Методические особенности изучения темы "кишечнополостные" в курсе биологии средней школы

Методические особенности изучения темы "кишечнополостные" в курсе биологии средней школы

ВВЕДЕНИЕ

Кишечнополостных (Coelenterata или Cnidaria) выделяют в отдельный тип животных, включающий около 9000 видов. Для них характерна радиальная симметрия: они имеют одну главную продольную ось, вокруг которой в радиальном порядке расположены различные органы. Этим они резко отличаются от двусторонне-симметричных (или билатеральных) животных, у которых имеется всего одна плоскость симметрии, делящая тело на две зеркально подобные половинки - правую и левую.. Между наружным и внутренним слоями находится неклеточное вещество, иногда оно образует тонкую прослойку (гидры), иногда - толстый студенистый слой (медузы). Тело кишечнополостных имеет вид мешка, открытого на одном конце. В полости мешка происходит пищеварение, а отверстие служит ртом, через него же и удаляются непереваренные остатки пищи.

ГЛАВА 1. ТИП КИШЕЧНОПОЛОСТНЫЕ

Общая характеристика. К типу кишечнополостных относятся многоклеточные животные, имеющие лучевую симметрию. Лучевая, или радиальная, симметрия позволяет провести несколько плоскостей через тело животного, поделив его каждой плоскостью на равные части (рис. 1). Тело у кишечнополостных, как у губок, состоит из двух слоев клеток, между которыми находится студенистое неклеточное вещество. Свое название эти животные получили за то, что их двухслойное тело образует кишечную полость, где происходит переваривание пищи. Эта полость имеет одно отверстие -- рот (см. рис. 1). Клетки тела, омываемые водой снаружи и изнутри, достаточно хорошо обеспечиваются кислородом и выделяют продукты обмена, которые уносятся этой же водой. Почти все кишечнополостные -- хищники: питаются мелкими животными.

Наружный слой клеток -- эктодерма. В ней расположены разные клетки, в том числе нервные и стрекательные. Все нервные клетки соединены между собой в сетевидное нервное сплетение. Нервные, стрекательные и половые клетки формируются из промежуточных клеток, которые обеспечивают замену старым клеткам, выполнившим свою функцию и затем выпавшим из эктодермального слоя.

Энтодерма -- внутренний слой клеток, состоящий из железистых, выделяющих пищеварительный секрет, и эпителиально-мускульных, обеспечивающих сокращение или растяжение всего тела и отдельных его частей. Клетки энтодермы имеют жгутики. Пищевые частицы захватываются и перевариваются внутри клеток.

У кишечнополостных хорошо развита регенерация -- способность восстанавливать поврежденные части своего тела.

Размножение кишечнополостных происходит половым и бесполым путем. При половом размножении после оплодотворения яйцеклетки они образуют подвижную личиночную стадию. Личинка перемещается в толще воды, а затем, прикрепившись ко дну, превращается в неподвижную стадию полип. У колониальных полипов на теле скоро образуются и отпочковываются другие полипы. Так возникает колония. Другие полипы, не способные сами к половому размножению, отпочковывают медуз, которые размножаются половым путем

Рис. 1. Лучевая симметрия и полость тела кишечнополостных:

1 -- рот;

2 -- щупальца;

3 -- эктодерма;

4 -- энтодерма;

5 -- кишечная полость;

6 -- опорная пластина

Чередование поколений -- сидячего (полипы) и свободноплавающего (медузы), внешне совершенно непохожих друг на друга, -- интересная особенность, впервые отмечаемая у кишечнополостных.

Образ жизни. Примерно из 10 тыс. видов кишечнополостных лишь немногие обитают в пресных водах, остальные -- в морях и океанах. Самые мелкие представители этого типа имеют длину около 1 мм, а самые крупные, такие как медуза цианея, имеют щупальца длиной до 30 м. Кишечнополостные ведут или колониальный, или одиночный образ жизни. Колонии организмов, имеющих известковый скелет, образуют рифы. Другие кишечнополостные могут плавать. Одиночные особи существуют в форме полипа или медузы. Полипы малоподвижны, часто ведут сидячий образ жизни. Медузы свободно плавают в толще воды. Стрекательные клетки кишечнополостных помогают им защищаться от врагов и парализовать добычу (рис. 1).

В типе кишечнополостных 3 класса.

Класс Гидроидные. К нему относятся преимущественно мелкие полипы, напоминающие морские растения, имеющие, как правило, щупальца (от 1 до 380). Щупальца служат для захватывания пищи, а в некоторых случаях, как у пресноводной гидры, и для передвижени. У некоторых гидроидных щупалец нет.

