у гидры. Нижняя область туловища, как правило, является областью почкообразования и потому часто называется зоной почкования. Участок тела гидры, где закладывается почка, уже на самой ранней из установленных стадий, отличается усилением обмена веществ.
Закладка почки сопровождается образованием нового осевого физиологического градиента, аналогичного градиенту взрослой гидры с добавочным градиентами в развивающихся щупальцах. Участок тела матери, на котором возникает почка, истощается видимым образом; он становится более прозрачным, обесцвеченным. Это особенно заметно у стебельчатой гидры, у которой нижний отдел зоны почкования постепенно переходит в верхний отдел стебля. У много почкующейся гидры стебель временно оказывается более длинным, чем обычно. Зона почкования всё время надвигается на голову, а последняя в силу роста верхней части туловища уходит от неё, иначе почки вскоре оказались бы под гипостомом, чего обычно не бывает.
Обычно встречаются 1-3 почки, более трех - редкость; как правило, все они разного возраста. При обильном питании в тёплую летнюю погоду наблюдаются иногда своеобразные временные колонии гидр, когда дозревающая почка, но ещё не отделившаяся, уже сама почкуется.
Кишечник почки до полного созревания сохраняет сообщение с кишечником матери, и поэтому вначале почка питается исключительно за счёт матери, а с образованием у почки рта мать и дочь взаимно питают друг друга, так же как и борются иногда из-за одной и той же, схваченной ими с разных концов, добычи. Уплотнение стенки тела матери, с которого начинается развитие почки, переходит в конусообразный вырост - это первая стадия, по Яо. Вытяжения конуса даёт начало цилиндрической стадии (второй по Яо), на перднем конце почки появляются бугорки, вскоре переходящие в выросты, - первые щупальца (стадия третья, по Яо). На последней стадии мы видим уже значительно выросшее в длину тело почки и 5 щупалец. В это время уже образуется рот. Пятая стадия характеризуется появлением заметного сужения на проксимальном конце почки, дифференцируется стебель, ибо схема изображает развитие Р. oligactis. На шестой стадии заканчивается формирование подошвы (стопы) и прерывается сообщение между полостями почки и матери. Почка отделяется. Физиологически она начинает обособляться много раньше, на стадии первых щупалец, когда она начинает сокращаться независимо от матери.
Порядок появления щупалец на почке. Щупальца на почке появляются, как правило, лишь после того, как почка приобрела цилиндрическую форму. Число щупалец не всегда сразу бывает равно окончательному числу, а несколько меньше.
Условия почкования. Обилие пищи и благоприятная температура, что обычно наблюдается в природе в летние месяцы, является теми условиями, при которых почкование гидры достигает максимума. При некоторых обстоятельствах, почкование может временно совпадать с половым размножением.
Половое размножение. С наступлением осени, когда погода становится прохладной и пищи недостаточно, гидра приступает к половому размножению. После этого гидры гибнут, т. е. в природе гидра в лучшем случае живет с весны до осени (если считать стадию яйца, то с осени до осени, т. е. один год). В искусственных условиях (например, в лаборатории) гидры могут жить очень долго (если не бесконечно), так как обладают высокой способностью к регенерации.
Половые клетки гидры образуются в эктодерме из промежуточных клеток. При этом на ее теле образуются бугорки. В одних созревают сперматозоиды (в одном бугорке их много), а в других - яйцеклетки (возможно по одной в бугорке). Не может быть, чтобы в одном бугорке были и яйцеклетки и сперматозоиды; но может быть, чтобы на теле одной и той же гидры были бугорки разного типа: одни со сперматозоидами, другие - с яйцеклетками. Такие виды гидр являются гермафродитами. Другие виды раздельнополы, то есть на одной особи развиваются либо яйцеклетки, либо сперматозоиды.
У сперматозоидов есть жгутик, с помощью которого они могут плыть. Бугорки на теле гидры разрываются, и сперматозоиды плывут к яйцеклеткам. При слиянии одного сперматозоида и одной яйцеклетки образуется зигота. На ее поверхности образуется плотная оболочка и получается яйцо гидры, способное пережить зиму. Еще осенью зигота многократно делится, в результате в яйце образуется зародыш. Но развитие продолжается только весной. У зародыша гидры формируются два слоя (эктодерма и энтодерма). Весной, когда становится достаточно тепло, уже окончательно сформированные маленькие гидры прорывают оболочки своих яиц и выходят наружу.
