Размножение и развитие
Половое размножение
Файл:Pluteus001.jpg
Плутеус — личинка морского ежа
Файл:Larva Bipinnaria.jpg
Бипиннария — личинка морской звезды
Большинство иглокожих — раздельнополые животные, образуют много мелких, бедных желтком яиц и вымётывают их в воду. Таким образом, оплодотворение у иглокожих наружное. Развитие зародыша происходит в воде, в составе меропланктона. Оплодотворённая яйцеклетка (зигота) начинает дробиться и через некоторое время образует бластулу. Дробление полное, радиального типа.
Обычно иглокожие вылупляются из яйца на стадии бластулы. Такая бластулообразная личинка представляет собой пузырь, стенка которого состоит из одного эпителизированного слоя жгутиконосных клеток (бластомеров), а полость которого (бластоцель) заполнена студенистой жидкостью. Бластула способна передвигаться с помощью жгутиков. Часто на анимальном полюсе личинки жгутики более длинные и выполняют сенсорную функцию (апикальный орган).
Через некоторое время на вегетативном полюсе происходит выселение (иммиграция) некоторых клеток в бластоцель. Это клетки первичной мезенхимы, участвующие в образовании личиночного скелета. После этого происходит впячивание (инвагинация) вегетативной стенки в бластоцель, в результате чего формируется слепо замкнутая первичная кишка (архентерон). Одновременно с этим из вершины архентерона в бластоцель выселяются клетки вторичной мезенхимы, которые обладают амебоидной подвижностью и способствуют инвагинации, а в дальнейшем — обособлению целомов, образованию рта и личиночных рук.
Затем происходит обособление целомической мезодермы, входящей в состав архентерона, путём образования выпячивания стенки, которое отшнуровывается в форме целомического мешка, то есть энтероцельным способом. В дальнейшем целом делится сначала на правый и левый, а потом — на три пары целомов: правые и левые аксоцели (передние), гидроцели (средние) и соматоцели (задние). Обычно левые целомы опережают в развитии правые, что связано с их ведущей ролью в метаморфозе.
На этом завершается процесс гаструляции, в результате которого обособляются три зародышевых листка: эктодерма (личиночные покровы), энтодерма (кишка) и мезодерма (первичная и вторичная мезенхима, целом). Бластопор смещается на брюшную сторону и становится порошицей (анусом). На переднем конце, на брюшной стороне образуется впячивание эктодермы, так называемая ротовая бухта (стомодеум), которое сливается с кишкой и образует рот. Кишка расчленяется на три отдела: пищевод, расширенный желудок и тонкую кишку. Тело приобретает яйцевидную форму. Вокруг рта образуется околоротовая впадина, по краю которой формируется ресничный шнур, на остальной поверхности тела реснички исчезают. С помощью биений ресничек клеток ресничного шнура, личинка передвигается и подгоняет пищу ко рту. Эта общая для большинства иглокожих стадия билатерально-симметричной личинки получила название диплеврула.
В дальнейшем личинка приобретает приспособления к планктонному образу жизни, различные у разных классов, и становится плутеусом (морские ежи и офиуры), аурикулярией (голотурии) или бипиннарией, а позже — брахиолярией (морские звёзды). У видов с большим количеством желтка из яйца развиваются лецитотрофные (то есть питающиеся желтком) бочёнковидные личинки долиолярии, опоясанные поперечными ресничными кольцами. Через некоторое время свободноплавающие билатерально-симметричные личинки приступают к метаморфозу, в результате которого трансформируются в радиально-симметричное взрослое животное. В теле личинки образуется зачаток будущего взрослого животного (имагинальный диск). На левой стороне личинки формируется оральная сторона животного, а на правой — аборальная. К концу метаморфоза происходит полная редукция личиночных органов.
Места обитания
Большая часть представителей типа иглокожих проживает в морях. Животные не могут регулировать состав жидкости своего тела, поэтому они не переносят солёную среду. Лишь несколько разновидностей смогло адаптироваться к условиям пресных вод.
