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.
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.
Строение кишечнополостных
на примере пресноводной гидры
Внешний вид гидры; стенка тела гидры; гастроваскулярная полость; клеточные элементы гидры; размножение гидры
Пресноводная гидра в качестве лабораторного объекта при изучении кишечнополостных обладает следующими преимуществами: широким распространением, доступностью культивирования и главное - ясно выраженными чертами типа Кишечнополостные и подтипа Стрекающие. Однако она не пригодна для изучения жизненного цикла кишечнополостных (см. стр. 72-76).
Известно несколько видов пресноводных гидр, объединяемых в одно семейство Гидровые - Hydridae ; из их жизненного цикла выпала медузоидная стадия. Среди их наибольшим распространением отличается Hydra oligactis.
Работа 1. Внешний вид гидры. Не трудно различить четыре отдела в теле гидры - головной, туловище, стебелек и подошву (рис. 24). Вытянутый и заостренный выступ тела -
Рис. 24. Гидра стебельчатая. А
- внешний вид (несколько увеличено); Б
- гидра с развивающейся почкой, мужскими и женскими гонадами:
1
- подошва и место прикрепления гидры к субстрату; 2
- стебелек; 3
- туловищный отдел; 4 -
отверстие пищеварительной полости; 5
- щупальца; 6
- оральный конец: 7
- абоальный конец; 8
- гипостом
ротовой конус (или гипостом ) несет на вершине ротовое отверстие, а у основания своего окружен радиально расположенными щупальцами. Гипостом и щупальца образуют головной отдел тела, или голову. Конец тела, несущий гипостом, называют оральным, противоположный - аборальным . Большая часть тела представлена вздутым, расширенным туловищем, непосредственно следующим за головным отделом. Кзади от него суженная часть тела - стебелек переходит в
уплощенный участок - подошву; клетки ее выделяют клейкий секрет, с помощью которого гидра прикрепляется к субстрату. Подобное строение тела позволяет провести через него несколько или много плоскостей симметрии ; каждая разделит тело на пиве однородные половины (одна из них представит зеркальное отображение другой). У гидры эти плоскости проходят по радиусам (или диаметрам) поперечного разреза тела гидры, и пересекаются в продольной оси тела. Такую симметрию называют радиальной (см. рис. 23).
На живом материале можно проследить за передвижением гидры. Прикрепившись подошвой к субстрату, гидра подолгу остается на одном месте. Свой оральный конец она поворачивает в разные стороны и "облавливает" щупальцами окружающее ее пространство. Передвигается гидра способом так называемого "шагания". Вытянув тело вдоль поверхности субстрата, она прикрепляется оральным концом, отделяет подошву и подтягивает аборалыный конец, прикрепляя его поблизости от орального; так осуществляется один "шаг", который затем многократно повторяется. Иногда свободный конец тела перебрасывается на противоположную сторону укрепленного головного конца, и тогда "шагание" усложняется кувырканием через голову.
Ход работы. 1. Рассмотреть живую гидру. Для этого приготовить временный микролреларат из живых гидр; покровное стекло снабдить высокими пластилиновыми ножками. Наблюдения вести под микроскопом при малом увеличении (или под штативной лупой). Зарисовать "контуры тела гидры и обозначить на рисунке все отписанные выше элементы ее внешнего строения. 2. Проследить за сокращением и вытягиванием тела животного: при толчке, встряхивании или ином раздражении тело гидры сожмется в комок; через несколько минут, после того, как гидра успокоится, тело ее примет продолговатую, почти цилиндрическую форму (длиной до 3 см).
Работа 2. Стенка тела гидры. Клетки в теле гидры расположены в два слоя: наружный, или эктодерма , и внутренний, или эндодерма. На всем протяжении, от гипостома до подошвы включительно, клеточные слои хорошо прослеживаются, так как разделены, точнее - связаны, особым неклеточным студенистым веществом, образующим также сплошной промежуточный слой , или опорную пластинку (рис, 25).. Благодаря этому все клетки оказываются связанными в единую целостную систему, а эластичность опорной пластинки придает и поддерживает свойственную гидре форму тела.
Эктодермальные клетки в подавляющем большинстве более или менее однородны, уплощены, вплотную прилегают друг к другу и непосредственно связаны с внешней средой.
