Vielzellerpraktikum: Hydra - Kantonsschule Wil

Kantonsschule Wil
Vielzellerpraktikum: Hydra
Biologiepraktikum: 3. Semester
Name Schule Klasse Datum
1. Theorie
Nesseltiere-Süsswasserpolypen
Körperbau und spezialisierte Zellen einer Hydra: Chlorohydra viridissima
Die Körperwand der Nesseltiere besteht aus zwei Zellschichten, der Haut- und der Darmschicht. Dazwischen
liegt die gallertige, elastische, zellenlose Stützlamelle (Abbildung links).
1 Hautblatt (Ektoderm) mit:
SZ Sinneszelle
EM Epithelmuskelzelle
EZ Ersatzzellen
NeZ Nesselzellen
NZ Nervenzelle
jNeZ junge Nesselzellen
2 Stützlamelle
3 Darmblatt (Entoderm) mit:
EM Epithelmuskelzelle mit Geissel
GA symbiontische Grünalgen
EZ Ersatzzelle, aus dem Hautblatt
eingewandert
DZ Drüsenzelle
NV Nahrungsvakuolen
kF kontraktile Fibrillen der EM
Abb. 1: Längsschnitt durch die Körperwand einer Hydra
Abb. 2: Längsschnitt durch eine Hydra
Beide Zellschichten sind Mischgewebe; sie
bestehen aus verschiedenen spezialisierten
Zellen. In der Aussenschicht (Ektoderm)
findet man hauptsächlich Hautmuskelzellen,
die an ihrer Basis zusammenziehbare
Muskelfäden aufweisen, welche in der
Längsrichtung des Tieres verlaufen. Seltener
sind die Sinneszellen, die ihr feines
Sinnesstiftchen nach aussen strecken. Zu
diesen Sinneszellen führen Plasmafasern der
Nervenzellen, die verstreut auf der Stützlamelle
liegend, untereinander verbunden
sind und so ein diffuses Nervensystem bilden
(ohne Zentrum!). Überall zwischen den
genannten Zellen liegen Gruppen kleiner,
nicht spezialisierter Zellen, der Ersatzzellen.
Diese treten an den Platz absterbender
Zellen, heilen Wunden und ermöglichen die
Regeneration. In der Aussenschicht und
besonders zahlreich an den Fangarmen
erkennt man am lebenden Tier Gruppen
stark lichtbrechender Körperchen: es sind
die für Hohltiere typischen Nesselzellen mit
den Nesselkapseln. In der Ruhelage ist der
Schlauch in das Kapselinnere eingestülpt
und nimmt eine spiralige Lage ein. Kapsel
und Schlauch enthalten eine giftige
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Flüssigkeit (Nesselsaft). Die Nesselzelle selbst trägt nach aussen hin ein Sinneshaar. Kommt ein Fremdkörper
mit diesem Fortsatz in Berührung, so erfolgt eine Entladung: Der Kapseldeckel springt ab, der Schlauch wird
durch den Flüssigkeitsdruck mit grosser Energie nach aussen gestülpt. Er vermag sich in die Haut eines
Beutetieres einzubohren. Der Nesselsaft lähmt die Beute und wirkt zugleich als Klebemittel. Die Innenschicht
(Entoderm) besteht hauptsächlich aus Epithelmuskelzellen, die verdaute, gelöste Nährstoffe durch Diffusion
aufnehmen und kleinere Nahrungspartikel mit ihrem Plasma umschliessen können (Phagocytose). Mit je zwei
Geisseln «rühren» sie den Darminhalt. Ihre Basis, die auf der Stützlamelle steht, läuft in einen Muskelfaden
aus, der in der Querrichtung des Tieres liegt («Ringmuskulatur»). Zwischen diesen Zellen stehen
Drüsenzellen, die in Vakuolen Verdauungssäfte bilden und diese in die Urdarmhöhle ausscheiden. Sie tragen
keine Geisseln.
