Одни из типичных представителей отряда кишечнополостных животных - пресноводные гидры. Эти существа обитают в чистых водоемах и прикрепляются к растениям или грунту. Впервые их увидел нидерландский изобретатель микроскопа и известный натуралист А. Левенгук. Ученому даже удалось стать свидетелем почкования гидры и рассмотреть ее клетки. Позже Карл Линней дал роду научное наименование, ссылаясь на древнегреческие мифы о Лернейской гидре.

Гидры обитают в чистых водоемах и прикрепляются к растениям или грунту.

Особенности строения

Этот водный обитатель отличается миниатюрным размером. В среднем длина тела составляет от 1 мм до 2 см, но может быть и чуть больше. Существо имеет цилиндрическую форму туловища. Спереди располагается рот со щупальцами вокруг (их число может доходить до двенадцати штук). Сзади находится подошва, с помощью которой животное двигается и прикрепляется к чему-либо.

На подошве располагается узкая пора, через которую проходят жидкость и пузырьки газа из кишечной полости. Вместе c пузырьком существо открепляется от выбранной опоры и всплывает. При этом его голова располагается в гуще воды. У гидры простое строение, ее тело состоит из двух слоев. Как ни странно, но когда существо голодное, его тело выглядит длиннее.

Гидры - одни из немногих кишечнополостных, которые живут в пресной воде. Большая же часть этих созданий населяет морскую акваторию. Пресноводные разновидности могут иметь следующее местообитание:

• пруды;
• озера;
• речные заводы;
• канавы.

Если вода прозрачная и чистая, эти существа предпочитают находиться у самого берега, создавая своеобразный ковер. Еще одна причина, по которой животные предпочитают неглубокие области - любовь к свету. Пресноводные создания очень хорошо различают направление света и передвигаются поближе к его источнику. Если их посадить в аквариум, они обязательно переплывут в самую освещенную часть.

Интересно, что в эндодерме этого существа могут присутствовать одноклеточные водоросли (зоохлореллы). Это отражается на внешнем виде животного - оно приобретает светло-зеленый цвет.

Процесс питания

Это миниатюрное существо - настоящий хищник. Очень интересно узнать, чем же питается пресноводная гидра. В воде обитает множество мелкой живности: циклопы , инфузории , а также рачки. Они и служат пищей для этого создания. Иногда оно может съесть более крупную добычу, например, маленьких червячков или личинок комара. Кроме того, эти кишечнополостные приносят большой урон рыбоводческим прудам, ведь икра становится одним из того, чем питается гидра.

В аквариуме можно во всей красе понаблюдать за тем, как охотится это животное. Гидра висит щупальцами вниз и при этом расставляет их в виде сети. Ее туловище слегка раскачивается и описывает круг. Добыча, проплывающая рядом, касается щупалец, пытается вырваться, но резко перестает двигаться. Стрекательные клетки парализуют ее. Тогда кишечнополостное существо притягивает ее ко рту и съедает.

Если животное хорошо поело, оно раздувается. Это существо может поглотить жертву , которая превышает его по размеру. Рот его может раскрываться очень широко, иногда из него отчетливо виднеется часть организма добычи. После такого зрелища не возникает никаких сомнений в том, что пресноводная гидра по способу питания - хищник.

Способ размножения

Если существо достаточно питается, размножение происходит очень быстро методом почкования. За несколько дней крохотная почка вырастает до сформировавшейся особи. Часто на туловище гидры появляется несколько таких почек, которые потом отделяются от материнского организма. Этот процесс называется бесполым размножением.

В осеннее время, когда вода становится холоднее, пресноводные существа могут размножаться и половым методом. Этот процесс происходит следующим образом:

1. На туловище особи появляются половые железы. В одних из них образуются мужские клетки, а в других - яйцеклетки.
2. Мужские половые клетки осуществляют передвижение в воде и входят в полость тела гидр, оплодотворяя яйцеклетки.
3. Когда формируются яйца, гидра чаще всего погибает, а из яиц рождаются новые особи.

