Учебник Биология 7 класс Вахрушев Бурский Раутиан

На сайте Учебник-скачать-бесплатно.ком ученик найдет электронные учебники ФГОС и рабочие тетради в формате pdf (пдф). Данные книги можно бесплатно скачать для ознакомления, а также читать онлайн с компьютера или планшета (смартфона, телефона).
Учебник Биология 7 класс Вахрушев Бурский Раутиан - 2014-2015-2016-2017 год:


Читать онлайн (cкачать в формате PDF) - Щелкни!
<Вернуться> | <Пояснение: Как скачать?>

Текст из книги:
Федеральный государственный образовательный стандарт Образовательная система «Школа 2100» А.А. Вахрушев, О.В. Бурский, А.С. Раутиан БИОЛОГИЯ ■ Х‘ - . ■ / _ \ • 7 класс ^ Москва ь/шх: 2015 УДК 373.167.1:57+57(075.3) ББК 28я721 В22 Федеральный государственный образовательный стандарт Образовательная система «Школа 2100» Совет координаторов предметных линий Образовательной системы «Школа 2100» — лауреат премии Правительства РФ в области образования за теоретическую разработку основ образовательной системы нового поколения и её практическую реализацию в учебниках На учебник получены положительные заключения по результатам научной экспертизы (заключение РАН от 14.10.2011 № 10106-5215/375), педагогической экспертизы (заключение РАН от 22.01.2014 № 000391) и общественной экспертизы (заключение НП «Лига образования» от 30.01.2014 № 199) Руководитель издательской программы — член-корр. РАО, доктор пед. наук, проф. Р.Н. В-унеев Вахрушев, А.А. В22 Биология. 7 кл. : учеб. для организаций, осуществляющих об- разовательную деятельность / А.А. Вахрушев, 0.В. Бурский, А.С. Ра-утиан. - М. : Баласс, 2015. - 368 с. : ил. (Образовательная система «Школа 2100»). ISBN 978-5-905683-45-9 Учебник «Биология» для 7 класса («От амёбы до человека») соответствует Федеральному государственному образовательному стандарту основного общего образования. Является продолжением непрерывного курса биологии и составной частью комплекта учебников развивающей Образовательной системы «Школа 2100». Учебник посвящён изучению животных. Отличительными чертами учебника являются целостное рассмотрение организма животного каждой систематической группы (планы строения), функциональный подход и объяснение причин возникновения важнейших приспособлений. Методический аппарат учебника ориентирован на проблемнодиалогическую технологию. Множество иллюстраций, схем и афористичные названия параграфов и рубрик создают мотивацию к обучению. Может использоваться как учебное пособие. УДК 373.167.1:57+57(075.3) ББК 28я721 Данный учебник в целом и никакая его часть не могут быть скопированы без разрешения владельца авторских прав ISBN 978-5-905683-45-9 © Вахрушев А.А., Бурский О.В., Раутиан А.С., 2012 © ООО «Баласс», 2012 Как работать с учебником [3 КАК РАБОТАТЬ С УЧЕБНИКОМ За два года изучения биологии вы узнали важнейшие свойства живых организмов, отличительные черты бактерий, грибов и растений, познакомились с их многообразием и ролью в природе. Вам известно, что организмы объединены в экосистемы и исполняют в них три раз- • Кто исполняет эти роли в экосистеме? Что означают стрелки? • Какую роль в экосистеме играют бактерии, грибы, растения? • Кто исполняет роль потребителей? Предположите: кто станет объектом нашего изучения в этом году? В этом году вы продолжите изучение биологии по учебнику Образовательной системы «Школа 2100». Он поможет вам в развитии умений (действий), которые необходимы в жизни. Эти умения, или действия (они называются универсальными), развиваются через специальные задания, обозначенные в учебнике кружками и фоном условных знаков разного цвета. Каждый цвет соответствует определённой группе умений: □ организовывать свои действия: ставить цель, планировать работу, действовать по плану, оценивать результат; □ работать с информацией: самостоятельно находить, осмысливать и использовать её; □ общаться и взаимодействовать с другими людьми, владеть устной и письменной речью, понимать других, договариваться, сотрудничать; □ развивать качества своей личности, оценивать свои и чужие слова и поступки. Так обозначены задания, где нужно применить разные группы умений. Мы называем их жизненными задачами и проектами. Ученики и учитель сами могут решить, как работать с учебником. Мы, авторы, лишь объясняем свой замысел. Зачем нам учить биологию животных? Мы будем изучать потребителей — животных. Строго говоря, экосистема могла бы обходиться и без них. Но с появлением животных мир стал сложнее и богаче. Животные — самые большие «переделыватели» мира. Они изменили геологические процессы и круговороты веществ в биосфере. Своей жизнедеятельностью они создали невиданное разно- 33 Как работать с учебником образие условий как для других организмов, так и для себя самих. В итоге число и разнообразие форм жизни бесконечно умножилось. Наконец, в животном мире появились условия для возникновения человеческого разума. Природа могла бы обходиться и без человека. Но без него не было бы ни городов и дорог, ни науки и техники, ни музыки и картин. Никто не думал бы о смысле жизни и не мечтал бы о покорении иных миров. Позднее вы узнаете из физики, что основной закон природы — в том, что всё сложное с течением времени разрушается, а энергия рассеивается. Жизнь — плотина на пути этих процессов. Законы жизни поддерживают возникновение всего более совершенного, способного дольше задержать и полнее использовать энергию, пока она не рассеялась. Животные и человек наиболее преуспели в этом. Эта книга посвящена животным. Изучая животных, вы глубже проникнете в понимание законов природы. В данной книге мы старались для вас не только описать строение животных и их удивительные превращения на пути эволюции, но и разобраться, как и почему это происходит. В этой книге вы найдёте животных, похожих на растения и кристаллы, и животных, которых следует остерегаться. Вы узнаете, почему птица летает и почему одни животные тёплые, а другие — холодные. Мы объясним, как природа изобретает без помощи разума и почему на свете так много видов животных. Мы постараемся объяснить, почему надо ценить и охранять каждый вид. Мы надеемся, что изучение животных поможет вам лучше узнать свой собственный организм и научиться его беречь. Внимательный читатель сможет заметить также, что многие идеи науки и техники, устройства сложных приборов и даже управления обществом люди переняли у животных. С помощью этого учебника вы научитесь: 1) объяснять, как устроены и как функционируют животные; 2) понимать, что все живые организмы вносят свой вклад в существование биосферы; 3) рассматривать природные процессы в развитии; 4) использовать в быту элементарные биологические сведения; 5) оценивать поведение человека с точки зрения здорового образа жизни; 6) оценивать возможные последствия хозяйственных и иных воздействий человека на окружающую среду. Как мы будем учиться? Чтобы успешно изучать биологию и овладевать универсальными умениями, на уроках используется проблемный диалог (образовательная технология). Проблемный диалог складывается из пяти этапов, отмеченных заголовками на оранжевых плашках. Как работать с учебником [5 ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Ученики вместе с учителем формулируют проблему. В начале каждого параграфа приведены факты или высказывания, способные вызвать удивление, затруднение, разброс мнений, противоречие взглядов на одно и то же явление — то есть проблемную ситуацию. Учитель помогает ученикам осознать и сформулировать проблему: вопрос для исследования, или тему урока. Авторский вариант проблемных вопросов помещён на с. 353-354. • Так выделены вопросы и задания, помогающие выявить проблему и определить основной вопрос урока. ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ Ученики кратко повторяют необходимые для обсуждения на уроке знания и вместе с учителем ищут пути решения проблемы. Ученики предлагают свои версии (гипотезы) решения проблемы; определяют совместный план её решения; привлекают имеющиеся у них знания для решения проблемы. РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Ученики под руководством учителя добывают знания для решения проблемы. Познакомившись с заголовками рубрик текста, ученики получают представление об аспектах проблемы. Затем они, индивидуально или группами, ищут в каждой рубрике ответы на проблемный вопрос и частные вопросы, имеющие отношение к проблеме, которые помещены в начале параграфа или после названия рубрики. Учитель с помощью диалога подводит учеников к открытию новых закономерностей. Ученики сами формулируют выводы, понятия и правила. Особое внимание стоит обратить на важные слова, которые выделены курсивом и жирным шрифтом. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Ученики формулируют новое знание и подводят итоги. После того как ученики познакомились с материалом и сформулировали новое знание, полезно попытаться представить его в иной форме (символ, схема, таблица, рисунок, вопрос, афоризм, ключевые слова, текст и т.д.). Затем ученики сверяют правильность своего открытия с выводом учебника и констатируют, что проблема решена. ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ Ученики применяют новые знания. Получив новые знания, нужно попытаться применить их, выполняя задания: индивидуально, в парах или группах. Предлагается много заданий на выбор, все их выполнять необязательно. ~6 Как работать с учебником • - задания, результат выполнения которых (ответ на вопрос) содержится в учебнике в готовом виде. Эти задания помогут освоить предметные знания и умения. Остальные задания — продуктивные. Их решения нет в учебнике в готовом виде, но в тексте и иллюстрациях есть подсказки, помогающие выполнить задание. Такие задания проверяют, сможете ли вы в жизни воспользоваться полученными знаниями, и поэтому могут оказаться более интересными. Порядок самостоятельного выполнения продуктивного задания 1. Осмыслите задание (объяснить своими словами, что требуется). 2. Найдите информацию, нужную для выполнения задания (текст). 3. Преобразуйте информацию так, чтобы получить ответ (выделить главное, найти причину, обосновать свою позицию и т.д.). 4. Сформулируйте мысленно ответ, используя слова: «я считаю, что^», «потому что^», «во-первых_», «во-вторых_» и т.д. 5. Составьте полный ответ (рассказ), не рассчитывая на наводящие вопросы учителя. Помимо обычных учебных заданий, применять новые знания учат жизненные задачи и проекты. Они могут быть выполнены как на уроках, так и во внеурочной деятельности. Что такое жизненные задачи? Это проблемы, с которыми вы можете столкнуться в жизни и для решения которых вам понадобятся разные знания и умения. Они оформлены следующим образом. Название. Ситуация. Условия, в которых возникла проблема. Роль. Человек, в роли которого вы должны себя представить, решая проблему. Результат. То, что нужно получить в итоге. Что такое проект? Это любое самостоятельное дело, которое предполагает: 1) оригинальный замысел (цель); 2) выполнение работы за определённый отрезок времени; 3) конкретный результат, представленный в итоге (предметы, сделанные своими руками, мероприятия, при условии, что они подготовлены самими учениками, решение общественно значимой проблемы, результаты самостоятельных исследований и др.). Правила проектной деятельности: 1) каждый может начать собственный проект; 2) каждый может объединиться с другими в ходе работы над проектом; 3) каждый может выйти из проекта, при этом не подводя других; 4) каждый может не участвовать ни в одном проекте. Как работать с учебником \Т_ Как оценить свои учебные достижения? Для этого надо освоить алгоритм самооценки. 1. Какова была цель задания (что нужно было получить в результате)? 2. Выполнено ли задание (получен ли результат)? 3. Выполнено верно или с ошибкой? 4. Выполнено самостоятельно или с чьей-то помощью? 5. Вспомните, по каким основаниям вы ставите отметки. Определите свою отметку. Что надо обязательно запомнить? Ни один человек не может знать всё. Поэтому мы учимся добывать те знания, которые нужны для решения той или иной задачи. В учебнике много интересных сведений и заданий, но это предложенный максимум — то, что вы можете узнать и выполнить, если захотите. Обязательный минимум знаний, который пригодится каждому, выделен особо. В начале каждой главы перечислено то, чему необходимо научиться. Главный вывод помещён в рамке. Этот вывод, как и весь текст учебника, не нужно пересказывать и тем более заучивать наизусть. Его надо понять, чтобы выполнить задания. В конце текста перечислены новые понятия. Эти слова нужно понять и запомнить. Эти слова достаточно понимать ДЛЯ САМЫХ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ Текст, помеченный таким значком, читать необязательно. Об этом на уроке не спросят, а если спросят, то только самых любознательных. Ориентироваться в учебнике помогут условные обозначения ^ - Работа в группе (паре). МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ а - Самостоятельная исследовательская работа. — Задания, которые могут быть выполнены с использованием информационных технологий. ^ Глава 1. Кто такие животные ГЛАВА 1. КТО ТАКИЕ ЖИВОТНЫЕ < БАКТЕРИИ * ..7 go у о I < Эта глава учебника поможет вам научиться ♦ Рассматривать биологические процессы в развитии. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - выделять существенное сходство, связанное с родством. ♦ Объяснять, как устроены и как функционируют животные. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - применять сравнительный метод в изучении многообразия живых организмов. Глава 1. Кто такие животные 9 Представители древнейшего царства бактерий обеспечивают свои потребности самыми разными способами. Каждое из трёх высших царств, впоследствии образованных от него, избрало единственный способ: растения - фотосинтез, животные - поедание готовой органической пищи, грибы - разрушение мёртвой органической материи. Это сделало их непохожими друг на друга, и каждое царство стало объектом отдельной науки. Зоология изучает животный мир Земли: его происхождение, развитие, современное состояние и значение для человека. Как всякая наука, она имеет свои особые методы, предмет и закономерности. Им посвящён первый раздел книги. Проверьте себя • Заполните таблицу. Черты сходства и различия представителей разных царств Бактерии Грибы Растения Животные Черты сходства Черты отличия 10 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных ЗООЛОГИЯ - НАУКА О ЖИВОТНЫХ § 1. Важнейший метод науки ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Обыватель: Что такое наука? Это просто знания о мире, о человеке, о себе. Учёный: Далеко не любые знания научны. Из того факта, что я позавтракал в 9 утра, нельзя вывести никакого научного