Строение кишечнополостных. Практикум по зоологии беспозвоночных

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.

Эпителиально-мускульные клетки

Эпителиально-мускульные клетки эктодермы и энтодермы образуют основную массу тела гидры. У гидры около 20 000 эпителиально-мускульных клеток.

Клетки эктодермы имеют цилиндрическую форму эпителиальных частей и формируют однослойный покровный эпителий. К мезоглее прилегают сократимые отростки данных клеток, образующие продольную мускулатуру гидры.

Эпителиально-мускульные клетки энтодермы направлены эпителиальными частями в полость кишки и несут по 2-5 жгутиков, которые перемешивают пищу. Эти клетки могут образовывать ложноножки, с помощью которых захватывают частицы пищи. В клетках формируются пищеварительные вакуоли.

Эпителиально-мускульные клетки эктодермы и энтодермы представляют собой две независимые клеточные линии. В верхней трети туловища гидры они делятся митотически, а их потомки постепенно смещаются либо в сторону гипостома и щупалец, либо в сторону подошвы. По мере перемещения происходит дифференцировка клеток: так, клетки эктодермы на щупальцах дают клетки стрекательных батарей, а на подошве - железистые клетки, выделяющие слизь.

Железистые клетки энтодермы

Железистые клетки энтодермы выделяют в полость кишки пищеварительные ферменты, которые расщепляют пищу. Эти клетки образуются из интерстициальных клеток. У гидры около 5000 железистых клеток.

Интерстициальные клетки

Между эпителиально-мускульными клетками находятся группы мелких, округлых клеток, называемых промежуточными, или интерстициальными. У гидры их около 15 000. Это недифференцированные клетки. Они могут превращаться в остальные типы клеток тела гидры, кроме эпителиально-мускульных. Промежуточные клетки обладают всеми свойствами мультипотентных стволовых клеток. Доказано, что каждая промежуточная клетка потенциально способна дать как половые, так и соматические клетки. Стволовые промежуточные клетки не мигрируют, однако их дифференцирующиеся клетки-потомки способны к быстрым миграциям.

Нервные клетки и нервная система

Нервные клетки образуют в эктодерме примитивную диффузную нервную систему — рассеянное нервное сплетение. В энтодерме есть отдельные нервные клетки. Всего у гидры около 5000 нейронов. У гидры имеются сгущения диффузного плексуса на подошве, вокруг рта и на щупальцах. По новым данным, у гидры имеется околоротовое нервное кольцо, сходное с нервным кольцом, расположенным на крае зонтика у гидромедуз.

У гидры нет четкого деления на чувствительные, вставочные и моторные нейроны. Одна и та же клетка может воспринимать раздражение и передавать сигнал эпителиально-мускульным клеткам. Тем не менее, есть два основных типа нервных клеток — чувствительные и ганглиозные. Тела чувствительных клеток расположены поперек эпителиального пласта, они имеют неподвижный жгутик, окруженный воротничком из микроворсинок, который торчит во внешнюю среду и способен воспринимать раздражение. Ганглиозные клетки расположены в основании эпителиально-мускульных, их отростки не выходят во внешнюю среду. По морфологии большинство нейронов гидры — биполярные или мультиполярные.

В нервной системе гидры присутствуют как электрические, так и химические синапсы. Из нейромедиаторов у гидры обнаружены дофамин, серотонин, норадреналин, гамма-аминомасляная кислота, глютамат, глицин и многие нейропептиды.

Гидра - наиболее примитивное животное, в нервных клетках которого обнаружены чувствительные к свету белки опсины. Анализ гена опсина гидры позволяет предположить, что опсины гидры и человека имеют общее происхождение.

Стрекательные клетки

Основная статья: Книдоцит

Стрекательные клетки образуются из промежуточных только в области туловища. Сначала промежуточная клетка делится 3-5 раз, образуя кластер из предшественников стрекательных клеток, соединенных цитоплазматическими мостиками. Затем начинается дифференцировка, в ходе которой мостики исчезают. Дифференцирующиеся книдоциты мигрируют в щупальца. Стрекательные клетки наиболее многочисленные из всех клеточных типов, их у гидры около 55.000.

Стрекательная клетка имеет стрекательную капсулу, заполненную ядовитым веществом. Внутрь капсулы ввёрнута стрекательная нить. На поверхности клетки находится чувствительный волосок, при его раздражении нить выбрасывается и поражает жертву. После выстреливания нити клетки погибают, а из промежуточных клеток образуются новые.

У гидры есть четыре типа стрекательных клеток — стенотелы, десмонемы, голотрихи изоризы и атрихи изоризы. При охоте первыми выстреливают вольвенты. Их спиральные стрекательные нити опутывают выросты тела жертвы и обеспечивают ее удержание. Под действием рывков жертвы и вызванной ими вибрации срабатывают имеющие более высокий порог раздражения пенетранты. Шипы, имеющиеся у основания их стрекательных нитей, заякориваются в теле добычи, а через полую стрекательную нить в ее тело вводится яд.