Рис. 25. Схема строения тела гидры. А
- продольный разрез тела с пересечением (продольным) щупалец; Б
- поперечный разрез через туловищный отдел; В
- топография клеточных и иных структурных элементов на участке поперечного разреза через стенку тела гидры; Г
- нервный аппарат; диффузно распределенные нервные клетки в эктодерме:
1
- подошва; 2
-стебелек; 3
- туловище; 4
- гастральная полость; 5 - щупальце (стенка и полость); 6
- гипостом и ротовое отверстие в нем; 7
- эктодерма; 8 -
эндодерма; 9 -
опорная пластинка; 10
- место перехода эктодермы в эндодерму; 11 - 16 -
клетки гидры (11
- стрекательные, 12
- чувствительные, 13
- промежуточные (интерстициальные), 14
- пищеварительные, 15
- железистые, 16
- нервные)
Примитивная покровная ткань , которую они образуют, изолирует внутренние части тела животного от внешней среды и защищает их от воздействия последней. Эндодермальные клетки также в большей своей части однородны, хотя и кажутся внешне различными из-за образования временных протоплазматических выростов-псевдолодий. Эти клетки вытянуты поперек тела, одним концом обращены к эктодерме, а другим - внутрь тела; каждая из них снабжена одним-двумя жгутиками (на препарате не обнаруживаются). Это пищеварительные клетки , осуществляющие переваривание пищи и всасывание; комочки пищи захватываются псевдоподиями, а непереваримые остатки выбрасываются каждой клеткой самостоятельно. Процесс внутриклеточного пищеварения у гидры примитивен и напоминает подобный процесс у простейших. Так как эктодерма и эндодерма образованы двумя группами специализированных клеток, гидра служит примером начальной дифференцировки клеточных элементов в многоклеточном организме и образования примитивных тканей (рис. 25).
Питательные вещества частично ассимилируются пищеварительными клетками эндодермы, частично транспортируются по промежуточному неклеточному слою; эктодермальные клетки; получают питательные вещества через опорную пластинку, а возможно - непосредственно от пищеварительных, через свои отростки, прободающие опорную пластинку. Очевидно, опорная пластинка, хотя и лишенная клеточного строения, играет весьма существенную роль в жизни гидры.
Ход работы. 1. Ознакомиться со строением стенки тела гидры. Рассмотреть при малом увеличении микроскопа расположение слоев в стенке тела гидры на постоянном, окрашенном препарате медианного среза через тело животного. 2, Зарисовать схематично стенку тела (контурно, без изображения границ между клетками); отметить на рисунке эктодерму, эндодерму к опорную пластинку и указать их функции,
Работа 3. Гастроваекулярная полость. Она открывается на оральном конце ртом, служащим единственным отверстием, через которое полость сообщается с внешней средой (см. рис. 25). Всюду, включая ротовой конус, она окружена (или выстлана) эндодермой. Оба клеточных слоя граничат у ротового отверстия. Обоими жгутиками эндодермальные клечки создают токи воды в полости.
В эндодерме имеются особые клетки - железистые (на препарате не видимые), - которые выделяют пищеварительные соки в полость (см. рис. 25, 26). Пища, (например, пойманные рачки) через ротовое отверстие попадает в полость, где она частично переваривается. Непереваримые остатки пищи удаляются через то же единственное отверстие, которое служит
Рис. 26. Изолированные клетки гидры: А
- эпителиально-мускульная клетка эктодермы (сильно увеличена). Совокупность сократимых мускульных волоконец в отростке на рисунке залита тушью, вокруг нее - слой прозрачной протоплазмы; Б
- группа клеток эндодермы. Между пищеварительными клетками одна железистая и одна чувствительная; В
- интерстициальная клетка между двумя эндодермальными клетками:
1
- 8
- эпителиально-мускульная клетка (1
- эпителиальный участок, 2
- ядро, 3
- протоплазма, 4
- включения, вакуоли, 5
- наружный кутикулярный слой, 6 -
мышечный отросток, 7
- протоплазматический футляр, 8
- мускульные волоконца); 9
- эндодер. малыше клетки; 10 -
их жгутики; 11 -
железистая клетка; 12 -
опорная пластинка;.
13
- чувствительная клетка; 14
- интерстициальная клетка
не только ртом, но и порошицей. Полость гидры продолжается и в такие участки тела, как стебелек и щупальца (см. рис. 24); сюда проникают переваренные вещества; переваривания же пища здесь не происходит.
У гидры осуществляется двойственное пищеварение: внутриклеточное - более примитивное (описано выше) и внеклеточное , или полостное свойственное многоклеточным животным и впервые возникшее у кишечнополостных,.
Морфологически и функционально полость гидры соответствует кишечнику высших животных и может быть названа гастральной . Особой системы, транспортирующей питательные вещества, у гидры нет; частично эту функцию выполняет та же полость, которая поэтому называется гастроваскулярной .