Ernährung
Die aussen gelegene Epidermis hat Schutz- und Sinnesfunktion,
während die innen gelegene Entodermis (Gastrodermis in der
Abbildung links) auf Verdauung spezialisiert ist. Von den
Drüsenzellen in den Gastralraum abgegebene Enzyme führen die
ersten Schritte der Verdauung durch, die dann in den Zellen
abgeschlossen wird, sobald die Nährzellen der Entodermis kleine
Nahrungsteilchen durch Phagocytose aufgenommen haben.
Unverdauliches wird durch die Mundöffnung ausgestossen, der
einzigen Öffnung des Gastralraumes nach aussen.
Abb. 3: Längsschnitt durch eine
verdauende Hydra
Fortpflanzung
Gut ernährte Polypen pflanzen sich ungeschlechtlich durch Knospung fort.
Dabei wölben sich alle Körperschichten nach aussen vor und bilden einen
neuen Polypen. Der Magenraum des Tochterpolypen steht mit dem des
Muttertiers in Verbindung. So kann dem Tochterpolypen Nahrung zugeführt
werden. Später löst er sich ab und wird selbständig. Bei der geschlechtlichen
Fortpflanzung entstehen aus Ersatzzellen Spermazellen, die sich im oberen
Körperdrittel unter Vorwölbungen des Ektoderms ansammeln. Vorwölbungen
weiter unten am Körper beherbergen je eine Eizelle. Diese
Geschlechtszellen werden ins Wasser entleert, wo eine Spermazelle mit der
Eizelle verschmilzt. Nach der Befruchtung entwickelt sich die Eizelle zu einem
neuen Polypen. Die meisten Polypen sind Zwitter.
Abb. 4: Geschlechtsreife Hydra
Sp Spermien, Ho Hoden, Ov
Ovar
Regeneration
Wunden verletzter Hydren heilen rasch. Bei Zimmertemperatur spriessen die Tentakel an einem geköpften
Stammstück in etwa vier Tagen. Man kann den Körperschlauch in verschiedene Stücke schneiden; jedes
ergänzt sich in kurzer Zeit zu einer kleinen, wohlgestalteten Hydra: 1 / 200 des Körpervolumens vermag noch ein
Ganzes zu regenerieren. Das Wiederherstellen des Ganzen aus einem Teil nennt man Regeneration. Solch
grosses Regenerationsvermögen weisen die meisten Lebewesen nur in ihrer frühesten Keimesentwicklung
auf. Die Regeneration der Hydra geschieht mit Hilfe der vielen undifferenzierten Ersatzzellen, jedoch auch
dadurch, dass das vorhandene Zellmaterial des Haut- und Darmblattes sich umdifferenzieren kann.
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Fortbewegung
Polypen können sich nach Art der Spannerraupen fortbewegen (untere Abbildung). Der Rumpf wird zur Seite
geneigt, bis die Fangarme den Boden berühren. Dort heften sie sich mit Hilfe der Klebekapseln an. Dann wird
das untere Rumpfende nachgezogen und der Körper erneut zur Seite ausgestreckt. Bei der Fortbewegung
durch Überschlag (obere Abbildung) heftet das Tier die Fangarme ebenfalls auf dem Boden an, bewegt aber
den Rumpf von der einen Seite zur anderen und richtet sich wieder auf. Süsswasserpolypen wandern etwa 2
cm am Tag.
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Abb. 5: Fortbewegung der Hydra 1. durch Überschlag 2. durch nachziehen
Vom Polyp zur Meduse oder Qualle
Tierstock
Wenn sich die Knospen nicht vom Muttertier ablösen, entsteht ein Tierstock. Die
«Köpfe» besitzen einen gemeinsamen Darm; ein Individuum abzugrenzen, wird
schwer. Bei einigen stockbildenden Formen spezialisieren sich die Tiere zu
besonderer Arbeit, die einen zum Beutefang, die andern zur Fortpflanzung. Bei
den frei schwimmenden Röhrenquallen ist diese Arbeitsteilung so weit gediehen,
dass der ganze Stock als Individuum, die Tiere als Organe aufgefasst werden
können (Abbildung links).