Все иглокожие ведут донный образ жизни. Они обитают в районе от литоральной зоны до самых глубин водоёмов. Господствующим донным классом выступают голотурии. Преимущественно иглокожие населяют Баренцево, Карское, Охотское и Чукотское моря.
Многие морские ежи, голотурии и змеехвостки предпочитают жить на илистом грунте или песке. Некоторые виды населяют камни. Среди иглокожих есть животные, которые предпочитают определённую температуру. С понижением показателей некоторые разновидности перемещаются в более глубокие воды.
Покровы и скелет иглокожих
Окраска иглокожих разнообразна
В подкожном слое иглокожих развивается биоминеральный эндоскелет, который состоит из известковых пластинок и часто образует разнообразные наружные придатки: иглы, шипы и педицеллярии.
У многих морских ежей эти придатки развиваются особенно сильно. Иглы выполняют защитную функцию. Часто они бывают подвижными. Некоторые морские ежи направляют иглы в сторону приближающейся опасности.
Педицеллярии — это иглы, видоизменённые в хватательные щипчики. С их помощью животное чистится и избавляется от паразитов. У морских ежей скелет принимает участие в формировании особого жевательного органа — аристотелева фонаря.
У офиур скелет особенно развит в лучах, где он образует ряд массивных известковых члеников — позвонков. У голотурий скелет редуцирован.
Они обладают соединительной тканью, способной изменять свою жёсткость, — так называемой мутабельной соединительной тканью. Крайние значения жёсткости различаются как лёд и вода.
Когда морская звезда изгибается дугой над жертвой (например, моллюском), она придаёт жёсткость своей соединительной ткани и её лучи становятся опорой для амбулакральных ножек, которые прикрепляются к створкам моллюска.
В стрессовых условиях офиуры и голотурии спонтанно отторгают (аутотомируют) лучи или выбрасывают внутренние органы с помощью местного размягчения соединительной ткани. В крайних случаях, когда некоторые голотурии извлекаются из воды на воздух, их тело полностью размягчается, растекается и животное погибает.
В этом матриксе имеются окончания нервных клеток, причём, вероятно, существует два типа нервов: действие одних делает матрикс жёстким, действие других размягчает его. На жёсткость матрикса влияет изменение концентрации Ca2+ и других катионов. В целом увеличение концентрации Ca2+ придаёт матриксу жёсткость, а уменьшение — размягчает его. Ca2+ может участвовать в образовании мостиков между макромолекулами в матриксе.
В состав эпидермы иглокожих входят механорецепторные клетки, обеспечивающие осязание, пигментные клетки, обуславливающие окраску животного, и железистые клетки, выделяющие липкий секрет или даже токсины.
Характеристики иглокожих
У взрослых иглокожих радиально симметрично, то есть их части тела простираются от устья. У иглокожих обычно 5 частей, что делает их пятиугольными. Любопытно, что личинки иглокожих являются двусторонне симметричными и должны перейти в радиальную симметрию. Как правило, горловина окружена центральным диском, который ведет наружу к бороздкам, в которых размещены ряды подия. Эти канавки называются амбулакральными бороздками и могут привести к отдельным ногам, как у морской звезды, или могут быть простыми прорезями, как в песочном долларе. Эндоскелет иглокожей состоит из отдельных частей, известных как косточки. Косяки покрыты эпидермисом или кожей. В некоторых иглокожих, таких как песчаные доллары и морские ежи, косточки образуют твердую оболочку, известную как тест. На другом конце спектра у морских огурцов очень мало косточек, и они отделены друг от друга. Эти косточки могут также сливаться, образуя различные структуры, такие как хрупкие шипы морского ежа.
Водно-сосудистая система является неотъемлемой частью биологии иглокожих. Хотя система отличается в разных классах иглокожих, ее основные операции одинаковы. Система состоит из ряда несущих жидкость труб, которые соединяются в кольцеобразную структуру по всей организм, Система подключается к подии и может использоваться для наполнения их жидкостью, которая удлиняет и укрепляет подию. Это достигается с помощью ряда мешков и мышц в кольцевом канале, боковых каналах и везикулах Поляна, некоторые из которых можно увидеть на изображении ниже.
