Какие конечности обеспечивают передвижение круглых червей

Цели урока: Познакомить учащихся с основными типами движения живот­ных; показать эволюционное направление в изменении способов движения; сформировать представление о полости тела, ее видах и значении, об эволюци­онном направлении в изменении типов полостей тела животных.

Оборудование: Таблицы с изображением различных групп животных.

1. Работа по карточкам.

1. В чем преимущества и недостатки наружного скелета?

2. Перечислить отделы позвоночника млекопитающих.

1. В чем различия осевого скелета высших и низших хордовых?

2. Перечислить части скелета передней конечности млекопитающих.

1. В чем различия в строении скелета земноводных и пресмыкающихся?

2. Перечислить части скелета задней конечности млекопитающих

2. Индивидуальный опрос:

— Каковы особенности строения скелета птицы в связи с приспособлен­ностью к полету?

— Какие кости входят в пояс передних конечностей земноводных?

— Какую роль играют органические и минеральные вещества в составе кости?

— Расскажите о строении позвонка.

Вариант 1. Мини-конференция, чтение докладов.

Движение — одно из основных свойств всех живых организмов. Движение может происходить как на уровне одной клетки, или отдельного органа, так и на уровне целого организма. Тип передвижения всего организма с одного места на другое называется локомоцией. Растениям свойственно передвиже-

ние на клеточном или органном уровне, в отличие от них, животным свойст­венно перемещение всего организма в поисках пищи, воды, благоприятных условий жизни. У большинства животных в процессе эволюции выработались сложные локомоторные системы, которые позволяют им успешно искать и добывать пищу, защищаться от врагов. Кроме того, перемещаясь, животные расселяются, осваивают новые местообитания, находят половых партнеров. Лишь некоторые животные приспособились к сидячему образу жизни, тем не менее, и у них отдельные части тела отличаются большой подвижностью.

Далее учащимся предлагается выступить с докладами (каждый доклад дол­жен быть рассчитан на 3—5 минут).

После всех докладов учитель делает вывод: способы передвижения живот­ных постепенно усложнялись и эволюционировали вместе с животными.

Вариант 2. Самостоятельная работа учащихся с учебником.

Пользуясь текстом § 38 и рисунками, ответить на следующие вопросы:

— Каким животным свойственно амебоидное движение?

— Каким клеткам многоклеточных животных свойственно амебоидное движение?

— В чем сущность амебоидного движения?

— Каким животным свойственно движение с помощью ресничек?

— Каким животным свойственно движение с помощью жгутиков?

— Каким клеткам многоклеточных животных свойственно движение с по­мощью ресничек и жгутиков?

— В чем сущность движения с помощью ресничек и жгутиков?

1. Движение многоклеточных.

Для многоклеточных животных характерно движение с помощью мышц. Мышцы образованы мышечной тканью, ее главная особенность — способ­ность сокращаться, преобразуя химическую энергию в механическую. Сокра­щаясь, мышцы приводят в движение системы рычагов, составляющих части скелета. Благодаря координированной работе этих рычагов, животное перемещается.

Некоторые мышцы не участвуют в передвижении всего организма, но обес­печивают передвижение веществ внутри тела (сердечная мышца, гладкая муск­улатура в стенках сосудов, мускулатура желудка и кишечника и т.д.)

Мускулатура плоских и кольчатых червей состоит из двух слоев мышц — продольного и поперечного. При сокращении поперечных мышц червь ста­новится более узким и длинным , при сокращении продольных — толстым и коротким.

О Расскажите по рис. 153—154 о способах передвижения дождевого червя и пиявки.

— Какие дополнительные приспособления на поверхности тела существу­ют у дождевого червя?

Круглые черви могут только изгибаться, так как их мускулатура образована только одним продольным слоем мышц. Поочередно сокращая мышцы, червь может передвигаться волнообразными движениями.

Орган передвижения большинства моллюсков — мускулистая нога (осо­бый вырост брюшной стенки). У брюхоногого моллюска, ползущего по стекл- у, хорошо видны волнообразные сокращения мышц. Головоногие моллюски освоили реактивный способ передвижения. Они набирают воду в мантийную полость, а затем с силой выталкивают ее наружу.