В среднем длина тела гидры составляет от 1 мм до 2 см, но может быть и чуть больше.

Нервная система и дыхание

В одном из слоев туловища этого существа находится рассеянная нервная система, а в другом - небольшое количество нервных клеток. Всего в организме животного насчитывается 5 тысяч нейронов. Около рта, на подошве и щупальцах у животного есть нервные сплетения.

У гидры не происходит деления нейронов на группы. Клетки воспринимают раздражение и отдают сигнал мускулам. В нервной системе особи есть электрические и химические синапсы, а также белки опсины. Говоря о том, чем дышит гидра, стоит упомянуть, что процесс выделения и дыхания происходит по поверхности всего тела.

Регенерация и рост

Клетки пресноводного полипа находятся в процессе постоянного обновления. В середине тела они делятся, а после перемещаются к щупальцам и подошве, где и погибают. Если делящихся клеток становится слишком много, они передвигаются в нижнюю область туловища.

У этого животного удивительная способность регенерироваться. Если разрезать его туловище поперек, каждая часть восстановится до прежнего вида.

Клетки пресноводного полипа находятся в процессе постоянного обновления.

Продолжительность жизни

В XIX веке велось много разговоров о бессмертии животного. Одни исследователи пытались доказать эту гипотезу, а другие хотели ее опровергнуть. В 1917 году после четырёхлетнего эксперимента теория была доказана Д. Мартинесом, в результате чего гидра официально стала относиться к вечноживущим существам .

Бессмертие связано с невероятной способностью к регенерации. Гибель же животных в зимнее время связана с неблагоприятными факторами и недостатком пищи.

Пресноводные гидры - занимательные существа. Во всей России встречается четыре вида этих животных и все они схожи между собой. Наиболее распространенными являются обыкновенные и стебельчатые гидры. Отправляясь купаться на речку, можно обнаружить на ее берегу целый ковер из этих зеленых созданий.

Тело гидры имеет вид продолговатого мешочка, стенки которого состоят из двух слоёв клеток — эктодермы и энтодермы .

Между ними лежит тонкая студенистая неклеточная прослойка — мезоглея , служащая опорой.

Эктодерма формирует покров тела животного и состоит из нескольких видов клеток: эпителиально-мускульные , промежуточные и стрекательные .

Самые многочисленные из них — эпителиально-мускульные.

Эктодерма

эпителиально-мускульная клетка

За счёт мускульных волоконец , лежащих в основании каждой клетки, тело гидры может сокращаться, удлиняться и изгибаться.

Между эпителиально-мускульными клетками находятся группы мелких, округлых, с большими ядрами и небольшим количеством цитоплазмы клеток, называемых промежуточными .

При повреждении тела гидры, они начинают усиленно расти и делиться. Они могут превращаться в остальные типы клеток тела гидры, кроме эпителиально-мускульных.

В эктодерме находятся стрекательные клетки , служащие для нападения и защиты. В основном они расположены на щупальцах гидры. Каждая стрекательная клетка содержит овальную капсулу, в которой свёрнута стрекательная нить.

Строение стрекательной клетки со свернутой стрекательной нитью

Если добыча или враг прикоснётся к чувствительному волоску, который расположен снаружи стрекательной клетки, в ответ на раздражение стрекательная нить выбрасывается и вонзается в тело жертвы.

Строение стрекательной клетки с выброшенной стрекательной нитью

По каналу нити в организм жертвы попадает вещество, способное парализовать жертву.

Существует несколько типов стрекательных клеток. Нити одних пробивают кожные покровы животных и вводят в их тело яд. Нити других обвиваются вокруг добычи. Нити третьих — очень клейкие и прилипают к жертве. Обычно гидра «стреляет» несколькими стрекательными клетками. После выстрела стрекательная клетка погибает. Новые стрекательные клетки формируются из промежуточных .