Стрекательные клетки кишечнополостных

Класс Сцифоидные. Представители его -- медузы, среди которых наиболее крупная -- цианея, диаметром до 2 м. Сцифоидные в основном свободноплавающие, но есть среди них и группа животных, ведущих сидячий образ жизни. Обитают медузы как в холодных, так и в теплых морях.

Класс Коралловые полипы. В этот класс входят одиночные и колониальные полипы (рис. 2). Некоторые из них прирастают к грунту, другие способны передвигаться по дну. Многие коралловые полипы имеют роговой или известковый скелет, у других его нет, например у актинии.

Значение кишечнополостных. Особое значение имеют коралловые полипы, образующие рифы. Здесь не только создаются условия для жизни самых различных обитателей морей, но иногда из кораллов образуются целые острова -- атоллы, со своим животным и растительным миром.

Подводные рифы опасны для мореплавания. Рифообразующие кораллы постепенно отмирают. Из этих отложений получают высококачественную известь.

Рис. 2.

Глава 2. МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ ТЕМЫ «ТИП КИШЕЧНОПОЛОСТНЫЕ»

При изучении темы учащиеся узнают об одном из ранних этапов эволюции животного мира, о двухслойных многоклеточных, их строении, многообразии, среде обитания. Учащиеся получают знания о нервной системе, возбуждении, возбудимости, рефлексе. Изучая половое размножение и индивидуальное развитие пресноводной гидры, школьники узнают об одноклеточной стадии в ее развитии, убеждаются в родстве кишечнополостных и простейших и получают представление о происхождении многоклеточных от одноклеточных. Материал темы дает возможность показать черты приспособленности некоторых кишечнополостных к жизни на дне моря, в прибрежной его части, других -- в толще воды. Тема содержит сведения о значении животных в природе, жизни и хозяйственной деятельности человека. Ее содержание позволяет учителю развивать познавательный интерес и самостоятельность школьников.

Вначале учитель подготавливает -учащихся к восприятию нового материала. Он отмечает, что на примере типа простейших учащиеся узнали об одноклеточных животных микроскопических размеров, имеющих большое значение в природе и жизни человека. Важно при этом подчеркнуть, что простейшие представляют собой ранний этап исторического развития животного мира. Затем учитель демонстрирует влажные препараты медузы и актинии или изображения этих животных на таблицах и, сообщив, что их относят к типу кишечнополостных, дает краткую характеристику его представителей, знакомит школьников с их распространением, обитанием в водной среде. Особенности организации кишечнополостных изучают на примере пресноводного полипа гидры. Учитель показывает гидру на таблице или рисунке в учебнике, объясняет происхождение названия этого животного, используя сведения из древнегреческой мифологии, и рассказывает о местах обитания и питании гидры. Раскрывая особенности ее внешнего строения, он обращает внимание учащихся на рисунок 12 учебника и предлагает им ответить на вопросы: какова форма тела гидры? Каковы основные части тела? Ответы школьников учитель уточняет, расширяет и обобщает.

Важно раскрыть понятие «лучевая симметрия». В связи с этим целесообразно повторить знания по математике о симметрии тела и ее основных элементах (ось симметрии, плоскость симметрии). Опираясь на эти знания, учитель дает определение: лучевая симметрия -- особый порядок расположения частей тела животного (у пресноводной гидры -- щупалец) по отношению к оси его симметрии, при котором они расходятся от нее подобно лучам от источника света. Во время объяснения учитель использует схему, рисунок 13 учебника.

Предложив учащимся еще раз рассмотреть этот рисунок, учитель спрашивает: «Из скольких слоев клеток состоит тело гидры? Как их называют?» Получив ответы школьников, он обобщает их, отмечая, что гидра -- двухслойное многоклеточное животное, тело ее имеет наружный и внутренний слои. Для выяснения особенностей строения наружного слоя сосредоточивает внимание учащихся на рисунке 14, рассказывая о кожно-мускульных клетках, их строении и значении.

Далее учителю следует сообщить о расположении в наружном слое гидры нервных клеток -- их нужно нарисовать на доске, отметив характерные особенности их строения. Учитель показывает, что отростки соседних нервных клеток соприкасаются между собой и образуют нервное сплетение. Следует обратить внимание школьников на то, что часть отростков подходит к кожно-мускульным клеткам. Чтобы понять значение нервных клеток, нужно вспомнить о раздражителе, раздражении и раздражимости, изученных на примере простейших.

Затем рассматриваются стрекательные, или крапивные, клетки в такой последовательности: расположение в организме, особенности строения в связи с функциональным значением.