Эхинодерм использует эту уникальную систему для ряда стилей жизни. Подия может использоваться как ступни, чтобы координированно двигаться, чтобы направлять иглокожую. Подия также может быть использована для удержания подложка небольшие камни для защиты или ряд предметов для использования в качестве камуфляжа. Некоторые иглокожие сидячий питатели фильтра, в то время как другие активно охотятся на свою добычу. В то время как некоторые питатели фильтра направляют еду ко рту, морские звезды известны тем, что желудок вне их тела, чтобы питаться добычей. Другие иглокожие имеют сложную структуру рта, известную как фонарь Аристотеля, в котором находятся зубы и позволяют им кусать и царапать водоросли с поверхности скал.
У иглокожих обычно есть простая кровеносная и нервная системы, которые циркулируют через их тела. Их гемальная система открыта для окружающей среды и позволяет газообмену через серьезные каналы во всем теле. Нервная система – это нервное кольцо, которое соединяется со всеми частями организмов. Считается, что это помогает иглокожей взаимодействовать со всеми направлениями, с которыми она сталкивается, в равной степени, максимизируя преимущества ее радиальной симметрии.
Класс Морские звезды (Asteroidea)
Тело морских звезд состоит из центрального диска и пяти лучей, или рук. Встречаются звезды с большим числом лучей. Тело звезды сплющено в дорзо-вентральном направлении. На нижней (оральной) стороне тела помещается рот, на противоположной стороне (аборальной) — анальное отверстие. Животные ползают по дну ртом книзу. Движение происходит с помощью специальных полых отростков — амбулакральных ножек, расположенных на оральной стороне лучей.
Покровы состоят из однослойного эпителия и слоя соединительной ткани, подстилающего эпителий. В соединительной ткани формируется известковый скелет в виде отдельных пластинок. На оральной стороне тела пластинки сливаются и образуют правильную структуру. На аборальной стороне тела пластинки не сливаются и несут шипы, иглы и т. д., выступающие над поверхностью эпителия. Видоизменением шипов являются педициллярии — своеобразные «щипчики», которые служат для очищения тела от экскрементов и оседающих частиц. Скелетным элементом аборальной стороны является мадрепоровая пластинка.
Рот ведет в короткий пищевод, открывающийся в мешковидный желудок, который расположен в диске. Желудок переходит в заднюю кишку. Задняя кишка может нести ректальные железы. От желудка в лучи отходят пять пар печеночных мешков, которые выделяют пищеварительный сок. Звезды — хищники, питаются малоподвижными животными, главным образом двустворчатыми моллюсками. Мелкую добычу звезды заглатывают целиком. Для поглощения крупной добычи изо рта выворачивается желудок и обволакивает жертву. В этом случае первые этапы пищеварения происходят вне тела звезды.
Нервная система довольно примитивна и залегает в наружном эпителии. Органы чувств развиты слабо: осязание обеспечивается амбулакральными ножками, а на концах лучей находится по одному простому глазку.
Для дыхания служат кожные жабры — тонкостенные выпячивания стенки тела, в которые заходит целом. Кислород диффундирует в бесцветную, прозрачную целомическую жидкость. Имеются кровеносная и перигемальная системы, в которых циркулирует целомическая жидкость.
Движение иглокожих обеспечивает особая амбулакральная система. Начинается она мадрепоровой пластинкой. Через мельчайшие поры мадрепоровой пластинки вода попадает в каменистый канал (его стенки обызвествлены). Канал ведет в околоротовой кольцевой канал, от которого берут начало пять радиальных амбулакральных каналов. От радиальных каналов отходят более тонкие канальцы, заканчивающиеся амбулакральными ножками. Амбулакральные ножки — мускулистые полые выросты, способные сильно растягиваться, на конце снабжены присоской. Поэтому звезды могут передвигаться по вертикальным поверхностям. В амбулакральной системе циркулирует морская вода.