Строение внутреннего слоя клеток

Энтодерма выстилает изнутри всю кишечную полость. В её состав входят пищеварительно-мускульные и железистые клетки.

Энтодерма

Пищеварительная система

Пищеварительно-мускульных клеток больше других. Мускульные волоконца их способны к сокращению. Когда они укорачиваются, тело гидры становится более тонким. Сложные движения (передвижение «кувырканием»), происходит за счёт сокращений мускульных волоконцев клеток эктодермы и энтодермы.

Каждая из пищеварительно-мускульных клеток энтодермы имеет 1-3 жгутика. Колеблющиеся жгутики создают ток воды, которым пищевые частички подгоняются к клеткам. Пищеварительно-мускульные клетки энтодермы способны образовывать ложноножки , захватывать и переваривать в пищеварительных вакуолях мелкие пищевые частицы.

Строение пищеварительно-мускульной клетки

Имеющие в энтодерме железистые клетки выделяют внутрь кишечной полости пищеварительный сок, который разжижает и частично переваривает пищу.

Строение желистой клетки

Добыча захватывается щупальцами с помощью стрекательных клеток, яд которых быстро парализует мелких жертв. Координированными движениями щупалец добыча подносится ко рту, а затем с помощью сокращений тела гидра «надевается» на жертву. Пищеварение начинается в кишечной полости (полостное пищеварение ), заканчивается внутри пищеварительных вакуолей эпителиально-мускульных клеток энтодермы (внутриклеточное пищеварение ). Питательные вещества распределяются по всему телу гидры.

Когда в пищеварительной полости оказываются остатки жертвы, которые невозможно переварить, и отходы клеточного обмена, она сжимается и опорожняется.

Дыхание

Гидра дышит растворённым в воде кислородом. Органов дыхания у неё нет, и она поглощает кислород всей поверхностью тела.

Кровеносная система

Отсутствует.

Выделение

Выделение углекислого газа и других ненужных веществ, образующихся в процессе жизнедеятельности, осуществляется из клеток наружного слоя непосредственно в воду, а из клеток внутреннего слоя — в кишечную полость, затем наружу.

Нервная система

Под кожно-мускульными клетками располагаются клетки звездчатой формы. Это нервные клетки (1). Они соединяются между собой и образуют нервную сеть (2).

Нервная система и раздражимость гидры

Если дотронутся до гидры (2), то в нервных клетках возникает возбуждение (электрические импульсы), которое мгновенно распространяется по всей нервной сети (3) и вызывает сокращение кожно-мускульных клеток и всё тело гидры укорачивается (4). Ответная реакция организма гидры на такое раздражение — безусловный рефлекс .

Половые клетки

С приближением холодов осенью в эктодерме гидры из промежуточных клеток образуются половые клетки.

Различают два вида половых клеток: яйцевые, или женские половые клетки, и сперматозоиды, или мужские половые клетки.

Яйца находятся ближе к основанию гидры, сперматозоиды развиваются в бугорках, расположенных ближе к ротовому отверстию.

Яйцевая клетка гидры похожа на амёбу. Она снабжена ложноножками и быстро растет, поглощая соседние промежуточные клетки.

Строение яйцевой клетки гидры

Строение сперматозоида гидры

Сперматозоиды по внешнему виду напоминают жгутиковых простейших. Они покидают тело гидры и плавают с помощью длинного жгутика.

Оплодотворение. Размножение

Сперматозоид подплывает к гидре с яйцевой клеткой и проникает внутрь нее, причем ядра обеих половых клеток сливаются. После этого ложноножки втягиваются, клетка округляется, на ее поверхности выделяется толстая оболочка — образуется яйцо. Когда гидра погибает и разрушается, яйцо остается живым и падает на дно. С наступлением тёплой погоды живая клетка, находящаяся внутри защитной оболочки, начинает делиться, образующиеся клеточки располагаются в два слоя. Из них развивается маленькая гидра, которая выходит наружу через разрыв оболочки яйца. Таким образом, многоклеточное животное гидра в начале своей жизни состоит всего из одной клетки — яйца. Это говорит о том, что предки гидры были одноклеточными животными.

