Внутреннее строение
У представителей иглокожих в подкожном соединительном слое развивается скелет, состоящий из известковых пластинок и игл, шипов и т. п. на поверхности тела. Как и у хордовых, у этих организмов вторичная полость тела формируется с помощью отделения от кишечника мезодермальных мешков. Гастропор во время их развития зарастает или же преобразуется в анальное отверстие. При этом рот личинки формируется заново.
Иглокожие животные имеют кровеносную систему. Тем не менее органы дыхания у них развиты достаточно слабо или вовсе отсутствуют. Необходимо вкратце описать и другие признаки иглокожих. У этих животных отсутствуют специальные органы выделения. Довольно примитивна нервная система интересующих нас организмов. Она располагается частично в кожном эпителии или же в эпителии впячивающихся внутрь участков тела.
Классификация Hox-белков
Также обычно предполагается, что белки с высокой степенью сходства последовательностей демонстрируют высокую степень функционального сходства, т.е. предполагается, что Hox-белки с идентичными гомеодоменами обладают идентичными ДНК-связывающими свойствами (если не известно, что дополнительные последовательности влияют на связывание ДНК). Чтобы идентифицировать набор белков между двумя разными видами, которые, скорее всего, будут наиболее похожи по функциям, используются схемы классификации. Для белков Hox существуют три разные схемы классификации: на основе филогенетического вывода, на основе синтении и на основе сходства последовательностей. Три схемы классификации предоставляют противоречивую информацию для белков Hox, экспрессируемых в середине оси тела ( Hox6-8 и Antp, Ubx и abd-A ). Комбинированный подход использовал основанную на филогенетических выводах информацию о различных видах и наносил типы последовательностей белков на филогенетическое дерево видов. Подход идентифицировал белки, которые лучше всего представляют предковые формы ( Hox7 и Antp ), и белки, которые представляют новые, производные версии (или были потеряны у предка и теперь отсутствуют у многих видов).
Многообразие иглокожих
В наше время установлено, что иглокожие — животные, которые принадлежат к группе самых высокоорганизованных беспозвоночных – к вторичноротым. Они появились на нашей планете более 520 млн лет назад. Останки иглокожих находят в отложениях, относящихся к раннему кембрию. Данный тип включает в себя около 5 тысяч видов.
Иглокожие — животные морские, донные, основная часть которых является свободноживущими организмами. Реже встречаются прикрепленные ко дну с помощью особого стебелька. Органы большинства организмов расположены по 5-ти лучам, однако их число у некоторых животных иное. Известно, что предки иглокожих имели двустороннюю симметрию, которой из современных видов обладают свободноплавающие личинки.
Змеехвостки (офиуры)
Эти животные очень напоминают звезд: у них тонкие и длинные лучи. У офиур (тип иглокожие) нет печеночных придатков, анального отверстия и задней кишки. По образу жизни они также похожи на морских звезд. Эти животные раздельнополы, однако способны как к регенерации, так и к бесполому размножению. Некоторые виды являются светящимися формами.
Тело змеехвосток (офиур) представлено плоским диском, диаметр которого составляет до 10 см. От него отходят 5 или 10 тонких длинных членистых лучей. Животные используют для передвижения эти изгибающиеся лучи, с помощью которых ползают по морскому дну. Эти организмы двигаются толчками. Они вытягивают вперед две пары своих «рук», после чего резко загибают их назад. Змеехвостки питаются детритом или мелкими животными. Офиуры обитают на дне моря, губках, кораллах, морских ежах. Их насчитывается около 2 тысяч видов. Эти животные известны с ордовика.
Морские ежи
Эти животные обитают на дне или в придонье. Тело большинства из них практически сферическое, бывает и яйцевидным. Его диаметр составляет от 2-3 до 30 см. Снаружи тело покрыто рядами шипов, известковых пластинок или игл. Как правило, пластинки соединены между собой неподвижно, формируя скорлупу (плотный панцирь). Этот панцирь не позволяет животному изменять форму. Сегодня морских ежей насчитывается около 940 видов. Наибольшее количество видов было представлено в палеозое. В настоящее время насчитывается 6 классов, тогда как вымерших – 15.