Ход работы. 1, На микропрепарате продольного разреза при малом увеличении микроокопа рассмотреть форму гастроваскулярной полости и ее положение в теле гидры. Обратить внимание на выстилку полости (на всем ее протяжении) эндодермальными клетками. В этом нужно убедиться, рассмотрев гипостом при большом увеличении микроскопа. 2. Найти участки гастроваскулярной полости, не участвующие в переваривании пищи. Все наблюдения зарисовать, обозначив на рисунке
функции различных участков полости. 3, Рассмотреть и зарисовать при малом увеличении микроскопа поперечный срез через тело гидры. Показать на рисунке цилиндрическую форму тела, расположение клеточных слоев и опорной пластинки, различие между эктодермальными и эндодермальными клетками, замкнутость полости (не считая ротового отверстия).
Работа 4. Клеточные элементы гидры. При всех морфологических и физиологических различиях клетки обоих слоев у гидры сходны настолько, что составляют единый тип эпителиально-мускульных клеток (см. рис. 26). Каждая из них имеет пузыревидный или цилиндрический участок с ядром в центре его; это эпителиальная часть, образующая покровы в эктодерме и пищеварительный слой в эндодерме, У основания клетки отходят сократительные отростки - мышечный элемент клетки.
Двойственному характеру в строении клетки соответствует двойственное название этого типа клеток.
Мускульные отростки эпителиально-мышечных клеток прилегают к опорной пластинке. В эктодерме они располагаются вдоль тела (на препарате это не видно), и сокращением их тело гидры укорачивается; в эндодерме, напротив, они направлены поперек тела и при их сокращении тело гидры уменьшается в поперечном сечении и вытягивается в длину. Так попеременным действием мускульных отростков клеток эктодермы и эндодермы осуществляется сокращение и вытягивание в длину гидры.
Эпителиальные участки выглядят по-разному, в зависимости от места расположения клетки: в наружном или внутреннем слое, в туловище или в подошве.
Двойственному характеру строения эпителиально-мускульной клетки соответствует двойственная функция.
Очень мелкие клеточные элементы - стрекательные клетки (крапивные клетки, книдобласты ) - расположены группами в эктодерме щупальца (рис. 27). Центр такой группы, называемой стрекательной батареей , занят относительно крупной клеткой, - пенетрантой и несколькими более мелкими - вольвентами. Менее многочисленные стрекательные батареи имеются также в эктодерме туловищного отдела. Наиболее общие черты книд об ластов таковы: протоплазматическое тело, особый клеточный органоид - стрекательная капсула (книда) и с трудом различимый торчащий наружу тонкий шипик или короткий волосок, именуемый книдоциль (рис.27).
При более детальном ознакомлении с крапивными клетками можно различить три их формы. Пенетранты (рис. 27)
Рис. 27. Стрекальные клетки гидры: А
- пенетранта - первый тип стрекательных клеток; книдобласт изображен в покое (слева) и с выброшенной нитью (справа); Б
- вольвента; В
- отрезок щупальца гидры с батареями стрекательных клеток разных типов:
1
- пенетранты; 2
- вольвенты; 3
- глютинанты; 4 - 13 -
элементы стрекательных клеток (4
- крышечка; 5-книдобласт, протоплазма и ядро, 6
- капсула, 7
- стенка капсулы, 8
- нить, 9
- шейка, 10
- конус, 11
- стилеты, 12
- шипики, 13
- книдоциль)
обладают большой грушевидной формы капсулой; стенка ее прочна и эластична. В капсуле лежит спирально Свернутая длинная тонкая цилиндрическая трубочка - стрекательная нить , соединенная со стенкой капсулы посредством шейки -
расширения нити, на внутренней стенке которой расположено три заостренных стилета и несколько шипиков.
В покое капсула закрыта крышечкой, над которой выступает книдоциль; специфическое раздражение его (механическое и, возможно, химическое) приводит книдобласт в действие (см. рис. 27). Крышечка открывается, из отверстия книды выдвигается шейка; стилеты, направленные заостренным концом вперед, вонзаются в тело жертвы и, разворачиваясь, расширяют ранку, в последнюю проникает стрекательная нить, которая при этом выворачивается наизнанку; ядовитая жидкость, внесенная нитью в ранку, парализует или убивает жертву. Действие пенетранты (от раздражения кницодютя до проникновения яда) протекает мгновенно.
Вольвенты устроены несколько проще. Их книды лишены ядовитой жидкости и шейки с стилетами и шипиками. Выброшенные при раздражении стрекательные нити спирально обвиваются вокруг плавательных щетинок (на ножках, или антеннах рачка) и создают этим механическое препятствие для движения добычи. Менее ясна роль глютинант (больших и малых).