Для закрепления изученного материала проводится беседа по вопросам, предварительно записанным на доске: из каких слоев состоит тело гидры? Из каких клеток состоит наружный слой и какова их роль в жизни гидры? Как гидра отвечает на воздействия окружающей среды? Что называется рефлексом?

Задание на дом: изучить § 6, повторить раздел «Питание» из § 2, зарисовать гидру, используя рисунки 12, 13 учебника и надписать основные части ее тела.

Изучение нового материала следует начать с повторения материала о питании обыкновенной амебы, который нужно учесть при рассмотрении строения и значения клеток внутреннего слоя гидры. Необходимо отметить, что большинство клеток внутреннего слоя выполняют функцию переваривания пищи, некоторые из них имеют длинные жгутики, движением которых подгоняют пищевые частицы к клеткам. Многие клетки способны образовывать ложноножки, захватывающие пищу. Важно сообщить, что переваривание пищи осуществляется как внутри клеток, так и в кишечной полости под влиянием пищеварительного сока, который вырабатывается клетками внутреннего слоя. Следует также отметить, что в результате пищеварения образуются питательные вещества, которые усваиваются клетками тела, а непереваренные остатки пищи удаляются из организма через ротовое отверстие.

При рассмотрении дыхания гидры следует отметить, что она дышит кислородом, растворенным в воде, всей поверхностью тела.

При изучении выделения учителю следует сообщить, что этот процесс протекает у гидры так же, как у простейших, через всю поверхность тела, и предложить учащимся рассказать о значении выделения в жизни гидры.

На основе полученных знаний о пищеварении, дыхании, выделении гидры следует продолжить развитие понятия о взаимосвязи организма и среды, начатое при изучении одноклеточных животных. Полезно предложить учащимся еще раз вспомнить, что поступает в организм гидры из внешней среды (пища, кислород, растворенный в воде, вода), что происходит с этими веществами в организме (пищеварение, образование питательных веществ, их усвоение, т. е. построение из них клеток тела гидры, образование ненужных вредных жидких веществ, их удаление из организма вместе с избытком воды).

Учителю следует предложить школьникам найти черты сходства в питании гидры и амебы. На основании сходных признаков они должны быть подведены к выводу о родстве одноклеточных и многоклеточных животных.

В итоге изучения материала о пресноводной гидре учащиеся под руководством учителя должны сделать вывод: гидра -- двухслойный многоклеточный организм, имеющий кишечную полость, лучевую симметрию тела, щупалъцы со стрекательными клетками.

Для закрепления знаний следует предложить учащимся прочитать раздел «Внутренний слой клеток», рассмотреть рисунок и составить план этого раздела.

Размножение и развитие гидры

В начале урока проводится проверка знаний. К доске вызывают двух учеников, одному предлагают написать план раздела «Внутренний слой клеток», составленный в классе, и подготовить по нему рассказ. Второй ученик получает задание нарисовать схему строения клетки внутреннего слоя гидры и ответить на вопрос: каковы особенности ее строения в связи с выполняемой функцией?

Во время подготовки школьников у доски учитель предлагает классу вопросы: почему в аквариум, где живет гидра, помещают веточки элодеи? Многие рыбы, захватив гидру ртом, выбрасывают ее. Почему?

В итоге проверки знаний школьники под руководством учителя еще раз должны сделать выводы: 1. Гидра как многоклеточный двухслойный организм имеет более сложную оргаинза цию по сравнению с обыкновенной амебой. 2. Сходство в строении и процессах жизнедеятельности гидры с одноклеточными животными свидетельствует о родстве кишечнополостных и простейших.

Учитель сообщает, что на родство животных этих типов указывают и особенности размножения и развития гидры. Следует вспомнить с учащимися способы размножения растений (вегетативное, бесполое и половое) и использовать эти знания в качестве опорных при изучении особенностей размножения гидры. Сначала изучают вегетативное размножение по плану: 1. Время размножения. 2. Сущность почкования. 3. Значение вегетативного способа размножения в жизни гидры. При этом можно использовать таблицу, рисунок 18 учебника, диапозитив или кинофильм.

При рассмотрении полового размножения гидры следует сначала вспомнить с .учащимися сущность этого процесса на примере растений и на основе воспроизведенных знаний необходимо раскрыть этот способ размножения по плану: 1. Время размножения --осень. 2. Особенности строения половых клеток (яйцеклетка, сперматозоид). 3. Оплодотворение. 4. Развитие яйца, образование многоклеточного зародыша и маленькой гидры. Рассказ о половом размножении и развитии целесообразно дополнить зарисовкой схемы с последующим названием его основных этапов. В конце беседы о половом размножении гидры следует, обратив внимание учащихся на то, что многоклеточная гидра в начале жизни состоит из одной клетки, предложить им ответить на вопрос: о чем свидетельствует одноклеточная стадия в развитии гидры? На основании ответов школьники под руководством учителя делают вывод о родстве кишечнополостных и простейших, о происхождении их от древних одноклеточных животных.