Что касается питания, то одни морские ежи используют в пищу мертвые ткани (детрит), другие же соскребают с камней водоросли. В последнем случае рот животного снабжен особым жевательным аппаратом, который называется аристотелевым фонарем. По своему виду он напоминает сверло. Некоторые виды иглокожих (морских ежей) с его помощью не только добывают пищу, но и видоизменяют скалы, просверливая в них отверстия.
Открытие
Открытие генов Hox это была веха в эволюционной биологии и биологии развития. Эти гены были обнаружены между 70-ми и 80-ми годами благодаря наблюдению двух ключевых мутаций у плодовой мушки: Drosophila melanogaster.
Одна из мутаций, антеннапедия, превращает усики в ноги, а мутация биторакс вызывает превращение жужжальцев (видоизмененных структур, типичных для крылатых насекомых) в другую пару крыльев.
Как видно, когда гены Hox обладают мутациями, результат этого весьма драматичен. И, как в Дрозофила, изменение приводит к образованию структур в неположенных местах.
До открытия генов Hox, большинство биологов считали, что морфологическое разнообразие поддерживается разнообразием на уровне ДНК. Было логично предположить, что очевидные различия между китом и колибри, например, должны быть отражены в генетических терминах.
С приходом генов Hox, Это мышление полностью изменилось, уступив место новой парадигме в биологии: общему пути генетического развития, объединяющему онтогенез многоклеточных животных.
Ценность морских ежей
Эти животные – ценный вид биоресурсов моря. В коммерческом отношении интересна в основном икра морских ежей. В Японии и других государствах Азиатско-Тихоокеанского региона она является деликатесным продуктом. Икра этих животных содержит множество биологически активных веществ. Ученые считают, что элементы, которые имеются в ней, могут применяться при раковых заболеваниях в качестве лечебно-профилактического средства. Кроме того, они приводят в норму кровяное давление, повышают потенцию, выводят из человеческого организма радионуклиды. Доказано, что употребление в пищу икры повышает сопротивляемость к различным инфекциям, помогает при болезнях ЖКТ, уменьшает последствия лучевой терапии, улучшает функции половых и щитовидной желез, сердечно-сосудистой системы.
Учитывая вышесказанное, неудивительно, что морской еж — морское иглокожее, которое становится желанным блюдом. К примеру, жители Японии каждый год съедают порядка 500 тонн икры этого животного как в натуральном виде, так и в качестве добавок к блюдам. Кстати, с употреблением этого пищевого продукта связывается такая большая продолжительность жизни в этой стране, где люди живут в среднем 89 лет.
В этой статье были представлены лишь основные иглокожие животные. Названия их, надеемся, вы запомнили. Согласитесь, эти представители морской фауны очень красивы и интересны.
Значение иглокожих
Иглокожие способны очищать воду от радиоактивных соединений.
Клетки крови голотурий могут содержать до 9% ванадия. Это позволяет в промышленных масштабах получать данный химический элемент из иглокожих.
Для многих животных иглокожие служат пищей. Крупные рыбы (камбала, треска), а также морские птицы и крабы питаются змеехвостками (офиуры) и морскими ежами. Морские ежи считаются излюбленным деликатесом для крупного морского животного — морской выдры (калан).
В Японии и в других странах морские ежи используют в пищу.
Съедобная голотурия (голубой трепанг), в народе называемый как «корень моря», по своих вкусовым качествам напоминает женьшень.
Голубой трепанг
Важное практическое значение в жизни людей имеют ископаемые иглокожие. Строительный материал в виде бельгийского мрамора имеет необычайно красивый узор
Его структура формировалась на протяжении длительного времени в процессе спрессовки тел древних иглокожих.
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.
Покров и скелет
Биоминеральный эндоскелет у представителей иглокожих развивается в подкожном слое. Он включает известковые пластинки с наружными придатками. У морских ежей дополнительные отростки развиты особенно сильно. Защитные иглы, которые защищают их от опасности, могут направляться в сторону надвигающегося врага. Скелетные образования, представляющие собой хватательные щипчики, называются педицеллярии. Они помогают морским ежам и звёздам очищать тело и избавляться от паразитирующих организмов.
Офиуры характеризуются особенно развитым скелетом в области лучей. В этих частях формируются массивные известковые членики — позвонки.
Также при описании водных обитателей нужно отметить, что они способны менять степень жёсткости своего покрова и соединительной ткани. К примеру, такое происходит, когда морская звезда дугообразно изгибается над добычей. Её амбулакральные ножки становятся опорой для лучей и прикрепляются к створкам моллюска. Когда животное поест, его ткань снова становится мягкой и эластичной, а само тело распрямляется.