вывода. Вот если бы я, кроме того, сказал, что в будние дни я завтракаю в 8 утра, то мои знакомые знали бы, начиная с какого времени можно звонить по утрам, не поднимая меня с постели. Это простое знание полезно моим друзьям. • В чём противоречие между мнением обывателя и приведённым контрпримером? Всякое ли знание ненаучно? Что вы узнаете на уроке? Предложите свой вариант вопроса к параграфу и сравните с вопросом авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие выводы можно сделать, сравнивая предметы? (Жизненный опыт) • В каких случаях пользуются сравнением? (Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Чтобы жить, надо предвидеть • Постарайтесь объяснить, что означает название рубрики, выскажите предположение. • Чтобы проверить своё предположение, прочитайте текст, ведя диалог с автором: В - задайте вопрос к тексту; О - спрогнозируйте ответ; П - проверьте себя по тексту. После чтения текста сделайте вывод по проблеме ответа. Среди мелких и просто устроенных организмов смертность очень велика (рис. 1.1, А). Звери и птицы не так плодовиты: ведь § 1. Важнейший метод науки 111 1.1. Размножение животных: А - икрометание лягушек; Б - шимпанзе с детёнышем • Сравните число потомков, которое может дать за всю жизнь пара лягушек и пара обезьян. Значит ли это, что число лягушек постоянно растёт? их потомки выживают за счёт заботы родителей (рис. 1.1, Б). Люди, заботясь о потомстве, передают детям опыт, накопленный предыдущими поколениями. Поэтому люди живут долго и хотели бы планировать своё будущее. Но чтобы планировать, надо уметь предвидеть будущее. П (Теперь ясно, почему людям особенно важно уметь предвидеть?) В (А умеют ли люди точно предсказывать будущее?) О (Попытайтесь предположить.) Люди издавна пытались предсказывать погоду, урожай, судьбу. Есть много народных примет почти на каждый случай. Правда, они не всегда сбываются. Ещё чаще люди ошибаются в своих предсказаниях, когда доверяют суевериям. Достоверность прогнозов возросла с возникновением науки. Прогнозом называют предсказание не только будущего, но и всего неизвестного (рис. 1.2). Благодаря науке мы научились предвидеть, что произойдёт, если вырубить леса, знаем, где можно найти нефть и руду, можем рассчитать, когда пролетит комета и ка- 1.2. На карте климатических поясов показаны: А - область высоких урожаев кукурузы на её родине; Б - распространение её посевов в нашей стране в 1960-е годы • Какую урожайность этих посевов можно было предвидеть? 12 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных кие свойства будут у нового синтетического материала. Главная обязанность науки перед обществом - прогнозирование на основе обобщения прежнего опыта. П (Понятно значение и роль науки? ) В (Что же позволяет учёным делать точный прогноз?) О (Попытайтесь предположить.) Узнав неизвестное, на него можно повлиять, а к будущему можно подготовиться. (Подумайте, что для этого необходимо?) Но для того чтобы предвидеть, надо знать устройство окружающего мира. Иногда кажется, что учёные занимаются странными вещами, которые никак нельзя использовать в жизни. Это неудивительно: ведь им нужно изучить все явления и связи между ними. (Задумывались ли вы когда-нибудь об этом?) Полтора века назад английский физик Максвелл, исследовавший природу электромагнитных колебаний, говорил: «Открытые мною радиоволны, несомненно, большой шаг в изучении природы. К сожалению, они так слабы, что вряд ли когда-нибудь их можно будет использовать». Теперь-то мы знаем, как ошибался великий учёный! Таким образом, у науки есть ещё и вторая задача. Внутренняя цель науки - создание и совершенствование научного мировоззрения - образно говоря, возведение и реконструкция здания научной картины мира. Она служит фундаментом для выполнения наукой её внешней, общественной функции. П (Понятно, как наука делает прогноз?) • Поверите ли вы рассказу друга, что он летал над городом, как птица? Какие представления о научной картине мира не согласуются с этим рассказом? В чём секрет научного предвидения? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Любые предсказания можно сделать лишь на основе опыта. Мы предсказываем события по сходству с теми, с которыми уже встречались (рис. 1.3). Каждый вечер по опыту мы уверены, что завтра снова настанет утро. Так же и учёные, зная законы строения вещества на Земле, делают верные предсказания о составе звёзд. Сходство устанавливают с помощью сравнительного метода, с которым мы уже немного знакомы. Сравнение позволяет найти общие, устойчивые, существенные свойства объектов, отнести их к классу объектов с известными свойствами. Например, если мы утром встречаем на улице человека лет двенадцати с портфелем § 1. Важнейший метод науки 113 в руках, можно с уверенностью сказать, что он школьник, и представить его рабочий день довольно полно. 1.3. Сходство по форме тела: А - формы тела водных организмов; Б - обтекаемая форма тела быстро плавающих подводных аппаратов • Попробуйте объяснить, почему подводные лодки похожи на дельфина, кальмара и ската, но не похожи на медузу. Как мы сравниваем? • Всякое ли сходство важно? Простое сравнение внешнего вида бывает обманчиво. Некоторые животные специально вводят в заблуждение своих врагов, пытаясь выдать себя за другого (рис. 1.4). 1.4. Пример действия отпугивающей окраски • С кем «сравнивает» эту бабочку птица? Какую ошибку она совершает? 14 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных Мы видим, что сравнение может быть плодотворным только при сопоставлении существенных и соответственных признаков. Ведь существенный признак бабочки - не окраска, а строение тела. Чтобы сравнение было соответственным, глаза нужно искать на голове, а не на крыльях. Сравнивая живые организмы, мы хотели бы знать, какими полезными свойствами они обладают (рис. 1.5-1.6). Какие же признаки более важны при их сравнении? О чём они говорят? 1.5. Сходство внешней формы не свидетельствует о сходстве внутреннего строения • В чём сходство между китом и подводной лодкой? Можно ли на основании этого сходства делать вывод о внутреннем строении кита? 1.6. Резкие различия во внешней форме не свидетельствуют о существенных различиях во внутреннем строении • В чём сходство между скорпеной и окунем? Можно ли на основании этого сходства делать вывод о внутреннем строении скорпены? Как вы, наверное, догадались, в случае с рыбами наше предсказание окажется более верным. Дело в том, что сходство в покровах из чешуи однозначно будет свидетельствовать о принадлежности обоих животных к рыбам, то есть о родстве их происхождения. В § 1. Важнейший метод науки 115 этом случае мы смело можем сказать, что у скорпены, как и у любой другой рыбы, можно обнаружить жабры, плавники, один круг кровообращения и многие другие признаки (см. рис. 1.6). ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Наука изучает общие свойства различных предметов и явлений. Научное знание картины мира позволяет предсказывать свойства неизученных предметов и явлений по сходству их с теми, которые доступны для изучения. В основе науки лежит сравнительный метод. Он предполагает, что сравниваемые признаки должны быть соответственными и существенными. Прогноз. Сходство. Сравнительный метод ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • Каковы важнейшие задачи науки? 