Специальных органов выделения нет. Продукты обмена выводятся с помощью амебоидных клеток, плавающих в целомической жидкости.
Звезды раздельнополы. Гонады попарно залегают в основании лучей. Во внешнюю среду половые железы открываются короткими каналами между лучами. Оплодотворение наружное, развитие протекает с метаморфозом. Звезды имеют планктонную личинку — бипиннарию, которая передвигается с помощью ресничных шнуров на теле.
Морские звезды обладают высокой регенерационной способностью: на месте утраченного луча вырастает новый.
Занимательные факты
Необычные обитатели морей выделяются среди многообразия жизненных форм на Земле. Даже в школах такая тема кажется ученикам увлекательной. Составить захватывающее сообщение по биологии помогут интересные факты об иглокожих:
- Первые особи этой группы животных возникли ещё задолго до динозавров.
- Тела некоторых вымерших видов достигали в длину 20 м.
- Питание водных животных разнообразно. Представители морских глубин могут быть как хищниками, так и растительноядными.
- Длина самых маленьких разновидностей иглокожих не превышает 2−3 мм.
- Некоторые обитатели морских глубин способны к регенерации. К примеру, морские звёзды могут получить из одного своего луча цельную особь.
- Существуют голотурии, которые при извлечении из воды на воздух размягчаются и растекаются, быстро погибая.
- Икра некоторых представителей морских ежей имеет промысловое значение для человека.
- Среди морских звёзд встречаются ядовитые виды. Некоторые представители этого класса могут разрушать кораллообразующие полипы.
- В красный список угрожаемых видов МСОП занесены 16 видов голотурий: 9 из них считаются уязвимыми, а 7 — вымирающими.
Морские огурцы (голотурии)
Эти организмы называются по-разному: морскими кубышками или голотуриями. Они представляют класс беспозвоночных типа иглокожих. Существуют виды, которые человек употребляет в пищу. Общее название съедобных голотурий — «трепанг». Трепанг добывают в крупных масштабах на Дальнем Востоке. Существуют также ядовитые голотурии. Из них получают различные лекарственные средства (к примеру, голотуриин).
В настоящее время представлено около 1150 видов морских огурцов. Представители их разделены на 6 отрядов. Силурийский период — время, к которому относятся старейшие окаменелости голотурий.
Эти организмы отличаются от остальных иглокожих продолговатой, шаровидной или червеобразной формой, а также редукцией кожного скелета и тем, что у них нет выступающих шипов. Рот этих животных окружен венчиком, состоящим из щупалец. С помощью них голотурии захватывают пищу. Эти животные являются донными, хотя очень редко встречаются и живущие в иле (пелагические). Они ведут малоподвижный образ жизни. Голотурии питаются мелким планктоном или илом.
Морские звезды
Самым известным представителем интересующего нас типа является морская звезда (фото одной из них представлено выше). Эти животные относятся к классу Asteroidea. Морские звезды не случайно получили такое название. По своей форме многие из них представляют собой пятиконечную звезду или же пятиугольник. Однако существуют и такие виды, число лучей которых доходит до пятидесяти.
Посмотрите, какое интересное тело имеет морская звезда, фото которой представлено выше! Если ее перевернуть, можно увидеть, что с нижней стороны лучей идут ряды маленьких трубчатых ножек, имеющих присоску на конце. Животное, перебирая ими, ползает по морскому дну, а также взбирается на вертикальные поверхности.
Все иглокожие обладают способностью к быстрой регенерации. У морской звезды каждый луч, который отделился от тела, жизнеспособен. Он сразу же регенерирует, и из него появляется новый организм. Большинство морских звезд питаются остатками органических веществ. Они находят их в грунте. В их рацион входят также трупы рыб и водоросли. Однако некоторые представители морских звезд — хищники, которые нападают на своих жертв (неподвижных беспозвоночных). После того как добыча найдена, эти животные вываливают свой желудок наружу. Таким образом, переваривание у некоторых хищных морских звезд осуществляется снаружи. Лучи этих животных имеют очень мощную мускулатуру. Она позволяет им без труда разомкнуть створки моллюска. Морские звезды при необходимости могут и раздробить его раковину.
