Какие клетки гидры можно отнести к стволовым. Строение кишечнополостных
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.
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.
В статье читатели смогут узнать, что такое гидра. А также познакомится с историей открытия, особенностями данного животного и местом обитания.
История открытия животного
Прежде всего следует дать научное определение. Пресноводная гидра - это род сидячих (по образу жизни) кишечнополостных, относящихся к классу гидроидных. Представители этого рода обитают в реках с относительно медленным течением или стоячих водоемах. Они крепятся к грунту (дну) или растениям. Это малоподвижный одиночный полип.
Первые данные о том, что такое гидра, дал нидерландский ученый, конструктор микроскопа Антони ван Левенгук. Он являлся также основоположником научной микроскопии.
Более подробное описание, а также процессы питания, движения, размножения и регенерации гидры раскрыл швейцарский ученый Авраам Трамбле. Свои результаты он описал в книге "Мемуары к истории одного рода пресноводных полипов".
Данные открытия, которые стали предметом разговоров, принесли большую славу ученому. В настоящее время считается, что именно опыты по изучению регенерации рода послужили толчком к возникновению экспериментальной зоологии.
Уже позже Карлом Линнеем роду было дано научное название, которое исходило из древнегреческих мифов о Лернейской Гидре. Возможно, ученый связал название рода с мифическим существом ввиду его регенерационных способностей: когда гидре отрубали голову, на ее месте вырастала другая.
Строение тела
Раскрывая тему "Что такое гидра?", следует дать и внешнее описание рода.
Длина туловища составляет от одного миллиметра до двух сантиметров, а иногда и немного больше. Тело гидры имеет цилиндрическую форму, спереди находится рот, окруженный щупальцами (их количество может достигать двенадцати). Сзади размещается подошва, с помощью которой животное может передвигаться и прикрепляться к чему-либо. На ней есть узкая пора, через нее выделяется из кишечной полости жидкость и пузырьки газа. Особь вместе с этим пузырьком открепляется от опоры и всплывает. При этом голова находится в толще воды. Таким способом особь расселяется по водоёму.
Строение гидры простое. Иначе говоря, тело представляет собой мешок, стенки которого состоят из двух слоев.
Жизненные процессы
Говоря о процессах дыхания и выделения, следует сказать: оба процесса происходят по всей поверхности тела. В выделении важную роль играют клеточные вакуоли, главной функцией которых является осморегуляторная. Ее суть заключается в том, что вакуоли выводят остатки воды, которые поступают в клетки вследствие процессов односторонней диффузии.
Благодаря наличию нервной системы, имеющей сетчатое строение, пресноводная гидра осуществляет простейшие рефлексы: животное реагирует на температуру, механическое раздражение, освещенность, на наличие химических веществ в водной среде и на другие факторы среды.
Основу питания гидры составляют мелкие беспозвоночные - циклопы, дафнии, олигохеты. Животное захватывает при помощи щупальцев добычу, яд стрекательной клетки довольно быстро поражает ее. Затем пища подносится щупальцами ко рту, который, благодаря сокращениям тела, как бы надевается на добычу. Остатки пищи гидра выбрасывает через рот.
Размножение гидры в благоприятных условиях происходит бесполым путем. На теле кишечнополостного образуется почка, которая некоторое время растет. Позже у нее появляются щупальца, а также прорывается рот. Молодая особь отделяется от материнской, прикрепляется к субстрату щупальцами и начинает вести самостоятельный образ жизни.
Половое размножение гидры начинается осенью. На ее теле образовываются половые железы, а в них - половые клетки. Большая часть особей раздельнополые, но встречается и гермафродитизм. Оплодотворение яйцеклетки происходит в теле материнской особи. Образованные зародыши развиваются, а зимой взрослая особь погибает, а зародыши зимуют на дне водоема. На этот период они впадают в процесс анабиоза. Таким образом, развитие у гидр прямое.
Нервная система гидры
Как говорилось выше, у гидры она сетчатая. В одном из слоев тела нервные клетки образуют рассеянную нервную систему. В другом слое не много нервных клеток. Всего в теле животного около пяти тысяч нейронов. У особи нервные сплетения есть на щупальцах, подошве и возле рта. Последние исследования показали, что гидра имеет нервное околоротовое кольцо, очень похожее на нервное кольцо гидромедузы.
У животного нет определенного деления нейронов на отдельные группы. Одна клетка воспринимает раздражение и передает сигнал мускульным. Есть в ее нервной системе химические и электрические синапсы (место контакта двух нейронов).
Также у этого примитивного животного обнаружены белки опсины. Есть предположение, что у опсинов человека и гидры общее происхождение.
Рост и способность к регенерации
Клетки гидры обновляются постоянно. Они делятся в средней части туловища, затем двигаются к подошве и щупальцам. Именно здесь они гибнут и слущиваются. Если возникает избыток делящихся клеток, то они перемещаются в почки в нижнюю часть тела.
У гидры есть способность к регенерации. Даже после поперечного разреза тела на несколько частей, каждая из них восстановится до исходного вида. Щупальца и рот восстанавливаются на той стороне, что была ближе к оральному концу туловища, а подошва - на другой стороне. Особь способна восстановится из небольших кусочков.
Кусочки тела хранят информацию о движении оси тела в структуре актинового цитоскелета. Изменение этой структуры приводит к нарушениям в процессе регенерации: может образоваться несколько осей.
Продолжительность жизни
Говоря о том, что такое гидра, важно сказать и о длительности жизненного цикла особей.
