Кто такие беспозвоночные

В начале XIX века французский ученый Жан–Батист Ламарк разделил всех животных на позвоночных и беспозвоночных. В основу деления им был положен один анатомический признак – наличие или отсутствие у животного позвоночника. К беспозвоночным животным были отнесены самые разные типы: кишечнополостные, черви, ракообразные, насекомые, иглокожие и многие другие. А к позвоночным – животные, впоследствии объединенные в тип хордовых, да и то не все; некоторых хордовых Ламарк справедливо отнёс к беспозвоночным.

Ж.–Б. Ламарк

Дело в том, что общим признаком хордовых является не наличие позвоночника – далеко не у всех из них он есть, – а наличие хорды хотя бы на одной стадии развития животного. Например, у человека хорда есть только у эмбриона, а впоследствии полностью исчезает.

Таким образом, с развитием науки актуальность деления животных на позвоночных и беспозвоночных отпала, но названия эти прижились, и до сих пор мы делим науку зоологию на зоологию позвоночных и зоологию беспозвоночных.

Эта глава посвящена анатомии беспозвоночных – огромному разделу науки. Огромному, потому что в эту группу объединены сильно различающиеся между собой животные. Одни из них устроены довольно просто и не имеют даже тканей и органов, другие же, наоборот, сложны и своеобразны, как, например, членистоногие и иглокожие.

 

Необычные скелеты

Тело позвоночных животных, в том числе и человека, поддерживает костный или хрящевой скелет, расположенный внутри тела. К нему крепятся мышцы, приводящие кости (или хрящи) скелета в движение, кроме того, некоторые части скелета защищают важнейшие внутренние органы – череп защищает мозг, рёбра (у кого они есть) – лёгкие и сердце, отростки позвонков надёжно скрывают спинной мозг. Скелет выполняет и множество других функций, но наиболее важны эти две, а из них важнейшая – прикрепление мышц. Это, так сказать, то, ради чего скелет был «изобретен».

У беспозвоночных позвоночник отсутствует, отсутствуют и другие элементы скелета. Означает ли это, что у них его в принципе нет? Отнюдь. Как это ни удивительно, скелет есть у каждого животного, будь то амеба или дождевой червь.

У одноклеточных простейших опорную и защитную функции – а вы помните, что это две важнейшие функции скелета – выполняет ограничивающая клетку двухслойная клеточная мембрана. Такая же мембрана окружает каждую клетку в теле животных и человека. Это своего рода наружный скелет клетки. Кроме того, в клетке есть внутренний белковый скелет, представленный микротрубочками и микрофиламентами (нитями белковых молекул). Клетке такого скелета вполне достаточно, но многоклеточному организму нужна куда более прочная опора и надежная защита.

Скелет животного не должен быть обязательно твердым – даже мягкий скелет способен выполнять свои основные функции.

«Скелет» клетки (цитоскелет): А – общий вид фрагмента клетки; Б – схема строения микротрубочки; В – поперечный срез микротрубочки; 1 – мембрана клетки; 2 – эндоплазматическая сеть; 3 – микротрубочки; 4 – трабекулярные нити; 5 – полисомы в узлах трабекулярных нитей; 6 – тубулиновые единицы микротрубочек и трабекулярных нитей

Например, покровы многих червей образованы покровной тканью – эпителием, который подстилает плотная мембрана и слои мышц, идущих в разном направлении. Одни мышцы идут в продольном направлении, другие опоясывают тело вокруг, третьи расположены диагонально. Вместе эпителий и мышцы образуют плотный кожно–мускульный мешок, который выполняет и опорную, и защитную функции, свойственные скелету позвоночных животных. Конечно, у позвоночных опорно–двигательная система работает эффективнее, поскольку мышечные волокна у них расположены отдельными пучками – мышцами, которые позволяют им совершать разнообразные точные движения. У плоских червей мышцы не дифференцированы на пучки, образуя многослойный кокон, поэтому черви могут только «извиваться», более точные и тонкие движения им недоступны. Но этим примитивным созданиям и таких движений вполне достаточно для жизни.

Кожно–мускульные мешки различных червей отличаются друг от друга. У кольчатых червей отсутствуют диагональные, но присутствуют внутренние косые мышцы, которые разделяют сегменты тела на части и, подобно перекладинам, служат опорой. А у круглых червей нематод мышцы только продольные.

Кожно–мускульный мешок плоских червей (срез): 1 – ресничный эпителий; 2 – базальная мембрана; 3 – кольцевые мышцы; 4 – диагональные мышцы; 5 – продольные мышцы; 6 – пучки спинно–брюшных мышечных волокон; 7 – поперечные паренхимные мышечные волокна; 8 – рабдитные клетки в эпителии

Общий вид планарии

У паразитических червей поверхность кожи покрыта плотной кутикулой. Такая же плотная кутикула может встретиться и у свобод ноживущих червей. Она защищает мягкие ткани червя. Мягкий скелет, возможно, не эффективен против хищников (хотя от мелких и он защищает неплохо), однако он позволяет пробираться в узкие щели между частицами почвы или песчинками на дне моря или же в узкие просветы органов животных–хозяев. Все это возможно благодаря тому, что тело червя, снабженное мягким скелетом, способно в различной степени менять свою форму.

Однако многие беспозвоночные все же обзавелись более надежной защитой в виде раковин и панцирей. Трудно сказать, почему их эволюция пошла по такому направлению, возможно, на заре их эволюционной истории им пришлось столкнуться с крупными и опасными хищниками, от которых можно было укрыться только в раковине. Но, так или иначе, большинство моллюсков прячутся в раковине, а иглокожие и членистоногие щеголяют в латном панцире. При этом панцирь иглокожих состоит из отдельных табличек, а у членистоногих – из более крупных отдельных сегментов. Объединяет их то, что все эти скелеты – наружные, их формируют покровные ткани. Большинство из них образовано неорганическими соединениями – различными солями или пропитано ими.

Жук–олень – обладатель наружного скелета

 

Жидкий скелет

У некоторых животных между внутренними органами находится пустое пространство, заполненное жидкостью. Это первичная полость. Жидкость в этой полости находится под высоким давлением, которое поддерживает форму тела и создаёт упругую опору для мышц кожно–мускульного мешка. Получается, что полость тела выполняет основные функции скелета. Поэтому про таких животных говорят, что у них «жидкий» скелет. Такой гидроскелет свойственен, например, круглым червям. Гидроскелет, естественно, является внутренним, но у круглых червей есть ещё и наружный – толстая кутикула, покрывающая кожу (гиподерму), и кожно–мускульный мешок.

Строение нематод (А – самец; Б – самка):1 –ротовая полость; 2 –пищевод; 3 – бульбусы пищевода; 4 – окологлоточное нервное кольцо; 5 – средняя кишка; 6 – яичник; 7 – яйцо в матке; 8 – половое отверстие; 9 – анальное отверстие; 10 – семенник; 11 – семяпровод

Поперечный разрез круглого червя в области пищевода:I – кутикула; 2 – мышечные клетки; 3 – плазматические отростки мышечных клеток; 4 – амебоидная фагоцитарная клетка; 5 – пищевод; 6 – первичнЬя полость тела, наполненная жидкостью под давлением

Факт наличия у круглых червей внутреннего гидростатического скелета легко проверить на опыте. Если аскариду проткнуть иглой, из её тела брызнет маленький фонтанчик полостной жидкости.

Полостная жидкость круглых червей выполняет не только опорную функцию. Поскольку жидкость омывает практически все клетки тела, то она функционирует ещё и как транспортная система – переносит вещества от одних органов к другим. В нашем организме эту функцию выполняет кровь. Таким образом, жидкость первичной полости тела выполняет функции и скелета, и кровеносной системы одновременно.

 

Спасительный панцирь

Членистоногие – крупнейший тип царства животных. Его представители обитают и в воде – как пресной, так и соленой, и на суше, и в почве. Именно они были первыми животными, которые сотни миллионов лет назад вышли на сушу и распространились во все её пределы. Они сделали это благодаря своему скелету, который появился ещё у древнейших представителей типа – трилобитов и ракоскорпионов. Это был панцирь, состоявший из многослойной кутикулы, которую выделяла кожа–гиподерма. Схожий панцирь сохранился и у современных членистоногих, он состоит из полимерного углевода хитина и неорганических солей.

Древним обитателям морей панцирь обеспечивал надежную защиту от хищников. Но хитиновый панцирь не только прочный, но ещё и очень* гибкий. Благодаря этому членистоногие могут сгибать и разгибать конечности, а также изгибать тело. Например, современные мокрицы могут сворачиваться в шар; вымершие трилобиты также умели это делать.

Панцирь плохо пропускает воду, а значит, не дает высыхать коже членистоногих. Возможно, именно благодаря этому его свойству древние членистоногие смогли выйти на сушу. У некоторых наземных членистоногих появилась дополнительная защита от высыхания – эпикутикула, состоящая из липидов. Благодаря липидам испарение воды с поверхности тела членистоногого стало настолько ничтожным, что они смогли проникнуть в самые жаркие безводные пустыни и прекрасно чувствовать себя в таких условиях.

Панцирь членистоногих состоит из плотных участков – склеритов, покрывающих сегменты, и мягких мембран, находящихся между сегментами. Благодаря такому строению панцирь обладает удивительной  гибкостью.

Однако мы помним, что более важной функцией скелета является не защита, а опора для мышц. Способен ли наружный хитиновый панцирь членистоногих играть эту роль? Да, и весьма неплохо. Если рассмотреть панцирь изнутри, можно увидеть, что слой хитина, покрывающий поверхность тела животных, не ровный – на внутренней стороне панциря существуют выросты, к ним–то и крепятся мышцы. Кстати, у позвоночных животных мышцы тоже крепятся не к гладким участкам костей, а к шероховатостям, гребням, отросткам, причём чем мощнее мышца, тем больше будет гребень или отросток кости, к которой она прикрепляется.

Наружный скелет членистоногого:

А – общий вид брюшка сбоку; Б – разрез кожи (схема); 1 – жёсткий склерит; 2 – эластичная мембрана; 3 – наружный слой кутикулы; 4 – средний слой кутикулы; 5 – внутренний слой кутикулы; 6 – чувствительные волоски; 7 – гиподерма; 8 – базальная мебрана; 9 – клетка , образующая волосок

Имея такую хорошую опору для мышц, членистоногие могут быстро передвигаться. Вы сами можете в этом убедиться, если захотите поймать убегающего таракана. Кожномускульный мешок такую скорость развить не позволяет – даже очень спешащий дождевой червь не может тягаться в скорости с самыми неторопливыми насекомыми.

Итак, панцирь членистоногих выполняет обе главные задачи скелета – он защищает внутренние органы и является опорой для мышц. Но, как и всякий скелет, он имеет и дополнительные функции. В частности, хитиновая кутикула очень важна для дыхания – у многих наземных членистоногих (насекомых, например) она образует огромную разветвленную сеть трубочек–трахей, через которые воздух поступает к клеткам тела животного. Эта система хитиновых трубочек напоминает сеть мельчайших кровеносных сосудов человека – капилляров. Они так же сильно ветвятся, чтобы вовремя доставить кислород и питательные вещества каждой группе клеток.

Крепление мышц к наружному скелету: 1 – выросты склерита, к которым прикрепляются мышцы; 2 – мышцы

В мире беспозвоночных скелет членистоногих – вершина совершенства. Вполне заслуженно этот тип стал самой многочисленной группой не только царства животных, но и вообще всех живых организмов.

 

Чертов палец

Итак, среди беспозвоночных к эволюционному успеху ведёт приобретение наружного скелета. Но некоторым группам беспозвоночных показалась привлекательной идея скелета внутреннего. Пример вполне успешной работы внутреннего скелета у беспозвоночных животных известен нам из палеонтологии. Многие миллионы лет назад в морях жили головоногие моллюски, удивительно похожие на современных кальмаров, – белемниты. Сходство их, однако, было исключительно внешним, внутреннее строение белемнитов и кальмаров сильно различалось.

Самые первые головоногие унаследовали от своих предков – каких–то примитивных моллюсков – прямую или спирально закрученную раковину, которая у них стала разделяться на камеры. В последней, самой большой камере жил моллюск, остальные же были заполнены газом. Долгое время раковинные головоногие были весьма многочисленны, но до наших дней дожили только шесть видов корабликов, или наутилусов, все остальные головоногие отказались от раковины или превратили её в элемент внутреннего скелета. Драматическая эволюционная история головоногих убедительно показала: в современном мире лучше и надёжнее защищают не толстые раковины, а интеллект и скорость – как раз те качества, которыми знамениты современные осьминоги и кальмары. И одними из первых на путь преобразования наружного скелета во внутренний встали именно белемниты.