Большое количество стрекательных клеток находится на щупальцах, где они образуют стрекательные батареи. Обычно в состав батареи входит одна крупная эпителиально-мускульная клетка, в которую погружены стрекательные клетки. В центре батареи находится крупная пенетранта, вокруг нее — более мелки вольвенты и глютинанты. Книдоциты соединены десмосомами с мускульными волокнами эпителиально-мускульной клетки. Большие глютинанты, видимо, в основном используются для защиты. Малые глютинанты используются только при передвижении гидры для прочного прикрепления щупальцами к субстрату. Их выстреливание блокируется экстрактами из тканей жертв гидры.

Выстреливание пенетрант гидры было изучено с помощью сверхвысокоскоростной киносъемки. Оказалось, что весь процесс выстреливания занимает около 3 мс. В его начальной фазе скорость его достигает 2 м/c, а ускорение составляет около 40.000 g; видимо, это один из самых быстрых клеточных процессов из известных в природе. Первым видимым изменением было увеличение объема стрекательной капсулы примерно на 10%, затем объем снижается почти до 50% от исходного. В дальнейшем выяснилось, что и скорость, и ускорение при выстреливании нематоцист были сильно недооценены; по данным 2006 года, на ранней фазе выстреливания скорость этого процесса составляет 9-18 м/с, а ускорение составляет от 1.000.000 до 5.000.000 g. Это позволяет нематоцисте массой около 1 нг развивать на кончиках шипов давление порядка 7 гПа, что сравнимо с давлением пули на мишень и позволяет пробивать достаточно толстую кутикулу жертв.

Половые клетки и гаметогенез

Как и всем животным, гидрам свойственна оогамия. Большинство гидр раздельнополы, но встречаются гермафродитные линии гидр. И яйцеклетки, и сперматозоиды образуются из i-клеток. Считается, что это особые субпопуляции i-клеток, которые можно отличить по клеточным маркерам и которые в небольшом количестве присутствуют у гидр и в период бесполого размножения.

При оогенезе ооциты фагоцитируют целые оогонии, а затем несколько ооцитов сливаются, после чего ядро одного из них превращается в ядро яйцеклетки, а остальные ядра дегенерируют. Эти процессы обеспечивают быстрый рост яйцеклетки.

Как недавно показано, при сперматозегензе имеет место программированная клеточная смерть части клеток-предшественников сперматозоидов и их фагоцитирование окружающими клетками эктодермы

Отряд: Anthoathecata (=Hydrida) = Гидры

Род: Hydra = Гидры

Гидры распространены очень широко и обитают только в стоячих водоёмах или реках с медленным течением. По природе гидры представляют собой одиночнго малоподвижного полипа, с длиной тела от 1 до20 мм. Обычно гидры прикрепляются к субстрату: водным растениям, грунту или другим предметам, находящимся в воде.

Гидра имеет тело цилиндрической формы и обладает радиальной (одноосно-гетеропольной) симметрией. На его переднем конце, на особом конусе расположен рот, который окружённый венчиком, состоящим из 5-12 щупалец. Тело некоторых видов гидр разделено на собственно туловище и стебелёк. При этом на противоположном от рта заднем конце тела (или стебелька) расположена подошва, орган передвижения и прикрепления гидры.

По строению тело гидры представляет собой мешок со стенкой из двух слоёв: слоя клеток эктодермы и слоя клеток энтодермы, между которыми располагается мезоглея - тонкий слой межклеточного вещества. Полость тела гидры или гастральная полость, образует выпячивания или выросты, которые заходят внутрь щупалец. В гастральную полость гидры ведет одно основное ротовое отверстие, а на их подошве гидры имеется также дополнительное отверстие в виде узкой аборальной поры. Именно через неё может выделяться жидкость из кишечной полости. Отсюда же также выделяется пузырёк газа, при этом гидра вместе с ним открепляется от субстрата и всплывает к поверхности, удерживаясь вниз головным (передним) концом в толще воды. Именно таким способом она может расселяться по водоёму, преодолевая с течением значительное расстояние. Интересно функционирование и ротового отверстия, которое у не питающейся гидры фактически отсутствует, так как клетки эктодермы ротового конуса плотно смыкаются, образуя плотные контакты, мало отличающиеся от таковых и на других участках тела. Поэтому гидре при питании каждый раз необходимо как бы прорывать и открывать рот заново.