У членистоногих пучки мышц крепятся к прочному хитиновому покрову тела, у позвоночных животных - к костям скелета. Благодаря этому они спо­собны сокращаться с высокой скоростью. Поскольку мышцы способны раз­вивать силу только при сокращении (т.е. только тянуть, а не толкать), для полноценных движений необходимы две мышцы. Такие пары мышц называют мышцами — антагонистами.

— Как передвигаются ракообразные в толще воды и по грунту?

— Какие части тела они для этого используют?

— Какие способы локомоции характерны для насекомых?

— За счет каких мышц происходит движение рыб?

— Какие способы локомоции характерны для млекопитающих в различ­ных средах жизни?

У всех высших многоклеточных животных формируется полость тела - це­лом. Это пространство между стенками тела и внутренними органами живот­ного. Часто это пространство заполнено жидкостью и выполняет следующие функции:

Является гидростатическим скелетом (поддерживает форму тела).

& Позволяет пищеварительному тракту и стенкам тела функционировать независимо друг от друга.

& Обеспечивает транспорт питательных веществ, продуктов обмена.

& Временно может накапливать продукты обмена и избыток жидкости.

& Участвует в осморегуляторных процессах в организме.

Впервые полость тела появляется у круглых червей. Эта полость образова­на в результате разрушения клеток паренхимы и заполнена полостной жидко­стью, которая поддерживает форму тела червя, выполняет функцию транспортировки питательных веществ. Внутренние органы круглых червей свободно омываются полостной жидкостью.

Полость тела кольчатых червей выстлана одним слоем покровных клеток и заполнена полостной жидкостью. Таким образом, пищеварительная, выдели­тельная, нервная и кровеносная системы, а так же внутренние стенки тела не омываются полостной жидкостью. Такая полость тела называется вторичной. Полость тела кольчатых червей поделена перегородками на отдельные члени- ки- сегменты, каждый из которых поделен на парные отделы. Вследствие этого повреждение одного или нескольких колец не ведет к гибели животного, так как полостная жидкость вытекает только из поврежденных отделов полости.

У всех хордовых животных полость тела вторичная, но в отличие от кольча­тых червей, она не содержит полостной жидкости, и внутренние органы сво­бодно располагаются в полости.

— Каковы основные способы передвижения животных?

— Какие способы характерны только для водной среды?

— Какие могут использоваться в различных средах?

— Какие движения могут совершать круглые черви? Почему?

— В чем отличие мускулатуры круглого и кольчатого червя?

— Что такое полость тела, каково ее значение?

— Что такое первичная и вторичная полость тела?

— У каких животных встречается первичная и вторичная полость тела?

Лабораторная работа № 10

Цель работы: познакомиться с многообразием способов передвижения в

Оборудование: 3-5 животных по выбору учителя (все животные в

соответствующих садках, чашках, клетках, аквариумах,

1. Рассмотрите животных, находящихся перед вами.

Отметьте, как перемещаются животные; каков характер их движений.

Выявите, какие приспособления, органы, части тела участвуют в перемещении животного; как меняется характер движения при испуге или прикосновении.

Оцените приспособленность животных к перемещению в типичной для него среде обитания.

2. Наблюдайте за животными, изменяя условия среды.

Определите характер движения животного; способность менять способы движения; число способов передвижения для каждого объекта.

Движение - одно из основных свойств живых организмов. Несмотря на многообразие существующих активных способов передвижения, их можно разделить на 3 основных типа:

I. Типы передвижения животных.

1. Амебоидное движение

Амебоидное движение присуще корненожкам и некоторым отдельным клеткам многоклеточных животных (например - лейкоцитам крови). Пока у биологов нет единого мнения о том, что является причиной амебоидного движения. У клетки образуются выросты цитоплазмы, число и величина которых постоянно меняются, как меняется и форма самой клетки.

2. Движения при помощи жгутиков и ресничек.

Движения при помощи жгутиков и ресничек

характерно не только для жгутиконосцев и инфузорий, оно присуще некоторым многоклеточным животным и их личинкам. У высокоорганизованных животных клетки, имеющие жгутики или реснички, встречаются в дыхательной, пищеварительной, половой системах.