Все радиально-симметричные животные ведут сидячий образ жизни или вели его в прошлом, т.е. происходят от прикрепленных организмов. Один из полюсов тела служит для прикрепления животного к субстрату, на другом конце располагается ротовое отверстие. Кишечнополостные - двуслойные животные, в онтогенезе у них формируется только два зародышевых листка - эктодерма и энтодерма. Между наружным и внутренним слоями находится неклеточное вещество, иногда оно образует тонкую прослойку (гидры), иногда - толстый студенистый слой (медузы). Тело кишечнополостных имеет вид мешка, открытого на одном конце. В полости мешка происходит пищеварение, а отверстие служит ртом, через него же и удаляются непереваренные остатки пищи.

Однако это обобщенная схема строения кишечнополостных, которая в зависимости от образа жизни конкретных представителей может меняться. В наибольшей степени отвечают такому описанию сидячие формы кишечнополостных - полипы. Для свободно перемещающихся медуз характерно уплощение тела вдоль продольной оси. Деление на медуз и полипов не систематическое, а чисто морфологическое; иногда один и тот же вид кишечнополостных на разных стадиях жизненного цикла может иметь вид то полипа, то медузы.

Еще одна характерная черта кишечнополостных - наличие у них стрекательных клеток.

Тип разделяется на три класса: гидрозои (Hydrozoa, около 3000 видов), сцифоидные медузы (Scyphozoa, 200 видов) и коралловые полипы (Anthozoa, 6000 видов). В каждом из классов есть широко известные представители.

Среди гидрозой это маленький (до 1 см) полип гидра, встречающийся в наших пресных водоемах. Он ведет сидячий образ жизни, прикрепляясь к субстрату своим основанием, или подошвой. На свободном конце тела находится ротовое отверстие, окруженное венчиком из 6-12 щупалец, на которых и находится основная масса стрекательных клеток. Питается гидра в основном мелкими ракообразными - дафниями и циклопами. Размножение идет как половым, так и бесполым путем. В первом случае из оплодотворенного яйца после некоторого периода покоя (зима) развивается новая гидра.

Надо отметить, что большинство гидроидных полипов ведет, в отличие от гидры, не одиночный, а колониальный образ жизни. При этом в таких колониях возникают и отпочковываются специальные подвижные особи - те самые медузы, которые «отвечают» за расселение полипов. Медузы активно перемещаются и выпускают в окружающую среду созревшие половые клетки. Развившаяся из оплодотворенного яйца личинка тоже некоторое время перемещается в толще воды, а затем опускается на дно и образует новую колонию.

В качестве отдельного подкласса в классе гидроидных выделяют сифонофор (Siphonophora), к которым относятся весьма интересные колониальные животные из рода физалий (Physalia). Это морские организмы, обитающие в основном в южных морях.

Хотя внешне физалия выглядит как одиночное животное, на самом деле каждая ее «особь» - это именно колония организмов. В ней отдельные особи прикрепляются к единому стволу, в котором формируется общая гастральная полость, сообщающаяся с гастральной полостью каждого из индивидов. Верхний конец ствола вздут, это вздутие называется воздушным пузырем или парусом, и представляет собой одну сильно видоизмененную медузоидную особь. По краям отверстия, ведущего в полость пузыря, формируется мускул-замыкатель: «надувая» пузырь или выпуская из него газ (его выделяют железистые клетки пузыря, по составу он близок к воздуху), физалии способны всплывать на поверхность или погружаться в глубину. Под пузырем располагаются другие «члены колонии», специализирующиеся на питании или размножении, а также стрекательные полипы.

У физалий существует два основных типа расположения массы щупалец колонии под пузырем: смещенные влево или смещенные вправо. Это позволяет колониям, двигающимся по поверхности воды под действием ветра, перемещаться в двух различных направлениях и в некоторой степени защищает их от того, что при каком-нибудь неблагоприятном направлении ветра все они разом будут выброшены на береговую отмель.