2. • Как учёным удаётся предсказывать неизвестные свойства? 3. • В чём заключается сравнительный метод? 4. • Может ли наука объяснить чудо? 5. • Попытайтесь определить цель и задачи науки биологии. 6. • Как сравнительный метод помогает изучать историю Земли? 7. • Назовите существенные признаки автомобилей. 8. • Поработайте в паре: пусть один находит соответственные признаки автомобиля и паровоза, а другой их оспаривает. 9. • Как лично вам помогла наука в жизни? 10. • Как вы считаете, можно ли требовать от учёного ответственности за все дальнейшие способы использования его научных открытий? М 16\ Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных § 2. Гомологичные органы ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Почему похожи близнецы? Почему похожи солдаты в строю? • На какие размышления наводят эти два рода сходства? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой вопроса авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Как пользоваться сравнительным методом? (§ 1) • Кто больше похож друг на друга: близкие родственники или дальние? (Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Эволюционное родство • Приведите свои примеры эволюционного родства. Вы, наверное, слышали об эволюционном учении Ч. Дарвина - одном из величайших открытий в истории науки. Оно доказывает, что разнообразие живых существ возникло в результате эволюции - постепенного изменения организмов в ряду поколений под действием естественного отбора. Мелкие различия потомков одних и тех же родителей помогали им выживать в тех или иных ситуациях. Через многие тысячи поколений их дальние потомки оказались приспособленными к различным условиям жизни и стали значительно отличаться друг от друга. Так, спустя ещё многие миллионы поколений возникло всё разнообразие форм жизни на Земле. Это означает, что все живые существа связаны эволюционным родством. Вопрос лишь в том, какие из них связаны более тесным родством, чем другие. 2.1. Животные, связанные разной степенью родства • Что можно сказать о степени родства этих животных? § 2. Гомологичные органы 117 В отличие от кровного, эволюционное родство распространяется не на одно, а на тысячи и даже миллионы поколений. Это понятие применяется учёными в отношении видов или других, более крупных систематических групп. В дальнейшем для краткости мы будем использовать слово «родство» именно в этом, эволюционном значении. Гомология органов - результат родства • Какое сходство свидетельствует о родстве? При сравнении, цель которого - доказать родство организмов, учёные исходят из предположения, что если два организма имели общего предка, то оба должны унаследовать от него некоторые общие черты. По крайней мере, и тот и другой потомок должен иметь в основном одни и те же органы, которые расположены в той же последовательности, что и у предка. Органы потомков, которые представляют собой видоизменение одного и того же органа общего предка, называются гомологичными органами. В целом, чем ближе родство, тем более сходны гомологичные органы. Причём по многим признакам сходство может доходить до мелких деталей. Таким образом, чтобы установить степень родства организмов, нужно сравнить их гомологичные органы. Доказать гомологию органов - значит доказать, что они представляют собой один и тот же видоизменённый орган предка, а не разные. Признаки гомологии • Как отличить гомологию? На практике распознать гомологичные органы не так просто. Существует три основных признака. 1. Сходный набор частей, деталей строения (рис. 2.2). 2.2. Гомология костей конечности: А - летучей мыши; Б - человека • Какому органу человека гомологично крыло летучей мыши? Назовите сходные элементы их строения. 18 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных 2. Сходное положение среди других органов (рис. 2.3). 2.3. Гомология скелета: А - собаки; Б - человека • Какая часть скелета гомологична хвосту? 3. Сходство с гомологичным органом промежуточных форм (рис. 2.4). 2.4. Гомология костей стопы современной лошади и её предков в сравнении со стопой человека • Какой палец сохранился у современной лошади? Чему гомологично копыто? Гомологичными могут быть не только органы или системы органов, но и микроскопические части клеток, процессы внутри организма и даже элементы поведения. Признаки гомологии позволяют учёным правильно использовать сравнительный метод: сравнивать объекты по соответственным и существенным признакам - по строению гомологичных элементов. При таком сравнении большое сходство организмов будет означать их близкое родство. § 2. Гомологичные органы 119 Аналогия - сходное приспособление к среде • В чём причина аналогии? • Какую окраску имеет большинство насекомых, обитающих среди листвы? Чем это объясняется? Аналогия - сходство по какому-либо признаку предметов или явлений, которые во всём остальном различны. Самые разные животные, независимо от их строения и «родословной», должны приспособиться к среде обитания либо погибнуть. Поэтому гусеницы, тли, клопы и другие насекомые, обитающие среди листвы, окрашены в оттенки зелёного цвета, что делает их незаметными для хищников. У животных открытых пространств «быстрые» ноги: у одних - чтобы убегать, у других - чтобы догонять. Так или иначе, обитание в одной и той же среде сходно действует на обитателей. Естественный отбор способствует развитию у них сходных, аналогичных приспособлений к среде обитания. Внешне похожие органы, функции которых сходны, а происхождение различно, называются аналогичными (рис. 2.5). 2.5. Планирующие животные из разных групп • Как появились эти приспособления? Каким органам предков они гомологичны? Какие ещё животные имеют аналогичные приспособления? Изучение аналогий помогает нам лучше понять направление эволюции организмов в данной среде обитания. Это позволяет восстановить историю происхождения видов и предвидеть их изменения. Однако нужно помнить, что сходство аналогичных органов вызвано сходными условиями обитания сравниваемых организмов и никак не может служить подтверждением родства. 20 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных 2.6. Примеры гомологичных и аналогичных органов растений 2.7. Примеры гомологичных и аналогичных органов животных и человека • Найдите примеры гомологичных и аналогичных органов. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Близость родства организмов определяется по степени сходства их гомологичных органов. Гомология органов - соответствие их одному и тому же органу общего предка. Три признака гомологии: сходство строения, сходство расположения и наличие промежуточных форм. Аналогия органов - внешнее сходство при различном происхождении. Эволюционное родство. Гомология. Аналогия ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Что такое эволюционное родство? Для чего нужно устанавливать гомологию органов? По каким признакам можно установить, что органы гомологичны? Достаточно ли для определения степени родства двух организмов установить гомологию их органов? Какова природа аналогичных приспособлений? С чем они связаны? Стоит ли сравнивать органы, которые имеют независимое происхождение? Какой признак доказывает общность строения грибов и растений? Как доказать, что иголки хвойных - видоизменённые листья? Можно ли подобрать промежуточные формы между обычным побегом и клубнем картофеля? О чём это свидетельствует? 