Крапивные клетки служат гидре приспособлением к защите н нападению. На вытянутых и медленно передвигающихся щупальцах при раздражении приводятся в действие одновременно многочисленные стрекательные батареи. Книдобласт действует один раз; выбывший из строя заменяется новым, формирующимся из запасных недифференцированных клеток.
Помимо изучаемых на практических занятиях специализированных групп клеток (эпителиально-мускульные, железистые и крапивные), гидра обладает еще и другими клетками, которые трудно изучить на лабораторном занятии. Тем не менее для полноты описания ниже приводятся важнейшие черты и этих клеток.
Интерстициальные клетки, или сокращенно "i-клетки" - многочисленные мелкие клеточки, расположенные группами в промежутках, между эпителиально-мышечными клетками у их основаниями этому соответствует наименование их как промежуточные (см. рис. 26). Из них путем превращения образуются стрекательные клетки (см. выше) и некоторые другие клеточные элементы. Поэтому их называют еще запасными клетками. Они находятся в состоянии недифференцированном и специализируются в клетки того или иного типа в результате сложного процесса развития.
Чувствительные клетки сосредоточены, по преимуществу, в эктодерме (см. рис. 26); они отличаются удлиненной формой; заостренным концом они выходят наружу, а противоположным - к опорной пластинке, вдоль которой простираются их отростки. Своим основанием чувствительные клетки, по-видимому, вступают в связь с нервными элементами.
Нервные клетки разбросаны более равномерно по всему телу гидры, образуя в совокупности нервную систему диффузного характера (см. рис. 25); лишь в области гипостома и подошвы имеется более богатое их скопление, но нервного центра или вообще нервных узлов у гидры еще нет. Нервные клетки связаны между собой отростками (см. рис. 25), образующими нечто вроде сети, узелки которой представлены нервными клетками; по этому признаку нервная система гидры называется сетевидной . Как и чувствительные, нервные клетки сосредоточены главным образом в эктодерме.
Раздражение из внешней среды (химическое, механическое, исключая раздражение книдобластов) воспринимается чувствительными клетками, а возбуждение, им вызванное, передается нервным клеткам и медленно диффузию распространяется на всю систему. Ответные движения гидры выражаются
в форме сжатия всего тела, т. е. В форме общей реакции, несмотря на местный характер раздражения. Все это - свидетельство низкого уровня, на котором находится нервная система гидр. Тем не менее она уже выполняет роль органа, связывающего структурные элементы Б единое целое (нервные связи в организме), а организм в целом - с внешней средой.
Ход работы, 1. На микропрепарате продольного разреза (или на тотальном) рассмотреть под микроскопом при большом увеличении небольшой участок щупальца. Изучить внешний вид стрекательных клеток, их расположение в теле и образованные ими стрекательные батареи. Изученный участок щупальца зарисовать с изображением обоих клеточных слоев, участка гастроваскулярнрй полости и стрекательной батареи, 2. На микропрепарате, изготовленном заранее из мацерированной ткани (см. стр. 12), рассмотреть и зарисовать при большом увеличении разные формы стрекательных клеток и эпителиально-мускульную клетку. Отметить детали строения и указать их функцию.
Работа 5. Размножение гидры. Гидры размножаются как вегетативным, так и половым путем.
Вегетативная форма размножения - почкование - осуществляется следующим образом. В нижней части туловищного отдела гидры как конусообразный бугорок возникает почка. На дистальном конце ее (см. рис, 24) появляется несколько небольших бугорков, превращающихся в щупальца; в центре между ними прорывается ротовое отверстие. На проксимальном конце почки формируется стебелек и подошва. В формировании почки участие принимают клетки эктодермы, эндодермы и материал опорной пластинки. Гастральная полость материнского организма продолжается в полость почки. Вполне развитая почка отделяется от родительской особи и переходит к самостоятельному существованию.
Органы полового размножения представлены у гидр половыми железами, или гонадами (см. рис. 24). Яичник расположен в нижней части туловищного отдела; яйцевидная клетка в эктодерме, окруженная особыми питательными клетками, представляет крупного размера яйцо с многочисленными выростами, напоминающими псевдоподии. Над яйцом утончившаяся эктодерма прорывается. Семенники с многочисленными сперматозоидами формируются в дистальной части (ближе к оральному концу) туловищного отдела, также в эктодерме. Через разрыв эктодермы сперматозоиды выходят в воду и, достигнув яйца, оплодотворяют его. У гидр раздельнополых одна особь несет либо мужскую, либо женскую гонаду; у
гермафродитных , т. е. обоеполых, у одной и той же особи формируется и семенник и яичник.