Белемниты:А – общий вид (реконструкция); Б – расположение раковины в теле моллюска (1 – камеры; 2 – ростр); В – ископаемый остаток ростра («чёртов палец»)

Белемниты словно «вывернулись наизнанку»: не моллюск прятался внутри раковины, а раковина находилась внутри тела моллюска. Раковина была прямой и по–прежнему, как у предков, разделялась на камеры, а сверху на нее надевался ростр.

К большому сожалению палеонтологов, раковины белемнитов были уже довольно тонкими и очень плохо окаменевали, а чаще разрушались, не сохраняясь в первоначальном виде. Но толстостенные ростры (обычно их называют просто «белемниты») очень хорошо сохраняются на протяжении миллионов лет, и люди часто находят их. Их более известное в народе название – «чертовы пальцы».

Чтобы стать хорошими пловцами, белемнитам надо было избавиться от наружной раковины. Им не удалось полностью сделать это, они были только в начале длинного пути, ведущего к современным головоногим моллюскам. Зато благодаря газовым камерам в раковине белемниты могли регулировать глубину погружения.

Кальмары считаются прямыми потомками этих вымерших моллюсков. Исчезновение раковины и ростра значительно повысило гибкость их тела и маневренность. И всё же у них осталось напоминание о древних прародителях: внутри тела есть роговая пластинка, которая, возможно, ещё несет какую–то опорную функцию.

Кальмары – не единственные головоногие моллюски, у которых сохранился рудимент раковины: У каракатиц осталась толстая, широкая известковая пластина, которая также располагается внутри тела моллюска, у спирулы эта рудиментарная раковина даже закручена в спираль – «на память» о далёких предках.

 

Полости тела

Уже довольно давно было замечено, что у одних животных внутри тела есть полость, а у других – нет. У самых примитивных животных, например губок, ещё нет ни тканей, ни органов, поэтому говорить о полости тела даже не приходится. У более высокоорганизованных животных – кишечнополостных – полость есть, но это полость пищеварительной системы. Других полостей в теле кишечнополостных нет, они устроены довольно просто: два слоя клеток разделены студенистой неклеточной мезоглеей.

У плоских червей тело уже трехслойное, но полости внутри тела все ещё нет. Промежутки между органами заполнены рыхлой тканью – паренхимой.

Первая настоящая полость тела появляется только у круглых червей – у них исчезают клетки паренхимы в пространстве между органами. Такая полость называется первичной, или схизоцелью. Пространство, ранее заполненное паренхимой, теперь заполняется полостной жидкостью, находящейся под давлением. Она поддерживает форму тела червя, и она же транспортирует различные вещества но телу животного.

Зачем же понадобилась полость тела, чем плохо, что промежутки между органами заполнены клетками? А чем было бы плохо, если бы промежутки между домами в городе были бы заполнены другими зданиями? Представьте, сколько времени у вас занял бы путь до школы или в магазин, а уж поездка на другой конец города и вовсе превратилась бы в многолетнее путешествие с приключениями. Если же говорить научно, то учеными давно доказано, что диффузия, то есть распространение различных веществ, идёт гораздо быстрее в жидкости, чем между клетками. Теперь, я думаю, вам понятно, почему плоские черви именно плоские: даже крупные их представители, шириной до 10 см, не превышают в толщину 2 мм! Ещё бы, ведь и кислород из кожи (они дышат всей поверхностью, ни жабр, ни лёгких у них нет), и питательные вещества из кишечника должны попадать к нуждающимся в них органам, проникая через клетки паренхимы. Если червь будет толще, его внутренние органы просто задохнутся, а кожа – умрет от голода.

Таким образом, первичная полость тела стала первой транспортной системой, переносящей кислород, питательные вещества и отходы обмена веществ. Конечно, эта транспортная система ещё очень примитивна, но и она существенно расширила возможности животных – по крайней мере, они смогли стать толще двух, миллиметров!

У более продвинутых животных возникает вторичная полость, или целом. Внутреннюю поверхность стенки целома выстилает специальный слой клеток – целомический эпителий, а наполнена вторичная полость целомической жидкостью. Она выполняет не только транспортную и выделительную функции, но и опорную, и дыхательную, и половую. Именно с появлением вторичной полости связано появление кровеносных сосудов – эффективной транспортной системы.

Схема строения первичной и вторичной (целом) полости тела:I – стенка тела; 2 – внутренние органы; 3 – кишечник; 4 – выстилка целома; 5 – первичная полость; 6 – целом;7 – слой кишечных мышц

У первичнополостных животных жидкость, переносящая кислород и питательные вещества, просто заполняла щели между органами, оставаясь почти неподвижной. При образовании целома транспортные пути оказались заключенными в оболочки и превратились в трубковидные сосуды, в которых жидкость уже не стояла, а двигалась благодаря толчкам сердца. Естественно, это ещё больше повысило эффективность транспортной системы. Убедиться в этом мы можем хотя бы на примере того, что среди кольчатых червей, первых «изобретателей» целома, есть настоящие гиганты австралийские дождевые черви толщиной в несколько сантиметров.

Образование целома у личинки морской звезды: 1 – кишечник; 2 – целомические мешки; 3 – зачаток каменистого канала; 4 – клетки мезенхимы (предшественникимезодермы )

Целом есть у кольчатых червей, иглокожих и у хордовых, в том числе и у человека. Наши грудная и брюшная полости это и есть отсеки целома.

Некоторых животных нельзя назвать первично– или вторичнополостными, например моллюсков и червей–немертин. У них первичная и вторичная полость сливаются. В этом случае полость тела называется миксоцелью, то есть смешанной полостью. Но функции её остаются всё теми же.

 

Чудо–камешек

Многие животные по–разному перемещаются в пространстве. Одни из них имеют органы зрения и могут увидеть, в какую сторону они двигаются. Другие же не видят ничего или почти ничего. Каким образом они узнают о своем положении в пространстве? И у лишенных зрения, и у тех, кто видит, есть особые органы – органы равновесия. У низших беспозвоночных они весьма просты. Например, у сцифоидных медуз есть небольшие глазки, которые ощущают наличие или отсутствие света. Но по всему краю зонтика медузы расположены особые органы – ропалии, которые представляют собой укороченные и видоизмененные щупальца животного. На их поверхности находятся два глазка, внутри же расположен статоцист – небольшой сферический пузырек, наполненный жидкостью, в которой находится камешек, называемый статолитом. В зависимости от положения тела камешек перемещается и соприкасается с внутренней стенкой пузырька, которая выстлана клетками эпителия со жгутиками. Статолит касается жгутиков, раздражает их, и к нервным ганглиям, расположенным рядом с ропалиями, идет сигнал – например, что тело медузы расположено зонтиком вниз, а щупальцами вверх.

Сцифоидная медуза корнерот 81

Ропалий медузы: 1 – глазное пятно; 2 – бокаловидный глазок; 3 – статоцисты (слияние клеток); 4 – статолиты

Статолит образуется клетками самого животного и состоит из карбоната кальция. Статоцисты есть у многих животных. В более сложном виде они есть и у позвоночных животных, в том числе у человека. Только у нас органы равновесия называются вестибулярным аппаратом, а камешки, содержащиеся в нем, – отолитами.

 

А где же кишечник?

Пищеварительная система – одна из самых древних в царстве животных. Даже у инфузорий и амеб есть пищеварительные вакуоли, которые расщепляют сложные органические вещества на более простые – то есть переваривают их. Хорошо развита эта система у кишечнополостных. У медуз, гидр и кораллов значительное пространство внутри тела занимает гастральная (в буквальном переводе «желудочная») полость, выстланная пищеварительными клетками. У некоторых кишечнополостных гастральная полость значительно усложнена. Например, у коралловых полипов она разделена перегородками–септами на камеры. У паразитических плоских червей сосальщиков пищеварительная система ещё сложнее. Она разветвляется на две крупные ветви и на множество более мелких веточек, таким образом, увеличивая объем кишечника и площадь поверхности, которая всасывает питательные вещества. Кстати, у нас с вами кишечник изнутри тоже не гладкий: он, конечно, не ветвится на отростки (за исключением слепой кишки и аппендикса), но зато покрыт изнутри мелкими выростами – ворсинками, в десятки раз увеличивающими площадь поверхности.

Пищеварительная система плоских червей: А – сосальщика; Б – турбеллярии отряда многоветвистых; 1 – ротовое отверстие; 2 – ротовая присоска; 3 – брюшная присоска; 4 – ветви кишечника

У сородичей сосальщиков – свободноживущих плоских червей планарий пищеварительная система устроена довольно просто: ротовое отверстие, потом глотка и ветвистая средняя кишка. Но могут быть вариации строения, например, кишка может состоять из одной, трех или же множества ветвей.

А у некоторых планарий кишки может не быть вовсе. Рот у них переходит в глотку, которая заканчивается... ничем. Далее располагается только скопление пищеварительных клеток, переваривающих проглоченную пищу. Этих планарий называют бескишечными. Хотя такое строение кишечника явно проще кишечника остальных планарий, вероятно, оно возникло вторично, и пищеварительная система бескишечных червей упростилась в ходе эволюции, возможно, потому, что эти планарии стали очень мелкими.

Пищеварительная система бескишечных планарий: 1 – ротовое отверстие; 2 – глотка

 

Всё для продолжения рода

Паразитическим животным жизненно важно как можно лучше приспособиться к существованию внутри тела хозяина или на его поверхности. Не менее важно произвести на свет как можно больше отпрысков. Ведь далеко не каждая личинка сумеет стать взрослым животным. Ей нужно проделать трудный и опасный путь: сначала яйцо должно попасть в тело .промежуточного хозяина, там при оптимальных условиях из него выведется личинка, и лишь потом она должна очутиться в пищеварительной системе окончательного хозяина. Именно поэтому ленточные черви так плодовиты: только высокая плодовитость дает им шансы на выживание.

Жизненный цикл широкого лентеца: 1 – окончательный хозяин (человек) со взрослым червём в кишечнике; 2 – яйца; 3 – вылупление личинки; 4 – личинка корацидий; 5 – первый промежуточный хозяин (рачок) с личинками в полости тела; 6 – второй промежуточный хозяин (рыба) с личинками в мышцах

Напомним, что тело ленточного червя состоит из головки, или сколекса, и члеников, число которых может варьировать от двух до нескольких тысяч. В сколексе и в каждом членике все системы органов этих животных дублируются. Впрочем, дублировать там особенно нечего: у ленточных червей полностью отсутствуют дыхательная, пищеварительная и кровеносная системы. Кислород им не только не нужен, но даже вреден (на этом, кстати, был основан старинный метод изгнания глистов) – они получают энергию при бескислородном расщеплении гликогена, который запасается в каждом членике. Переваривать пищу им также нет никакой необходимости: достаточно всосать уже переваренную хозяином пищу через покровы. Транспортировать питательные вещества тоже не надо – каждый членик способен их впитывать самостоятельно. А вот протоки выделительной, половой систем и тяжи нервной системы проходят от сколекса до последнего членика – без этого даже паразитам не обойтись.

Но вернемся к размножению этих пренеприятных созданий. Ленточные черви – гермафродиты, то есть в каждом членике животного есть органы и мужской, и женской половых систем. Такое явление, когда у паразитических животных развиваются оба типа половой системы, встречается нередко. За счет этого они гарантируют себе продолжение рода, даже если в кишечнике поселится только одна особь (а так обычно и бывает, недаром их называют солитерами, то есть, в переводе с латинского, «единственными»), а не пара – самец и самка.

Половые продукты созревают в члениках постепенно, соответственно в члениках, расположенных на конце тела, старых, они уже развитые, а в тех, что находятся около сколекса, молодых, пока зачаточные. Оплодотворение у солитеров, которые живут в кишечнике хозяина поодиночке, происходит между различными сегментами тела одного животного. Оплодотворенные членики отваливаются от тела червя и вместе с экскрементами хозяина попадают во внешнюю среду.

Зрелый оплодотворенный членик, по сути дела, представляет собой «пакетик», наполненный яйцами червя. На этом этапе происходит удивительное превращение. Перед тем как происходит оплодотворение, все системы органов членика редуцируются, а половая система, наоборот, сильно разрастается, занимая почти все пространство в сегменте. Матка принимает причудливую форму, становится крупной и многоветвистой. Все пространство между протоками женской половой системы занимают производящие сперматозоиды семенники. Случись такая редукция органов у человека, .жизнь его тут же завершилась бы.

