Особенности организации хордовых. ПОДТИП БЕСЧЕРЕПНЫЕ

7 класс.
УРОК. «Особенности
организации хордовых..
ПОДТИП БЕСЧЕРЕПНЫЕ».
Учитель: Вишнивецкая В.П.
ЦЕЛЬ УРОКА:
Раскрыть особенности хордовых животных на примере ланцетника
ЗАДАЧИ УРОКА:
Установить приспособленность ланцетника к среде обитания
Научить определять признаки беспозвоночных и хордовых животных
Продолжить развитие навыков самостоятельной работы с учебником и дополнительной
литературой.
ОБОРУДОВАНИЕ: электронные презентация «Признаки хордовых животных»,
«Ланцетник»
ПЛАН УРОКА:
1. Общие признаки хордовых животных
2. Общие признаки бесчерепных животных
3. Ланцетник – примитивное хордовое животное
ХОД УРОКА:
АКТУАЛИЗАЦИЯ ЗНАНИЙ:
ЗАДАНИЕ-ИГРА: Распределить предложенные изображения животных на две
группы и объяснить, на основании чего сделан подобный выбор.
Предлагаются изображения ранее изученных беспозвоночных животных и различные
виды позвоночных (Можно использовать открытки или карточки с наклейками
животных)
1. ОБЩИЕ ПРИЗНАКИ ХОРДОВЫХ ЖИВОТНЫХ
(Слайд 1)
Хо́рдовые (лат. Chordata) — тип вторичноротых животных, для которых
характерно наличие осевого скелета в виде хорды, которая у высших форм заменяется
позвоночником. (Слайд 2). По строению и функции нервной системы тип хордовых
занимает высшее место в мире животных. Хронологически хордовые — самый молодой
тип.
Классификация Хордовых животных (Слайд 3)
Обычно выделяют три подтипа хордовых (иногда четыре). Высшим подтипом являются
позвоночные, к которым принадлежит порядка 95 % всех видов хордовых. Из низших
хордовых выделяют бесчерепных и оболочников. Наиболее древний и самый
примитивный подтип, представители которого занимают промежуточное положение
между беспозвоночными и хордовыми животными, выделяют в отдельный тип животных
— полухордовые (Hemichordata) (Слайд 4).
Происхождение Хордовых животных.
Происхождение типа хордовых - это важнейший этап в историческом развитии
животного мира, означающий появление группы животных с уникальным планом
строения, который позволил в дальнейшей эволюции достичь максимальной среди живых
существ сложности строения и поведения. В сущности это означает реконструкцию
первых шагов на том пути, который привел к человеку. Вот почему проблема
происхождения хордовых уже более полутора столетий вызывает большой интерес
биологов.
Происхождение хордовых относится к тому периоду эволюции животного царства,
от которого сохранилось очень мало палеонтологических остатков. Известно лишь, что в
среднем кембрии (около 550 млн. лет назад) уже существовали бесчерепные, родственные
современным ланцетникам. Более ранние этапы эволюции хордовых приходится
реконструировать на основе изучения современных организмов, преимущественно
сравнительно-анатомическими и эмбриологическими методами, привлекая данные и из
других областей биологии.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ:
ОСНОВНЫЕ
ГИПОТЕЗЫ
ПРОИСХОЖДЕНИЯ
ХОРДОВЫХ
Одна из первых концепций, связывающих план строения хордовых с планами строения
других групп беспозвоночных, была разработана выдающимся французским
сравнительным анатомом Жоффруа Сент-Илером еще в первой половине XIX века. Он
считал, что членистые животные (кольчатые черви и членистоногие) могут
рассматриваться как перевернутые позвоночные. "Взгляните на рака, опрокинутого на
спину, говорил он, - и вы увидите, что различные системы его расположены совершенно
так же, как у высших позвоночных животных". Именно эта концепция была в центре
публичного спора между Жоффруа Сент-Илером и Жоржем Кювье, который состоялся в
Париже в 1830 году в дни июльской революции, свергнувшей Бурбонов. Как известно, в
том знаменитом споре победил Жорж Кювье. Однако к идее сравнения хордовых (и
позвоночных) и перевернутых кольчатых червей или членистоногих зоологи возвращались
неоднократно на протяжении всего XIX века.
Эту точку зрения отстаивал выдающийся зоолог и, как бы мы сейчас сказали,
"организатор науки" Антон Дорн, построивший на свои личные средства первую в мире и
до сих пор успешно работающую Неаполитанскую зоологическую станцию. В начале XX
века идею происхождения хордовых от перевернувшихся на спинную сторону
членистоногих
отстаивали
Гаскелл,
Паттен
и
другие
биологи.