Abbildung links: Röhrenqualle, ein Tierstock mit differenzierten «Individuen»:
Arbeitsteilung
UP Ursprungspolyp. An seinem Stiele sitzen Geschlechtsmedusoide (GM),
Nährpolypen (NP), Fangfäden mit Nesselzellen (FF), Schwimm-Medusoide (SM)
und eine mit Luft gefüllte Blase (LB)
Abb. 6: Tierstock aus
Einzellern
Polyp und Meduse: Die festsitzende Form nennt man Polyp, die frei bewegliche,
schirmförmige Meduse oder Qualle. Durch ruckartiges Verengen des Schirmes
kann sie aktiv schwimmen. Gleichgewichtsorgane ermöglichen die richtige Lage.
Einige grosse Quallen sind frei schwimmende Tierstöcke (Abbildung oben).
Generationswechsel: Bei vielen Hohltieren treten beide Formen (Polypen und
Medusen) auf, jedoch in einem regelmässigen Wechsel: Der Polyp pflanzt sich
ungeschlechtlich fort und bildet durch Knospung Medusen; diese wiederum
bilden Spermien und Eier (Abbildung nächste Seite).
Abbildung rechts: Entwicklung der Obelia
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1 Tierstock in natürlicher Grösse
2 Teil eines Stockes mit Fresspolypen (FP)
und Vermehrungspolypen (VP) Durch
Knospung entstehen männliche und
weibliche Medusen (3), die ihre Geschlechtszellen
ins Wasser entlassen. Aus
der Zygote (befruchtete Eizelle) entwickelt
sich eine freischwimmende, bewimperte
Larve, die sich bald festsetzt und sich zu
einem neuen Tierstock entwickelt.
Korallenriff: Die meisten Korallen
(festsitzende z.T. riesige Kolonien bildende
Polypen) leben in warmen Meeren
(zwischen dem 30. südlichen und 30.
nördlichen Breitengrad) und nahe der
Meeresoberfläche (höchstens bis in eine
Tiefe von 40 m). Zusammen mit Kalkalgen
und Moostierchen (Bryozoa) bauen die
Korallen Riffe auf.
Abb. 7: Entwicklungszyklus von Obelia
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2. Ziele
I Zwei Muskelprinzipien verstehen (Hydra Bewegung)
II Mittelwerte berechnen und Aussagekraft interpretieren können (Tentakelzahl)
III Beobachtungen schriftlich festhalten können. (Hydra Fütterung, Nesselzellen)
3. Material
3.1. Bewegung
- Hydras
- Stereolupe
- Präpariernadel
- Blockschale
3.2. Körperbau
- Hydras
- Stereolupe
- Blockschale
3.3. Ernährung
- Hydras
- Stereolupe
- Blockschale
- Salinenkrebschen
4. Arbeit
Für die Beobachtungen gibst du zwei bis vier Hydren mit reichlich Wasser in eine Schale. Alle
Beobachtungen werden mit der Stereolupe durchgeführt.
4.1. Bewegung
Als erstes betrachtest du die Hydren unter der Stereolupe. Dabei konzentrierst du dich auf die
Bewegungen. Welche Muskelfasern müssen sich bei welchen Bewegungen kontrahieren?
Anschliessend berührst du eine Hydra mit der Präpariernadel an den Tentakeln, am Körper, am Fuss
und am Mundfeld. Beschreibe die folgenden Reaktionen.
4.2. Körperbau
Zeichne eine ganze Hydra. Sie ist dann entweder gestreckt oder kontrahiert. Beschrifte folgende
Bestandteile: Mundöffnung, Fussscheibe, Tentakel, Gastralraum, eventuell Knospen, Ovar und
Hoden. Ermittle die Zahl der Tentakel deiner Hydren und trage sie in eine Tabelle ein. Bestimme die
durchschnittliche Tentakelzahl der Hydren der gesamten Praktikumsgruppe.
4.3. Ernährung
Füttere deine Hydra mit Salinenkrebsen und protokolliere den Fressakt nach der Fütterung. Vergiss
nicht auch Zeitangaben im Protokoll mit einzubeziehen.
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