Таким образом, половое размножение гидр можно также считать способом пережить неблагоприятный период года в форме яйца, имеющего защитную оболочку.
Регенерация. Регенерацией следует называть весь ряд процессов от восстановления отрезанной части щупальца у гидры до образования целой гидры из одной двухсотой части ее тела. У нормальной, неповрежденной гидры можно наблюдать непрерывно идущий процесс физиологической регенерации, т.е. возобновления всех тканей ее тела. Смена элементов тканей у гидры протекает закономерно, согласно общей схеме «текучести» клеточного состава гидры, с преимущественной амортизацией тканей на дистальных концах щупалец и на «полюсах» тела - гипостоме и подошве. Очевидно, что явление «текучести» тканей гидры играет немаловажную роль также и при травматической регенерации, т. е. вызванной какими-нибудь повреждениями гидры извне. Процесс регенерации тормозится соседством почки, низкой температурой и предшествовавшей голодовкой. По данным Кёлица, у зеленой гидры регенерация щупалец идет скорее всех, а у стебельчатой, наоборот, медленнее, чем у прочих видов.
Влияет также упитанность отдельных особей, что порой трудно учесть. Роль питания экспериментально обнаружил Трипп, который кормил усиленно 2 дня только что отделившихся от матери 10 молодых гидр и затем отрезал им голову. Щупальца регенерировали в количестве 130 % против исходного числа. На число и скорость регенерации щупалец влияет не только величина регенерата, но и участок тела, из которого он взят. Интересно, что регенеративная способность, по-видимому, соответствует интенсивности метаболизма, который в зоне почкования ниже всего.
До сих пор мы почти исключительно рассматривали регенерацию щупалец, головы, стебля и подошвы на туловище и кусках его. Обратимся к вопросу о способности отдельного отрезанного щупальца регенерировать все ему недостающее: голову с другими щупальцами, туловище и подошву, т.е., иначе говоря, выясним, способно ли отрезанное щупальце превратиться в целую гидру.
Библиографическая ссылка
Рябушко М.Д. ИЗУЧЕНИЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ И ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ОСОБЕННОСТЕЙ ГИДРЫ ОБЫКНОВЕННОЙ (HYDRA VULGARIS) // Международный школьный научный вестник. – 2017. – № 3-2. – С. 295-300;URL: http://school-herald.ru/ru/article/view?id=269 (дата обращения: 16.06.2019).
Гидра. Обелия. Строение гидры. Гидроидные полипы
Обитают в морских, редко - в пресных водоемах. Гидроидные - наиболее просто организованные кишечнополостные: гастральная полость без перегородок, нервная система без ганглиев, половые железы развиваются в эктодерме. Нередко образуют колонии. У многих в жизненном цикле имеется смена поколений: полового (гидроидные медузы) и бесполого (полипы) (см. Кишечнополостные ).
Гидра (Hydra sp.) (рис. 1) - одиночный пресноводный полип. Длина тела гидры около 1 см, нижняя его часть - подошва - служит для прикрепления к субстрату, на противоположной стороне находится ротовое отверстие, вокруг которого располагаются 6-12 щупалец.
Как у всех кишечнополостных, клетки гидры располагаются двумя слоями. Наружный слой называется эктодермой, внутренний - энтодермой. Между этими слоями - базальная пластинка. В эктодерме выделяют следующие виды клеток: эпителиально-мускульные, стрекательные, нервные, промежуточные (интерстициальные). Из мелких недифференцированных интерстициальных клеток могут формироваться любые другие клетки эктодермы, в том числе в период размножения и половые клетки. В основании эпителиально-мускульных клеток находятся мускульные волокна, расположенные вдоль оси тела. При их сокращении тело гидры укорачивается. Нервные клетки имеют звездчатую форму и располагаются на базальной мембране. Соединяясь своими длинными отростками, они образуют примитивную нервную систему диффузного типа. Ответная реакция на раздражение имеет рефлекторный характер.
рис. 1.
