Базовая опора: Нервная и гуморальная регуляция: от таксиса до мозга
Повторение основы перед углублённым разбором. Разберём, как животное обнаруживает изменение среды, передаёт сигнал и отвечает; почему нервный импульс и гормон — не одно и то же.
Федеральная программа · углублённый уровень · 8 класс
Животные
Элементы программы, раскрываемые в этом уроке:
- Раздражимость и таксисы одноклеточных
- Нервные системы беспозвоночных: сетчатая, стволовая, узловая
- Головной и спинной мозг, нервы позвоночных
- Развитие больших полушарий, коры, борозд и извилин
- Гуморальная регуляция, гормоны и половой диморфизм
Как это устроено
Даже одноклеточный организм способен отвечать на среду, хотя нервных клеток у него нет. При таксисе он движется в направлении, связанном с источником сигнала: света, химического вещества или пищи. Важно различать стимул, клеточный механизм и результат; наблюдение движения само по себе не доказывает наличие сознания, органов чувств или нервной системы.
Сравните три слова, а не запоминайте их как синонимы. Фототаксис назван по световому раздражителю; хемотаксис — по химическому; трофотаксис — по пищевой цели движения. Один и тот же путь к пище может сопровождаться восприятием растворённых веществ, поэтому учебные названия могут пересекаться. Чтобы проверить направленный ответ, нужны одинаковые условия, источник раздражителя и контроль без него: случайное блуждание около пищи ещё не доказывает таксис.
У многоклеточных животных нервные клетки объединяются по-разному. У гидры они образуют сеть; у некоторых червей выражены продольные нервные стволы; у членистоногих — нервные узлы и тяжи. У позвоночных центральная нервная система включает головной и спинной мозг, а нервы связывают её с органами. Эти планы строения нельзя ставить в единую лестницу «лучше–хуже»: они возникли в разных линиях и соответствуют их образу жизни.
Сетчатая, стволовая, узловая и трубчатая — четыре школьные модели нервной организации, а не четыре обязательные ступени жизни одного животного. У гидры нервные клетки распределены сетью; у планарии заметны продольные стволы; у многих членистоногих есть ганглии; у позвоночных мозг и спинной мозг развиваются из нервной трубки. Нерв при этом не является отдельным маленьким мозгом: это пучок волокон, соединяющий центральные отделы с тканями.
Головной мозг позвоночных включает отделы, чьи пропорции и связи различаются у рыб, птиц и млекопитающих. Большие полушария имеются не только у млекопитающих, но строение и роль коры у групп различаются; выраженные борозды и извилины характерны для ряда млекопитающих, но их количество не является универсальной мерой ума. Нельзя делать вывод об интеллекте по одному внешнему признаку мозга.
Нервный сигнал может обеспечивать быстрый локальный ответ, а гормональная регуляция часто действует через жидкие среды дольше и шире. Это не противоположные «кнопки»: нервная и гуморальная системы взаимодействуют. Половые гормоны влияют на развитие, сезонные изменения и размножение, но внешний половой диморфизм зависит также от наследственности, возраста и среды. Отличие окраски у одного вида не говорит о такой же закономерности у другого.
Половые гормоны — часть гормональной регуляции, а не две взаимоисключающие «мужская» и «женская» молекулы. Различные ткани могут вырабатывать андрогены и эстрогены, их эффекты зависят от клеток-мишеней и возраста. Поэтому по окраске самца и самки птицы нельзя измерить концентрацию гормона или сделать вывод о причине всех поведенческих различий; для этого нужны отдельные исследования с учётом генов и среды.
Словарь урока
Каждое понятие — с примером
- Раздражимость
Способность живой клетки или организма воспринимать воздействие и изменять свою работу в ответ на него.
Пример: Одноклеточный организм меняет направление движения при изменении освещения.
- Таксис
Направленное движение всей клетки или организма по отношению к источнику воздействия; различают движение к источнику и от него.
Пример: Положительный фототаксис — перемещение к свету; хемотаксис связан с химическим веществом.
Важно: Не всякое движение к свету является осознанным выбором или рефлексом.
- Фототаксис
Разновидность таксиса, при которой направление перемещения всей клетки или организма связано с направлением света. Движение может быть к источнику или от него.
Пример: Некоторые подвижные одноклеточные эукариоты при определённом освещении перемещаются к свету.
Важно: Изгиб закреплённого в почве побега к окну — фототропизм, а не перемещение всего организма — фототаксис.
- Хемотаксис
Направленное перемещение клетки или организма относительно градиента химического вещества: к большей концентрации или от неё. По одному движению нельзя установить, какое именно вещество вызвало ответ.
Пример: Подвижная клетка может двигаться в сторону растворённого вещества, которое она способна воспринимать.
- Трофотаксис
Учебное название направленного движения к источнику пищи или от него. Оно описывает биологическое значение движения, а не единственный вид раздражителя: пищу можно обнаруживать по химическим и другим сигналам.
Пример: В школьной схеме перемещение одноклеточного к частицам пищи называют положительным трофотаксисом, если направление действительно связано с источником пищи.
Важно: Не следует называть трофотаксисом любое случайное приближение к пище без сравнения с контролем.
- Нейрон
Специализированная клетка нервной ткани, принимающая, обрабатывающая и передающая сигналы другим клеткам.
Пример: Чувствительный нейрон передаёт сигнал от рецептора к отделам нервной системы.