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.
Каковы гены Hox?
Прежде чем определить понятие генов Нох, Важно знать, что такое ген и как он работает. Гены — это последовательности ДНК, сообщение которых выражено в фенотипе.
Сообщение ДНК записано в нуклеотидах, в некоторых случаях они переходят к РНК-мессенджеру, и это переводится рибосомами в последовательность аминокислот — структурных «блоков» белков.
Гены Нох они являются самым известным классом гомеотических генов, функция которых заключается в контроле специфических структур тела. Они ответственны за контроль идентичности сегментов вдоль переднезадней оси животных.
Они принадлежат к одному семейству генов, которое кодирует белок, имеющий специфическую аминокислотную последовательность, способную взаимодействовать с молекулой ДНК..
Вот откуда появился термин гомеобокс для описания этого участка в гене, а в белке он называется гомеодоменом. Последовательность гомеобокса имеет последовательность из 180 пар оснований, и эти домены эволюционно очень консервативны для разных типов.
Благодаря этому взаимодействию с ДНК, гены Нох способны регулировать транскрипцию других генов.
терминология
Вовлеченные гены, названные морфологические функции, называются локусы гомеотический. В животном мире наиболее важными являются локусы. HOM (у беспозвоночных) и локусы Нох (у позвоночных). Тем не менее, они обычно известны как локусы Нох.
Влияние на окружающую среду
Угроза для рыболовов. Не особенно жалуют этих обитателей моря представители рыбной промышленности. Причина проста: эти существа (чаще относится к морским звёздам и остальным хищникам этого вида) уничтожают множество моллюсков, годных в пищу для людей.
Морские санитары. В целом же иглокожие являются неотъемлемой частью морской фауны. Они не только уничтожают останки умерших живых организмов, но и выступают прекрасными естественными фильтрами, так как питаются загрязняющими верхние слои океана планктонными организмами.
Утилизация углекислого газа. А ещё морскими звёздами и другими видами поглощается до 2% выбрасываемого человеком углерода, что значит 0,1 гигатонн ежегодно.
Безусловно, иглокожие заслуживают звания одних из самых неординарных и красивых морских обитателей. Не стоит забывать и об экологической полезности!
Амбулакральная система
Вдоль лучей тела иглокожих тянется сеть сосудов, соединяющиеся через поры с внешней средой. Сеть заполнена жидкостью, схожей по составу с морской водой. Такая система сосудов, развитая из зачатков целома, была названа амбулакральной системой.
Амбулакральная система выполняет ряд функций:
- локомоторно-гидравлическая система, обеспечивающая движение;
- участвует в дыхании и выделении;
- орган осязания.
Особая пластинчатая структура — мадрепорит, обеспечивает выравнивание гидростатического давления, с наружной и внутренней стороны животного.
Пористая мадрепоровая пластинка (мадрепорит) амбулакральной системы иглокожих
От амбулакральной системы отходит множество коротких выростов — амбулакральные ножки. Ножки можно увидеть на стороне, обращенной ко дну. С помощью ножек иглокожие достаточно быстро передвигаются по песку, присасываются к различным предметам, а также удерживают свою добычу. У основания ножек находятся мышечные пузырьки — ампулы.
Системы органов морской звезды
Hox-гены: общие
Гены Hox участвуют в определении идентичности различных специфических морфологических сегментов (идентичности клеток) каждой части тела вдоль переднезадней оси
Однако важно уточнить, что гены Hox только «диктуют» клеточную идентичность, но не участвуют в создании этой идентичности
Мутация гена Hox приводит к изменению морфологии определенного сегмента пораженного организма. Хорошо известным примером является мутация в системе регуляции гена Drosophila Antennapedia , которая приводит к образованию пары ног вместо антенн.
У позвоночных эти гены участвуют в дифференцировке многих структур на эмбриональной стадии, включая ромбомеры (составляющие нервной трубки эмбриона), жаберные дуги и сомиты . Гены Hox также определяют паттерны развития конечностей у позвоночных. Например, у цыплят по крайней мере 23 различных гена Hox экспрессируются во время развития конечностей.