10. • Могут ли аналогичные органы выполнять различные функции? 11. • Поработайте в паре: пусть один приводит примеры гомологичных, а второй - аналогичных органов. § 3. Что изучает систематика [2Т § 3. Что изучает систематика ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Обыватель: Систематик копается в своих жучках и паучках и удовлетворяет своё любопытство за счёт государства. Биолог: Систематика очень важна. Она позволяет перенести изученные у отдельных живых организмов свойства на всю систематическую группу. Например, никто не пытался найти фотосинтез у всех видов растений, но каждый школьник знает, что способностью к фотосинтезу обладают почти все растения. • В чём состоит противоречие во взглядах собеседников? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой вопроса авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие задачи решает сравнительный метод? (§ 1) • Что такое родословное древо? (Жизненный опыт) • Какие вы знаете систематические группы? (§ 3) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Естественная система организмов • Почему система родственных отношений отражает свойства организмов с наибольшей полнотой? Чтобы иметь возможность использовать эту разностороннюю информацию, нужно её упорядочить: в первую очередь систематизировать виды организмов по их признакам (рис. 3.1). Какие же признаки важнее? Агрономы делят растения на дикие и культурные, садовые и полевые. Фармакологи подразделяют их по лекарственным свойствам, дизайнеры — по декоративным. Все эти классификации важны, но они искусственны, потому что отвечают лишь какой-нибудь одной хозяйственной задаче. Как составить естественную классификацию, единую для всех организмов, чтобы она отражала их собственное сходство по всем 3.1. Правильное определение -путь к правильному использованию 22\ Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных свойствам, независимо от переменчивых хозяйственных надобностей? Эту задачу решает наука систематика. Она группирует организмы по сходству признаков, связанных с родственным происхождением. План строения • Почему план строения такой важный показатель родства? Чтобы судить о степени родства организмов, конечно, надо провести сравнение не одного гомологичного органа, а всех систем органов. На практике для учёных это обычно не так сложно, потому что гомологии обладают замечательным свойством: они комплексны. Если у сравниваемых организмов удалось доказать гомологию внешне различных органов, то и другие, более сходные органы оказываются гомологичными. Степень различия всего комплекса органов указывает на давность родства. Чем больше существенных различий найдено, тем раньше и дальше разошлись эволюционные пути сравниваемых видов. Так, пользуясь сравнительным методом, учёные объединяют родственные виды в систематические группы. Общие черты строения организмов, объединённых в систематическую группу, называют планом строения этой группы (рис. 3.2-3.3). План строения наглядно показывает, из каких частей состоит организм, как эти части расположены и связаны друг с другом у любого представителя данной систематической группы. 3.2. Примеры планов строения: А - беспозвоночные; Б - позвоночные • Что означают различные цвета на схемах? В чём основные различия планов строения этих животных? При описании нового, неизвестного вида учёный сравнивает особенности его строения с планом строения известных систематических групп и решает, к которой его отнести. § 3. Что изучает систематика 123 Китов и дельфинов, например, долгое время считали рыбами. Но когда путём научных сравнений установили, что в план строения млекопитающих входят четырёхкамерное сердце и лёгкие, а план строения рыб включает двухкамерное сердце и жабры, ошибка сразу стала очевидной. Таким образом, основа естественной систематики организмов -классификация их планов строения. Как называют «план строения» прибора в технике? Соподчинение систематических групп • Как систематика отражает различия в степени сходства и родства организмов? ,3.,3. Насекомые разных отрядов • По каким признакам этих насекомых относят к отрядам двукрылых, чешуекрылых или перепончатокрылых? Разделите один из отрядов на семейства. Задача классификации - объединить сходные организмы в одну систематическую группу, а различные отнести к разным. У бабочек, пчёл, мух, комаров, слепней - шесть ног, дыхательные трубочки-трахеи и множество других общих признаков, по которым их относят к классу насекомых. Вместе с тем насекомые сильно различаются и разделены на отряды. Но и в пределах каждого отряда можно выделить более мелкие систематические группы - семейства. Семейства делятся на роды, роды - на виды. 24 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных Класс, отряд, семейство, род, вид - это систематические категории, или ранги, которые присваиваются систематическим группам с различным уровнем сходства. Существует семь основных категорий. При этом каждая систематическая группа является частью систематической группы более высокой категории. Категория Царство Тип Класс Отряд Семейство Род Вид Пример группы Животные Хордовые Птицы Дневные хищники Ястребиные Орёл Орёл-беркут 3.4. Иерархия систематических категорий • Чем соподчинение систематических групп похоже на родословное древо? Самым высоким уровнем сходства обладают организмы, принадлежащие к одному виду. Только особи одного вида могут свободно скрещиваться и приносить плодовитое потомство. Близкие виды относят к одному роду. Уровень сходства между ними ниже, чем между организмами одного вида. Какими бы сходными они иногда ни казались, отличия в деталях поведения, химического строения или другие приводят к тому, что скрещивание между ними не приносит плодовитого потомства. Но так было не всегда. В недалёком эволюционном прошлом, возможно около миллиона лет назад, их предки были больше похожи и принадлежали к одному виду. Следовательно, род объединяет наиболее родственные виды. Нетрудно представить, что виды, принадлежащие к разным родам одного семейства, ведут свою родословную от общего «материнского» вида, жившего на Земле в предыдущие эпохи. Перебираясь от вида к роду, семейству и т.д., к систематическим категориям более высокого ранга, мы можем представить восстановленную историю эволюции этого вида и узнать, какой план строения имели его предки на каждом этапе этой истории. § 3. Что изучает систематика 125 Для чего нужно знать систематику? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Систематика даёт научный ответ на вопрос, что за организм перед нами, путём указания систематических категорий, к которым он относится. Оказывается, важнейшее значение систематики состоит в предсказании свойств организмов на основе их систематического положения. Всемирно известны опыты великого русского физиолога И.П. Павлова на собаках. Они дали начало современной медицине. Почему? Потому что собака и человек, хоть они и не очень похожи, относятся к млекопитающим и имеют общий план строения. Поэтому основные выводы из опытов на собаках применимы и к людям. Человек относится к позвоночным, а таракан - к членистоногим. Они отличаются гораздо больше, чем человек и собака. Поэтому можно создать такое средство против тараканов, которое безвредно для человека. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Систематика группирует организмы по сходству их плана строения -комплекса общих признаков, унаследованных от предков. Соподчинение систематических групп отражает их происхождение и делает возможным предсказание основных свойств организмов. Систематика. План строения. Систематическая группа. Систематическая категория 1. 2. 3. 4. 5. 6. М ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Что такое план строения? Чем естественная система отличается от искусственной? Перечислите систематические категории от низшей до высшей. Как вы считаете, нужно ли людям знать систематику живых организмов? Какое значение для систематики имеют унаследованные и приобретённые признаки? Зачем нужно уметь отличать растения семейства паслёновых, змей семейства гадюковых и ужовых, пластинчатые грибы от трубчатых? 7. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. 26\ Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных § 4. План строения животной клетки ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Клетки животных имеют разнообразное строение в зависимости от выполняемой функции. Факт 2. Всего по одной клетке можно отличить животное от растений и грибов. • В чём противоречие? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Почему в экосистеме нет ничего лишнего? (5 класс) • Что такое автотрофы и гетеротрофы? (5 класс) • Что такое обмен веществ? (5 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Что объединяет всё живое? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Как ни странно, очень многое. Или, вернее, всё самое главное. Всё живое и каждая его часть обязательно обладают тремя общими свойствами. 1. Живые организмы устроены чрезвычайно сложно. Даже самый простой и мелкий организм состоит из нескольких тысяч различных химических веществ, которые не встречаются в неживой природе. Эти вещества содержатся в нём в определённом количестве, занимают своё особое место и взаимодействуют с другими веществами. Молекулы большинства из них включают тысячи строго упорядоченных атомов. 2. Живые организмы развиваются. Со временем они усложняют своё строение определённым образом. Кристалл может расти, увеличивать число одинаковых элементов. Дерево не просто растёт: у него появляются новые ветки, листья, цветки. 3. Живые организмы приспосабливаются к окружающей среде. В ряду поколений они вырабатывают приспособления, защищающие их от вредных воздействий среды обитания. Рыба приспособлена к жизни в воде, паразитическая бактерия - к жизни в другом организме. § 4. План строения животной клетки 127 4.1. Клетка животного • Найдите общие признаки живого на рисунках. 4.2. Эмбрион крокодила в яйце 4.3. Приспособительная внешность бабочки-калимы Что нужно каждому организму для жизни? • Найдите в тексте ответ на вопрос рубрики. Жизнь существует в виде отдельных организмов. В течение своей жизни каждый организм решает три основные задачи. 1. Внутренняя задача организма - постоянно поддерживать жизнедеятельность за счёт обмена веществ. Даже во время сна мы продолжаем дышать, сердце работает, в клетках вырабатывается энергия, идёт строительство и самообновление всех элементов строения тела. 2. Внешняя задача организма - реагировать на изменения среды. Распознав важные изменения, бактерия превращается в спору, растение тянется к свету, гриб прорастает сквозь почву, животное убегает от врагов. 3. Задача будущего - произвести потомство. Новые организмы появляются только в результате размножения других таких же организмов. Они хранят информацию о своём строении и передают её следующему поколению. Каждую функцию выполняют определённые части тела - органы (у одноклеточных организмов органеллы, или органоиды, а у многоклеточных со сложным строением - системы органов). Поэтому план строения любого 4.4. План строения живого организма включает три обязательные части, выполняющие основные задачи * Какие части бактерии, гри-/ . Тч ба, растения соответствуют организма (рис. 4.4). этому плану? 28 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных Вспомним, как с ними справляется одноклеточный организм бактерий. Для поддержания жизни ему служит цитоплазма с ор-ганеллами-рибосомами. В цитоплазме вещества, поступающие извне, обрабатываются для получения энергии и строительного материала. Полупроницаемая мембрана и пористая клеточная стенка обеспечивают контакт с внешней средой. Производством потомства руководит наследственное вещество - ДНК, которое хранится прямо в цитоплазме. Все бактерии как организмы, лишённые ядра, образуют надцарство безъядерных. Разделение организмов по способам питания • Как отличить животное по способу питания? На заре развития жизни на Земле все клеточные формы были представлены бактериями. Они всасывали органические вещества, растворённые в воде, через поверхность тела. В благоприятных местах обитания, на мелководье, они образовывали большие скопления (рис. 4.5, А). Со временем некоторые бактерии приспособились к автотрофному питанию (от «авто» - сам и «тро-фос» - питание): стали сами производить органические вещества из неорганических. Для создания сложных соединений они использовали энергию природных химических реакций. Позднее появились автотрофные организмы, способные улавливать энергию солнечного света (рис. 4.5, Б). Для остальных более доступным было гетеротрофное питание («гетеро» - разный) - потребление готовых органических веществ и заключённой в них энергии. Появились первые экосистемы, в ко- 4.5. Стадии усложнения пищевой цепи (пояснения в тексте) • Назовите способ питания и роль каждого организма в экосистеме. § 4. План строения животной клетки 129 торых автотрофы были производителями, а гетеротрофы - разрушителями. Гетеротрофы-разрушители использовали только древний способ питания: всасывали соки погибших организмов всей поверхностью тела. Но в атмосфере Земли появился кислород, выделяемый автотрофами. Позднее, когда его накопилось достаточно для дыхания, некоторые гетеротрофы смогли ускорить обмен веществ. Это помогло им освоить новый, животный способ питания: захватывать добычу кусками и переваривать внутри организма (рис. 4.5, В). Они-то и заняли место потребителей в экосистемах. Преимущества ядерных организмов • Почему люди не устраивают библиотеку на кухне? Попробуйте связать ответ на этот вопрос с содержанием рубрики. С помощью кислорода можно из той же самой пищи получить гораздо больше энергии. Добавочную энергию можно использовать на усложнение строения: разделение тела на части. Одно из важнейших достижений жизни - разделение ядра и цитоплазмы (рис. 4.6). В ядре находятся молекулы ДНК, хранящие наследственную информацию. От её сохранности зависят порядок строения и работа не только самой клетки, но и всех её потомков. Специальная мембрана вокруг ядра позволила защитить его от случайного повреждения в результате реакций, которые идут в цитоплазме и обеспечивают жизнедеятельность клетки. По мере необходимости цитоплазма получает из ядра команды, направляющие жизнедеятельность и развитие клетки. Теперь точность передачи наследственной информации увеличилась настолько, насколько заказное письмо с инструкциями, скреплённое сургучной печатью, надёжнее простой записки. Организмы, у которых ядро отделено от цитоплазмы, образовали надцарство ядерных. Это растения, грибы и животные. Органеллы берут на себя особые функции • В чём смысл разделения функций? В клетке ядерных организмов отделено не только ядро. Внутренние мембраны делят цитоплазму на части - большие и маленькие. Эти части и есть органеллы. То, что органеллы изолированы друг от друга мембранами, позволяет выполнять каждой из них свои собственные, сложные и разнообразные функции. 