Матка отделившегося членика плотно набита яйцами. За год некоторые солитеры производят сотни миллионов яиц.

Строение членика ленточного червя:

А – широкого лентеца; Б – бычьего цепня; 1 – совокупительный орган; 2 – семяпровод; 3 – семенники; 4 – яичник; 5 – оотип; 6 – желточники; 7 – желточный проток; 8 – матка; 9 – влагалище; 10 – отверстие , через которое выходят яйца (у цепня матка слепо замкнута); 11 – выделительный канал (у лентеца не показан)

 

Верх паразитизма

Достаточно давно учеными было открыто существо, названное саккулиной. Что это за создание, было непонятно, возникали даже сомнения в том, что это животное, настолько необычно было его строение. Весь организм саккулины состоит из бесформенных тяжей клеток, соединяющихся с мешковидным телом. Саккулина паразитирует на десятиногих ракообразных, например крабах. Тяжи клеток находятся внутри тела жертвы, а мешковидное тело снаружи, на нижней части тела краба. В этом мешке нет никаких органов, кроме половой системы.

Пока у саккулины не созрели половые клетки, мешковидное тело – резервуар для яиц – не образуется. В этот период тело саккулины представлено только тяжами клеток в теле хозяина.

Саккулина:1 – тяжи клеток внутри тела краба; 2 – мешковидное тело, выступающее наружу

Свободноплавающая личинка саккулины на разных стадиях развития

Разобраться, что же это за животное, ученым помогло изучение его развития. Из яйца выходит личинка, у которой е.сть тело, две пары усиков и конечности. По своему строению она ничем не отличается от личинки усоногих раков – к ним относятся, например, морские жёлуди, или балянусы, и морские уточки. Затем личинка меняется, у нее появляются грудь и брюшко. Она плавает в воде до тех пор, пока не найдет будущего хозяина – краба. Встретив краба, она прикрепляется к нему и прокалывает его мягкие покровы. После этого в тело краба через особый хоботок впрыскиваются неспециализированные клетки, из которых впоследствии образуются тяжи. Грудь и брюшко отпадают – они больше не нужны.

Из попавших внутрь краба неспециализированных клеток позже образуются разветвленные, как дерево, тяжи клеток.

Саккулина сильно выделяется на фоне других ракообразных. Если сравнивать ракообразных, например, с губками, нет никаких сомнений, что ракообразные – более высокоразвитые животные. У губок нет настоящих тканей, у ракообразных же развиты не только ткани, но и целые системы органов. Они подвижны и обладают хорошо развитыми многофункциональными конечностями. Поведение ракообразных может быть очень сложным, а о поведении губок даже и говорить не приходится. Но саккулина упростила своё строение настолько, что выглядит более примитивным животным, чем губки. Даже у губок специализация клеток достигает более высокого уровня, чем у клеток в тяжах саккулины.

Саккулина так приспособилась паразитировать в теле краба, что ей не нужны никакие системы органов: ни лапки, ни брюшко, ни грудь. Жизнь её, должно быть, очень скучна.

 

Точность – черта коловраток

Можно ли с уверенностью сказать, сколько клеток Составляют желудок человека? Нет, поскольку даже после тщательного и кропотливого исследования полученное число было бы весьма приблизительным, а главное – у нсех людей оно было бы разным. Более того, и у одного человека оно постоянно меняется: одни клетки отмирают, другие приходят им на смену. Однако есть животные, тело и органы которых всегда состоят из точно определенного числа клеток, – это коловратки.

Раньше их относили к одному типу с аскаридоц – к круглым червям. Сейчас же всё чаще высказывается мнение, что это самостоятельный тип специализированных животных.

Коловратка:1 – коловращательный аппарат; 2 – рот;3 – глотка с жевательным аппаратом;4 – пищевод; 5 – желудок; 6 – задняя кишка; 7 – пальцы ноги; 8 – надглоточныйганглий

Коловратки – самые мелкие многоклеточные животные: длина их составляет от 0,04 до 3–4 мм.

Передний конец тела, где находятся рот и простые глазки, усеян рядами ресничек. Поэтому внешне они скорее напоминают инфузорий, чем многоклеточных червей. Эти реснички составляют особый орган – коловорот, который помогает животным передвигаться за счет постоянного движения ресничек.

Как и у более сложно устроенных многоклеточных животных, у коловраток есть различные системы органов, за исключением кровеносной. В ней нет необходимости, поскольку клеток, к которым нужно доставлять кислород и питательные вещества, очень мало.

У коловратки эпифанес сента тело состоит точно из 959 клеток – ни больше ни меньше. После дробления оплодотворенной яйцеклетки – зиготы – число клеток остается неизменным всю жизнь. Кожу (гиподерму) образует 301 клетка, нервную систему – 247, мускулатура состоит из 122 клеток, на глотку отводится 165, в средней кишке 76, в выделительной системе – 24, а в половой всего лишь 19 клеток! У других коловраток клеток может быть ещё меньше, например у аспланхны приодонты их 900.

Интересно то, что клетки могут объединяться в образования, внутри которых они не разделены клеточными мембранами. Такое образование называется клеточным синцитием. Поэтому, чтобы узнать число клеток в теле коловратки, следует считать не столько сами клетки, сколько число ядер в синцитиях.

Позже выяснилось, что такая особенность – определенное число клеток в организме – свойственна не только коловраткам, но также и круглым червям, например аскариде. Погибшая клетка другой уже не заменяется – в этом уязвимость червей.

В царстве животных есть свои претенденты на царский трон. Возможно, их самонадеянность связана с тем, что у них есть мантия – атрибут любого монарха.

Это моллюски, мягкотелые, в большинстве своем медлительные животные. Что такое мантия? Мантия – это складка кожи. Она образуется на спине моллюсков и в виде двух листков охватывает тело по бокам. Именно мантия откладывает раковину, соответственно раковина закрывает мантию снаружи, а внутри мантии заключается мантийная полость. Кроме того, у двустворчатых моллюсков сложенные в виде трубок складки мантии образуют сифоны. С их помощью вода засасывается внутрь раковины и выталкивается наружу. В мантийной полости . мантия также участвует в передвижении воды. Её поверхностный слой состоит из мерцательного эпителия. За счет движения его ресничек вода движется внутри полости. Мантия также – это защита от различных чужеродных частиц. Если такая частица попадает в раковину, мантия тут же начинает откладывать вокруг нее слой за слоем карбонат кальция (он же является основой раковины моллюсков), пока, в конце концов, не образуется жемчужина.

У наземных брюхоногих моллюсков – они ещё называются легочными – мантия играет другую роль. Она образует небольшую полость, стенки которой пронизывает множество сосудов. Таким образом образуется легкое, способное поглощать из воздуха кислород. Благодаря этому брюхоногие моллюски смогли выйти на сушу.

План строения моллюсков разных классов: 1 – раковина; 2 – мантия; 3 – туловище; 4 – голова; 5 – нога; в –хитоны; 7 – брюхоногие; 8 – двустворчатые; 9 – головоногие

Для большинства головоногих моллюсков, не имеющих раковины, мантия важна совсем в другом отношении. Она охватывает вытянутое тело моллюска и защищает его. Животное оказывается как будто действительно одетым в мантию. На брюшной стороне тела края мантии смыкаются, образуя мантийную полость, куда через щель поступает вода. Если головоногому необходимо удрать от преследователя или просто переместиться в пространстве, он с силой выталкивает воду из мантийной полости через воронку. Такой способ движения называется реактивным. Чтобы мантия плотнее примыкала к телу, на ней имеются два хрящевых выступа, а напротив них на теле хрящевые ямки. Мантия оказывается словно пристегнутой «кнопками» к телу моллюска.

У двустворчатых моллюсков мантия образует трубки–сифоны, через которые вода поступает и выводится из мантийной полости. У головоногих же моллюсков трубкообразная воронка, из которой он выстреливает водной струей и благодаря которой плывет, образована не мантией – это видоизмененная часть ноги.

Но далеко не все моллюски могут похвастаться своей мантией. У некоторых мягкотелых мантия и мантийная полость вообще отсутствуют или представлены в очень редуцированном виде. Это беспанцирные моллюски, или аплакофоры. Они имеют червеобразную форму тела и внешне совсем не похожи на Моллюсков.

Конечно, самые достойные претенденты на царский трон – головоногие моллюски, ведь у них голубая кровь. Связано это с тем, что вещество, которое переносит кислород, у них не красный гемоглобин, как у человека, а гемоцианин, голубого цвета.

Некоторые животные могут быть очень похожими друг на друга, хотя родство между ними или очень отдаленное, или его нет вовсе. Такие двойники есть и у двустворчатых моллюсков – это плеченогие, или брахиоподы. У них есть и раковина, и нога, и, что важно, мантия, и воду они фильтруют так же, как двустворчатые моллюски. Но если у двустворчатых моллюсков полость тела смешанная, то у брахиопод она вторичная (целом), не сливающаяся с первичной. Надо также отметить, что мантия плеченогих принципиально отличается от мантии двустворчатых моллюсков. Она также образует двустворчатую раковину, но, кроме того, в ней есть мантийные каналы, в которых созревают половые клетки этих морских животных.

Моллюски и брахиоподы не единственные животные, обладающие мантией. Она есть и у сидячих ракообразных, называемых усоногими. Почти всю жизнь они проводят в своем домике, за исключением личиночной стадии, когда они могут свободно перемещаться. Свой домик они также строят с помощью мантии, которая представляет собой видоизмененные покровы тела животного – карапакс. При этом домик состоит не из двух створок, а из нескольких пластин, закрывающих тело ракообразного с боков и сверху. Открыв верхние створки домика, усоногие загоняют воду внутрь раковины при помощи своих видоизмененных конечностей и отфильтровывают из нее все съедобное.

Брахиопода: 1 – ножка; 2 – раковина

Анатомия бракиоподы(продольный срез, животное вынуто из раковины):I – правая «рука»; 2 – спинная складка мантии; 3 – брюшная складка мантии; 4 – левая рука; 5 – пищевод; 6 окологлоточная нервная система; 7 – мускул–размыкатель раковины; 8 – мускул–замыкатель раковины; 9 – задняя кишка; 10 – нефридий; 11 – его воронка; 12 – ножка; 13 – печёночные дольки; 14 – сердце; 15 – желудок; 16 – отверстия протоков «печени»; 17 – мускулы–замыкатели

Что же, если считать мантию признаком королевского достоинства, то придётся признать, что «короли» животного царства – как правило, довольно ленивые и тупоумные создания. В самом деле, мантия появляется у раковинных животных, прячущихся в раковине, а раковина почти всегда означает малую подвижность или вообще неподвижный образ жизни. Ну, а малоподвижные или сидячие животные умными быть не могут – незачем. Исключение представляют головоногие моллюски, которые умудрились, избавившись от раковины, сохранить мантию и стать одними из самых интеллектуальных беспозвоночных, и животных вообще.

 

Мозг кальмара

Нервная система примитивных беспозвоночных состоит из узлов, или ганглиев, которые соединены между собой тяжами. Ганглии представляют собой скопления нервных клеток и, как правило, располагаются попарно. У каждого из них свои функции: одни регулируют жизнь головной части тела, другие контролируют внутренние органы, третьи отвечают за передвижение. У наиболее высокоразвитых животных ганглии объединяются, попарно или же все вместе. Особый интерес представляет нервная система высших головоногих моллюсков – осьминогов, каракатиц и кальмаров.

Диффузная нервная система гидры (1), лестничные нервные системы примитивного моллюска (хитона) (2) и плоского червя (турбеллярии) (3)

Эти животные очень хорошо приспособлены к жизни в воде. Одни великолепно плавают, другие умеют хорошо прятаться среди камней и в пещерах. Для них характерно сложное поведение, забота о потомстве, зрение, очень похожее на зрение человека. Недаром головоногие моллюски были названы «приматами моря».

Чтобы активно передвигаться, иметь сложное поведение и ориентироваться в пространстве, необходимо иметь хорошо развитую нервную систему. Расстояние между большинством ганглиев этих моллюсков в процессе эволюции постепенно сокращалось, и у современных головоногих эти ганглии увеличились и слились вместе, образовав мозг. Правда, остаются ещё ганглии, которые не входят в состав мозга и находятся в мантии и в туловище. Получается, что каждый отдел мозга отвечает за свою часть организма, как и в мозгу человека. У головоногих сильно развиты оптические ганглии, которые необходимы для обеспечения хорошего зрения моллюсков. Точно так же, как человеческий мозг, главный орган нервной системы головоногих моллюсков заключен в своеобразный череп, а точнее – хрящевую капсулу. Казалось бы, мозг хорошо защищен со всех сторон, но его уязвимое место, ахиллесова пята, находится внутри: прямо через мозг проходит пищевод. Поэтому пища головоногих должна быть размельченной или жидкой, чтобы не травмировать центр нервной системы.