Основную массу тела гидры образуют эпителиально-мускульные клетки эктодермы и энтодермы, которых у гидры насчитывается около 20 000 . Эпителиально-мускульные клетки эктодермы и энтодермы представляют собой две независимые клеточные линии. Клетки эктодермы имеют цилиндрическую форму, формируя однослойный покровный эпителий. К мезоглее прилегают сократимые отростки данных клеток, они то и образуют продольную мускулатуру гидры. Эпителиально-мускульные клетки энтодермы несут по 2-5 жгутиков и направлены эпителиальными частями в полость кишки. С одной стороны эти клетки благодаря деятельности жгутиков перемешивают пищу, а с другой стороны, эти клетки могут образовывать ложноножки, при помощью которых они захватывают частицы пищи внутрь клетки, где формируются пищеварительные вакуоли.

Эпителиально-мускульные клетки эктодермы и энтодермы в верхней трети туловища гидры способны делиться митотически. Вновь образуемые клетки постепенно смещаются: одни в сторону гипостома и щупалец, другие в сторону подошвы. При этом по мере их переперемещения от места размножения происходит дифференцировка клеток. Так, те клетки эктодермы, что оказались на щупальцах преобразуются в клетки стрекательных батарей, а на подошве они становятся железистыми клетками, выделяющими слизь, так необходимую для прикрепления гидры к субстрату.

Расположенные в полости тела гидры железистые клетки энтодермы, которых насчитывается около 5000, выделяют пищеварительные ферменты, которые расщепляют пищу находящуюся в полости кишки. А образуются железистые клетки из промежуточных или интерстициальных клеток (i-клеток). Они расположены между эпителиально-мускульными клетками и имеют вид мелких, округлых клеток, которых у гидры насчитывается около 15 000. Эти недифференцированные клетки могут превращаться в любые типы клеток тела гидры, кроме эпителиально-мускульных. Они обладают всеми свойствами стволовых клеток и потенциально способны дать как половые, так и соматические клетки. Хотя сами стволовые промежуточные клетки не мигрируют, а вот их дифференцирующиеся клетки-потомки способны к довольно быстрым миграциям.

71. Охарактеризуем Кишечнополостных.
Многочисленный тип водных многоклеточных свободноживущих и сидячих животных. Это двухслойные, имеющие лучевую симметрию животные, с мешковидным телом, окруженным щупальцами. В нем имеется пищеварительная полость. В строении наблюдается дифференциация клеток.

72. Зарисуем схему внешнего строения гидры.

73. Подпишем слои тела гидры и их клетки.

I. Энтодерма
II. Базальная мембрана
III. Эктодерма
1. Железистая клетка
2. Эпителиально-мускульная клетка
3. Стрекательная клетка
4. промежуточная клетка
5. Чувствительная клетка

74. Напишем о строении и функции стрекательных клеток.
Распределены по всей эктодерме, но особенно много их на щупальцах и вокруг рта. Стрекательная клетка имеет капсулу, похожую на пузырек, внутри которой находится свернутая спирально полая нить. На поверхности клетка расположен чувствительный шипик. В ответ на раздражение выбрасывается обжигающее или ядовитое содержимое. Стрекательные клетки служат для защиты.

75. Опишем процессы питания и пищеварения гидры.
Стрекательные нити опутывают добычу и парализуют ее. Затем гидра захватывает её щупальцами и направляет в ротовое отверстие. Проглоченная пища попадает в пищеварительную полость. Предварительно пища обрабатывается ферментами и измельчается в пищеварительной полости. Затем пищевые частицы фагоцитируются эпителиально-мускульными клетками и в них перевариваются.

76. Опишем процесс почкования гидры.

На теле гидры есть почки, которые, отрастая, образуют ротовое отверстие на переднем конце тела. Почка перешнуровывается у основания, отпадает и начинает самостоятельную жизнь. Часто процесс протекает так быстро, что до момента отпадания на почке успевают образоваться еще несколько новых отростков.

77. Подпишем основные стадии полового размножения гидры.

78. Напишем ответ о значении кишечнополостных.
Регулируют численность мелких животных в природе, участвуя в пищевых цепочках;
Используются в деятельности человека в виде коралловых рифов;
Корнероты употребляются в пищу;
Применяются в изготовлении украшений.

79. Выполним лабораторную работу.
1. Напишем размеры, форма, окраску тела.
Небольшие размеры до 2 см; тело гидры в форме продолговатого мешочка цилиндрической формы; травянисто-зеленый полупрозрачный цвет.

2. Подпишем основные части тела гидры.

3. Укажем количество щупалец.
5-12 щупалец

4. Опишем особенности реакции гидры.
Гидра способна ощущать прикосновения, изменения температуры, появление в воде других различных веществ и другие раздражения. От этого её нервные клетки возбуждаются. Если к гидре прикоснуться иглой, то по отросткам раздражение перейдет к другим нервным клеткам, а от них к кожно-мускульным клеткам. Это вызывает сокращение мускульных волоконец, а гидра сжимается в комочек.