Бесполое размножение гидры

При благоприятных условиях гидра размножается бесполым путём. На теле животного (обычно в нижней трети туловища) образуется почка, она растет, затем формируются щупальца и прорывается рот. Молодая гидра отпочковывается от материнского организма (при этом материнский и дочерний полипы прикрепляются щупальцами к субстрату и тянут в разные стороны) и ведет самостоятельный образ жизни. Осенью гидра переходит к половому размножению. На теле, в эктодерме закладываются гонады - половые железы, а в них из промежуточных клеток развиваются половые клетки. При образовании гонад гидр формируется медузоидный узелок. Это позволяет предполагать, что гонады гидры - сильно упрощенные споросаки, последний этап в ряду преобразования утраченного медузоидного поколения в орган. Большинство видов гидр раздельнополы, реже встречается гермафродитизм. Яйцеклетки гидр быстро растут, фагоцитируя окружающие клетки. Зрелые яйцеклетки достигают диаметра 0,5-1 мм. Оплодотворение происходит в теле гидры: через специальное отверстие в гонаде сперматозоид проникает к яйцеклетке и сливается с ней. Зигота претерпевает полное равномерное дробление, в результате которого образуется целобластула. Затем в результате смешанной деламинации (сочетание иммиграции и деламинации) осуществляется гаструляция. Вокруг зародыша формируется плотная защитная оболочка (эмбриотека) с выростами-шипиками. На стадии гаструлы зародыши впадают в анабиоз. Взрослые гидры погибают, а зародыши опускаются на дно и зимуют. Весной продолжается развитие, в паренхиме энтодермы путем расхождения клеток образуется кишечная полость, затем формируются зачатки щупалец, и из-под оболочки выходит молодая гидра. Таким образом, в отличие от большинства морских гидроидных, у гидры отсутствуют свободноплавающие личинки, развитие у неё прямое.

Регенерация

Гидра обладает очень высокой способностью к регенерации. При разрезании поперек на несколько частей каждая часть восстанавливает «голову» и «ногу», сохраняя исходную полярность - рот и щупальца развиваются на той стороне, которая была ближе к оральному концу тела, а стебелек и подошва - на аборальной стороне фрагмента. Целый организм может восстанавливаться из отдельных небольших кусочков тела (менее 1/100 объёма), из кусочков щупалец, а также из взвеси клеток. При этом сам процесс регенерации не сопровождается усилением клеточных делений и представляет собой типичный пример морфаллаксиса.

Передвижение

В спокойном состоянии щупальца вытягиваются на несколько сантиметров. Животное медленно водит ими из стороны в сторону, подстерегая добычу. При необходимости гидра может медленно передвигаться.

«Шагающий» способ передвижения

«Шагающий» способ передвижения гидры

Изогнув своё тело (1) и прикрепившись щупальцами к поверхности предмета (субстрата), гидра подтягивает к переднему концу тела подошву (2). Затем шагающее движение гидры повторяется (3,4).

«Кувыркающий» способ передвижения

«Кувыркающий» способ передвижения гидры

В другом случае она словно через голову кувыркается, поочерёдно прикрепляясь к предметам то щупальцами, то подошвой (1-5).

4. Размножение и развитие
5. Рост и регенерация
6. Продолжительность жизни
7. Симбионты
8. История открытия и изучения
9. Гидра как модельный объект

Миграция и обновление клеток

В норме у взрослой гидры клетки всех трех клеточных линий интенсивно делятся в средней части тела и мигрируют к подошве, гипостому и кончикам щупалец. Там происходит гибель и слущивание клеток. Таким образом, все клетки тела гидры постоянно обновляются. При нормальном питании «избыток» делящихся клеток перемещается в почки, которые обычно образуются в нижней трети туловища.