Строение всех жгутиков и ресничек практически одинаково. Вращаясь или взмахивая, жгутики и реснички создают движущую силу и закручивают тело вокруг собственной оси. Увеличение числа ресничек убыстряет передвижение. Такой способ движения свойствен обычно мелким беспозвоночным животным, обитающим в водной среде.

Но есть еще большая группа животных. А как передвигаются они?

3. Движение с помощью мышц.

Движение с помощью мышц о существляется у многоклеточных животных. Характерно для беспозвоночных и позвоночных животных.

Любое движение - это очень сложная, но слаженная деятельность больших групп мышц и биологических, химических, физических процессов в организме.

Мышцы образованы мышечной тканью. Главная особенность мышечной ткани - способность сокращаться. За счет сокращения мышц и осуществляется движение.

У круглых червей поочередное сокращение продольных мышц вызывает характерные изгибы тела. За счет этих телодвижений червь двигается вперед.

Кольчатые черви освоили новые способы движения в связи с тем, что в их мускулатуре, помимо продольных мышц, появились поперечные мышцы. Поочередно сокращая поперечные и продольные мышцы, червь, используя щетинки на сегментах тела, раздвигает частички почвы и движется вперед.

Пиявки освоили шагающие движения, используя для прикрепления присоски. У представителей класса Гидроидные передвижение происходит “шагами”.

У круглых и кольчатых червей кожно-мускульный мешок взаимодействует с заключенной в нем жидкостью (гидроскелет).

Брюхоногие моллюски двигаются благодаря волнам сокращения, пробегающим по подошве ноги. Обильно выделяемая слизь облегчает скольжение и ускоряет движение. Двустворчатые моллюски двигаются с помощью мускулистой ноги, а головоногие освоили реактивный способ передвижения, выталкивая воду из мантийной полости.

Членистоногих отличает наружный скелет.

для передвижения по грунту используют ходильные ноги, а для плавания им служит либо хвостовой плавник, либо плавательные ноги. Любой из этих способов передвижения возможен при наличии хорошо развитой мускулатуры и подвижном сочленении конечностей с туловищем.

Паукообразные передвигаются на ходильных ножках, а мелкие пауки, образующие паутину, могут перемещаться с помощью ветра.

У большинства членистоногих

специальными органами передвижения служат не только ноги, но и (в зависимости от систематической принадлежности) другие образования, например крылья у насекомых. У кузнечиков с низкой частотой биения крыльев мышцы прикрепляются к их основаниям.

Скелет рыбы, и одевающая его мускулатура имеют метамерное строение, т. е. состоят из повторяющихся однородных между собой частей - позвонков и мышечных сегментов. Мышцы обеспечивают движения плавников, челюстей и жаберных крышек. В связи с плаванием наиболее развиты мышцы спины и хвоста.

- Сильная мускулатура и твердый гибкий позвоночник обусловливают способность рыбы к быстрому перемещению в воде.

по сравнению с рыбами у земноводных только часть туловищной мускулатуры сохраняет сегментированное лентовидное строение, развиваются специализированные мышцы. У лягушки, например, более 350 мускулов. Наиболее крупные и мощные из них связаны со свободными конечностями.

Короткие конечности пресмыкающихся, расположенные по бокам туловища, не поднимают тело высоко над землей, и оно волочится по земле.

Волнообразные изгибания тела - самый распространенный способ ползания змей. Спокойно ползущая змея - удивительно красивое и завораживающее зрелище. Кажется, ничего не происходит. Движения почти незаметны. Тело вроде бы неподвижно лежит и в то же время быстро перетекает. Ощущение легкости передвижения змеи обманчиво. В ее удивительно сильном теле синхронно и размеренно работает множество мускулов, точно и плавно переносящих тело. Каждая соприкасающаяся с землей точка тела поочередно оказывается в фазе то опоры, то толчка, то переноса вперед. И так постоянно: опора-толчок-перенос, опора-толчок-перенос. Чем длиннее тело, тем больше изгибов и тем стремительнее движение. Поэтому в ходе эволюции тело змей все удлинялось и удлинялось. Число позвонков у змей может достигать 435 (у человека, для сравнения, всего 32-33).

Ползание змей может быть достаточно стремительным. Однако даже самые быстрые змеи редко развивают скорость, превышающую 8 км/ч. Рекорд скорости ползания - 16-19 км/ч, и принадлежит он черной мамбе.