Остроумные и хорошо объясняющие план строения хордовых гипотезы их
происхождения от перевернутых аннелид или членистоногих утратили свою
популярность прежде всего в связи с тем, что стали ясны фундаментальные
эмбриологические отличия между кольчатыми червями и членистоногими, с одной
стороны, и хордовыми - с другой.
В начале нынешнего столетия были разработаны гипотезы происхождения
хордовых от кишечнодышащих - обитающих в толще грунта морских червеобразных
организмов. У этих животных (как и у хордовых) имеются жаберные щели, а в передней
части тела - опорный вырост кишечника (стомохорд), который сравнивали с хордой.
Однако кишечнодышащие резко отличались от хордовых обратным направлением тока
крови, расположением сердца, строением нервной системы и другими важными
особенностями организации. Делались попытки выводить хордовых от иглокожих,
немертин, моллюсков и других групп беспозвоночных, однако ни одна из них не имела
успеха.
Своеобразной реакцией на неудачи зоологов решить проблему происхождения хордовых
традиционными способами явилась разработка так называемых неотенических гипотез,
выводящих хордовых от личинок асцидий. Взрослые асцидии - прикрепленные морские
животные, фильтрующие воду через объемистый жаберный мешок и улавливающие
взвешенные в воде мельчайшие органические частицы. Они не имеют ни хорды, ни
нервной трубки и совсем не похожи на хордовых животных. Но, как давно известно (а
впервые это показал еще в конце прошлого века выдающийся русский биолог А.О.
Ковалевский), личинки асцидий имеют и хорду, и нервную трубку, которые утрачиваются
при метаморфозе. На основании этого многие биологи (Берилл, Уитер, Боун и др.)
предполагают, что хордовые произошли от ставших половозрелыми личинок асцидий.
Правда, в этом случае остается непонятным, откуда взялись сами асцидии. Да и трудно
представить, чтобы хорда и нервная трубка возникли у живущих 1 - 2 дня и не
питающихся личинок. Более вероятно, что эти особенности - наследие
свободноживущих предков асцидий, об организации которых неотенические гипотезы
ничего не говорят. Ни одна из рассмотренных гипотез в настоящее время не может
считаться истинной, но в каждой из них содержатся отдельные элементы, которые
могут оказаться полезными при реконструкции путей происхождения хордовых.
http://sbio.info/page.php?id=213 – Первое биосообщество.
ЗАДАНИЕ: На основании текста учебника и рисунка определить характерные
признаки Хордовых животных, сделав соответствующие записи в тетради.
ЗАКРЕПЛЕНИЕ: проверка выполненной работы, ее корректировка (Слайд 5 - 6)
Вторичный рот возникает на ранних этапах зародышевого развития (Слайд 7). На месте
первичного рта (бластопора) формируется анальное отверстие, а на противоположной
стороне тела образуется рот (из беспозвоночных к вторичноротым относятся иглокожие
(Слайд 8).
ВЫВОД: подобное строение Хордовых животных оказалось эволюционно
прогрессивным, что позволило освоить все среды обитания и распространиться по
всему земному шару.
2. ОБЩИЕ ПРИЗНАКИ БЕСЧЕРЕПНЫХ ЖИВОТНЫХ
(Слайд 9)
•
•
•
•
Морские, преимущественно донные
Пожизненно сохраняют признаки типа Хордовых
Наиболее примитивные
Представитель - Ланцетник
3. ЛАНЦЕТНИК – ПРИМИТИВНОЕ ХОРДОВОЕ ЖИВОТНОЕ
(Слайд 11)
Класс хордовых животных, единственный в подтипе бесчерепных. Включает около
30 видов, обитающих на мелководьях тёплых и умеренных морей. Особенности строения
ланцетников долгое время порождали споры между биологами о их происхождении и
систематическом положении.
Сначала их относили к моллюскам, затем к круглоротым, к рыбам. Лишь после
блестящих исследований по эмбрионологии ланцетников и оболочников, выполненных в
1860-х гг. А.О. Ковалевским (Слайд 12), был установлен новый тип животных – хордовые,
включавший в качестве отдельных подтипов позвоночных и бесчерепных (ланцетников).
Внешний вид, размеры и среда обитания (Слайд 13)
Тело полупрозрачное, заостренное (напоминает ланцет – медицинский инструмент),
уплощенное с боков, белёсое до кремово-жёлтого, иногда с оттенком розового. На нижней
стороне переднего конца животного располагается окружённая ротовыми щупальцами
предротовая воронка (или полость).