У одной из наиболее распространенных физалий Тихого океана (Physalia utriculus) одно из щупалец, так называемый арканчик, длиннее, чем все остальные, и может достигать 13 и более метров в длину. Вдоль него расположены тысячи стрекательных батарей, каждая из которых состоит из сотен микроскопических капсул (отдельных клеток), называемых нематоцистами. Эти сферические клетки содержат плотно смотанную, полую, сверлообразную нить, проводящую яд. Когда рыба натыкается на щупальце, нити вонзаются в ткани жертвы, и яд из капсул прокачивается по этим каналам. Таким образом, арканчик захватывает и парализует добычу, а потом подтягивает ее к ротовому отверстию.

Если же физалия ужалит случайно прикоснувшегося к ней человека, последствия могут быть очень тяжелыми. Ожоги физалий весьма болезненны, на коже пострадавшего появляются волдыри, увеличиваются лимфатические железы, повышается потливость, появляется тошнота. Иногда жертвам становится трудно дышать.

Издавна известен и близкий родственник физалии - португальский военный кораблик (Physalia physalis). Его снабженный гребнем поплавок длиной примерно 35 см очень красочен - мембрана окрашена в переливчато синий цвет, переходящий в розовато-лиловый и далее, на вершине гребня, в розовый. Колонии кораблика выглядят как необычайно нарядные шарики, зачастую целыми «флотилиями» дрейфующие по поверхности океана. Время от времени кораблик окунает поплавок в воду, чтобы не пересохла мембрана. Вниз от поплавка на 10-15 м тянутся смертоносные ядовитые щупальца, способные парализовать крупную рыбу и подтянуть ее наверх к пищеварительным органам. Хотя физалии - жители открытого океана, многие из них при соответствующих течениях и погодных условиях выносятся к берегам Северо-Западной Европы. Даже выброшенные на берег, они сохраняют способность ужалить любого, кто к ним прикоснется.

Оптимальный путь взаимоотношений с физалиями для человека в море - пытаться уйти или уплыть от них подальше, памятуя о том, что к небольшому воздушному пузырю снизу прикреплены опаснейшие щупальца длиной более 10 м.

Несмотря на токсичность физалий, некоторые морские черепахи поедают их в громадных количествах. Люди, конечно, физалий не едят, однако тоже находят им применение. Фермеры Гваделупы (Карибское море) и Колумбии используют высушенные щупальца физалий как отраву для крыс.

У сцифоидных медуз тело имеет вид округлого зонтика с подвешенными к нему снизу длинными щупальцами. У всех видов формируется гастроваскулярная система различной сложности идущие от желудка к краям тела радиальные каналы. Ряд щупальцев у медуз видоизменяется, превращаясь в так называемые краевые тельца. Каждое из таких телец несет один статоцист (образование, участвующее в поддержании равновесия) и несколько глазков, в том числе и очень сложного строения. Тело большинства медуз прозрачно, что обусловлено большим (нередко до 97,5%) содержанием воды в тканях. Отдельные виды сцифоидных, как, например, известная всем бывавшим на Черном море ушастая медуза, или аурелия (Aurelia aurita), распространены очень широко - практически во всех морях.

Коралловые полипы в целом напоминают гидроидных кишечноплостных, однако их строение значительно сложнее. У них происходит дифференциация мускульной ткани, у многих присутствуют скелетные образования. Мадрепоровые, или рифообразующие кораллы (из группы шестилучевых кораллов, Hexacorallia)* имеют ветви, достигающие иногда 4 м в длину. Именно их «останки» и образуют коралловые рифы.

Красный благородный коралл Средиземного моря (Corallium rubrum) относится к восьмилучевым кораллам (Octocorallia) и не способен образовывать рифы. Его колонии растут на береговых склонах Средиземного моря на глубине больше 20 м (обычно - от 50 до 150 м). Интересна история названия «коралл». Оно происходит от греческого слова, обозначающего крюк, с помощью которого пловцы-ныряльщики добывали кораллы с большой глубины. Примерно так же благородный красный коралл, издавна использующийся для изготовления ювелирных изделий, добывают и в наши дни.

При всем разнообразии кораллов полипы, из которых, собственно, и состоят колонии, устроены более-менее однотипно. Отдельный полип, помещающийся в известковой ячейке, - это крошечный живой комочек протоплазмы со сложным внутренним устройством. Рот полипа окружен одним или несколькими венчиками щупалец. Рот переходит в глотку, а она - в кишечную полость. Один из краев рта и глотки покрыт крупными ресничками, которые гонят воду внутрь полипа. Внутренняя полость поделена неполными перегородками (септами) на камеры. Число перегородок равно числу щупалец. На септах тоже находятся реснички, которые гонят воду в обратном направлении - из полости наружу.

Страницы: 1, 2