- Нервная система
Совокупность нервных клеток и образованных ими структур, координирующих восприятие, движение и работу органов.
Пример: У гидры нервные клетки образуют сеть, у позвоночных имеются головной и спинной мозг с нервами.
- Диффузная нервная система
Нервная сеть без единого центрального мозга, в которой клетки связаны между собой в разных частях тела.
Пример: Нервная сеть гидры помогает согласовывать сокращение тела и щупалец.
- Стволовая нервная система
Учебное название плана строения, при котором от переднего участка или нервного кольца тянутся продольные нервные стволы, соединённые поперечными связями или другими нервными путями.
Пример: На школьной схеме планарии видны продольные нервные стволы и поперечные соединения.
Важно: Разные группы червей устроены неодинаково, поэтому схема планарии не универсальна для всех беспозвоночных.
- Узловая нервная система
Нервная организация, в которой группы нейронов образуют узлы (ганглии), связанные нервными тяжами.
Пример: У многих членистоногих нервные узлы связаны с отделами тела.
- Трубчатая нервная система
План организации нервной системы хордовых, при котором центральная нервная система развивается из нервной трубки.
Пример: Головной и спинной мозг позвоночного происходят из нервной трубки зародыша.
- Нерв
Пучок нервных волокон за пределами головного и спинного мозга, окружённый соединительной тканью и проводящий сигналы между центральной нервной системой и органами.
Пример: Чувствительные волокна нерва передают сигнал от рецепторов кожи к центральным отделам.
- Головной мозг
Отдел центральной нервной системы позвоночного в черепе, который принимает и обрабатывает сигналы и участвует в управлении поведением и работой органов.
Пример: У рыбы головной мозг обрабатывает сигналы от глаз, внутреннего уха и других рецепторов.
- Спинной мозг
Отдел центральной нервной системы позвоночного в позвоночном канале, проводящий сигналы между головным мозгом и телом и участвующий в ряде рефлексов.
Пример: При отдёргивании конечности от опасного раздражителя часть пути ответа проходит через спинной мозг.
- Большие полушария
Парные части переднего мозга позвоночных; их размеры, тканевое строение и функции различаются между группами.
Пример: У птицы и млекопитающего большие полушария устроены по-разному, хотя участвуют в сложной обработке информации.
- Кора больших полушарий
Поверхностные слои нервной ткани больших полушарий; в школьном сравнении особенно подробно изучается кора млекопитающих.
Пример: У млекопитающего кора участвует в обработке сенсорных сигналов и планировании действий.
Важно: Не переносите строение коры млекопитающего без изменений на мозг рыбы или птицы.
- Борозды и извилины мозга
Углубления и выступы складчатой поверхности больших полушарий у ряда млекопитающих; складчатость помогает разместить большую площадь коры в черепе.
Пример: У человека поверхность полушарий имеет множество борозд и извилин.
Важно: Количество складок само по себе не измеряет интеллект и неодинаково у разных видов.
- Гормон
Сигнальное вещество, выделяемое специальными клетками и влияющее на клетки-мишени через рецепторы, часто переносимое внутренними жидкостями.
Пример: Половые гормоны участвуют в развитии половых признаков и регуляции размножения.
- Половые гормоны
Гормоны, участвующие в развитии и работе репродуктивной системы и многих признаков, связанных с половым созреванием. Их образуют разные ткани, а действие зависит от рецепторов и стадии развития.
Пример: У млекопитающих тестостерон и эстрадиол участвуют в регуляции полового развития, но оба типа гормонов могут присутствовать у особей разного пола.
Важно: Нельзя объяснять весь внешний вид или поведение животного одним уровнем одного гормона.
- Гуморальная регуляция
Регуляция функций организма веществами, распространяющимися во внутренних жидкостях и действующими на клетки-мишени.
Пример: Изменение концентрации гормона может менять работу нескольких органов.
- Половой диморфизм
Различия во внешнем строении самцов и самок одного вида, не сводящиеся к самим половым железам.
Пример: У некоторых птиц самцы и самки отличаются окраской перьев.
Важно: Выраженность различий зависит от вида; нельзя переносить один пример на всех животных.
Пример по шагам
Инфузория отдаляется от неблагоприятного раствора. Можно ли назвать её ответ нервным рефлексом?
- Инфузория — одна клетка, она воспринимает химическое изменение и меняет движение.
- Нейронов, нервных узлов и мозга у неё нет.
- Следовательно, можно говорить о раздражимости и направленном ответе, но не о нервном рефлексе.
Вывод: Сходный видимый результат у одноклеточных и многоклеточных может иметь принципиально разные механизмы.
Практическая работа
Читаем схему сигнала
- Найдите на готовой схеме рецептор, путь передачи сигнала и ответный орган.
- Для примера гидры укажите, чем сеть отличается от головного мозга позвоночного.
- Для одноклеточного нарисуйте отдельную схему без нейрона и подпишите ограничение сравнения.
Что можно заключить: Общий принцип «воздействие–ответ» не означает одинаковое строение системы регуляции.
Безопасность: Не воздействуйте на живых животных солью, ярким светом или иным вредным стимулом ради опыта.
Попробуйте сами
Запишите своё решение, затем сравните его с разбором. Развёрнутые ответы автоматически не оцениваются.
Открываем задания…
Сверка содержания
Раздел и элементы содержания сверены с федеральной программой. Текст и учебные схемы созданы для Умблика; схема не передаёт реальные размеры.