Вдоль всей спины тянется плавниковая складка — невысокий спинной плавник. Он
прозрачен и поддерживается многочисленными стержневидными плавниковыми лучами.
Спинной плавник без видимой границы переходит в хвостовой, копьевидной или
ланцетовидной формы. Хвостовой плавник функционирует как движитель. На брюшной
стороне, вдоль нижнего края хвоста, имеется короткий подхвостовой плавник (также
ошибочно называемый брюшным). Граница хвостового и подхвостового плавников
отмечена анальным отверстием. Все эти плавники, ориентированные в плоскости
двусторонней симметрии, выполняют при движении функцию стабилизаторов, то есть не
дают животному переворачиваться.
Взрослые особи ведут придонный образ жизни — населяют песчаное дно чистых
морских вод; личинки являются планктоном в прибрежных зонах и открытом море. Длина
до 4-8см.
Движение
Большую часть времени проводит полузарывшись в грунт, выставив наружу
передний конец тела, окруженный венчиком щупалец. Потревоженный, переплывает на
небольшое расстояние и снова зарывается.
Питание
Ланцетник – типичный фильтратор. Попавшая в глотку с водой пища (планктонные
организмы), задерживаются
в специальном желобке (эндостиле), где формируются
пищевые комки. При помощи мерцательного эпителия они направляются в кишечную
трубку. Пищей для ланцетников (Слайд 14) является в основном фито- и зоопланктон —
различные ветвистоусые рачки, инфузории, диатомовые водоросли; а также личинки и
яйца других низших хордовых и беспозвоночных. Характер питания пассивный.
Особенности организации ланцетника
Познакомимся подробнее с особенностями внутреннего строения ланцетника.
(Слайд 15).
Кожный покров
Кожа ланцетников — однослойный эпителий (эпидермис). Сверху эпидермис покрыт
кутикулой, она защищает тонкую кожу ланцетников от повреждений. Под эпителием
находится тонкий слой студенистой соединительной ткани — кориум, или кутис.
Наружные покровы прозрачны, почти не пигментированы (не окрашены).
Центральная нервная система
(Слайд 16)
Центральной нервной системой (ЦНС) ланцетников является нервная трубка, лежащая
над хордой с узкой полостью внутри — невроцелью. Передний конец нервной трубки
короче хорды, эта особенность и дала название подтипу — головохордовые. Головной и
спинной мозг внешне не дифференцированы, но головная и спинная части нервной трубки
имеют отличное строение и выполняют разные функции
Головной конец нервной трубки отвечает за регулирование рефлекторной
деятельности. Разрушение этого участка вызывает нарушение координации. Нервоцель в
этом отделе немного расширяется. Это расширение считается зачатком, или рудиментом,
мозгового желудочка (мозгового пузырька). У личинок ланцетников эта полость
отверстием связана с органом обоняния. От мозгового пузырька отходят две пары
чувствующих головных нервов, отвечающих за иннервацию головного конца тела. В
передней части нервной трубки расположен непарный глаз, пигментное пятно, функция
которого до сих пор не выяснена, возможно, что это остаток органа равновесия.
От спинного конца нервной трубки отходят по две пары (правая и левая)
спинномозговых нервов: спинных в передней части каждого сегмента и брюшных в
его задней части. Отличие ланцетников (как и всех бесчерепных) от высших хордовых
животных заключается в том, что спинные и брюшные корешки не объединены в
единый нерв.
Органы чувств
Органы чувств примитивны. Расположены по всему эпидермису, особенно в ротовых
щупальцах (механо-, термо- и хеморецепторы). Химические раздражения
воспринимаются специальными нервными клетками, которые также находятся в коже и
выстилают ямку Келликера. В нервной трубке, главным образом в области её полости,
расположены светочувствительные клетки с вогнутыми пигментными клетками — глазки
Гессе. С их помощью регулируется глубина погружения ланцетника в грунт.
Полупрозрачные покровы животного свободно пропускают световые лучи, которые
улавливают глазки Гессе.
Скелет
Внутренний скелет представлен хордой. Это светлый, вертикально исчерченный
стержень, который тянется, утончаясь, вдоль спинной стороны тела от переднего конца к
заднему. У ланцетников хорда выдвигается глубоко вперёд в головной конец, за нервную
трубку.
Череп и позвоночник, скелет поясов и свободных конечностей – отсутствуют.
Мускулатура
Сегментированная. Мышечный сегмент – миомер; перегородка между сегментами –
миосепта.
Двигаются ланцетники червеобразно, за счёт сокращения миомеров,
последовательно изгибающих тело. Изгибаясь, упругие лопасти хвоста толкают тело
ланцетника вперёд на подобие гребного винта.
