Пресноводные гидры представляют собой полипы с мягким телом, которые иногда случайно попадают в аквариумы. Они являются членами типа животных, известного как стрекающие, к которому также относятся кораллы, морские анемоны и медузы. Все эти существа имеют радиально-симметричные тела, жгучие щупальца и простую кишку с единственным отверстием, которая называется гастроваскулярной полостью. Поэтому пресноводные гидры можно отнести к родственникам других представителей этого типа, несмотря на то, что они обитают в пресных водах, в отличие от своих морских сородичей.
Происхождение вида
Пресноводная гидра представляет собой небольшого полипа, который относится к типу животных, известному как стрекающие, так же как и морские анемоны и медузы. В отличие от большинства кишечнополостных, которые обитают в морской среде, пресноводная гидра выделяется тем, что обитает исключительно в пресной воде. Ее первое описание было представлено Антони ван Левенгуком (1632–1723) в письме, отправленном в Королевское общество в Рождество 1702 года. Ученые долгое время проявляли интерес к этим существам из-за их удивительной способности к регенерации из маленьких кусочков.
Особенно примечательно, что даже отдельные клетки отделенной механически пресноводной гидры могут восстановиться и вновь объединиться в функционирующее животное в течение приблизительно недели. Однако процесс этой регенерации до сих пор остается недостаточно понятным для ученых.
Было описано несколько видов пресноводных гидр, однако большинство из них сложно идентифицировать без детального микроскопического анализа.
Внешний вид
Пресноводная гидра представляет собой небольшого полипа, относящегося к типу животных, известному как стрекающие. Ее тело имеет радиально-симметричную структуру и состоит из двухклеточного слоя, разделенного тонким неклеточным слоем, называемым мезоглеей. Животное имеет трубчатое тело, окруженное наружу выступающими щупальцами, содержащими жгучие клетки, известные как нематоцисты. Оно обладает всего одним отверстием в теле — ртом, через которое происходит как прием пищи, так и удаление отходов.
Длина тела пресноводной гидры может достигать до 7 мм, но щупальца способны значительно вытягиваться и достигать длины в несколько сантиметров.
Гидра лишена органов, но ее тело состоит из трубки, образованной двумя эпителиальными слоями — энтодермы и эктодермы. Энтодермальный слой выстилает желудочно-сосудистую полость и вырабатывает ферменты для переваривания пищи, в то время как эктодермальный слой генерирует нематоцисты. Щупальца являются продолжением этих слоев и окружают ротовое отверстие.
Пресноводная гидра обладает множеством адаптаций для охоты и защиты. Во время охоты она расправляет щупальца, перемещает их и ожидает контакта с добычей. Попавшиеся на щупальца мелкие животные парализуются нейротоксинами, выделяемыми нематоцистами. Затем щупальца обвиваются вокруг добычи и тянут ее в ротовое отверстие. После этого начинается процесс пищеварения, а непереваренные остатки выводятся через рот.
У гидры отсутствуют специализированные органы, но она обладает мультипотентными стволовыми клетками, распределенными между клетками эпителиальных слоев, что позволяет ей образовывать четыре различных типа клеток. Кроме того, благодаря своей структуре, гидра способна регулировать водный баланс в своем теле и реагировать на различные внешние раздражители, такие как свет, температура и химический состав воды. Несмотря на отсутствие развитой нервной системы, она может реагировать на внешние стимулы благодаря возбуждению нервных клеток.
Виды
В водоемах России обитает несколько видов гидр, которые обычно можно встретить. В настоящее время многие зоологи выделяют кроме рода Hydra еще 2 рода — Pelmatohydra и Chlorohydra. Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных видов:
- Гидра длинностебельчатая (Hydra (Pelmatohydra) oligactis, синоним — Hydra fusca) имеет крупное тело с пучком очень длинных нитевидных щупалец, которые в 2—5 раз превышают длину ее тела. Эти гидры отличаются высокой способностью к почкованию: на одной материнской особи порой можно встретить до 10-20 еще не отпочковавшихся полипчиков.
- Гидра обыкновенная (Hydra vulgaris, синоним — Hydra grisea) характеризуется тем, что щупальца в расслабленном состоянии значительно превышают длину тела — примерно вдвое длиннее тела, а само тело сужается ближе к подошве.
- Гидра тонкая (Hydra circumcincta, синоним — Hydra attenuata) имеет тело, напоминающее тонкую трубочку равномерной толщины. Ее щупальца в расслабленном состоянии либо не превышают длину тела, либо превышают ее незначительно. Полипы этого вида мелкие и редко достигают длины 15 мм. Они предпочитают обитать поближе к дну водоема и чаще всего прикрепляются к стороне предметов, обращенной к дну.
- Гидра зеленая (Hydra (Chlorohydra) viridissima) отличается наличием коротких, но многочисленных щупалец, имеющих травянисто-зеленый цвет.