1 - рот, 2 - подошва, 3 - гастральная полость, 4 - эктодерма,
5 - энтодерма, 6 - стрекательные клетки, 7 - интерстициальные
клетки, 8 - эпителиально-мускульная клетка эктодермы,
9 - нервная клетка, 10 - эпителиально-мускульная
клетка энтодермы, 11 - железистая клетка.
В эктодерме присутствуют стрекательные клетки трех типов: пенетранты, вольвенты и глютинанты. Клетка-пенетрант - грушевидной формы, имеет чувствительный волосок - книдоциль, внутри клетки располагается стрекательная капсула, в которой находится спирально закрученная стрекательная нить. Полость капсулы заполнена токсичной жидкостью. На конце стрекательной нити находятся три шипика. Прикосновение к книдоцилю вызывает выброс стрекательной нити. При этом в тело жертвы вначале вонзаются шипики, затем по каналу нити впрыскивается яд стрекательной капсулы. Яд оказывает болевое и парализующее действие.
Стрекательные клетки двух других типов выполняют дополнительную функцию удерживания добычи. Вольвенты выстреливают ловчие нити, опутывающие тело жертвы. Глютинанты выбрасывают клейкие нити. После выстреливания нитей стрекательные клетки отмирают. Новые клетки образуются из интерстициальных.
Гидра питается мелкими животными: ракообразные, личинки насекомых, мальки рыб и др. Добыча, парализованная и обездвиженная с помощью стрекательных клеток, направляется в гастральную полость. Переваривание пищи - полостное и внутриклеточное, непереваренные остатки выводятся через ротовое отверстие.
Гастральная полость выстлана клетками энтодермы: эпителиально-мускульными и железистыми. В основании эпителиально-мускульных клеток энтодермы находятся мускульные волокна, расположенное в поперечном направлении по отношению к оси тела, при их сокращении тело гидры сужается. Участок эпителиально-мускульной клетки, обращенный в гастральную полость, несет от 1 до 3 жгутиков и способен образовывать ложноножки для захвата пищевых частиц. Кроме эпителиально-мускульных имеются железистые клетки, секретирующие в кишечную полость пищеварительные ферменты.
рис. 2.
1 - материнская особь,
2 - дочерняя особь (почка).
Гидра размножается бесполым (почкование) и половым способами. Бесполое размножение происходит в весенне-летний сезон. Почки закладываются обычно на срединных участках тела (рис. 2). Через некоторое время молодые гидры отделяются от материнского организма и начинают вести самостоятельную жизнь.
Половое размножение происходит осенью. В период полового размножения в эктодерме развиваются половые клетки. Сперматозоиды образуются на участках тела поблизости от ротового отверстия, яйцеклетки - ближе к подошве. Гидры могут быть как раздельнополыми, так и гермафродитными.
После оплодотворения зигота покрывается плотными оболочками, образуется яйцо. Гидра погибает, а из яйца следующей весной развивается новая гидра. Развитие прямое без личинок.
Гидра обладает высокой способностью к регенерации. Это животное способно восстанавливаться даже из небольшой отрезанной части тела. За процессы регенерации отвечают интерстициальные клетки. Жизнедеятельность и регенерация гидры были впервые изучены Р. Трамбле.
Обелия (Obelia sp.) - колония морских гидроидных полипов (рис. 3). Колония имеет вид кустика и состоит из особей двух видов: гидрантов и бластостилей. Эктодерма членов колонии выделяет скелетную органическую оболочку - перидерму, которая выполняет функции опоры и защиты.
Большая часть особей колонии - гидранты. Строение гидранта напоминает строение гидры. В отличие от гидры: 1) рот расположен на ротовом стебельке, 2) ротовой стебелек окружен множеством щупалец, 3) гастральная полость продолжается в общем «стебле» колонии. Пища, захваченная одним полипом, распределяется между членами одной колонии по разветвленным каналам общей пищеварительной полости.
рис. 3.
1 - колония полипов, 2 - гидроидная медуза,
3 - яйцо, 4 - планула,
5 - молодой полип с почкой.