Гены схемы тела
желто-зеленый Hox белок (вместе с синим ко-фактором Exd) «сидит» на ДНК.
Hox гены кодируют схему тела.
Любого тела. Этот механизм не найден лишь у губок и простейших, и по всей видимости, у растений аналогичная система есть, но другая. Губки и простейшие — схемы тела не имеют. А все остальные животные (включая насекомых и морских звезд) — все используют фактически одну систему специфических Hox-генов — они все имеют ДНК «мотив» который называется homeobox. Белки с таким мотивом умеют «усаживаться» на ДНК. И таким образом регулировать экспрессию других генов. Это транскрипционные факторы. Но этого мало. Одиночный Hox ген не мог бы ничего размечать. Их уникальность — в том, что они кодируют ось организма группой — см. ниже «Колинеарность»
Эта система невероятно древняя — мы говорим о периоде ДО кембрийкского взрыва. Древнее сейчас нет ничего.
McGinnis & Krumlauf: Homeobox genes and axial patterning. Cell 1992
Современная классификация
Для каждого класса иглокожих характерна определённая форма тела:
- Морские лилии. Единственный прикрепленный подтип. Животные обладают чашевидным телом. В его центре находится рот, от которого отходит венчик с перистыми ветвящимися лучиками. Они помогают лилиям захватывать пищу. От тела вниз отходит стебель. У некоторых особей его заменяет множество подвижных отростков, которыми лилии прикрепляются к субстрату. Если организмы не имеют таких средств передвижения, тогда они ползают или плавают.
- Морские звёзды. Животные представляют собой уплощённую пятиконечную звезду или пятиугольник. Они могут иметь различные оттенки. Животные медленно передвигаются по поверхности с помощью амбулакральных ножек. Особи некоторых разновидностей выворачивают желудок и обволакивают им моллюсков и других жертв.
- Морские ежи. Характеризуются шаровидным или дисковидным телом. Размер особей может достигать 30 см. Тело покрыто скелетными пластинками с длинными и тонкими иглами, которые защищают животных от врагов. У некоторых видов имеется специальный жевательный аппарат — аристотелевый фонарь. Таким ртом они не только едят, но и сверлят отверстия в скалах. Передвигаются морские ежи при помощи игл или амбулакральных ножек.
- Офиуры. Другое название — змеехвостки. Тело особей представляет собой плоский диск диаметром до 10 см. От него отходят 5 или 10 гибких членистых лучика. Их длина может превышать размер тела. Некоторые виды живородящи. Офиуры передвигаются за счёт изгибающихся лучиков. Их рацион составляют мелкие животные и детрит. Тропические разновидности характеризуются яркими расцветками. Некоторые змеехвостки могут светиться.
- Голотурии (морские огурцы). Основная черта животных — сильно редуцированный скелет. Тела, напоминающие огурец, достигают в длину 2 м. Рот окружён щупальцами, которые захватывают пищу. Голотурии склонны к автотомии: при сильных раздражениях они выбрасывают через образующийся в клоаке разрыв свой кишечник или лёгкое. Малоподвижные животные питаются илом или мелким планктоном. Некоторые виды морских огурцов люди употребляют в пищу.
Примечания
- ZOOINT Part21
- Аристотелев фонарь // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907. // Статья Шимкевича В. М.
- ↑ 12345 Zamora S., Lefebvre B., Álvaro J. J. et al. (2013). «Chapter 13. Cambrian echinoderm diversity and palaeobiogeography».Geological Society, London, Memoirs38 : 157–171. DOI:10.1144/M38.13.
- ↑ 123 Zamora S., Rahman I. A. (2014). «Deciphering the early evolution of echinoderms with Cambrian fossils».Palaeontology57 (6): 1105–1119. DOI:10.1111/pala.12138.
- Smith A. B., Zamora S., Álvaro J. J. (2013). «The oldest echinoderm faunas from Gondwana show that echinoderm body plan diversification was rapid». Nature Communications4 : 1–7. DOI:10.1038/ncomms2391.
- Edgecombe G. D., Giribet G., Dunn C. W. et al. (2011). «Higher-level metazoan relationships: recent progress and remaining questions». Organisms Diversity & Evolution11 (2): 151–172. DOI:10.1007/s13127-011-0044-4.