30 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных Образно говоря, мембраны превращают клетку в многокомнатную квартиру, с перегородками и проходами, мебелью и посудой, которые тоже сделаны из мембран, по строению очень сходных с внешней клеточной мембраной. По сравнению с этим бактериальная клетка - просто кухня с плитой и парой кастрюль. Продолжая аналогию, ядро можно сравнить с большой библиотекой, в которой находится центр управления клеткой. Эндоплазматическая сеть - система полостей, поверхность которых образует рабочие столы и полки для оборудования, а сами полости принимают готовую продукцию. На эндоплазматической сети размещаются рибосомы - кастрюли, колбы и пробирки, в которых из материала окружающей цитоплазмы создаются нужные клетке вещества. Митохондрии - это станции выработки энергии для клеточных процессов. Важную роль в клетке играет цитоскелет - система распорок и канатов, поддерживающих прочность конструкции, а также рельсов и лебёдок для перемещения блоков, что особенно важно во время деления клетки. Живут и работают в этой «квартире» макромолекулы РНК - подвижные молекулы-роботы, которые приносят информацию из ядра. Им помогают «лаборанты» - макромолекулы ферментов. Клеточная мембрана Цитоплазма Митохондрии Рибосомы Эндоплазматическая сеть Ядерная мембрана ДНК Ядрышко Другие органеллы 4.6. План строения клетки ядерного организма Как видим, развитие обмена веществ позволило усовершенствовать структуру клетки, разделить её на функциональные части. Усложнение структуры привело к новому улучшению функций: способов связи со средой, механизмов жизнеобеспечения. § 4. План строения животной клетки | 31 Эффективный обмен веществ Сложная структура Ядерные организмы получили преимущество в борьбе за существование. Автотрофы дали начало царству растений. Всасывающие ге-теротрофы были предками грибов. Организмы, поглощающие пищу кусками, стали первыми животными. Взаимное усиление двух явлений называется положительной обратной связью. А Способ питания изменил строение клетки Как животная клетка справляется с грубой пищей? Книжки и тетрадки один раз можно принести в школу под мышкой. Но если это приходится делать каждый день, человек заведёт себе портфель. В эволюции тоже за новой функцией всегда следует структура: соответствующее изменение строения или даже создание нового органа. Автотрофы ^ растения Клеточные стенки из целлюлозы и упругие вакуоли создают телу опору. В зелёных хлоропластах из углекислого газа и воды на свету производятся органические вещества (рис. 4.7, А). Всасывающие гетеротрофы - грибы Стенки из хитина укрепляют нитевидные клетки, прорастающие к питательному субстрату. Их огромная поверхность всасывает органические растворы. Они перевариваются в лизосомах (рис. 4.7, Б). Гетеротрофы - животные Клетки имеют компактную форму и окружены эластичной мембраной, не мешающей подвижности организма. Имеются лизосомы, которые переваривают поступающие органические вещества (рис. 4.7, В). • Какие особенности этих клеток связаны со способом питания их хозяев? 4.7. Строение клетки: А - растения; Б - гриба; В - животного 32 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных У гетеротрофных ядерных организмов появились специальные органеллы - лизосомы. Это мелкие пузырьки, наполненные ферментами-растворителями. В лизосомах грубая пища животных расщепляется на мелкие молекулы, пригодные для строительства тела и извлечения энергии. Эти три плана строения клетки (см. рис. 4.7), возникшие у первых ядерных одноклеточных под влиянием их особого способа питания, стали основой строения организмов в каждом царстве. Они наилучшим образом соответствовали их роли в экосистеме. Чтобы понять важность всех этих приспособлений, достаточно представить, что на их «изобретение» ушло около половины всего времени эволюции жизни на Земле. Преимущества строения ядерных организмов позволили им повысить численность, занять различные местообитания и породить огромное разнообразие новых видов. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Всё живое сходно по главным функциям и строению, а значит, связано общим происхождением. Причиной происхождения животных послужила возможность занять место потребителей в древних экосистемах. Условием их происхождения стало повышение эффективности обмена у ядерных организмов. В результате этих событий возникли организмы, занявшие место потребителей во всех современных экосистемах. План строения клеток их тела - компактная форма, эластичная мембрана, изолированное ядро, широкий набор органелл - приспособлен к особенностям животного способа гетеротрофного питания. Автотрофы. Гетеротрофы ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • Назовите общие свойства живого и основные жизненные задачи организма. 2. • Какие преимущества получили ядерные организмы? 3. • Как и почему произошло разделение способов питания? 4. • Поработайте в паре. Расскажите о свойствах животной клетки по плану: М Свойства Части Особенности Особенности живого организма ядерных животных 5. • Как строение клеток помогает животным решать три основные задачи ор- ганизма? 6. • Почему среди ныне живущих гетеротрофных организмов немало бактерий? 7. • Приведите примеры выгоды от повышения эффективности и примеры вза- имного усиления структуры и функции. § 5. План строения животного | 33 § 5. План строения животного ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Катя: Животное - потребитель. Поэтому для него главное - это живот. Петя: Но подвижность важней, недаром говорят, что волка ноги кормят. Маша: Чтобы потребителю поймать жертву, её надо вначале почувствовать и заметить. • О чём спорят ребята? Чему будет посвящён урок? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что называют планом строения организма? (§ 3) • Что называют тканью, органом? (6 класс) • Чувствуют ли растения? (6 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и рисунков объясните, как связана экологическая роль потребителя с необходимыми функциями животного. Каждой функции - свой орган Эффективная работа клеток открывает новые возможности для приспособлений. Как их использовать? Дела можно выполнить лучше, если за каждое дело возьмётся специалист. А работа организма будет более эффективной, если каждую функцию возьмёт на себя специальный орган. Представим себе многоклеточный организм животного, клетки которого готовы превратиться в любой орган по нашему желанию. Как должен выглядеть такой организм, если ему принадлежит роль потребителя в экосистеме? Попытаемся представить его основные функции и структуры. Животные едят грубую пищу Как мы выяснили, главная причина всех отличий животных от других организмов - их способ питания. Растения питаются мельчайшими молекулами воды и углекислого газа, грибы всасывают мелкие молекулы простых органических соединений (рис. 5.1, А). Их пища легко проникает внутрь клеток через поверхность. 