Бластостиль имеет вид стебелька, не имеет рта и шупалец. От бластостиля отпочковываются медузы. Медузы отрываются от бластостиля, плавают в толще воды и растут. Форму гидроидной медузы можно сравнить с формой зонтика. Между эктодермой и энтодермой находится студенистый слой - мезоглея. На вогнутой стороне тела, в центре, на ротовом стебельке находится рот. По краю зонтика свешиваются многочисленные щупальца, служащие для ловли добычи (мелкие рачки, личинки беспозвоночных и рыб). Число щупалец кратно четырем. Пища изо рта попадает в желудок, от желудка отходят четыре прямых радиальных канала, опоясывающие край зонтика медузы. Способ движения медузы «реактивный», этому способствует складка эктодермы по краю зонтика, называемая «парусом». Нервная система диффузного типа, но имеются скопления нервных клеток по краю зонтика.
Четыре гонады образуются в эктодерме на вогнутой поверхности тела под радиальными каналами. В гонадах формируются половые клетки.
Из оплодотворенной яйцеклетки развивается личинка паренхимула, соответствующая подобной личинке губок. Затем паренхимула преобразуется в двухслойную личинку планулу. Планула, поплавав при помощи ресничек, оседает на дно и превращается в нового полипа. Этот полип путем почкования образует новую колонию.
Для жизненного цикла обелии характерно чередование бесполого и полового поколений. Бесполое поколение представлено полипами, половое - медузами.
Описание других классов типа Кишечнополостные.
Гидры - это род животных, относящихся к Кишечнополостным. Их строение и жизнедеятельность часто рассматривают на примере типичного представителя - гидры пресноводной . Далее будет описываться именно данный вид, который обитает в пресных водоемах с чистой водой, прикрепляется к водным растениям.
Обычно размер гидры менее 1 см. Жизненная форма - полип, что предполагает цилиндрическую форму тела с подошвой внизу и ротовым отверстием на верхней стороне. Рот окружен щупальцами (примерно 6-10), которые могут вытягиваться в длину, превышающую длину тела. Гидра наклоняется в воде из стороны в сторону и своими щупальцами улавливает мелких членистоногих (дафний и др.), после чего отправляет их в рот.
Для гидр, также как для всех кишечнополостных, характерна радиальная (или лучевая) симметрия . Если смотреть на не сверху, то можно провести множество воображаемых плоскостей, делящих животное на две равных части. Гидре все-равно с какой стороны к ней подплывает пища, так как она ведет неподвижный образ жизни, поэтому радиальная симметрия ей более выгодна, чем билатеральная (характерная для большинства подвижных животных).
Ротовое отверстие гидры открывается в кишечную полость . Здесь происходит частичное переваривание пищи. Остальное переваривание осуществляется в клетках, которые поглощают частично переваренную пищу из кишечной полости. Непереваренные остатки выбрасываются через рот, так как у кишечнополостных нет анального отверстия.
Тело гидры, как и всех кишечнополостных, состоит из двух слоев клеток. Наружный слой называется эктодермой , а внутренний - энтодермой . Между ними находится небольшой слой мезоглеи - неклеточного студенистого вещества, в котором могут находиться различные типы клеток или отростки клеток.
Эктодерма гидры
Эктодерму гидры составляют несколько видов клеток.
Кожно-мускульные клетки наиболее многочисленные. Они создают покровы животного, а также отвечают за изменение формы тела (удлинение или уменьшение, изгибание). Их отростки содержат мышечные волоконца, способные сокращаться (при этом их длина уменьшается) и расслабляться (их длина увеличивается). Таким образом, эти клетки играют роль не только покровов, но и мышц. У гидры нет настоящих мышечных клеток и, соответственно, настоящей мышечной ткани.
Гидра может передвигаться с помощью кувырков. Она наклоняется так сильно, что щупальцами достает до опоры и становится на них, поднимая подошву вверх. После этого наклоняется уже подошва и становится на опору. Таким образом, гидра совершает кувырок и оказывается на новом месте.
У гидры есть нервные клетки . У этих клеток есть тело и длинные отростки, которыми они соединяются между собой. Другие отростки контактируют с кожно-мускульными и некоторыми другими клетками. Таким образом все тело заключается в нервную сеть. У гидр нет скопления нервных клеток (ганглиев, мозга), однако даже такая примитивная нервная система позволяет им иметь безусловные рефлексы. Гидры реагируют на прикосновение, наличие ряда химических веществ, изменение температуры. Так если к гидре прикоснуться, то она сжимается. Это значит, что возбуждение от одной нервной клетки распространяется по всем остальным, после чего нервные клетки передают сигнал кожно-мускульным клеткам, чтобы они начали сокращать свои мышечные волоконца.