Головной мозг головоногого моллюска (осьминога): 1 – нервы; 2 – пищевод; 3 – ганглии

Почему же так получилось, что, имея хорошую защиту снаружи, мозг кальмаров уязвим со стороны пищевода? Зачем вообще пищеводу проходить через мозг? Напомним, что мозг головоногих образовался при слиянии нескольких ганглиев. А задолго до того, как головоногие стали резко «умнеть», их предки образовали так называемое окологлоточное кольцо ганглиев, располагавшееся вокруг пищевода. Тогда ганглии были ещё маленькими и такая конструкция никому не мешала. А «предвидеть», что в дальнейшем это кольцо превратится в мозг, расположенный весьма непрактичным образом, эволюция, сами понимаете, не могла.

В эволюционной истории животных окологлоточное кольцо впервые появляется у кольчатых червей. Это тяжи нервных клеток, замыкающиеся вокруг глотки и соединяющие ганглии в голове червей. От кольчецов и произошли моллюски, и именно от них они унаследовали такую особенность.

Вообще же появление у беспозвоночных животных ганглиев было большим достижением в эволюции животного мира. Увеличение нервных центров за счет возрастания числа нервных клеток приводит к тому, что усиливается регуляция внутренних процессов организма, что, в свою очередь, способствует все большему усложнению его строения. Таким образом, движения и поведение животных становятся все более сложными. А сближение ганглиев улучшает связь между ними, так как сигнал от одного центра к другому проходит очень быстро.

Чтобы ловить добычу, головоногим моллюскам необходимо хорошее зрение. От него также зависит ещё одна особенность этих морских животных – способность менять окраску своего тела, чтобы слиться с окружающей их обстановкой. Поэтому головоногих моллюсков можно назвать не только «приматами моря», но ещё и. «морскими хамелеонами». Чтобы стать такого же цвета, как, например, дно, нужно уметь различать цвета. И делать это нужно максимально хорошо, ведь песок, ил или камни на дне не всегда одного цвета. Оцените трудность задачи: осьминог, кальмар или каракатица должны воссоздать картину окружающего дна на своей спине. Неудивительно, что глаза головоногих моллюсков очень хорошо развиты. Удивительно, однако, насколько они похожи на глаза человека и других млекопитающих.

Осьминог

Как и у нас, у кальмаров и их сородичей глаз представляет собой глазное яблоко, покрытое роговицей. Есть у головоногих и радужная оболочка, которая формирует зрачок, и хрусталик, и сетчатка. От сетчатки отходит зрительный нерв, идущий к оптическим ганглиям мозга. Глаза млекопитающих и головоногих моллюсков очень похожи, но появились независимо, поскольку моллюски и позвоночные не связаны никаким родством. Подобное явление называется конвергенцией.

Строение глаза головоногих моллюсков: 1 – стекловидное тело;2 – веко; 3 – роговица; 4 – хрусталик; 5 – зрачок

Если подробно рассматривать глаз человека и глаз кальмара, то отличия все же можно найти. В глазном яблоке моллюсков есть отверстие, отсутствующее у нас; его возникновение связано с тем, что головоногие моллюски живут в водной среде. Это отверстие выравнивает разницу давлений внутри глаза и снаружи, иначе вода просто раздавила бы или разорвала его. Ещё одно отличие связано с хрусталиком: наводка на резкость у млекопитающих достигается увеличением и уменьшением выпуклости хрусталика с помощью глазных мышц, а у головоногих мышцы перемещают хрусталик взад–вперёд.

 

Бомбардировщики

У головоногих моллюсков есть один необычный орган, которого нет ни у каких других животных, – это железа, называемая «чернильным мешком». Она действительно похожа на мешок или грушу. У каракатицы её резервуар столь велик, что занимает значительное пространство в задней части тела головоногого. Она разделена на две камеры: в верхней находится чернильный секрет, нижняя часть заполнена клетками, которые его вырабатывают. Её проток впадает в заднюю кишку моллюска.

Чернильный мешок каракатицы (продольный разрез):

1 – зона образования железистых складок; 2 – железистые складки; 3 – железистый отдел; 4 – резервуар; 5 – проток чернильного мешка; 6 – внутренний сфинктер (клапан); 7 – наружный сфинктер; 8 – прямая кишка; 9 – анальное отверстие

Осьминог спасается от мурены, выбрасывая чернила

Из задней кишки секрет этой железы выходит в мантийную полость, из которой выбрасывается наружу через воронку. Чернильный мешок выделяет жидкий секрет, который по составу представляет собой органические красители – меланины. Он имеет черный цвет (иногда коричневый или сине–черный) и накапливается в специальном резервуаре. Это средство защиты головоногих моллюсков.

Когда головоногому моллюску угрожает опасность, он выпускает прямо перед глазами врага чернильную «бомбу» – ту самую жидкость, которая вырабатывается чернильной железой. Существует мнение, что возникающее чернильное облако даже имеет форму осьминога. Хищник бросается на него, но не только не ловит моллюска, но и оказывается полностью дезориентирован в пространстве. Есть предположение, что вещества, содержащиеся в чернильной «бомбе», на мгновения или парализуют врага, или притупляют его обоняние. Выиграв время, головоногий хитрец успевает уплыть или спрятаться.

 

Принцип один – сердца разные!

Сердце не случайно называют «мотором». За счет чередующихся сокращений и расслаблений оно перегоняет весь объем крови организма к органам и тканям и обратно за короткий промежуток времени. Кровь несет питательные вещества, кислород и отработанные продукты обмена веществ. Как только сердце перестает работать, клетки организма испытывают недостаток питания и кислорода, а также отравляются вредными продуктами обмена веществ, которые не выводятся из организма.

У беспозвоночных, которые уже имеют сеть кровеносных сосудов, роль сердца выполняют некоторые из них. Собственно, сердце именно от такого сосуда и произошло. У многощетинковых кольчатых червей настоящего сердца нет, но есть пульсирующие сосуды. А у их ближайших родственников, малощетинковых кольчатых червей, к которым относятся хорошо вам знакомые дождевые черви, сердце есть. Хотя в принципе строение кровеносной системы у обоих классов кольчатых червей почти одинаковое: существует брюшной и спинной кровеносные сосуды, соединенные кольцевыми сосудами, от крупных сосудов отходят более мелкие.

Кольцевые «сердца» дождевого червя: 1 – глотка; 2 – пищевод; 3 – сердца; 4 – спинной кровеносный сосуд; 5 – брюшной 'кровеносный сосуд

У дождевого червя продвижение крови происходит более интенсивно, потому что в передней части тела кольцевые сосуды хорошо развиты и пульсируют. Их называют «кольцевыми сердцами». Так что у дождевого червя не одно, а несколько сердец.

Совсем иное строение имеет сердце моллюсков. Это уже не трубка, а мешочек, разделенный на камеры. Разделение на камеры способствует увеличению интенсивности кровообращения и разобщает потоки крови, идущие к органам дыхания и внутренним органам и обратно. У большинства брюхоногих моллюсков есть две камеры: желудочек и предсердие.

Почти у всех моллюсков есть только один желудочек, а вот предсердий может быть разное число. У двустворчатых их всегда два, у головоногих – два или четыре. Особенно интересно сердце «живых ископаемых» – моллюсков моноплакофор (которых ошибочно считали вымершими и открыли заново только около полувека назад). Сердце этих редко встречающихся в океане моллюсков состоит из желудочка и двух предсердий – вроде бы ничего особенного. Но таких сердец у них не одно, а два! Правда, оба желудочка этих сердец объединены единым сосудом.

Строение сердца моллюсков: I – морского блюдечка; II – виноградной улитки; А – внешний вид; Б – вскрытое сердце; 1 – предсердие; 2 – желудочек; 3 – тяжи соединительной ткани; 4 – клапан

Сердце, состоящее из камер, очень распространено среди животных. У беспозвоночных животных оно располагается на спинной стороне тела, у позвоночных – на брюшной.

Особый тип сердца, не слишком похожий на традиционный камерный, характерен для членистоногих. Это многокамерная трубка (как считают ученые, видоизмененный спинной кровеносный сосуд), которая напоминает соединенные вместе многочисленные сердца. В каждый «отсек» такого сердца впадают два сосуда. У самых примитивных ракообразных количество подобных «отсеков» велико. Подобное строение имеет также сердце паукообразных, многоножек и насекомых.

Моноплакофора неопилина Галатеи: А – вид снизу; Б – вид сверху; 1 – раковина; 2 – ротовое отверстие; 3 – щупальца; 4 – жабры; 5 – край мантии; 6 – анальное отверстие; 7 – голова; 8 – нога

Хорошо развитое сердце необходимо всем активно передвигающимся животным. Но если животное малоподвижно или вообще всю жизнь проводит на одном месте, то и сердце у него будет максимально упрощено или будет отсутствовать вовсе.

 

Ноги – жабры – руки

Можно ли дышать руками, передвигаться на жабрах, а есть ногами? Можно, если вы ракообразное.

Нога ракообразных (это хорошо известные вам раки, мокрицы, креветки, морские желуди, крабы, дафнии, циклопы) состоит из члеников (за что эти животные и получили своё название). Но, кроме того, она состоит из двух ветвей. Подобное строение конечностей было отмечено ещё у предков членистоногих – кольчатых червей, «ножки» (параподии) которых также были двуветвистыми, точнее двулопастными.

Жаброног

Нога жабронога: 1 – основание (протоподит); 2 – наружная ветвь; 3 – внутренняя ветвь; 4 – дыхательные придатки

Примером двуветвистой лапки являются грудные ноги примитивного ракообразного – жабронога.

Это маленький рачок длиной немногим более 5 мм.

Его конечности, с помощью которых он плавает, состоят из двух ветвей, одна из которых превратилась в листовидную жабру. Активно двигая ногами, рачок ловит пищу: мелкие пищевые частицы и водоросли. Получается, что с помощью ног жаброног и передвигается, и дышит, и вылавливает пищу.

У более высокоорганизованных ракообразных, таких, как речной рак или крабы, грудные ноги приспособлены лишь для выполнения своей основной функции – передвижения, потому и называются они ходильными. Тем не менее в их основании есть небольшие жабры, вторые ветви конечностей, так что даже высокоорганизованные раки дышат ногами.

Параподии многощетинкового червя: 1 – спинной усик; 2 – спинная ветвь параподии; 3 – щетинки; 4 – брюшная ветвь параподии; 5 – брюшной усик; 6 – жёсткие опорные щетинки в мясистой части параподии

Ноги жабронога – свидетельство большой древности этих ракообразных. Схожие двуветвистые конечности были у древних вымерших членистоногих – трилобитов, живших около 550 миллионов лет назад, в кембрийский период.

 

Глаза бывают разные

Способность видеть – очень важное свойство животных, позволяющее им получать информацию об окружающем мире. Наблюдая, что происходит вокруг, можно ориентироваться в пространстве, находить пищу, вовремя заметить приближение хищника и т. д. Но далеко не у всех животных есть органы зрения. Некоторым они не нужны, поскольку они живут в полной темноте. Но и среди зрячих животных органы зрения – глаза – очень различаются. Совершим небольшой экскурс по животному царству.

Как вы думаете, что видит эвглена? Наверное, скажете: ничего. И будете не совсем правы. У нее есть светочувствительная органелла – глазок, или стигма. Она, конечно, не видит окружающий мир, как мы, но отличает свет от тьмы.

Эвглена: 1 – жгутик; 2 – глазок (стигма); 3 – ядро; 4 – хлоропласты

Эта способность ей очень нужна. Ведь эвглена и ещё целый ряд жгутиконосцев могут фотосинтезировать.

А для фотосинтеза нужен свет. Попав в темноту, эвглена может почувствовать это и начать поиски освещенного места. Движение по направлению к свету называется фототаксисом.