Еще в девятнадцатом веке была выдвинута гипотеза о том, что гидра бессмертна. Некоторые ученые на протяжении всего последующего столетия пытались ее доказать, а некоторые - опровергнуть. Лишь в 1997 году она все-таки была доказана Даниэлем Мартинесом с помощью эксперимента, который длился четыре года. Также есть мнение, что бессмертие гидры связано с высокой регенерацией. А то, что зимой в реках средней полосы взрослые особи погибают, связано, скорее всего, с нехваткой пищи или воздействием неблагоприятных факторов.
Для того чтобы изучить внутреннее строение тела гидры , ее убивают, окрашивают и с помощью специальных приборов делают продольные и поперечные разрезы через ее тело, а также тончайшие срезы отдельных частей тела животного. Рассматривая такие срезы под микроскопом, можно заметить, что тело гидры состоит не из одной клетки, как у амёбы обыкновенной , эвглены зелёной или инфузории туфельки , а из многих. Животные, тело которых состоит из большого количества клеток, называются многоклеточными. Значит, гидра - многоклеточное животное.
Клетки гидры образуют стенки тела, которые состоят из двух слоёв: наружного и внутреннего. Между этими слоями находится тонкая прозрачная опорная перепонка, разделяющая их. Наружный слой, или эктодерма, носит еще название кожного, или покровного. Внутренний слой, или энтодерма, называется еще пищеварительным.
Внешнее строение
Тело пресноводной гидры имеет форму длинного мешочка. Обычно она прикрепляется одним концом своего цилиндрического тела к водному растению, подводному камню или другому предмету. Конец тела пресноводной гидры, которым она прикрепляется к подводным предметам, называется подошвой. На противоположном, свободном конце тела расположены от 6 до 12 тонких, как волоски, щупалец. В вытянутом положении щупальца могут превышать длину тела гидры, достигая 25 см.
Большинству беспозвоночных животных свойственна определенная симметрия тела, то есть правильное расположение частей тела и некоторых органов относительно оси тела. Симметрия тела того или иного беспозвоночного животного тесно связана с образом его жизни. Для пресноводной гидры и большинства других кишечнополостных характерна лучевая (радиальная) симметрия тела. Через тело таких животных, при разделении их на две одинаковые половины, можно провести много плоскостей симметрии. Лучевая симметрия тела возможна только у животных, живущих в воде.
Гидра – род пресноводных животных класса гидроидных типа кишечнополостных. Впервые описал гидру А.Левенгук. В водоемах Украины и России распространены следующие виды данного рода: гидра обыкновенная, зеленая, тонкая, длинностебельчатая. Выглядит типичный представитель рода как одиночный прикрепленный полип длиной от 1 мм до 2 см.
Гидры обитают в пресных водоемах со стоячей водой или медленным течением. Они ведут прикрепленный образ жизни. Субстратом, к которому прикреплена гидра, служит дно водоема либо водные растения.
Внешнее строение гидры . Тело имеет цилиндрическую форму, на верхнем его крае находится ротовое отверстие, окруженное щупальцами (от 5 до 12 у разных видов). У некоторых форм тело можно условно разграничить на туловище и стебелек. На заднем крае стебелька имеется подошва, благодаря которой организм крепится к субстрату, иногда передвигается. Характерна радиальная симметрия.
Внутреннее строение гидры . Тело представляет собой мешок, состоящей из двух слоев клеток (эктодермы и энтодермы). Их разграничивает прослойка соединительной ткани - мезоглеи. Имеется единственная кишечная (гастральная) полость, образующая выросты, простирающиеся в каждую из щупалец. В кишечную полость ведет ротовое отверстие.
Питание . Питается мелкими беспозвоночными животными (циклопами, ветвистоусыми рачками – дафниями, олигохетами). Яд стрекательных клеток парализует жертву, затем движениями щупалец добыча поглощается через ротовое отверстие и попадает в полость тела. На начальном этапе происходит полостное пищеварение в кишечной полости, затем внутриклеточное – внутри пищеварительных вакуолей клеток энтодермы. Выделительной системы нет, непереваренные остатки пищи удаляются через рот. Транспортировка питательных веществ от энтодермы к эктодерме происходит посредством образования особых выростов в клетках обоих слоев, плотно соединяющихся между собой.
Подавляющее большинство клеток в составе тканей гидры – эпителиально-мускульные. Из них формируется эпителиальный покров тела. Отростки данных клеток эктодермы составляют продольную мускулатуру гидры. В энтодерме клетки данного типа несут жгутики для перемешивания пищи в кишечной полости, в них же образуются и пищеварительные вакуоли.
В тканях гидры имеются также мелкие интерстициальные клетки-предшественники, способные при необходимости в трансформироваться клетки любого типа. Характерны специализированные железистые клетки в энтодерме, выделяющие в гастральную полость пищеварительные ферменты. Функция стрекательных клеток эктодермы – выделение ядовитых веществ для поражения жертвы. В большом количестве эти клетки сконцентрированы на щупальцах.
В теле животного также имеется примитивная диффузная нервная система. Нервные клетки рассеяны по всей эктодерме, в энтодерме – единичные элементы. Скопления нервных клеток отмечаются в области рта, подошвы, на щупальцах. У гидры могут формироваться простые рефлексы, в частности, реакции на свет, температуру, раздражение, воздействие растворенных химических веществ, т.д. Дыхание осуществляется через всю поверхность тела.
Размножение . Размножение гидры происходит как бесполым (почкованием), так и половым путем. Большинство видов гидр являются раздельнополыми, редкие формы – гермафродиты. При слиянии половых клеток в теле гидр образуются зиготы. Затем взрослые особи погибают, а зародыши зимуют на стадии гаструлы. Весной зародыш превращается в молодую особь. Таким образом, развитие гидры прямое.
Гидры играют существенную роль в природных пищевых цепочках. В науке в последние годы гидра является модельным объектом изучения процессов регенерации и морфогенеза.