Между кожно-мускульными клетками у гидры есть немало стрекательных клеток . Особенно их много на щупальцах. Эти клетки внутри себя содержат стрекательные капсулы со стрекательными нитями. Снаружи у клеток находится чувствительный волосок, при касании которого стрекательная нить выстреливает из своей капсулы и поражает жертву. При этом в мелкое животное впрыскивается яд, обычно имеющий паралитическое действие. С помощью стрекательны клеток гидра не только ловит свою добычу, но и защищается от нападающих на нее животных.
Промежуточные клетки (находятся скорее в мезоглее, чем в эктодерме) обеспечивают регенерацию. Если гидра повреждается, то благодаря промежуточным клеткам на месте раны образуются новые различные клетки эктодермы и эндодермы. Гидра может восстановить достаточно большую часть своего тела. Отсюда и ее название: в честь персонажа древне-греческой мифологии, у которого отрастали новые головы взамен отрубленным.
Энтодерма гидры
Энтодерма выстилает кишечную полость гидры. Главная функция клеток энтодермы - это захват частичек пищи (частично переваренных в кишечной полости) и их окончательное переваривание. При этом у клеток энтодермы есть также мускульные волоконца, способные сокращаться. Эти волоконца обращены в сторону мезоглеи. В сторону кишечной полости направлены жгутики, которые подгребают к клетке пищевые частицы. Клетка их захватывает так, как это делают амебы - образуя ложноножки. Далее пища оказывается в пищеварительных вакуолях.
Энтодерма выделяет в кишечную полость секрет - пищеварительный сок. Благодаря ему захваченное гидрой животное распадается на мелкие частички.
Размножение гидры
У пресноводной гидры есть как половое, так и бесполое размножение.
Бесполое размножение осуществляется путем почкования. Оно происходит в благоприятный период года (в основном летом). На теле гидры образуется выпячивание стенки. Это выпячивание увеличивается в размерах, после чего на нем образуются щупальца и прорывается рот. В последствие дочерняя особь отделяется. Таким образом, пресноводные гидры не образуют колоний.
С наступлением холодов (осенью) гидра преступает к половому размножению . После полового размножения гидры гибнут, они не могут жить зимой. При половом размножении в теле гидры образуются яйцеклетки и сперматозоиды. Последние покидают тело одной гидры, подплывают к другой и оплодотворяют там ее яйцеклетки. Образуются зиготы, которые покрываются плотной оболочкой, позволяющей им пережить зиму. Весной зигота начинает делиться, при этом формируются два зародышевых слоя - эктодерма и энтодерма. Когда температура становится достаточно высокой, молодая гидра разрывает оболочку и выходит наружу.
К классу гидроидных относят беспозвоночных водных стрекающих животных. В их жизненном цикле зачастую присутствуют, сменяя друг друга, две формы: полип и медуза. Гидроидные могут собираться в колонии, но нередки и одиночные особи. Обнаруживают следы гидроидных даже в докембрийских слоях, однако из-за крайней непрочности их тел поиск весьма затруднен.
Яркий представитель гидроидных - пресноводная гидра , одиночный полип. Ее тело имеет подошву, стебелек и длинные относительно стебелька щупальца. Передвигается она, словно художественная гимнастка, - при каждом шаге делает мостик и кувыркается через «голову». Гидра повсеместно используется в лабораторных опытах, ее способность к регенерации и высокая активность стволовых клеток, обеспечивающая «вечную молодость» полипу, подтолкнула немецких ученых к поиску и изучению «гена бессмертия».
Типы клеток гидры
1. Эпителиально-мускульные клетки формируют внешние покровы, то есть являются основой эктодермы . Функция этих клеток - сокращать тело гидры или делать его длиннее, для этого они имеют мускульное волоконце.