Но всё же это ещё не глаз. А вот у медуз глаза есть, и много. У большинства гидроидных медуз глаза представлены глазными ямками, дно которых выстлано светочувствительными, или ретинальными, клетками. Подобные ретинальные клетки есть и в наших глазах. Такие глазные ямки способны чувствовать лишь наличие или отсутствие света. У сцифоидных медуз глаза более сложно организованы. Они пузыревидные, то есть имеют замкнутую оболочку. Такие глаза имеют роговицу и даже хрусталик. Но, несмотря на это, видят они тоже только свет. Глаз у медуз может быть много. Они расположены у основания щупалец.

Число глаз у ресничных червей может доходить до нескольких десятков, хотя иногда их всего лишь пара. Они называются глазными бокалами. Интересны они тем, что их светочувствительные клетки располагаются не вперёд, навстречу свету, а обращены к телу животного. Поэтому свет проходит сначала через весь бокал глаза и через всё тело светочувствительной клетки и только потом попадает на светочувствительные окончания зрительных клеток. Можно сказать, что глаза планарий смотрят друг на друга. Интересно, как планарии видят мир?

А вот их паразитическим собратьям – сосал ыццкам глаза не нужны. Зачем они им, если животное большую часть жизни находится внутри тела своего хозяина. Глазки имеет лишь одна их личиночная стадия, которая является свободноживущей. Это наводит на мысль, что когда–то очень давно предки сосальщиков не были паразитическими животными и имели органы зрения.

Где только не располагаются глаза различных моллюсков: у их предков – кольчатых червей – они располагались на жабрах, у двустворчатых моллюсков – на сифонах и жабрах, у брюхоногих моллюсков – на щупальцах.

Все перечисленные типы глаз: глазная ямка, перевернутый глазной бокал, пузыревидные глаза – повторяются у различных животных. Но есть представители животного царства с очень специфическими органами зрения. Например, головоногие моллюски, глаза которых по строению очень похожи на человеческие (им мы посвятили отдельный рассказ).

Очень сложные глаза у многих членистоногих. Они состоят из шестигранных сегментов–омматидиев, или фасеток, собранных вместе. С виду глаз кажется единым, но если приглядеться, то можно заметить, что он состоит из множества ячеек. Каждая фасетка видит свою часть изображения. Образ, поступающий от каждой из фасеток, складывается в мозге с остальными. Так получается единая картинка, собранная из частей, словно мозаика.

Фасеточный глаз насекомых: А – общий вид; Б – строение отдельной фасетки дневного насекомого; В – то же ночного насекомого; 1 – прозрачная хитиновая кутикула; 2 – хрустальный конус; 3 – светочувствительные клетки; 4 – прослойки пигмента между светочувствительными клетками; 5 – нервные волокна

Сложность организации не обязательно подразумевает сложность строения органов чувств. Например, у довольно сложно организованных малощетинковых червей и большинства иглокожих глаз нет, но на покровах тела имеются светочувствительные клетки. То есть они видят мир на уровне эвглены.

 

Жабры наголо

Многие животные защищают своё тело или же наиболее важные органы, скрываясь под броней раковины, в надежном панцире, под охраной костей. Но из любого правила есть исключения. Некоторые представители животного царства, наоборот, выносят жизненно важные органы на поверхность тела. Например, органы дыхания – жабры.

Так происходит у своеобразной группы брюхоногих моллюсков, которые так и называются: голожаберные. Формой тела эти морские моллюски напоминают слизней, зачастую гораздо более крупных, чем настоящие, сухопутные. Спина их покрыта цветными отростками, разнообразие окраски и пестрота которых иногда просто поражают. Это и есть кожные жабры голожаберных моллюсков.

Почему голожаберные моллюски «решились» расположить жабры на поверхности тела, да ещё и обозначить их яркой окраской? Ведь они будут заметны многим хищникам, особенно высокоорганизованным животным, которые различают цвета, таким, например, как головоногие моллюски. Но они не случайно дразнят хищников яркой окраской.

Голожаберныймоллюск: I – глаза; 2 – щупальца; 3 – вторичные жабры

Хищникам известно, что чем ярче животное, тем оно более ядовитое. Такая окраска предостерегает хищника.

Может, и голожаберные моллюски предупреждают врага: не ешь меня, пожалеешь! Но чем может угрожать мягкотелый моллюск, не имеющий яда? Оказывается, в арсенале голожаберных моллюсков есть не менее грозное и эффективное оружие.

Голожаберные моллюски очень любят, ползая среди кораллов или гидроидов, поедать полипов, соскребая их с помощью радулы. Но переваривают они полипов не полностью, оставляя стрекательные клетки невредимыми. Голожаберные моллюски имеют одну интересную анатомическую особенность. Их печень имеет множество ответвлений, которые заходят в кожные жабры (по сути дела, пищеварительная система заходит в дыхательную!). По отросткам печени стрекательные клетки из кишечника попадают в покровы жабер и располагаются на поверхности. Таким образом у голожаберных появляется отличная защита от хищников, «позаимствованная» у жертв.

Стрекательные клетки кишечнополостных: А – до выстреливания; Б – после выстреливания; 1 – чувствительный щупик; 2 – стрекательная нить; 3 – зубцы на нити; 4 – ядро клетки

В обычных прудах, реках, озерах и даже лужах живут личинки насекомых, которые совсем не похожи на взрослых животных, в которых они потом превращаются, – это личинки подёнок.

Личинка подёнки: 1 – жабры, пронизанные трахеями; 2 – хвостовые нити; 3 – голова; 4 – грудь; 5 – брюшко

В воде личинки мало заметны, но если всё же удалось одну из них поймать, то в лупу её легко можно разглядеть. Как у всех насекомых, тело личинки поденки состоит из головы, груди и брюшка. На груди, как положено, находятся три пары ног. На конце брюшка имеются, как правило, три хвостовые нити, с помощью которых личинка, порой очень быстро, плавает в воде. Но нас интересует не эта особенность строения личинки. Каждый брюшной сегмент несет пару лепестковидных выростов. Иногда они имеют форму ветки или вилки. Это жабры, причем трахейные. Мы уже говорили, что у насекомых дыхательная система образована трахеями – мельчайшими жесткими трубочками, которые уходят в глубь тела и многократно ветвятся, доставляя кислород ко всем клеткам.

Трахеями образована и дыхательная система личинок подёнок. Как и у всех насекомых, их трахеи заканчиваются крошечными трубочками, подводящими кислород к тканям. А вот начинаются трахеи не отверстиями на поверхности тела насекомого, а в жабрах. Жабры личинки представляют собой тонкие выросты покровов тела, сплошь пронизанные трахеями. Чтобы улучшить дыхание, личинки двигают жабрами, создавая непрерывный ток воды вокруг жабр, сами они при этом могут оставаться неподвижными.

Такие же наружные жабры можно обнаружить у пресноводных личинок других насекомых – ручейников. Они наверняка вам хорошо знакомы: зачастую на прибрежной отмели пруда легко заметить их шевелящиеся палочковидные домики, которые неспешно ползут по дну.

На брюшке ручейника тоже есть жабры, но они не такие, как у личинки поденки. Это светлые нежные нитевидные выросты, объединенные в пучки. Это тоже трахеи. Само брюшко личинки ручейника тоже очень нежное. Поэтому большинство ручейников строят домики, а правильнее сказать – чехлики.

Домики личинок ручейников

Они состоят из песчинок, маленьких фрагментов веточек, листочков, небольших раковин моллюсков. Если бы домик был замкнутым, могли бы возникнуть проблемы с дыханием, потому что внутрь поступало бы очень мало воды. Поэтому личинки ручейника строят сквозной чех лик, который имеет как входное, переднее отверстие, так и выходное, заднее. Таким образом в чехлике создается постоянный ток воды, которая омывает жабры и делает дыхание более эффективным.

Насекомые, в отличие от других членистоногих, ракообразных, отказались от настоящих жабр. Это связано с тем, что насекомые предпочли жить на суше. А в наземной среде жабры малоэффективны, если их не спрятать под панцирь, как это делают наземные ракообразные – мокрицы. Но в этом случае воздух должен быть достаточно влажным, чтобы жабры функционировали. То же самое произошло и с позвоночными животными. Первые земноводные утратили жабры (за исключением их личинок) и перешли к легочному дыханию, которое гораздо более эффективно в наземной среде. Этот тип дыхания свойственен всем наземным позвоночным, и человеку в том числе.

Личинка ручейника: А – общий вид личинки, вынутой из домика (жабры изображены в приподнятом состоянии, у живой личинки они прижаты к телу); Б – строение жабры. 1 – ветвящаяся трахея

Но что делать, если хотя бы часть жизни проходит в воде? И водные (чаще всего полуводные) насекомые решают эту проблему разными способами. Некоторые из них вернулись к жабрам. Но это уже не те жабры, что были у ракообразных. Эти органы дыхания трахейные, как и у наземных членистоногих. Правда, надо отметить, что далеко не всегда у взрослых животных или их личинок переход к водному образу жизни сопровождается воссозданием жабр в том или ином виде. Водные млекопитающие – киты и дельфины – ими обзаводиться не стали.

 

Куда сложить все ненужное?

Чтобы избавиться от продуктов обмена веществ и вывести их из организма, животные идут на разные ухищрения. Именно с этой целью появилась выделительная система – комплекс органов, отвечающий за очищение организма от ненужных и вредных веществ. Как считают некоторые ученые, с функцией выделения связано и появление в эволюции наружного скелета. Когда–то животные научились выводить из своего тела лишние соли, которые кристаллизовались на внешней поверхности тела в виде отдельных щетинок и чешуек и со временем срастались. Так постепенно появилась первая раковина. Нечаянно приобретенная, раковина оказалась очень выгодной, она сохранилась и становилась всё более разнообразной по конструкции. Так ненужная вещь стала полезной. До сих пор часть вредных веществ из тела насекомых просто откладывается в их покровах.

Но можно отработанные вещества хранить и внутри тела. В вакуолях некоторых клеток отработанные вещества иногда остаются на вечное хранение.

Бывает так, что целые органы работают для того, чтобы сохранять внутри себя продукты обмена веществ. Это так называемые «почки накопления». Их составляют особые клетки, которые располагаются около сердца в особом органе – жировом теле. Этот орган многофункционален. Одна его часть содержит вредные вещества, а другая, наоборот, запасает полезные, питательные. За счет хранения последних насекомое переживает неблагоприятные условия, когда нет возможности добывать достаточно пищи. У жуков–светляков жировое тело обладает ещё одной функцией, без которой светляки не были бы светляками: оно светится.

Жировое тело насекомого: А – разрез лопасти жирового тела жука–плавунца; Б – разрез лопасти жирового тела таракана; 1 – ядра клеток; 2 – гранулы; 3 – жировые клетки (границы при полном заполнении жиром становятся почти незаметными); 4 – жировые капли; 5 – клетки с симбиотическими бактериями

Светляки

 

Печень печени рознь

Печень – одна из самых крупных желез в нашем организме. И выполняет она не одну, а несколько функций (подробнее об этом читайте в отдельном рассказе, посвященном печени человека). Но когда появилась первая печень, и всегда ли она была такой, как у нас? Попробуем узнать об этом побольше.

Печень впервые появилась около 550 миллионов лет назад у моллюсков. Ни у червей, ни у кишечнополостных, ни тем более у губок печени нет.

Печень хитона

Печень моллюсков двухлопастная. У человека печеночный проток впадает в отдел средней кишки – двенадцатиперстную кишку, прямо рядом с протоком поджелудочной железы, с которой они связаны не только расположением, но и происхождением. А у моллюсков проток печени впадает не в кишечник, а в желудок. Здесь секрет, выделяемый печенью, участвует в переваривании углеводов. Заметьте, что ферменты нашей печени переваривают жиры. А у брюхоногих, двустворчатых и моноплакофор в желудке есть ещё особое приспособление – хрустальный столбик, который, растворяясь, выделяет ферменты, переваривающие углеводы.

В нашу печень пища не попадает и не переваривается в ней, а в печени моллюсков происходит внутриклеточное пищеварение путем фагоцитоза. Также здесь всасываются питательные вещества, получившиеся в результате переваривания, что тоже чуждо печени человека. Эту функцию у нас выполняет кишечник.

Может, это и не печень, раз она впадает не в кишечник, всасывает пищу и вообще «ведет себя неправильно»? Оказывается, всё не так просто. Двенадцатиперстная кишка человека во время эмбриогенеза образуется из одного зародышевого листка – энтодермы, а наш желудок – из другого, из эктодермы. У моллюсков все происходит немного иначе. Родоначальницей средней кишки и желудка является энтодерма. То же самое происходит и у плеченогих, или брахиопод. Значит, проток печени «правильно» впадает в начало энтодермального отдела кишечника – в желудок. Так что расположена печень моллюсков на самом деле там же, где и у нас.