Регенерационная способность

Гидра обладает очень высокой способностью к регенерации. При разрезании поперек на несколько частей каждая часть восстанавливает «голову» и «ногу», сохраняя исходную полярность — рот и щупальца развиваются на той стороне, которая была ближе к оральному концу тела, а стебелек и подошва — на аборальной стороне фрагмента. Целый организм может восстанавливаться из отдельных небольших кусочков тела, из кусочков щупалец, а также из взвеси клеток. При этом сам процесс регенерации не сопровождается усилением клеточных делений и представляет собой типичный пример морфаллаксиса.

Гидра может регенерировать из взвеси клеток, полученных путем мацерации. В экспериментах показано, что для восстановления головного конца достаточно образования агрегата из примерно 300 эпителиально-мускульных клеток. Показано, что регенерация нормального организма возможна из клеток одного слоя.

Опыты по изучению регенерации и модели регенерации

Уже ранние опыты Трамбле показали, что при регенерации сохраняется полярность фрагмента. Если разрезать тело гидры поперек на несколько цилиндрических фрагментов, то на каждом из них ближе к бывшему оральному концу регенерируют гипостом и щупальца, а ближе к бывшему аборальному полюсу — подошва. При этом у тех фрагментов, которые располагались ближе к «голове», быстрее регенерирует «голова», а у располагавшихся ближе к «ноге» — «нога».

Позднее опыты по изучению регенерации были усовершенствованы в результате применения методики сращивания фрагментов разных особей. Если вырезать из боковой стороны туловища гидры фрагмент и срастить его с телом другой гидры, то возможны три исхода опыта: 1) фрагмент полностью сливается с телом реципиента; 2) фрагмент образует выступ, на конце которого развивается «голова»; 3) фрагмент образует выступ, на конце которого образуется «нога». Выяснилось, что процент образования «голов» тем выше, чем ближе к «голове» донора взят фрагмент для пересадки и чем дальше от «головы» реципиента он помещен. Эти и аналогичные опыты привели к постулированию существования четырех веществ-морфогенов, регулирующих регенерацию — активатора и ингибитора «головы» и активатора и ингибитора «ноги». Эти вещества, согласно данной модели регенерации, образуют концентрационные градиенты: в районе «головы» у нормального полипа максимальна концентрация как активатора, так и ингибитора головы, а в районе «ноги» — максимальна концентрация и активатора, и ингибитора ноги.

Эти вещества действительно были обнаружены. Активатор головы — пептид из 11 аминокислот, активный в пикомолярной концентрации. У человека он присутствует в гипоталамусе и кишечнике и в той же концентрации обладает нейротрофичесским действием. У гидры и млекопитающих этот пептид обладает также митогенным действием и влияет на клеточную дифференцировку.

Активатор ноги — тоже пептид с молекулярной массой, близкой к 1000 Да. Ингибиторы головы и ноги — низкомолекулярные гидрофильные вещества небелковой природы. В норме все четыре вещества выделяются нервными клетками гидры. Активатор головы имеет большее время полужизни, чем ингибитор и медленнее диффундирует, так как связан с белком-носителем. Ингибитор головы в очень низкой концентрации подавляет выделение активатора, а в 20 раз большей концентрации — своё собственное выделение. Ингибитор ноги также ингибирует выделение активатора ноги.

Молекулярные механизмы регенерации

Получение «безнервных» гидр

При регенерации, как и при росте и бесполом размножении, эпителиально-мускульные клетки делятся самостоятельно, причем клетки эктодермы и энтодермы — две независимые клеточные линии. Остальные типы клеток развиваются из промежуточных. Убив делящиеся промежуточные клетки высокой дозой радиации или колхицином, можно получить «безнервных», или эпителиальных гидр — они продолжают расти и почковаться, но отделяющиеся почки лишены нервных и стрекательных клеток. Культуру таких гидр удается поддерживать в лаборатории с помощью «насильственного» кормления.