Дыхательная система
Дыхательная система характеризуется тем, что специализированных органов нет.
Газообмен производится через всю поверхность тела.
Пищеварительная система
На нижней части головного конца располагаются ротовые щупальца и предротовая
воронка, ведущая в небольшое ротовое отверстие.
Глотка у ланцетников занимает до трети длины тела и пронизана жаберными щелями
(Слайд 17) количеством свыше 100 пар Клетки эндостиля выделяют слизь, которая под
действием мерцания ресничек гонится к переднему концу глотки — навстречу потоку
воды. По пути обволакивается и захватывается попавшая в глотку пища. После этого
склеенные слизью комочки пищи по двум полукольцевым бороздкам перемещаются в
наджаберную борозду, по которой они гонятся назад, к начальному отделу кишки
(кишечника). Слизь, в которую была закутана пища, стекает по бокам глотки и образует
на жаберных щелях слизистую мембрану, пропускающую наружу воду.
Резко сужаясь, глотка переходит в короткую, без изгибов кишку и заканчивается
анальным отверстием. В месте перехода глотки в кишку, располагается слепой
пальцевидный печёночный вырост (Слайд 18), выделяющий пищевые ферменты. Он
находится с правой стороны глотки и направлен к головному концу ланцетника.
Пищеварение происходит и в полости печёночного выроста, и во всём кишечнике
Слишком крупные объекты отсеиваются щупальцами.
Кровеносная система
(Слайд 19)
Замкнутая. Сердца нет. Его функцию выполняют так называемые «жаберные сердца»
- участки брюшной аорты и основания жаберных сосудов, выстланные поперечнополосатой мускулатурой и способные к произвольному сокращению. Основные сосуды:
спинная и брюшная аорта.
У ланцетников один круг кровообращения. Их кровь бесцветна и не содержит
дыхательных пигментов. Насыщенность кислородом крови в артериях и венах сходна —
небольшие размеры животных и однослойная кожа позволяют насыщать кровь
кислородом не столько через жаберные артерии, но всеми поверхностными сосудами тела.
Выделительная система
Органы выделения расположены вдоль глотки (около 100 пар нефридий). Как и у
кольчатых червей – нейфродиального типа.
Репродуктивная система
Представители рода ланцетников, как и другие бесчерепные, раздельнополы: у каждого
животного развиваются либо яичники (Слайд 20), либо семенники. Гонады самцов и
самок внешне похожи. Половых желёз (гонад) обычно 25—26 пар. Оплодотворение
наружное. У неполовозрелых ланцетников половых органов нет.
Личинка ланцетника покрыта ресничками, при помощи которых свободно плавает в
толще воды.
Размножаются ланцетники в весеннее, летнее или осеннее время. Сразу же после
захода солнца самки начинают метать зрелые икринки (яйца).
Эмбриональное развитие ланцетников представляет собой упрощённую схему
развития всех высших хордовых.
Закрепление: Выберите у ланцетника черты низших
( вариант1) и высших
( вариант2) животных (Слайды 21-22)
Вывод: Перечисленные признаки позволяют предположить, что ланцетник и
позвоночные имели общего предка, который. Вероятно, был сходен с беспозвоночными
животными.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ:
Ланцетники и человек
В мифологии
Ланцетники фигурируют в китайской мифологии. Первые письменные упоминания об
этих животных относятся ко времени правления династии Тан (с VII по X век).
Согласно легенде, бог литературы Вэньчан и его слуги путешествовали по небесам
верхом на огромном крокодиле. Когда рептилия умерла и стала разлагаться, из неё вышло
великое множество ланцетников, которым дали название — вэньчанъюй буквально «рыба
бога литературы»). В различных вариантах легенда записывалась и при последующих
династиях.
В кулинарии
Ланцетники имеют чисто практическое применение — в ряде стран их употребляют в
пищу. Азиатский ланцетник (B. belcheri) уже около 300 лет служит объектом
специального промысла в юго-западной части Восточно-Китайского моря. Поздним летом
и зимой, с августа по январь, ланцетника вылавливают с лодок — зачерпывают вместе с
песком особой лопатой на бамбуковом шесте в течение первых 2—3 часов после отлива.
Одна лодка может добыть примерно 5 кг ланцетников в день. Ежегодно вылавливают
около 35 т.
Предварительные данные анализа компонентов мяса ланцетника приведены в следующей
таблице:
Анализируемые показатели Содержание
Влага
88,9%
Белок
9,4%
Зола
1,3%
Жиры
0,7%
Углеводы
0%
Азиатский ланцетник не единственный вид, который имеет промысловое значение; к
числу промысловых видов также относятся карибский, чилийский и европейский
ланцетники.