2. Пищеварительно-мускульные клетки расположены в энтодерме . Они приспособлены к фагоцитозу, захватывают и перемешивают частички пищи, попавшие в гастральную полость, для чего каждая клетка снабжена несколькими жгутиками. В целом жгутики и ложноножки помогают пище проникать из кишечной полости в цитоплазму клеток гидры. Таким образом, пищеварение у нее идет двумя способами: внутриполостным (для этого там есть набор ферментов) и внутриклеточным.
3. Стрекательные клетки расположены в первую очередь на щупальцах. Они многофункциональны. Во-первых, гидра с их помощью защищается - рыба, желающая съесть гидру, обжигается ядом и бросает ее. Во-вторых, гидра парализует захваченную щупальцами добычу. В стрекательной клетке содержится капсулка с ядовитой стрекательной нитью, снаружи расположен чувствительный волосок, который после раздражения дает сигнал к «выстрелу». Жизнь стрекательной клетки скоротечна: после «выстрела» нитью она гибнет.
4. Нервные клетки , вместе с отростками похожими на звезды, лежат в эктодерме , под слоем эпителиально-мускульных клеток. Самая большая концентрация их у подошвы и щупалец. При любом воздействии гидра реагирует, что является безусловным рефлексом. Есть у полипа и такое свойство как раздражимость. Вспомним также, что «зонтик» медузы окаймлен скоплением нервных клеток, а в теле находятся ганглии.
5. Железистые клетки выделяют клейкое вещество. Находятся они в энтодерме и способствуют перевариванию пищи.
6. Промежуточные клетки - круглые, очень маленькие и недифференцированные - лежат в эктодерме . Эти стволовые клетки бесконечно делятся, способны превращаться в любые другие, соматические (кроме эпителиально-мускульных) или половые и обеспечивают регенерацию гидры. Встречаются гидры, не имеющие промежуточных клеток (следовательно, стрекательных, нервных и половых), способные к бесполому размножению.
7. Половые клетки развиваются в эктодерме . Яйцеклетка пресноводной гидры снабжена ложноножками, которыми она захватывает соседние клетки вместе с их питательными веществами. Среди гидр встречается гермафродитизм , когда яйцеклетки и сперматозоиды формируются у одной особи, но в разное время.
Прочие особенности пресноводной гидры
1. Дыхательной системы гидры не имеют, дышат они всей поверхностью тела.
2. Кровеносная система не сформирована.
3. Пищей для гидр служат личинки водных насекомых, разнообразные мелкие беспозвоночные, рачки (дафнии, циклопы). Непереваренные остатки пищи, как и у других кишечнополостных, удаляются обратно через ротовое отверстие.
4. Гидра способна к регенерации , за которую отвечают промежуточные клетки. Даже изрезанная на фрагменты, гидра достраивает необходимые органы и превращается в нескольких новых особей.
Первым смог разглядеть и описать гидру натуралист А. Левенгук, который изобрел микроскоп. Этот ученый был самым значительным натуралистом XVII-XVIII веков.
Рассматривая водные растения при помощи своего примитивного микроскопа, Левенгук заметил странное существо, у которого имелись руки «в виде рогов». Ученый даже пронаблюдал за почкованием этих существ и разглядел их стрекательные клетки.
Строение пресноводной гидры
Гидра относится к кишечнополостным животным. Ее тело имеет трубковидную форму, в передней части находится ротовое отверстие, которое окружено венчиком, состоящим из 5-12 щупалец.
Под щупальцами тело гидры сужается и получается шейка, которая отделяет туловище от головы. Задняя часть тела сужена в стебелек или ножку, с подошвой на конце. Когда гидра сытая, ее тело в длине не превышает 8 миллиметров, а если гидра голодная, тело значительно длиннее.
Как у всех представителей кишечнополостных, тело гидры образовано двумя слоями клеток.
Внешний слой состоит из разнообразных клеток: одни клетки используются для поражения добычи, другие клетки обладают сократимостью, а третьи выделяют слизь. А во внешнем слое имеются нервные клетки, которые формируют сеть, покрывающую тело гиды.