Самым известным среди является Acanthasterplanci — терновый венец. Это злейший враг морских коралловых рифов. Около 1500 видов насчитывается в этом классе (тип иглокожие).
Морские звезды способны размножаться как половым путем, так и бесполым (регенерацией). Основная часть этих животных — раздельнополые организмы. Оплодотворение у них осуществляется в воде. Организм развивается с метаморфозом. Некоторые морские звезды живут до 30-ти лет.
Особенности размножения и развития
Многие виды иглокожих — раздельнополые животные. Яйца, бедные желтком, формируются взрослыми особями и вымётываются ими в воду. Размножаются морские животные наружным способом. Зародыш развивается в составе меропланктона. Оплодотворённая яйцеклетка дробится и затем формирует бластулу. Обычно на этой стадии и вылупляются новые особи. Бластулообразная личинка представлена пузырём. Эпителизированный слой жгутиконосных клеток выступает оболочкой. В полости пузыря находится студенистая жидкость. Бластула передвигается при помощи жгутиков.
Через определённый период некоторые клетки в бластуле начинают переселяться. На этой стадии формируются личиночный скелет и замкнутая первичная кишка. Затем обособляются целомы, после чего образуются руки и рот. Завершает процесс гаструляции формирование 3 зародышевых листка:
- эктодерма (покров личинки);
- энтодерма (кишечник);
- мезодерма (целом, первичная и вторичная мезенхима).
Потом бластопор перемещается на брюшную сторону и превращается в анус. Рядом формируется ротовая ямка, которая сливается с кишкой и преобразуется в рот. Кишечник разделяется на тонкий отдел, пищевод и желудок. Форма тела становится похожей на яйцо. Вокруг орального отверстия образуются реснички, которые помогают передвигаться и подгонять к себе пищу.
У личинки появляются органы, которые позволяют ей вести планктонный образ жизни. Потом в свободноплавающих организмах появляется имагинальный диск, который выступает зачатком будущей взрослой особи. Слева на теле формируется оральная сторона, а справа — аборальная. В конце метаморфоза полностью исчезают личиночные органы, а животное превращается во взрослую особь.
Тип иглокожие, основные признаки:
- Только эти морские обитатели обладают особенной амбулакральной (водоносной) системой. Она состоит из группы каналов с тонкими стенками, наполненными жидкостью;
- По своему строению они лучисты (обычно это внутренний скелет, хорошо развитый, лучи кратны пяти).
Голотурия (морской огурец) — представитель иглокожих
При помощи амбулакральной системы представители типа иглокожие способны передвигаться, осязать предметы. А у некоторых разновидностей морских лилий и ежей она может выполнять функцию дыхания. Вся эта система состоит однотипно: кольцевой канал, который с внутренней стороны окружает ротовое отверстие, и радиальные каналы, кратные 5, отходящие от кольцевого. Они заканчиваются слепо или чувствительным отростком.
Если говорить о характеристике иглокожих, то еще одной отличительной чертой этих позвоночных является то, что скелет у них заложен в соединительном слое коже и он известковый. Наружный эпителий у большинства представителей иглокожих покрыт неравномерным слоем ресничек. Они предназначены для того чтоб очищать тело от загрязнений, выполнять дыхательную функцию и подавать пищу в ротовое отверстие.
Морская лилия
В наружном слое эпидермиса может содержаться большое количество специфических железистых клеток, которые выделяют ядовитый или клейкий фермент. Есть некоторые разновидности типа иглокожие выделяющие ферменты, которые могут светиться.
Пластинки скелета у иглокожих расположены как лучи. Но это проявляется не только с внешней стороны, но и отображается на внутренних органах этих морских существ. Например, нервная и кровеносная системы также имеют лучистое расположение.