Печень каракатицы

Особняком стоят головоногие, ведь их печень приобрела больше функций, чем у других моллюсков. К тому же у них протоки печени усажены маленькими островками клеток, которые в совокупности ученые называют поджелудочной железой.

Её ферменты переваривают полисахариды, как и у человека.

Способность не только выделять пищеварительные ферменты, но и переваривать внутри клеток, а также всасывать пищу сохранилась у парной печени ракообразных. У них печень переваривает и белки, и жиры, и углеводы. Но впадает её проток уже не в желудок, а в начало энтодермальной средней кишки, ведь желудок у них другого происхождения, в отличие от моллюсков, он – эктодермальный.

У хелицеровых и насекомых печень – это выросты кишечника. Если у подавляющего большинства беспозвоночных секрет печени попадает в просвет желудочно–кишечного тракта, то некоторые паукообразные используют его по–иному. Вместе с секретом слюнных желез они впрыскивают его в тело жертвы, переваривая ткани добычи внутри её собственных покровов. Такое пищеварение называется наружным.

Печень иглокожих

Хищные морские звезды и некоторые асцидии имеют печеночные выросты или придатки, куда заходит пища. Здесь же завершается последний этап переваривания – внутриклеточное пищеварение.

Необычно развивается печень бесчелюстных позвоночных – миног. У личинок она, как «обычная» печень, соединена с кишечником протоком. Но у взрослых животных этот проток исчезает и печень функционирует уже как железа внутренней секреции, выделяя в кровь биологически активные вещества.

У костных рыб впервые появляется неотъемлемая часть печени – желчный пузырь. Они же становятся первыми среди позвоночных обладателями поджелудочной железы, которая представляет собой островки клеток, такие же, как у головоногих моллюсков.

Печень ящерицы

Только с выходом на сушу позвоночные животные (первыми из них бЬши земноводные) обзавелись обособленной поджелудочной железой, которая стала привычно для нас располагаться на левой стороне .тела, под желудком, оправдывая таким образом своё название. Очень крупны печень и поджелудочная железа у птиц. Это, видимо, связано с интенсивным обменом веществ этих летающих животных.

Как видите, под названием «печень» собрано огромное разнообразие пищеварительных желез схожего положения и функций. Это понятие гораздо шире, чем мы его представляем.

Но самое главное, что объединяет все печени, – её проток впадает в начало энтодермальной части пищеварительного тракта.

 

Вместилище для бактерий

На глубине сотен метров в морской пучине есть оазисы жизни. Это не те оазисы, которые может встретить изможденный жарой странник в пустыне. Тем не менее кое–что их роднит. На глубине сотен и тысяч метров представители животного мира не столь разнообразны, как на мелководье. Сюда не поступает солнечный свет, пища скудна. Здесь выживают лишь немногие морские обитатели. Представим, что мы плывем в маленькой подводной лодке где–нибудь в Тихом океане на глубине двух километров. Лодка проходит над самым океанским дном, совсем близко. В иллюминатор можно различить всех животных, которые встречаются на пути. Вот справа по борту раскачивается волнами, производимыми подводной лодкой, кажущаяся совсем хрупкой морская лилия. Она словно наклоняет свои «руки» то влево, то вправо. Похожая на перезревший огурец полупрозрачная голотурия, усаженная причудливыми выростами, закапывается в ил. От этого над дном появляется облако мути. Освещенные лучами прожекторов глубоководные рыбы шарахаются в стороны. На многие метры вокруг можно встретить редких животных, словно путников, заплутавших в огромной подводной пустыне. За бортом постоянная небольшая отрицательная температура.

Прямо перед иллюминаторами появляется креветка и сразу же начинает усердно скрываться от преследователя. За ней из темноты возникает ещё одна, затем мы снова видим испуганное ракообразное. И вот креветки уже проплывают не по одной, а по три–четыре. Их становится все больше, пока мы не попадаем в настоящее креветочное облако. Откуда их столько в этой почти безжизненной пустыне? Вот облако креветок «расступается», словно открывается театральный занавес. Декорации сменяются, и нашим глазам предстает сказочный замок! Из его башен вырываются мутноватые клубы горячей воды. Это вовсе не башни, а трубы фантастической фабрики жизни – всё живое ютится вокруг этих горячих труб. Здесь можно увидеть россыпи крупных беловатых моллюсков–калиптоген, трубки, над которыми возвышаются или бесцветные, или ярко–красные султаны и початки щупалец каких–то червей. Между ними ползают деловитые крабы и медлительные брюхоногие моллюски, а вокруг всё так же многотысячной стаей роятся креветки...

Это гидротермальные источники, или «черные курильщики». Именно благодаря им и образовался этот оазис среди полумертвого дна. Из труб «курильщика» бьет вверх горячая вода.

Чёрные курильщики

Обогащенная солями различных металлов, сероводородом, она вырывается из глубин земной коры, словно подводный гейзер. Но животные поселяются рядом с «курильщиком» не для того, чтобы согреться. Так в чем же дело?

Начиная с 1977 года исследователи глубоководных оазисов подняли на поверхность океана множество гидротермальных животных. Удивительным оказалось то, что у самых многочисленных из них, уже упомянутых здесь двустворчатых моллюсков и червеобразных животных, сидящих в трубках, была плохо развита пищеварительная система. Другие были обычными фильтраторами, падальщиками и хищниками.

Огромные, под два метра высотой, червеобразные животные, названные рифтиями, поразили ученых. Такие гиганты на такой глубине! Чем же они могут себя прокормить, тем более что их пищеварительная система недоразвита? На переднем конце тела (точнее, верхнем, потому что эти беспозвоночные сидят в трубках вертикально) располагается ярко–красное початковидное утолщение. Сначала предположили, что это орган для накапливания и запасания питательных веществ, но позже выяснилось, что это не так. Оказалось, что в органе находятся кристаллики серы и серобактерии, которые располагаются прямо внутри клеток, их назвали бактериоцитами. Биохимики выяснили, что находящиеся в клетках бактерии окисляют соединения серы, поступающие в организм из богатой сероводородом окружающей морской воды, и питаются таким образом. А червь использует часть веществ, выработанных бактериями, для своего питания. Поэтому–то кишечник ему и не нужен.

Вестиментиферарифтия: 1 – фрагмент трубки

Выяснилось также, что ярко–красный цвет органа, названного трофосомой (от греческого «трофо» – «пища, питаться», «сома» – «тело»), связан с хорошо знакомым нам белком, переносящим кислород, – гемоглобином. Эритроцитов в крови рифтий нет – белок просто растворен в плазме. Но сероводород – яд для дыхания, он будет мешать присоединению к гемоглобину кислорода! Оказывается, кислород присоединяется с одной стороны молекулы гемоглобина, а сероводород – с другой.

Рифтий и похожих на них животных выделили в отдельную группу вестиментифер в типе погонофор. Иногда их выделяют и в самостоятельный тип, настолько своеобразно их строение.

Заметим, что симбиотические бактерии – частые гости внутренних органов самых разных животных, от беспозвоночных и до человека. У нас они, например, населяют кишечник.

Но вестиментиферы – не единственные животные, которые питаются за счёт симбиотических серобактерий. Вспомним крупных двустворчатых моллюсков–калиптоген: в их также ярко–красных жабрах столь же много гемоглобина. Есть и кармашки, или ячейки, с бактериями. Но пищеварительная система не редуцирована полностью. Эти моллюски могут получать пищу, отфильтровывая её из воды. Такой тип питания называется смешанным, или миксотрофным.

В менее длинных трубках, но ближе к самому эпицентру выброса горячей воды, поселяются кольчатые черви альвинеллы, или помпейские черви. С виду – обычный морской кольчатый червь, живущий в трубке, таких в океане предостаточно. Но если его вынуть из трубки, то окажется, что всё его тело окутано какими–то нитями, словно бахромой. Выяснилось, что нити эти полностью состоят из серобактерий. Значит, червь перешел на питание органическими веществами, которые производят бактерии? И да и нет. Действительно, скорее всего, через отверстия на теле, которые находятся в основании бактериальных нитей, поступают питательные вещества. Но червь может и иным способом самостоятельно вылавливать из воды пищу. Получается, по типу питания помпейский червь сходен с калиптогенами.

Помпейский червь: 1 – нити серобактерий

Позже выяснилось, что не только вестиментиферы, но и другие ранее хорошо известные и совсем не гигантские и не глубоководные погонофоры вступают в симбиоз с бактериями. Найдены оазисы, в центре которых «курильщики» оказались холодными, и участки морского дна, где с водой из земной коры просачивался не сероводород, а метан. В последнем случае симбионтами беспозвоночных животных были метанобактерии.

Лишив себя пищеварительной системы, вестиментиферы нисколько не пострадали от этого. Но если каким–то образом лишить животное трофосомы, оно умрет от голода. Кто знает, может быть, пройдет ещё несколько миллионов лет и калиптогены, помпейские черви и другие миксотрофные животные, обитающие на этих глубоководных оазисах, так же полностью откажутся от вылавливания пищи из воды. А вдруг и у них появятся какие–то органы наподобие трофосомы рифтий? Ведь эволюция ни на миг не останавливается.

 

Сам себе агроном

Дождевой червь – усердный труженик. Всю свою жизнь он роет норы, создавая маленькие подземные ходы. Он неустанно ищет и собирает опавшие листья. Даже если лист оказывается больше червя, он все равно упрямо целиком затаскивает его внутрь норки.

Пищеварительная система дождевого червя: А – продольный срез передней части тела; Б – поперечный срез в средней части тела; В – продольный срез пищевода. 1 – глотка; 2 – пищевод; 3 – железистый желудок; 4 – мускульный желудок; 5 – мышцы; 6 – полость тела; 7 – брюшной сосуд; 8 – брюшная нервная цепочка; 9 – полость кишечника; 10 – тифлозоль; 11 – спинной сосуд; 12 – известковые железы

Строя подземные ходы, дождевой червь одновременно питается. Он проглатывает порции почвы, оказавшейся на его пути. В желудке все съедобное, что содержится в почве, переваривается, а в средней кишке всасываются все питательные вещества. Для того чтобы всасывание происходило максимально эффективно, на спинной стороне кишки есть складка, которая называется тифлозоль. За счет нее увеличивается всасывательная поверхность средней кишки. Из анального отверстия выходит почва, обогащенная минеральными веществами, не только теми, которые были в ней до её заглатывания, но и теми, что образовались в результате переваривания органических веществ.

Зачастую для почвы, богатой органическими веществами, характерна повышенная кислотность. Появившийся листовой опад только увеличивает эту кислотность. Поедая частицы почвы и листья, дождевой червь вынужден нейтрализовать пищу: повышенная кислотность вредна для него. Для этого в его пищеводе находятся три пары особых желез, называемых известковыми. Их секрет нейтрализует повышенную кислотность. Кстати, слюнные железы человека также поддерживают в ротовой полости щелочную среду, нейтрализуя кислотность пищи.

Получается, что, пройдя через пищеварительную систему дождевого червя, почва меняет некоторые свои свойства и становится более плодородной. Недаром дождевых червей считают живым удобрением.

 

Три листка

В природе иногда происходят удивительные события, зачастую больше похожие на чудо, чем на закономерный факт. Например, всего лишь из двух клеток – яйцеклетки и сперматозоида – образуется целый сложный организм.

После оплодотворения яйцеклетка – теперь она называется зигота – проходит сложный путь, постепенно превращаясь в маленький новый организм.

Вначале она просто делится, образуя многоклеточный зародыш – бластулу. Бластула представляет собой просто шарик из клеток с полостью внутри. Далее группы клеток начинают перемещаться в определенные участки этого зародыша. Эта стадия называется гаструлой, а процесс – гаструляцией. Перемещение происходит не случайным образом. Каждая группа клеток в будущем образует определенные органы и даже системы органов. Но сначала они подразделяются на зародышевые листки.

У самых низкоорганизованных беспозвоночных животных, таких как кишечнополостные, зародышевых листков всего два – энтодерма, образующая внутренний слой гастральных клеток, и эктодерма, которая формирует покровы.

Более высокоорганизованные животные – большинство беспозвоночных и все позвоночные животные – имеют уже три зародышевых листка. Помимо эктодермы и энтодермы у них есть ещё средний листок, который называется мезодермой. Она может образовываться из группы клеток, или же её формируют немногочисленные отдельные клетки – телобласты.