- Hydra oxycnida характеризуется тем, что щупальца в расслабленном состоянии либо не превышают длину тела, либо делают это незначительно. Полипы этого вида крупные и могут достигать длины 28 мм.
Среда обитания
Пресноводные гидры обитают в пресной воде и часто можно встретить их в пресноводных прудах и медленных реках. Обычно они прикрепляются к затопленным растениям или камням. Водоросли, соседствующие с пресноводными гидрами, находят в них защищенную и безопасную среду, а также получают пищевые побочные продукты. Сами гидры также извлекают выгоду из водорослевых продуктов.
Исследования показали, что гидры, содержащие зеленые водоросли, лучше выживают при отсутствии еды, чем те, у которых водорослей внутри нет. Это происходит потому, что водоросли обеспечивают гидры кислородом, который является побочным продуктом фотосинтеза. Зеленые гидры передают водоросли от одного поколения к другому через яйца.
Гидры перемещают свои тела в воде, расширяясь и сжимаясь благодаря сочетанию мышечных движений и гидравлического давления. Это давление создается внутри их пищеварительной полости. Хотя гидры часто прикреплены к субстрату, они также способны перемещаться, скользя по базальному диску или делая сальто. Плавание вверх ногами достигается благодаря газовому пузырю, созданному базальным диском, который поднимает животное на поверхность воды.
Характер и образ жизни
Исследования показывают, что симбиоз между пресноводными гидрами и водорослями является распространенным явлением. Обе стороны взаимодействия получают выгоду от этого партнерства. Например, за счет симбиотических отношений с водорослями рода хлорелла, зеленая гидра может производить свою собственную пищу.
Это дает зеленой гидре значительное преимущество, так как она способна синтезировать пищу самостоятельно при изменении условий окружающей среды, например, когда еды становится мало. В отличие от коричневой гидры, которой не хватает хлорофилла для фотосинтеза, зеленая гидра может выживать, используя сахара, полученные в результате фотосинтеза водорослей.
Однако, для этого необходимо, чтобы зеленая гидра находилась на солнечном свете. Несмотря на то, что они являются хищниками, зеленые гидры могут выживать в течение нескольких месяцев, используя синтезированные сахара. Это помогает им пережить периоды голода, когда пища недоступна.
Хотя обычно пресноводные гидры остаются на одном месте, они способны передвигаться. Они могут освободить свою ногу и плыть в новое место или медленно двигаться вперед, поочередно присоединяя и отпуская свои щупальца и ступню. Их способность передвигаться и охотиться на добычу, превышающую их самих в размере, в сочетании с высокой репродуктивной способностью делает их нежелательными обитателями в аквариуме.
Клеточная структура пресноводных гидр позволяет им восстанавливаться после повреждений. Промежуточные клетки на поверхности тела могут преобразовываться в другие типы клеток и быстро заменять утраченные части, если организм поврежден. Их регенеративные способности настолько высоки, что если гидру разрезать пополам, обе ее части могут вырасти в полноценные особи.
Питание
Гидра предпочитает питаться мелкими беспозвоночными, такими как дафнии, ветвистоусы, циклопы, и олигохеты-наидиды. Известны случаи, когда гидра поглощала коловраток и церкарий трематод. Она захватывает добычу с помощью своих щупалец, вооруженных стрекательными клетками, яд которых быстро парализует мелких жертв. Затем с координированными движениями щупалец добыча направляется к рту, где гидра с помощью сокращений своего тела «надевает» ее на себя. Пищеварение начинается в кишечной полости, где происходит внутреннее (внутриклеточное) пищеварение внутри пищеварительных вакуолей эпителиально-мускульных клеток энтодермы. Непереваренные остатки пищи выбрасываются через рот.
Поскольку у гидры отсутствует транспортная система, а мезоглея (плотный слой межклеточного вещества между эктодермой и энтодермой) затрудняет транспортировку питательных веществ к клеткам эктодермы, возникает проблема доставки питательных веществ. Однако эта проблема решается путем формирования выростов клеток обоих слоев, которые проникают через мезоглею и соединяются через щелевые контакты. Через эти контакты мелкие органические молекулы, такие как моносахариды и аминокислоты, могут проходить, обеспечивая питание клеток эктодермы.
Размножение и продолжительность жизни
В подходящих условиях гидра размножается без полового акта. На теле гидры, обычно в нижней трети туловища, формируется почка. Она начинает расти, развивая щупальца, а затем формируется рот. Молодая гидра затем отделяется от материнского организма. В этот момент материнский и дочерний полипы прикрепляются щупальцами к субстрату и разделяются. Молодая гидра начинает самостоятельное существование. К осени гидра переходит к половому размножению. На теле в эктодерме формируются гонады — половые железы, в которых из промежуточных клеток развиваются половые клетки. При формировании гонад гидры образуется медузоидный узелок. Предполагается, что гонады гидры — это упрощенные споросаки, последний этап в серии преобразований утраченного медузоидного поколения в орган.