Пресноводная гидра — это удивительное существо, которое не просто обнаружить из-за его микроскопических размеров. Hydra относится к типу кишечнополостных организмов.

Среда обитания этого маленького хищника — заросшие растительностью реки, запруды, озера без сильных течений. Проще всего наблюдать за пресноводным полипом через лупу.

Достаточно взять воду с ряской из водоема и дать ей немного постоять: вскоре можно будет разглядеть продолговатые «проволочки» белого или бурого цвета размером 1-3 сантиметра. Именно так изображают гидру на рисунках. Именно так и выглядит пресноводная гидра.

Строение

Туловище гидры имеет трубчатую форму. Оно представлено двумя видами клеток - эктодермой и энтодермой. Между ними находится межклеточное вещество — мезоглея.

В верхней части тела можно увидеть ротовое отверстие, обрамленное несколькими щупальцами.

С противоположной стороны «трубочки» расположена подошва. Благодаря присоске происходит прикрепление к стебелькам, листочкам и другим поверхностям.

Эктодерма гидры

Эктодерма — внешняя часть клеток тельца животного. Эти клетки необходимы для жизни и развития животного.

Эктодерма состоит из нескольких видов клеток. Среди них:

• кожно-мускульные клетки — они помогают телу двигаться и извиваться. Когда клетки сокращаются, животное сжимается или напротив - вытягивается. Простой механизм помогает гидре под покровом воды беспрепятственно передвигаться с помощью «кувырков» и «шагов»;
• стрекательные клетки — ими покрыты стенки тела животного, но большая часть сосредоточена в щупальцах. Как только рядом с гидрой проплывает мелкая добыча, она пытается коснуться ее щупальцами. В этот момент стрекательные клетки выпускают «волоски» с ядом. Парализуя жертву, гидра притягивает ее к ротовому отверстию и заглатывает. Эта несложная схема позволяет беспрепятственно добывать пищу. После такой работы стрекательные клетки самоуничтожаются, а на их месте появляются новые;
• нервные клетки. Внешняя оболочка тела представлена звездообразными клетками. Они соединены между собой, образуя цепочку нервных волокон. Так образована нервная система животного;
• половые клетки активно растут в осенний период. Представляют собой яйцевые (женские) половые клетки и сперматозоиды. Яйцеклетки находятся рядом с ротовым отверстием. Они быстро растут, поглощая расположенные рядом клетки. Сперматозоиды после созревания выходят из тела и плавают в воде;
• промежуточные клетки — они служат защитным механизмом: при повреждении тела животного эти невидимые «защитники» начинают активно размножаться и залечивать рану.

Энтодерма гидры

Энтодерма помогает гидре переваривать пищу. Клетки выстилают пищеварительный тракт. Они захватывают частички пищи, доставляя ее к вакуолям. Выделенный железистыми клетками пищеварительный сок перерабатывает необходимые для организма полезные вещества.

Чем дышит гидра

Пресноводная гидра дышит внешней поверхностью тела, через которую поступает необходимый для ее жизнедеятельности кислород.

Кроме того, в процессе дыхания участвуют и вакуоли.

Особенности размножения

В теплое время года гидры размножаются методом почкования. Это бесполый способ размножения. При этом на теле особи образуется нарост, который со временем увеличивается в размерах. Из «почки» разрастаются щупальца, и образуется рот.

В процессе почкования новое существо отделяется от тела и уходит в свободное плавание.

В холодный период времени гидры размножаются только половым путем. В теле животного созревают яйцеклетки и сперматозоиды. Мужские клетки, покинув тело, оплодотворяют яйцеклетки других гидр.

После функции размножения взрослые особи гибнут, а плодом их творения становятся зиготы, покрытые плотным «куполом» для того, чтобы выжить суровой зимой. Весной зигота активно делится, растет, а затем прорывает оболочку и начинает самостоятельную жизнь.

Чем питается гидра

Для питания гидры характерен рацион, состоящий из миниатюрных обитателей водоемов - инфузорий, водяных блох, планктонных рачков, насекомых, мальков рыб, червей.

Если жертва небольшая, гидра заглатывает ее целиком. Если же добыча крупного размера, хищница способна широко раскрыть рот, и значительно растянуть тело.

Регенерация гидры обыкновенной

Гидра обладает уникальной способностью: она не стареет. Каждая клеточка животного обновляется через пару-тройку недель. Даже потеряв часть тела, полип способен отрастить точно такую же, восстановив симметрию.

Гидра, разрезанная пополам, не умирает: из каждой части вырастает новое существо.

Биологическое значение гидры пресноводной

Гидра пресноводная - незаменимый элемент в пищевой цепочке. Это уникальное животное играет важную роль в очищении водоемов, регулируя популяцию других его обитателей.

Гидры - ценный объект исследования ученых в биологии, медицинской и научной областях.