Три зародышевых листка и основные системы органов , образующиеся из них: 1 – эктодерма; 2 – мезодерма; 3 – энтодерма

У каждого листка своё предназначение. Рассмотрим их на примере человека. Из эктодермы образуется поверхностный эпителий кожи, некоторые отделы пищеварительной системы, глаза и частично зубы, органы чувств, нервная система. Энтодерма является родоначальницей большей части пищеварительного тракта, в том числе таких желез, как печень и поджелудочная железа, многих желёз внутренней секреции, органов дыхания и частично выделения. На долю мезодермы приходится образование скелета и скелетных мышц, кровеносной системы, частично органов выделения, а также всей соединительной ткани, которая участвует в образовании опорных структур организма, на которых крепятся внутренние органы.

Интересно, что зачастую один орган или система органов образованы различными зародышевыми листками: одну часть «построила» мезодерма, другую – эктодерма, а некоторые участки сложены клетками энтодермы. Так все три зародышевых листка участвуют в построении нашего организма.

 

Всё не как у всех

Иглокожие – ужасно интересные животные. У них всё не как у других беспозвоночных. Кровеносная система есть, но сильно редуцирована. Происходи!' она от первичной полости тела и, значит, должна быть незамкнутой. Но она, даже не имея настоящих сосудов, оказывается замкнутой! Как это?

Как мы выяснили ранее, кровеносные сосуды образуются с появлением целома. Есть он и у иглокожих. Однако у.этих странных животных и целом «не удержался» от того, чтобы не сделать что–нибудь странное. От общего целома, окружающего внутренние органы, отделились дополнительные каналы, тянущиеся в лучи тела. Это так называемая псевдогемальная, или ложнокровеносная, система. Она на всём своём протяжении сопровождает нервную систему и служит для её питания, а также для защиты: нервы, окружённые каналами с жидкостью, надёжно защищены от сдавливания и травм.

А в перегородках псевдогемальной системы проходят лакуны настоящей кровеносной системы! Именно поэтому она оказывается замкнутой: её со всех сторон окружают стенки псевдогемальных каналов. И у псевдогемальной, и у кровеносной систем есть два кольца, расположенные в верхней и нижней частях тела иглокожего. От каждого из колец отходят радиальные каналы, разносящие питательные вещества во все части тела животного. Верхние и нижние кольца соединены тяжем, который называется осевым органом. Помимо кровеносных лакун, в нем располагаются клетки, отвечающие за выведение продуктов обмена веществ. Однако на этом чудеса не заканчиваются.

Кровеносная система иглокожих: 1 – аборальное кольцо; 2 – ветви к половым железам; 3 – ветви к кишечнику; 4 – осевой орган; 5 оральное (околоротовое кольцо); 6 – радиальные каналы

У человека, как вы наверняка знаете, нервная система одна: она состоит из головного и спинного мозга и нервов, которые отходят от них. А у морского ежа, например, нервных систем три! Располагающаяся в нижней части тела называется эктоневральной, в середине тела – гипоневральная, а вверху – периневральная. Каждая из них имеет в центре тела или утолщение, или кольцо, от которого отходят тяжи.

У каждой нервной системы свои задачи. Верхняя контролирует органы чувств, средняя – внутренние органы, в нижняя – амбулакральные ножки. А это ещё что такое?

Амбулакральная система – ещё одна производная целома. На верхнем полюсе тела, например, морской звезды есть мелкие входные отверстия, через которые вода попадает в тело животного. Сначала она попадает в кольцевой канал, от которого в каждый луч морской звезды отходят радиальные каналы. По их бокам идут мелкие каналы, на конце которых находиться полая ножка. Нагнетая воду в различные ножки, морская звезда может вытягивать и втягивать их и таким образом ходить по дну. Такой функции целомической полости нет ни у кого больше!

Нервная система иглокожих: 1 – эктоневральная; 2 – гипоневральная; 3 – аборальная

Амбулакральная система: 1 – мадрепоровая пластинка («забортный фильтр»);2 – каменистый канал: 3 – осевой синус; 4 – оральное кольцо амбулакральной системы; 5 – радиальный амбулакральный канал; 6 – ампулы амбулакральных ножек; 7 – кольцоперигемальной системы

 

Регенерация

Жизнь одноклеточной амебы довольно проста: делись себе на две части, образуя копии самой себя. Бесконечно делясь, амеба является почти бессмертной, ведь в каждой новой амебе есть частичка той, первоначальной, «первородной» клетки.

Чем сложнее устроен организм, тем сложнее воссоздать ему даже часть себя. Человек, например, не может вырастить потерянную руку или хотя бы зуб. Но у многих беспозвоночных сохраняется чудесное свойство восстанавливать утерянные части своего тела. Этот процесс называется регенерацией. Чем проще устроен организм, тем легче и успешнее происходит регенерация его поврежденного тела. Возьмем, к примеру, губку.

Разрушить её скелет ничего не стоит. Протерли на терке, просеяли через сито, – и всё, нет губки, только отдельные, разрозненные иглы скелета и клетки. Но клетки эти продолжают жить, собираются вместе, строят новый скелет и через некоторое время формируют новую губку. Если разрезать губку на несколько частей, то из каждой части вырастет новая.

То же и с кишечнополостными. Если лишить гидру двух–трех щупалец, на их месте вырастут новые. Снова возьмем тёрку и протрем через нее гидру. И что же, она не просто жива, но ещё и каждый фрагмент дал новое животное.

Регенерация губок

Не менее живучи и плоские черви. Разрезав планарию на 280 частей, можно получить 280 маленьких планарий: из каждого кусочка вырастет новое животное. Новому животному даже не важно, из какой части тела образовываться. Если разрезать планарию всего лишь на две части – голову и хвост, то голова вырастит хвост, а хвост обзаведется новой головой.

Особенно важно это свойство для животных, которые подвергаются нападению более ловких, чем они, хищников. Высокая способность к регенерации позволяет животным использовать удивительную уловку – самокалечение, или аутотомию. Но это тема следующего рассказа.

 

Аутотомия

Как можно спастись от хищника? Первое, что приходит в голову – как можно быстрее убежать и надеяться, что не догонит. Некоторые животные так и делают. Но не у всех есть быстрые ноги, да и хищники тоже очень проворны. Другие животные никуда не убегают, а ведут спокойный, размеренный образ жизни, но их тело или раковина имеют маскирующую окраску, чаще всего под поверхность, на которой они сидят: листик, камень, песок и т. д.

Иные, наоборот, ярко окрашены и заметны. Но они несъедобны, поскольку содержат яд. А есть такие животные, которые вполне съедобны для хищника, но окрашены так же ярко. Это камуфляж – они имитируют окраску ядовитого животного.

Некоторые животные ощетинились иглами, колючками, шипами, так что схватить их не так–то просто. И, наконец, другие не ждут, когда их сцапает голодный неприятель, а активно защищаются, пуская в ход лапы, клешни, когти и прочие средства защиты.

Но есть ещё один способ остаться в живых при встрече с врагом. Надо просто обмануть его, как это делают животные, подражающие ядовитым собратьям. Только вот цена этого обмана довольно велика – нужно отдать на съедение хищнику часть себя, чтобы лучшая и большая часть успела ускользнуть. Этот способ называется аутотомией, или самокалечением.

Один из примеров аутотомии вам хорошо известен. Когда на ящерицу нападает недруг и хватает её за хвост, бедная рептилия отбрасывает часть его. Хищник хватает извивающуюся жертву, в то время как сама ящерица убегает.

Так животному приходится жертвовать своим хвостом, который достается на обед хищнику, ради спасения жизни. Ящерица отбрасывает хвост не при каждом прикосновении. Вы можете дотронуться до него, погладить, но он останется на месте. Механизм действия заключается в следующем.

Хватая ящерицу за хвост – а именно эта часть тела чаще всего оказывается в зубах хищника, – недоброжелатель причиняет ей боль. Сигнал о причиненной боли идет по нервным окончаниям в спинной мозг, где находится специальный центр, который дает команду на резкое сокращение особой группы мышц. Они сокращаются, переламывают позвоночник, сжимают сосуды, чтобы не было кровотечения, и отделяют хвост от тела. Позвоночник отламывается в том месте, где располагается особая хрящевая пластинка, специально предназначенная для этого.

Хвост – очень важный для ящерицы орган, та$ что никогда не хватайте несчастную за хвост, чтобы посмотреть, как она его отбросит. Но в природе существуют примеры, когда животные отдают врагу ещё более важные части тела и органы.

Хвостовые позвонки ящерицы: 1 – хрящевая неокостеневающая прослойка в теле позвонка, по которой происходит разлом.

Рак может пожертвовать клешней, некоторые двустворчатые моллюски – сифоном, а кишечнополостные и некоторые кольчатые черви – своими щупальцами. Но наиболее удивительной способностью калечить себя и при этом выживать обладают иглокожие. Например, существуют морские ежи, которые при опасности распадаются на части, а каждая из частей потом вырастает в нового морского ежа. Не уступают им и морские звезды. Удобнее всего схватить морскую звезду за один из её лучей. Подобно ящерице, звезда сокращает мышцы, и схваченный луч отпадает.

Казалось бы, всего лишь пятая часть тела, не большая жертва, чем у ящерицы, Но это не так. Когда ящерица отбрасывает хвост, наибольший урон наносится позвоночнику, нервной системе, а также теряются некоторые кровеносные сосуды и мышцы. Морская звезда теряет значительно больше фрагментов жизненно важных органов. В каждом из лучей звезды есть половые железы, выросты печени, каналы амбулакральной системы, три ветви нервной системы и лакуны кровеносной системы. Чуть позже все эти системы органов достраиваются, и потерянный луч восстанавливается. Если, обескураженный таким развитием событий, хищник не съедает потерянный луч морской звезды, то последний далеко не всегда погибает. У некоторых морских звезд из него вырастает новый организм, восстанавливающий и недостающие лучи, и центральный диск. Было бы замечательно, если бы из отброшенного хвоста ящерицы вырастало бы целое животное!

Регенерация морской звезды

Ещё более самоотверженны некоторые голотурии. При нападении хищника они выбрасывают навстречу ему все свои внутренние органы, облепляющие его противной слизью. Сама голотурия успевает скрыться, зарывшись в кл. Если подобное произойдет с человеком или той же ящерицей, оба они мгновенно погибнут, а голотурия выживает и ждет несколько дней, пока вырастут новые органы.

Но аутотомия может происходить не только при встрече животных с хищниками. Некоторые свободноживущие плоские черви планарии при наступлении неблагоприятных условий, например при недостатке кислорода в воде, распадаются на части. Если условия вновь станут подходящими, из каждого кусочка планарии вырастет новый червь. Похожий процесс наблюдался и у подвижных морских лилий. Эти иглокожие могут отламывать свои руки не только при нападении хищника, но и при повышении температуры воды или её опреснении. Руки оцепеневшего животного становятся очень хрупкими, поэтому даже при легком прикосновении они отламываются. Позже даже потерявшая все руки морская лилия отращивает их вновь.

Голотурия

Но существует ещё один повод для аутотомии. Это размножение. Кольчатые черви палоло, живущие в водах Тихого океана, один раз в году, осенью, в ночь новолуния поднимаются на поверхность океана. Все их тело набито половыми клетками. Сквозь разорвавшуюся стенку тела половые клетки выходят в воду, сливаются и дают начало новым организмам. А черви, выполнившие свой родительский долг, погибают. Позже выяснили, что всплывает не весь червь, а только его хвостовая часть, которая называется эпитокной. Перед размножением хвостовая часть наполняется половыми продуктами, червь разделяется надвое, и хвост уплывает на поверхность, а передняя, атокная часть опускается на дно. Она потом отращивает новый хвост и продолжает благополучно существовать до следующего сезона размножения.

Палоло: 1 – передний конец; 2 – задний конец

Ни одно из перечисленных животных не могло бы выжить после аутотомии, если бы не удивительная способность к регенерации, которой они наделены.

 

Кости и панцирь

Как лучше всего искать своих сородичей? Скорее всего, по внешнему виду. Вот, например, некоторые обезьяны очень похожи на человека. А как же быть с дальними родственниками? Ведь их по внешнему виду не узнаешь.

Чем, например, морской еж похож на человека? Округлый панцирь, иглы – ёж настолько своеобразен, что признать в нем даже далекого родича в голову не придёт. Тем не менее у этого животного есть одна особенность, которая роднит этих колючих обитателей морей с нами.

Разрез кожи голотурии: 1 – скелетные элементы

Кожа морских ежей очень похожа на нашу. Она тоже двухслойная и состоит из поверхностного эпителиального слоя и дермы, которая образуется из мезодермы. Такое же строение имеет кожа человека.