- David B., Mooi R. (2014). «How Hox genes can shed light on the place of echinoderms among the deuterostomes». EvoDevo5 (1): 22. DOI:10.1186/2041-9139-5-22., популярное изложение:Ястребов С. Уникальность плана строения иглокожих связана с перестановкой Hox-генов // Elementy.ru, 18.08.2014.
- Reich A., Dunn C., Akasaka K., Wessel G. (2015). «Phylogenomic Analyses of Echinodermata Support the Sister Groups of Asterozoa and Echinozoa». PLOS One10 (3): 1–11. DOI:10.1371/journal.pone.0119627.
- Echinodermata : информация на сайте Красной книги МСОП (англ.)
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.
Выводы:
Для иглокожих характерны следующие признаки:
- пятилучевая радиальная симметрия тела;
- наличие амбулакральной системы (локомоторная система обеспечивающая движение);
- разнообразные формы тела: звездчатая, сердцевидная, шаровидная, дисковидная, червеобразная, бочонковидная, в виде цветка и т. д;
- наличие эндоскелета, в виде известковых игл;
- дыхание с помощью жабр и водных легких;
- водные легкие выполняют двойную функцию — дыхательную и выделительную;
- у некоторых имеется интегрированный орган выделения «сердце-почка»;
- кровеносная система замкнутая;
- нервная система примитивная (нервное кольцо и радиальные нервные тяжи);
- в пищеварительной системе имеется рот, пищевод и желудок, переходящий в кишечник;
- имеется анальное отверстие (кроме офиур);
- у морских звезд пищеварение наружное (объемный желудок способен выпячиваться наружу заглатывая добычу);
- за исключением некоторых морских огурцов (голотурии) иглокожие считаются раздельнополыми животными.
из 10 заданий окончено
Вопросы:
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
Информация
Проверочное тестовое задание включает в себя вопросы с одним и несколькими правильными ответами
Вы уже проходили тест ранее. Вы не можете запустить его снова.
Тест загружается…
Вы должны войти или зарегистрироваться для того, чтобы начать тест.
Вы должны закончить следующие тесты, чтобы начать этот:
Результаты
Правильных ответов: из 10
Ваше время:
Время вышло
Вы набрали из баллов ()
Средний результат | |
Ваш результат |
Место | Имя | Записано | Баллы | Результат |
---|---|---|---|---|
Таблица загружается | ||||
Нет данных | ||||
- 1
- 2
- 3
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
- 10
- С ответом
- С отметкой о просмотре
- Задание 1 из 10
- радиальная симметрия тела
- незамкнутая кровеносная система
- регенерация
- гермафродитизм
- мышечная система
Правильно Неправильно
- Задание 2 из 10
- амбулакральные ножки
- водные легкие
- жабры
- «сердце-почка»
- мадрепорит
Правильно Неправильно
- Задание 3 из 10
- амбулакральная
- нервная
- пищеварительная
- выделительная
- половая
Правильно Неправильно
- Задание 4 из 10
- морская звезда
- голотурия
- офиура
- морская лилия
- морской ёж
Правильно Неправильно
- Задание 5 из 10
- пищеварительная
- амбулакральная
- мышечная
- кровеносная
- нервная
Правильно Неправильно
- Задание 6 из 10
- примитивная
- имеется нервное кольцо с радиальными тяжами
- имеется головной ганглий
- сложная
- имеется только спинной мозг
- наличие нервный узлов
- имеется окологлоточное кольцо и брюшная нервная цепочка
- отсутствует
Правильно Неправильно
- Задание 7 из 10
- известковыми иглоподобными выростами и шипами
- хитиновыми выростами
- мантией
- раковиной
- хордой
Правильно Неправильно
- Задание 8 из 10
- змеехвостки
- морской лилии
- морской звезды
- голотурии
- морского ёжа
- морского огурца
Правильно Неправильно
- Задание 9 из 10
- раздельнополые и гермафродиты
- незамкнутая кровеносная система
- способны к регенерации
- замкнутая кровеносная система
- органы чувств отсутствуют
- двусторонняя симметрия тела
- являются наземными животными
- имеют внутренний костный скелет
Правильно Неправильно
- Задание 10 из 10
10.
Значение иглокожих:
- используются в пищу
- очищают воду от радиации
- источники ванадия
- строительный материал
- изготовление одежды
- очистка воздуха
- образование нефти
- источники серебра
Правильно Неправильно
Тип моллюски.