Большинство видов гидр являются раздельнополыми, хотя гермафродитизм встречается реже. Яйцеклетки гидр быстро увеличиваются, поглощая окружающие клетки. Зрелые яйцеклетки достигают диаметра 0,5—1 мм. Оплодотворение происходит внутри тела гидры: сперматозоид проникает к яйцеклетке через специальное отверстие в гонаде и сливается с ней. Зигота проходит полное равномерное деление, образуя целобластулу. Затем через смешанную деламинацию (сочетание иммиграции и деламинации) происходит гаструляция. Вокруг зародыша формируется плотная защитная оболочка с выростами-шипиками (эмбриотека). На стадии гаструлы зародыши впадают в анабиоз. Взрослые гидры умирают, а зародыши опускаются на дно и зимуют. Весной происходит дальнейшее развитие: в паренхиме энтодермы путем расхождения клеток образуется кишечная полость, затем образуются зачатки щупалец, и молодые гидры выходят из-под оболочки. В отличие от большинства морских гидроидных, у гидры нет свободно плавающих личинок, и ее развитие прямое.
Еще в конце XIX века возникла гипотеза о теоретической «бессмертии» гидры, которую пытались доказать или опровергнуть на протяжении всего XX века. В 1997 году Даниэль Мартинес провел эксперимент, который длился около четырех лет и доказал отсутствие старения и смертности у гидр. Считается, что «бессмертие» гидр связано с их высокой способностью к регенерации.
Перед наступлением зимы гидры в водоемах средней полосы погибают, хотя не из-за нехватки пищи или других неблагоприятных факторов, а из-за механизмов старения.
Естественные враги
В их естественной среде обитания пресноводные гидры имеют ограниченное число врагов. Один из них — инфузория триходина, способная атаковать гидру. Некоторые виды морских блох могут также обитать на ее теле. Свободноживущие плоские черви планарии являются еще одним врагом пресноводных гидр. Однако использование этих животных для контроля за гидрой в аквариуме не рекомендуется, поскольку триходины и планарии также могут стать угрозой для других обитателей аквариума, включая рыб.
Еще одним врагом пресноводной гидры является большая прудовая улитка. Однако ее также не рекомендуется содержать в аквариуме, поскольку она может переносить инфекции рыб и питаться деликатными аквариумными растениями.
Некоторые аквариумисты используют голодных молодых гурами для борьбы с пресноводными гидрами. Другие борются с ними, основываясь на знаниях о их поведении: они знают, что гидры предпочитают хорошо освещенные места. Поэтому они затеняют все стороны аквариума, кроме одной, и устанавливают стекло с внутренней стороны этой стены. В течение 2-3 дней почти все гидры собираются рядом с этим стеклом. Затем стекло удаляется и очищается.
Данные маленькие животные чрезвычайно чувствительны к ионам меди в воде. Поэтому один из методов борьбы с ними заключается в использовании медного провода: изолирующая оболочка провода снимается, а пучок проводов устанавливается над воздушным насосом. После того как все гидры погибнут, провод удаляется.
Популяция и статус вида
Пресноводные гидры славятся своими выдающимися способностями к регенерации. Большинство клеток в их организме являются стволовыми, что означает их способность к постоянному делению и превращению в различные типы клеток, необходимых для обновления организма. У человека такие «тотипотентные» клетки присутствуют только в самом начале эмбрионального развития. В отличие от этого, гидра постоянно обновляет свое тело новыми клетками.
Пресноводная гидра не подвержена признакам старения и кажется бессмертной. Некоторые гены, ответственные за развитие, остаются постоянно активными, поддерживая постоянное омоложение организма. Это делает гидру практически вечно молодой и может быть базой для будущих медицинских исследований.
В 1998 году было проведено исследование, в котором не обнаружено признаков старения у зрелых гидр в течение четырех лет. Для определения старения исследователи анализировали увеличение смертности и снижение фертильности с возрастом. Несмотря на это, в исследовании 1998 года не удалось выявить уменьшения фертильности у гидры с возрастом. В новом исследовании исследователи создали специальные условия для 2256 пресноводных гидр, стремясь обеспечить животным идеальные условия, в том числе регулярное питание свежими креветками.
В течение восьми лет исследователи не обнаружили признаков старения у гидр. Смертность оставалась стабильной на уровне 167 гидр в год, независимо от их возраста. Фертильность также оставалась постоянной у 80% гидр со временем, хотя у оставшихся 20% наблюдались некоторые колебания, вероятно, из-за лабораторных условий. Таким образом, популяция пресноводных гидр не находится под угрозой исчезновения.
Пресноводная гидра, иногда известная как пресноводный полип, представляет собой маленькое создание, напоминающее медузу. Они способны атаковать и питаться как мальками рыб, так и мелкими взрослыми рыбами. Кроме того, они быстро размножаются, производя почки, которые вырастают в новых гидр, разрываясь и исчезая в конечном итоге.