Существуют еще прямолинейный, или гусеничный способ ползания, и прерывистый ход по песку.

На суше движения крокодила менее быстры и проворны, чем его движения в воде, где он превосходно плавает и ныряет. Его длинный и мускулистый хвост сдавлен с боков и служит хорошим рулевым веслом, а пальцы на задних ногах связаны между собой плавательной перепонкой. Кроме того, вода облегчает и вес тела этого грузного животного, одетого кожным панцирем из роговых щитков и чешуй, которые расположены продольными и поперечными рядами.

Когда птица колибри как бы останавливается (зависает) в воздухе у цветка, ее крылья совершают 50-80 взмахов в секунду.

Наиболее развиты (до 25% от массы птицы) мышцы, двигающие крыльями. Наиболее развиты у птиц большие грудные мышцы, опускающие крылья, которые составляют 50% массы всей мускулатуры. Поднимают крылья подключичные мышцы, которые также хорошо развиты и расположены под большими грудными. Сильно развиты у птиц мускулы задних конечностей и шеи.

Мышечная система млекопитающих достигает исключительного развития и сложности, насчитывает несколько сот мышц. Наиболее развиты мышцы конечностей и туловища, что связано с характером передвижения. Сильно развиты мышцы нижней челюсти, жевательные мышцы, а также диафрагма. Это куполообразная мышца, отграничивающая брюшную полость от грудной. Ее роль заключается в изменении грудной полости, что связано с актом дыхания. Значительно развита подкожная мускулатура, приводящая в движение отдельные участки кожи. На лице она представлена мимической мускулатурой, особенно развитой у приматов.

Полостью тела беспозвоночных и позвоночных животных называют пространство, расположенное между стенками тела и внутренними органами. Впервые полость тела возникает у круглых червей. Полость тела круглых червей называют первичной, она заполнена полостной жидкостью, которая не только поддерживает и сохраняет форму тела, но и выполняет функцию транспортировки питательных веществ в организме, в ней также накапливаются ненужные продукты жизнедеятельности. Внутренние органы круглых червей свободно омываются полостной жидкостью.

Полость тела кольчатых червей так же, как и у круглых, простирается от переднего конца тела до заднего. У кольчатых она поделена поперечными перегородками на отдельные сегменты, а каждый сегмент, в свою очередь, поделен еще на две половины. В каждом сегменте имеется полость тела, заполненная полостной жидкостью, но в отличие от первичной она отграничена от внутренних органов и от стенок тела оболочкой, состоящей из слоя эпителиальных клеток. Такая полость, в которой пищеварительная, выделительная, нервная, кровеносная системы и внутренние стенки тела не омываются полостной жидкостью и отделены от нее стенками, состоящими из одного слоя эпителиальных клеток, называется вторичной полостью тела.

У всех хордовых полость тела вторичная. В отличие от кольчатых червей вторичная полость тела хордовых не содержит полостной жидкости, и внутренние органы свободно располагаются в полости.

Проделав данную работу, я изучила способы передвижения животных, а также сделала вывод, что движения характерны для всех живых организмов. Движения осуществляются с помощью приспособлений: жгутиков, ресничек и мышц.

Традиционно считалось, что членистоногие произошли от кольчатых червей, причем ноги первых развились из параподий (парных конечностей) последних. Сравнительный анализ ДНК опроверг мнение о близком родстве членистоногих и кольчецов, что заставило предположить независимое происхождение конечностей у этих двух типов животных. Однако новые эмбриологические данные показали, что конечности у них все-таки имеют общее происхождение. Из этого следует, что общий предок всех первичноротых был сегментированным животным с парными конечностями. Впоследствии конечности были утрачены во многих эволюционных линиях (в том числе у моллюсков и круглых червей).

Самый большой казус вышел с членистоногими и кольчатыми червями. Эти два типа животных анатомически очень похожи друг на друга. Для них характерно членистое (сегментированное) тело с парой конечностей на каждом сегменте, причем строение конечностей во многом сходно (см. рисунок). В обоих случаях конечность исходно двуветвистая (состоит из спинной и брюшной ветви, или экзоподита и эндоподита), а сверху на ней часто имеются дыхательные (жаберные) придатки. Неудивительно, что специалисты по сравнительной анатомии уверенно выводили членистоногих из кольчецов, а конечности их считали гомологичными (имеющими общее происхождение): экзоподит конечности членистоногих выводился из спинной ветви параподии кольчецов и т. д.