Ход работы. 1. Ознакомиться с внешним видом почки на живой гидре или на микропрепарате (тотальном или продольного среза). Выяснить связь клеточных слоев и полости почки с соответствующими структурами материнского организма. Наблюдения зарисовать при малом увеличении микроскопа. 2. На препарате продольного разреза нужно рассмотреть и зарисовать при малом увеличении микроскопа общий вид половых желез гидры.
Дистальный, от латинского дистар - отдаленный от центра или оси тела; в данном случае отдаленный от материнского тела.
Проксимальный, от латинского проксимус - ближайший (ближе расположенный к оси тела или центру).
1: Гермафродитный, от греческого гермафродитос - организм с половыми органами обоих полов.
8. История открытия и изучения
9. Гидра как модельный объект
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
Происходят в одной клетке. В теле гидры и всех других многоклеточных животных разные группы клеток имеют различное значение или, как ещё говорят, различные функции.
Строение
Строение гидры может быть различно, из-за клеток которые выполняют разные функции. Группы клеток, имеющих одинаковое строение и выполняющих определённую функцию в жизни животного, носят название тканей. В теле гидры развиты такие ткани, как покровная, мышечная и нервная. Однако эти ткани не образуют в её теле тех сложных органов, которые имеются у других многоклеточных животных. Таким образом, гидра представляет собой низшее, то есть наиболее простое по своему строению многоклеточное животное.
У червей и других животных более сложных, чем пресноводная гидра, из тканей образуются органы. Из органов, выполняющих общую функцию в жизни животного, в теле животных образуются системы органов (например, нервная система, кровеносная система и др.). У гидры систем органов нет. Размножение гидры происходит двумя способами: половым и бесполым.
Крапивные клетки
Чтобы понять, почему дафнии , прикоснувшись к щупальцам пресноводной гидры, парализуются, необходимо рассмотреть строение щупальца под микроскопом. Вся поверхность щупальца покрыта крошечными узловатыми бугорками. Это особые клетки, имеющие вид пузырьков. Такие клетки есть и на краях тела гидры, но больше всего их на щупальцах. В пузырьках находятся тонкие нити с остриями на концах, торчащими наружу. Когда добыча коснется тела гидры, нити, в спокойном состоянии свернутые в виде спирали, внезапно выбрасываются наружу из своих пузырьков и, как стрелы, вонзаются в тело добычи. При этом из пузырька изливается в ранку капелька яда, парализующего жертву. Сравнительно толстую кожу человека и крупных животных гидра поразить не может. Но в морях живут родственные гидре животные – морские медузы. Крупные медузы могут причинить сильный ожог и человеку. Они обжигают кожу, как крапива. Поэтому эти клетки называются крапивными клетками, а нити – крапивными нитями. Крапивные клетки гидры не только орган нападения на добычу, но и орган защиты.
Мышечные клетки
Некоторые клетки наружного слоя тела гидры с внутренней стороны продолжены узкими мышечными отростками. Эти отростки расположены вдоль тела гидры. Они способны сокращаться. Быстрое сжимание гидры в маленький комочек в ответ на раздражение происходит именно благодаря сокращению этих мышечных отростков. Клетки с такими отростками называются покровно-мышечными. В жизни гидры они играют такую же роль, как у человека мышцы. Таким образом, наружные клетки гидры защищают ее и помогают ей передвигаться.
Нервные клетки
Гидра воспринимает раздражения чувствительными клетками, расположенными в эктодерме (наружном слое). Передаются эти раздражения через нервные клетки, находящиеся в покровном слое, ближе к основанию покровно-мышечных клеток, на опорной перепонке, соединяясь между собой. Нервные клетки образуют нервную сеть. Эта сеть является зачатком нервной системы.
От чувствительных клеток раздражение (например, от прикосновения иглой или палочкой) передается нервным клеткам и распространяется по всей нервной сети гидры. От нервной сети раздражение переходит на покровно-мышечные клетки. Отростки их сокращаются, и соответственно сокращается все тело гидры. Так гидра отвечает на внешние раздражения. Сокращение тела гидры от прикосновения имеет защитное значение.
Пищеварительные клетки
Клетки пищеварительного слоя значительно крупнее, чем клетки покровного слоя. На своей внутренней части, обращенной к кишечной полости, эти клетки имеют длинные жгутики. Двигаясь, жгутики перемешивают частицы пищи, попавшие внутрь кишечной полости. Пищеварительные клетки выделяют сок, переваривающий пищу. Переваренная пища всасывается клетками пищеварительного слоя, а из них поступает во все клетки тела. Не переваренные остатки пищи выбрасываются наружу через ротовое отверстие.