Представитель иглокожих — офиура
Зоологи считают, что чувства обоняния и вкуса развиты достаточно хорошо. Они представлены большим количеством чувствительных клеток, расположенными на амбулакральных ножках, что является важным аспектом в характеристике иглокожих. Существа этого класса способны воспринимать вкусовые раздражения на больших расстояниях.
Также лучистое строение имеет и их половая система. Она состоит из тяжа и половых желез. Многое зависит от разновидности типа иглокожие, половые железы располагаются в гроздевидных мешочках, которые помещены либо в лучевом основании, либо заходят в глубину него.
Не имеют сходного строения органы пищеварения. У разных видов иглокожих они расположены по-разному. Это может быть связано с различием в питании. От питания также может зависеть наличие пластинок скелета или его отсутствие. У некоторых видов этих представителей позвоночных рот может быть окружен щупальцами, которые помогают при ловле добычи.
Морской ёж «Грифельный карандаш»
Несмотря на различные характеристики иглокожих, учеными до сих пор не до конца изучен полный процесс пищеварения у этих существ. Ясно только то, что стенки их кишечника содержат большое количество клеток, которые выделяют пищеварительные соки и ферменты. Также не найден ответ на вопрос о выведении продуктов распада этих беспозвоночных. У представителей типа иглокожие нет специальных органов для их выведения.
О некоторых видах животных, относящихся к типу иглокожие, расскажут эти интересные видео-сюжеты:
https://youtube.com/watch?v=RehmQBO8ff4
https://youtube.com/watch?v=UwkiNoC0mkU
А с другими интересными представителями морских беспозвоночных, вас познакомят эти статьи:
викторина
1. Хотя в океане тысячи различных видов иглокожих, почему их нет на суше?A. У них нет добычи на землеB. Они не смогут дышать на сушеC. Они не смогут двигаться по суше
Ответ на вопрос № 1
С верно. Водно-сосудистая система, присутствующая во всех иглокожих, чрезвычайно эффективна при перемещении животных под водой. Если есть много воды и плавучести воды, чтобы помочь справиться с весом, животные могут легко передвигаться. Однако, если вы когда-либо видели морскую звезду из воды, вы заметите, что ей трудно двигаться. Вне воды сосудистая система становится неэффективной. В то время как морская звезда могла накапливать воду и иметь возможность добывать предметы на суше, водная сосудистая система недостаточно сильна, чтобы переносить ее по суше.
2. Во время снорклинга вы видите морскую звезду прямо над морским ежом. При ближайшем рассмотрении мембрана, выходящая из морской звезды, видна вокруг ежа. Что происходит?A. Два вида сражаютсяB. Морская звезда ест ежаC. Еж выделяет мембрану, чтобы защитить себя
Ответ на вопрос № 2
В верно. Морские звезды, как обсуждалось в статье, являются хищниками, которые превращают свои желудки в свою добычу. Этот сценарий обычно наблюдается во многих водах по всему миру. Однако у самих ежей есть много шипов и других защитных механизмов, и они, безусловно, пытаются защитить себя. К несчастью для ежей, морские звезды являются отличными хищниками и гораздо более мобильны, чем ежи.
3. Иглокожие – дейтеростомы, которые проявляют радиальное расщепление во время развития. Они также могут быть легко воспроизведены и изучены в лаборатории. Какая научная дисциплина использует их в качестве ключевой группы животных для изучения?A. Биология развитияB. Молекулярная биологияC. экология
Ответ на вопрос № 3
верно. Хотя все эти дисциплины изучают различные виды иглокожих, они широко используются в биологии развития. Люди также радиально расщепляют дейтеростомы, которые являются терминами, которые описывают организацию и развитие нового зигота в полноценное животное. Ученый, изучающий эти легко размножающиеся организмы, получил ключевое представление о развитии всех дейтеростомов, в том числе многих видов, таких как рыба и человек.