Прикрепление иглы морского ежа: 1 – игла; 2 – эпителий; 3 – мышцы , двигающие иглу; 4 – суставная головка; 5 – пластинка панциря

В дерме кожи морских ежей образуются кристаллы карбоната кальция. Из каждого такого кристаллика вырастает многогранная табличка. Примыкая друг к другу, десятки подобных табличек образуют панцирь. К ним же крепятся иглы, которым эти иглокожие обязаны своим названием. Иглы, кстати, образуются так же, как таблички панциря.

Кости человека тоже имеют мезодермальное происхождение, они образуются из производной мезодермы – мезенхимы. То есть помимо того, что кожа у человека и морского ежа очень похожа, наш скелет образуется из того же зародышевого листка.

Сходство иглокожих и позвоночных животных проявляется ещё в эмбриональном развитии. На одном из этапов развития у зародыша–гаструлы прорывается первичный рот – бластопор. Он не случайно так назван. Дело в том, что с течением времени на противоположном ему конце появляется другое отверстие, которое становится ртом, но уже вторичным, а первичный рот теперь представляет собой анальное отверстие.. По сути дела, меняется направленность пищеварительной системы. Поэтому и позвоночных, и иглокожих относят к группе вторичноротых животных.

Значит ли это, что позвоночные животные (а точнее, все хордовые) и в том числе человек произошли от морских ежей или каких–то других иглокожих? Ученые очень много спорят о происхождении хордовых животных. Некоторые считают, что предок хордовых – это какое–то древнее палеозойское вымершее иглокожее, которое лежало на дне и собирало на нем пищу, а может, отфильтровывало из воды. Другие ученые в корне не согласны с ними.

Мы не будем встревать в спор ученых, а для себя заключим только, что предок хордовых мог иметь какие–то родственные связи с иглокожими животными. А может быть, это всего лишь совпадение?

 

Если долго сидеть на одном месте

Разные животные ведут себя по–разному. Науке известны такие примеры, когда два близкородственных вида или два вида–двойника, внешне похожие как две капли воды, отличаются друг от друга поведением. Так их и различают специалисты.

Но определенные особенности поведения и образа жизни могут быть свойственны не только отдельным видам, но и более крупным таксономическим группам животных. Например, одни могут всю жизнь активно добывать пищу, проходя или проплывая огромные пространства. Другие же могут сидеть всю жизнь на месте, не утруждая себя передвижением и поисками пропитания, пища попадает к ним сама.

Однако даже у сидячих животных есть стадия активной личинки – иначе они не смогли бы расселяться. Зачастую такая личинка довольно сложно устроена, в частности, она имеет органы чувств, например, глаза, чтобы правильно выбрать место для дальнейшей неподвижной жизни. Личинка энергично передвигается в поисках благоприятного места для прикрепления. Наконец, найдя, по её мнению, подходящие условия, она садится на дно и прикрепляется к субстрату.

И вот когда личинка осела на дно, все её системы органов, в частности многие органы чувств, претерпевают сильную перестройку или попросту исчезают. Такие органы называются личиночными, или провизорными. Например, у губок у свободноплавающей двухслойной личинки после оседания на дно слои клеток меняются местами. Те, что были снаружи и несли жгутики, теряют их и попадают внутрь личинки. А внутренние амебоидные клетки, наоборот, мигрируют в наружный слой и приобретают прямоугольную форму.

У животных, имеющих дифференцированные органы, значительная часть личиночных органов или полностью исчезает, или в значительной степени редуцируется. Например, у сидячих кольчатых червей серпулид личинка имеет радиально симметричную нервную систему, первичную полость тела и связанные с ней органы выделения – протонёфридии. Когда личинка оседает на дно, то нервная система у нее становится двусторонне симметричной, формируются ганглии, а первичная полость тела заменяется вторичной. В связи с этим меняются и органы выделения; протонефридии заменяются метанефридиями. Последние более эффективны, к тому же они участвуют в регуляции водного баланса в организме животного.

Личинка губки: 1 – закладывающиеся скелетные элементы (спикулы); 2 – реснички, движущие личинку

Развитие личинки плеченогих (брахиопод): А – личинка; Б – начало превращения личинки; В – осевшая на дно личинка; 1 – голова; 2 – туловище; 3 – мантийные складки; 4 – пучки щетинок; 5 – стебельковый отдел; 6 – спинная лопасть мантии; 7 – брюшная лопасть мантии; 8 – зачаток эпистома; 9 – рот; 10 – ножка

У личинок многих беспозвоночных есть глаза. Например, у личинок брахиопод, или плеченогих, это простые глазки, а у личинок усоногих раков – морских желудей – помимо простых глаз есть ещё и фасеточные. Но и у тех, и у других они исчезают, когда личинка оседает на грунт и становится взрослым животным. У личинки–цифонаута донных колониальных прикрепленных животных мшанок есть .....

....

Развитие личинок иглокожих:

А – двустороннесимметричная личинка офиуры; Б – формирование тела взрослой офиуры на теле личинки (оставшаяся часть отмирает); В – двустороннесимметричная личинка; морского ежа; Г – двустороннесимметричная личинка морской звезды; Д – личинка с формирующейся маленькой звёздочкой; Е – молодая личинка морской лилии; 1 – рот; 2 – ресничный шнур; 3 – руки личинки; 4 – закладывающиеся скелетные пластинки; 5 – прикрепительная ямка; 6 – тело молодой особи

Порой изменения настолько велики, что ученые называют такой метаморфоз катастрофическим. Такая «катастрофа» происходит в жизни, например, иглокожих. У них в процессе развития происходит смена типов симметрии: личинки их вначале двустороннесимметричные, активно плавающие, а затем превращаются в радиально–симметричных медлительных взрослых животных. Такое превращение, естественно, влечет за собой изменение и перемещение большинства органов. У морских ежей и офиур во взрослое животное вообще превращается только центральная часть личинки, а остальные части отмирают – это оказывается «дешевле», чем преобразовывать их в новые органы взрослой особи, настолько они непохожи на органы личинки.

 

Ребенок совсем не похож на родителей

Судя по личинкам тех животных, о которых пойдет речь в этом рассказе, их предки были подвижными свободноплавающими или свободноползающими животными. Как мы уже выяснили, для таких животных характерно развитие нервной системы, органов чувств и передвижения. Но что происходит с животным, если оно всю взрослую жизнь сидит на одном месте? Разберем этот вопрос на нескольких примерах.

Строение морского жёлудя: 1 – усики; 2 – кишка; 3 – ганглии нервной системы; 4 – ножки; 5 – мускулы–замыкатели; в – мантия; 7 – скелетные пластинки; 8 – мантийная полость

Строение многих животных претерпевает такие основательные изменения, что трудно не только найти общее во внешнем виде личинки и взрослого животного, но и обнаружить некоторые системы органов у сидячего организма. Как уже говорилось, у сидячих животных исчезают специальные органы чувств, которые не нужны при сидении на одном месте. У балянусов, усоногих раков, нет жабр. Их функцию выполняют видоизмененные конечности, и без того взявшие на себя задачу .отфильтровывать из воды все съедобное. У нйх полностью отсутствуют две системы органов: кровеносная и выделительная. Нервная система сократилась до надглоточных ганглиев и отходящих от них нервов.

Похожая редукция кровеносной и выделительной систем происходит у мшанок. Дышат они поверхностью тела, число ганглиев сокращается до одного. Пассивное сидение не требует активной циркуляции крови и выведения продуктов обмена веществ, ведь все процессы в организме идут не столь быстро, как у подвижных животных. Да и хорошо развитая нервнал система не нужна, ведь движения ног у усоногих и специального ловчего органа – лофофора – у мшанок однообразны. Мшанки никогда не обитают поодиночке. Они колониальные организмы. В такой колонии – едином доме – сидит несколько сотен мельчайших животных–зооидов и каждый выполняет свою функцию: добывает пищу, защищает соседей от хищников, отвечает за размножение.

Колонии мшанок: А – общий вид прикреплённой колонии; Б – общий вид медленно ползающей колонии пресноводных мшанок; В – участок при увеличении; 1 – одна особь; 2 – расправленный лофофдр (ловчий аппарат); 3 – передняя кишка; 4 – желудок; 5 – задняя кишка; 6 – стенка, окружающая все особи колонии; 7 – канатик со статобластами; 8 – втянутая особь

Частое явление у прикрепленных животных – гермафродитизм, то есть наличие у одного животного и мужских, и женских половых органов. Это полезно, поскольку неизвестно, окажется ли рядом представитель другого пола. А доползти до подходящего партнера неподвижное животное не в состоянии. Если же все особи гермафродиты, то для размножения подойдет любой сосед. Оплодотворение у животных–гермафродитов всё равно перекрестное, но его шанс увеличивается в два раза. Сначала животное выступает в одной роли – у него развиваются органы одного пола, а позже в другой – соответственно, развиваются органы другого пола. Такое явление известно среди таких «домоседов», как оболочники, усонсгие раки, некоторые брахиоподы.

Строение отдельной особи мшанки: 1 – щупальца лофофора;2 – глотка; 3 – нервный узел; 4 – анальное отверстие; 5 – половая железа; 6 – желудок; 7 – мышца , втягивающая щупальца; 8 – почка (развивающаясяновая особь)

Но бывают в природе и такие случаи, когда у сидячего животного сильной редукции органов не происходит. Как, например, у погонофор, сидящих в вертикальной трубке и имеющих червеобразное тело, сегментированное только на заднем конце. У них есть и хорошо развитая кровеносная система, основу которой составляют большие спинной и брюшной сосуды, и нервная система. А может быть, степень редукции органов зависит от того, как давно появились эти животные, отделившиеся от предков? В данном случае предками погонофор были многощетинковые кольчатые черви.

Оказывается, в связи с сидением всю жизнь на дне многим животным не нужны не только отдельные органы, но и целые их системы, без которых мы не выжили бы и одного дня. А у сидячих животных упрощение их анатомии не приводит к столь значительным последствиям.

 

Как полухордовые «двух зайцев увили»

Полухордовые – очень необычные и оттого очень интересные животные. Это обитатели морского дна. Внешне червяки червяками, они относятся к отдельному типу морских беспозвоночных. Одни зарываются в грунт и там поглощают ил, извлекая из него все съедобное, другие сидят на поверхности дна и вылавливают пищу из воды щупальцами, покрытыми ресничками. И у тех, и у других в рот попадает вода, от которой нужно избавляться. Просто выплевывать её обратно полухордовым не захотелось, и они придумали другой способ выведения её из пищеварительной системы.

Полухордовые класса крыложаберных: А – цефалодискус; Б – раблоплеура (одна особь колонии); 1 – выросты щупалец; 2 – щупальце («рука»); 3 головной щиток; 4 – рот; 5 – туловище; 6 стебелёк; 7 анальное отверстие; 8 – почки на стебельке; 9 – трубка, окружающая все особи в колонии

Для этого у полухордовых появились особые приспособления. Изо рта пища и вода поступают в пищевод. Дальше пища продолжает своё путешествие по пищеварительной системе, а вода выводится из пищевода через стенки, где расположены отверстия, связывающие пищевод с внешней средой. Таким образом, вода, попадая в рот, проходит в пищевод, а оттуда покидает тело животного.

У некоторых полухордовых около этих отверстий появились жабры. Очень удобно: вода не просто отводится из ротовой полости, а заодно омывает жабры, как у рыб. Это сравнение не случайно, ведь у хордовых животных, в том числе рыб, ланцетников и миног, принцип строения пищеварительной системы такой же: вода из ротовой полости выходит через жаберные щели, омывает жабры, обогащая их кислородом.

Полухордовые класса кишечнодышащих: А – общий вид; Б – строение головного конца; 1 – мышцы хоботка; 2 – глотка; 3 – спинной нервный тяж; 4 – кровеносный сосуд; 5 – кишечник с жаберными щелями; 6 – пищевод; 7 – жаберные щели

Ученые–зоологи задумались, не могли ли древние полухордовые быть прародителями хордовых животных? Может быть, именно в этом заключается разгадка происхождения хордовых, над которой уже не одно десятилетие бьются ученые мужи. Ведь и у полу хордовых есть стержневидное образование – нотохорд, очень похожее на хорду по происхождению, положению (на спине над кишечником) и строению. Тем не менее дать однозначный ответ на этот вопрос пока не удается. Возможно, полухордовые и хордовые не прямые родственники, а дети, появившиеся на свет от одного предка.