Как же в этом случае объяснить явное сходство строения кольчатых червей и членистоногих, затрагивающее три важнейших признака (сегментация тела, парные конечности на сегментах, вторичная полость тела — целом)? По каждому из этих признаков возможны два варианта: либо кольчецы и членистоногие приобрели данный признак независимо друг от друга, либо признак имелся у общего предка первичноротых, сохранился у кольчецов и членистоногих, но был утрачен другими представителями Ecdysozoa и Lophotrochozoa. В первом случае названные структуры (сегменты, конечности, целом) у кольчецов и членистоногих являются гомологичными, во втором они негомологичны, то есть имеют разное происхождение.

Из этого был сделан вполне логичный вывод, что общий предок первичноротых уже был сегментированным, его тело делилось на парасегменты. У кольчецов всё так и осталось, а у членистоногих (и у других Ecdysozoa с сегментированным телом) на эту первичную сегментацию наложилась последующая перекройка сегментов, происходящая на более поздних стадиях эмбрионального развития.

А что же с конечностями? У кольчецов всё просто: каждый парасегмент отращивает по паре конечностей (параподий). Каждая конечность состоит из клеток, происходящих только от одного парасегмента. У членистоногих, как выяснилось, конечности имеют такой же смешанный состав, как и сегменты взрослых животных: передняя и задняя части каждой конечности образуются из разных парасегментов. Казалось бы, из этого следует, что конечности кольчецов и членистоногих негомологичны. Иными словами, общий предок первичноротых, хоть и был сегментированным, конечностей скорее всего не имел; кольчецы и членистоногие приобрели свои парные придатки независимо друг от друга.

Для проверки этого предположения необходимо было очень детально изучить самые ранние этапы закладки конечностей в эмбриональном развитии членистоногих. Именно это и сделал специалист по сравнительной эмбриологии Никола-Михаэль Прпич (Nikola-Michael Prpic) из Гёттингенского университета (Georg-August-Universität Göttingen). Он исследовал экспрессию гомеобоксных генов (Homeobox) engrailed (en), wingless (wg) и Distal-less (Dll) у личинки одного из самых примитивных членистоногих — рачка артемии. Гены en и wg управляют формированием парасегментов, причем en экспрессируется на переднем краю каждого парасегмента, а wg — на заднем. Это позволило исследователю точно локализовать границы парасегментов, которые иначе практически невозможно разглядеть.

Ген Dll управляет развитием конечностей. Начинается всё с одной-единственной клетки, в которой ген Dll вдруг становится активным (начинается производство регуляторного белка, кодируемого этим геном). Затем экспрессия гена Dll распространяется на соседние клетки, из которых впоследствии образуется конечность. Таким образом, задолго до того, как зачаток конечности становится видимым, его можно обнаружить по активности гена Dll. Именно это и сделал Прпич. Ему удалось локализовать зачатки первой и второй пар грудных конечностей на очень ранней стадии их развития, когда эти зачатки представляют собой всего лишь небольшие группы клеток с включившимся геном Dll.

Полученный результат — весомый довод в пользу того, что конечности у кольчецов и членистоногих все-таки имеют единое происхождение (то есть гомологичны друг другу). В обоих типах животных они начинают формироваться в соответствии с первичной сегментацией: каждый парасегмент отращивает по паре конечностей. Прпич вполне резонно предполагает, что так же обстояло дело и у общего предка первичноротых. Кольчецы сохранили этот исходный план развития, а у членистоногих на него наложились две позднейших модификации: 1) пересегментация, 2) расширение зачатка конечности, в результате чего в состав зачатка стали входить клетки заднего парасегмента.

Если результаты Прпича подтвердятся и будут признаны научным сообществом, то придется признать, что некоторые группы первичноротых эволюционировали по пути дегенерации (упрощения). Их предок был сегментированным животным с парными конечностями и целомом, однако многие его потомки впоследствии утратили сегментацию и конечности (моллюски, брахиоподы), а некоторые потеряли также и целом (немертины, плоские и круглые черви).