Гидра является одним из немногих представителей кишечнополостных, который обитает в пресной воде, а большая часть этих существ живут в морях. Средой обитания гидр являются разнообразные водоемы: озера, пруды, канавы, речные заводи. Они селятся на водных растениях и корешках ряски, которая покрывает ковром все дно водоема. Если вода чистая и прозрачная, то гидры селятся на камнях у самого берега, образуя порой бархатный ковер. Гидры любят свет, поэтому отдают предпочтение неглубоким местам рядом с берегами. Эти существа могут различать направление света и двигаться к его источнику. Если гидры живут в аквариуме, они всегда перебираются в его освещенную часть.
Если в сосуд с водой поместить водные растения, то можно заметить, как по их листьям и стенкам сосуда ползают гидры. На подошве гидры имеется клейкое вещество, которое помогает ей прочно крепиться к водным растениям, камням и стенкам аквариума, оторвать гидру с ее места довольно сложно. Изредка гидра передвигается в поиске пище, это можно наблюдать в аквариумах, когда на стеке остается след в том месте, где гидра сидела. За несколько дней эти существа перемещаются не более чем на 2-3 сантиметра. Во время движения, гидра крепится к стеклу щупальцем, отрывает подошву и перетаскивает ее на новое место. Когда подошва крепится к поверхности, гидра выравнивается и снова опирается на свой щупалец, совершая шаг вперед.
Этот способ перемещения схож с передвижением гусениц бабочек пядениц, которых часто называют «землемерами». Но гусеница подтягивает заднюю часть к передней, а затем снова перемещает переднюю часть. А гидра во время передвижения каждый раз переворачивается через голову. Так гидра передвигается достаточно быстро, но имеется и другой, более медленный способ перемещения – когда гидра скользит на своей подошве. Некоторые особи могут открепляться от субстрата и плавать в воде. Они расправляют свои щупальца и мелено опускаются на дно. А вверх гидры поднимаются при помощи пузырька газа, формирующегося на подошве.
Как питаются пресноводные гидры
Гидры являются хищными существами, они питаются инфузориями, циклопами, мелкими рачками – дафниями и другой мелкой живностью. Иногда они поедают более крупных жертв, например небольших червей или личинок комара. Гидры даже могут наносить ущерб рыбоводческим прудам, поскольку они поедают только что проклюнувшихся из икры рыб.
Как охотится гидра, можно легко проследить в аквариуме. Она широко расставляет щупальца, которые формируют сеть, при этом она висит щупальцами вниз. Если наблюдать за гидрой, можно заметить, что ее тело, медленно раскачиваясь, описывает передней частью круг. Проплывающая мимо жертва задевается о щупальца, пытается освободиться, но затихает, поскольку стрекательные клетки парализуют ее. Гидра подтягивает добычу ко рту и начинает поедать.
Если охота успешная, гидра раздувается от количества съеденных рачков, а их глазки просвечиваются сквозь ее тело. Гидра может съесть добычу, превышающую ее по размеру. Рот гидры способен широко раскрываться, а тело значительно растягиваться. Порой изо рта гидры торчит часть жертвы, которая не поместилась вовнутрь.
Размножение гидры пресноводной
Если питания достаточно, гидры быстро размножаются. Размножение происходит почкованием. Процесс роста почки от крохотного бугорка до сформировавшейся особи занимает несколько дней. Нередко на теле гидры образуются несколько почек, в то время, пока молодая особь не отделилась от материнской гидры. Таким образом, у гидр происходит бесполое размножение.
Осенью, когда температура воды понижается, гидры могут размножаться и половым способом. На теле гидры образуются половые железы в виде вздутий. В одних вздутиях формируются мужские половые клетки, а в других — яйцевые клетки. Мужские половые клетки свободно плавают в воде и проникают в полость тела гидр, оплодотворяя неподвижные яйцеклетки. Когда образуются яйца, гидра, как правило, погибает. При благоприятных условиях из яиц выходят молодые особи.
Регенерация у пресноводной гидры
У гидр проявляется поразительная способность к регенерации. Если гидру разрезать пополам, то в нижней части быстро отрастут новые щупальца, а на верхней части – подошва.
В XVII веке голландский ученый Трамбле проводил с гидрами интересные эксперименты, в результат которых ему не просто удавалось выращивать новых гидр из кусочков, но и сращивать различные половинки гидр, получать семиглавых полипов и выворачивать их тела наизнанку. Когда был получен семиглавый полип, похожий на гидру из Древней Греции, этих полипов и стали называть гидрами.