Из азиатских ланцетников готовят супы, их жарят или сушат на медленном огне для
последующего экспортирования на остров Ява и в Сингапур. Ланцетника иногда
используют в пищу в Сицилии и Неаполе.
Отрывок из книги Н.Н. Плавильщикова « Гомункулус»
«….Ланцетник, на которого тратил свое время Александр Ковалевский, очень занятное
существо. Его внешность совсем простенькая: длинноватое полупрозрачное тельце,
заостренное на обоих концах, всего 5-8 сантиметров длиной. Похож на рыбку, да и
живет в море, но - какая же это рыба? Парных плавников нет. Хвостовой плавник есть.
Но он совсем не рыбьей формы, а заострен, словно наконечник копья. Маленький рот
окружен ресничками и выглядит усатым.
«Слизень ланцетовидный» - так назвал его русский академик Паллас , первый ученый,
увидевший это странное животное. Прошло несколько десятков лет, и зоологи
заметили, что это совсем не слизень. Больше того, они решили что ланцетник – так его
теперь называли – близкая родня рыб.
И, правда. Внутри ланцетника, вдоль тела, тянется струна, или хорда, нечто вроде
упругого шнура. Под струной расположен кишечник, над струной – спинной мозг. Словом,
чем не позвоночное животное! Впрочем, кое-чего у ланцетника нет: головного мозга,
сердца, парных глаз…Многого не хватает ланцетнику, чтобы оказаться «настоящим»
позвоночным животным.
И все же зоологи , подумав. Отнесли его к рыбам. На всякий случай они оговорились. Что
это очень низко организованная рыба, так сказать , «намек» на рыбу.
По простоте своей организации ланцетник стоит на рубеже между позвоночными и
беспозвоночными. Именно за это его и облюбовал Александр Ковалевский: увлеченный
учением Дарвина, он решил заняться изучением зародышей как раз «переходных» форм
животных.
Ланцетник водится в Средиземном море, у европейских берегов Атлантического
океана. У нас он живет в Черном море.
Ковалевский раздобыл ланцетников и пустил их в аквариумы с морской водой и с
толстым слоем песка на дне.
Ланцетники зарылись в песок и выставили наружу рты. Они быстро шевелили усамиресничками. Реснички гнали воду в рот и дальше в глубь ланцетника . Вода несла с собой
кислород для дыхания и еду – мельчайших животных. Частицы ила. Жабры у ланцетника
спрятаны внутри, в особом мешке, и, чтобы дышать, он «глотает» воду. Частицы ила.
Жабры у ланцетника спрятаны внутри, в особом мешке, и, чтобы дышать, он «глотает»
воду…»
СИСТЕМАТИКА ЛАНЦЕТНИКА
Империя – Клеточные (эукариоты)
Царство - Животные
Подцарство – Многоклеточные (Metazoa)
Тип – Хордовые (Chordata)
Подтип – Бесчерепные ( Acrania)
Класс – Головохордовые
Отряд – Трубкосердечные ( Leptocardii)
Семейство – Ланцетниковые ( Branchiostomidae)
Род – Ланцетник (Branchiostoma)
Вид – Ланцетник (Br. Lanceolatum)
Ланцетник и наука
Международная группа ученых сообщила о прочтении генома ланцетника. Сравнение
генома этого примитивного представителя типа хордовых с геномами других животных
подтвердило гипотезу, согласно которой на заре эволюции позвоночных одна за другой
произошли две полногеномные дупликации, что привело к учетверению всего генома.
Резко возросшая избыточность генома открыла небывалые возможности для
эволюционного «творчества».
Что же дал геном ланцетника? Он изменил степень нашей уверенности в правильности
этой эволюционной реконструкции. Раньше она была только одним из возможных
вариантов, пусть и наиболее вероятным. Сейчас это уже, можно сказать, установленный
факт.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1.
2.
3.
4.
5.
Биология: Справочник школьника и студента/Под ред. З.Брема и И.Мейнке;
Пер. с нем. – 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2003. – 400с.
Резанов А.Г. Зоология в таблицах, схемах и рисунках. 7-8 класс. – М.:
"Издат-школа 2000», 1999. – 272с.
http://school-collection.edu.ru
–
Единая
коллекция
Цифровых
Образовательных Ресурсов (ЦОР)
www.novgorod.fio.ru/.../0043/favorite.htm
Nicholas H. Putnam et al. The amphioxus genome and the evolution of the chordate
karyotype // Nature. 2008. V. 453. P. 1064–1071.