34 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных 5.1. Способы питания: А - растительный; Б - животный Животный способ питания - поглощение других организмов целиком или кусками, несравненно более крупными, чем молекулы (рис. 5.1, Б). Чтобы усвоить их, животные имеют органы пищеварения (рис. 5.2), способные заглотить, размельчить и переварить пищу до состояния, в котором она легко усвоится клетками. 5.2. Пищеварительная система - место переваривания пищи Животные подвижны Растения и грибы окружены пригодной пищей со всех сторон. Пища животных размещена неравномерно. Её нужно разыскивать, догонять, ловить. Поэтому вторая особенность животных -подвижность, которая обеспечивается развитием опорно-двигательной системы (рис. 5.3). § 5. План строения животного | 35 5.3. Активное движение - способ поиска грубой пищи. Для прикрепления мышц нужны опорные структуры Животные чувствуют Чтобы искать пищу, необходимы органы чувств. Чтобы добыть её, нужны быстрые и целенаправленные действия. Поэтому третья особенность животных - чувствительность, способность воспринимать сигналы из внешней и внутренней среды и быстро реагировать на них с помощью нервной системы (рис. 5.4). Животные более активны Наконец, четвёртое следствие способа питания животных - намного более высокий уровень обмена веществ. Для поддержания жизни каждую минуту животным требуется гораздо больше энергии, чем другим организмам сходного размера. Это достигается высокой степенью развития всех систем органов, в том числе и тех, зачатки которых есть у растений или грибов. 36 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных Чтобы из пищи получить энергию, нужен кислород - эту возможность даёт дыхательная система. Кровеносная система разносит вещества ко всем клеткам тела. Выделительная система удаляет из организма вредные и лишние вещества. Железы внутренней секреции регулируют состояние внутренней среды организма. Центральная нервная система управляет всем организмом животного и направляет его поведение. Органы размножения обеспечивают продолжение рода. Общий план Мы убедились в том, что любому животному как потребителю необходимы некоторые общие свойства. Это помогло нам построить общий план строения животного (рис. 5.5). Он, конечно, условный. Различные представители животного мира вырабатывали приспособления по-разному, и не все одинаково преуспели на этом пути. У одних сформировалась целая система органов, у других ту же функцию выполняют разрозненные клетки. У третьих функция органа могла измениться. Чтобы установить план строения каждой группы животных, нужны подробные сравнительные исследования. Несмотря на свою условность, общий план строения помогает нам понять отличия животных от других организмов и представить направления их эволюции. 5.5. План строения вооб;ражаемого животного • Что изображает этот план? 5.6. Аналогичные приспособления растений и человека • В чём аналогия этих приспособлений? § 5. План строения животного | 37 ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Основные функции организма животного вытекают из его экологической роли потребителя. Пищеварение обеспечивает переваривание грубой пищи. Для поиска пищи необходима подвижность. Для обнаружения пищи нужна чувствительность. Активная жизнь требует высокого уровня обмена веществ, который зависит от развития органов дыхания, кровообращения, выделения и других. Пищеварение. Подвижность. Чувствительность. Активность 1. 2. 3. 4. 5. 6. ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Какие свойства животных связаны с их ролью в экосистеме? Какие органы обеспечивают чувствительность животных? Почему животным нужно больше кислорода, чем растениям? Перечислите основные функции организма животного. Можно ли считать отличительной особенностью животных наличие рта? Почему растения и грибы неподвижны? Что позволяет им перемещаться на новые места? Как связаны друг с другом питание, дыхание и выделение? 8. • Поработайте в паре: один из вас называет свойство животного, а второй - противоположное ему свойство растения. 7 38 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных ДЛЯ САМЫХ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ § 6. Исключения, подтверждающие правило ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Эвглена (Euglena) - род микроскопических подвижных одноклеточных организмов из отдела эвгленовых водорослей. (Большая советская энциклопедия) Факт 2. Эвглены - одноклеточные животные микроскопической величины.(Википедия) • В чём противоречие? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие «профессии» в экосистеме имеют представители разных царств? (5 класс) • Сравните клетки грибов, растений и животных. (5 класс, § 4) • Какие особенности отличают представителей разных царств живой природы? (5 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Все мы «одной крови» • Только ли животным свойственны признаки животных? Конечно, растения совершают медленные движения, связанные с ростом и поворотом к солнцу. Но некоторые одноклеточные водоросли перемещаются в воде довольно быстро. У них есть специальные органеллы движения - жгутики - и светочувствительный глазок (рис. 6.1). Они даже, как животные, лишены клеточных стенок, которые мешали бы движению. Но для нормального питания им нужен солнечный свет, за что их и относят к растениям. С этим можно было бы согласиться, если бы не эвглена зелёная (рис. 6.2). У этого одноклеточного животного тоже есть хлоропласты, в которых идёт фотосинтез. «Каким же признакам доверять?» - спросите 6.2.Животное эвглена зелёная ВЫ. ПравИЛЬНЫЙ ОТВет будеТ: КОМПЛеКСНЫМ ГОМО- 6.1. Растение хламидомонада § 6. Исключения, подтверждающие правило | 39 логиям. Если внимательно рассмотреть способы питания этих одноклеточных, то окажется, что эвглена может фотосинтезировать только днём, при ярком свете, и то «не досыта», зато остальное время она - настоящий гетеротроф, со всем необходимым для этого комплексом клеточных структур и ферментов. Хламидомонада тоже способна усваивать органику, но удовлетворяет свои потребности в основном за счёт фотосинтеза. Тело её мало, а освещённость переменчива. Вот и выходит, что ей легче самой гоняться за «солнечным зайчиком», чем ждать и увеличивать площадь своих зелёных «солнечных батарей». Признаки животных и растений начали формироваться ещё у бактерий. У них они имели приспособительное значение, то есть были гибкими, поддавались изменениям при смене условий. У одноклеточных ядерных организмов часть этих признаков тоже может возникать или пропадать в соответствующих условиях, хотя основной способ питания ими уже выбран. Приведённые примеры ещё раз доказывают их эволюционную близость к бактериям и подтверждают родство животных и растений. Одолжите способ питания^ • Присмотритесь к этим «растениям» (рис. 6.3-6.4). Вроде бы ничего необычного... 6.3. Заросли пельтигеры в тайге 6.4. Морские «луга» из погонофор Да не растения это вовсе! Лишайник пельтигера - гриб, растущий на бедной таёжной почве, и не просто гриб, а содружество его с одноклеточными водорослями, которых он не просто приютил, а навеки встроил между клеток мицелия. Автотрофные водоросли снабжают клетки гриба углеводами, а он их - водой и микроэлементами. Погонофоры - «лишайники моря». Это животные, в структуру которых встроены автотрофные бактерии. На дне глубоководных впадин, куда не проникает свет дня, эти бактерии синтезируют органическое вещество с помощью энергии химических реакций. Оно идёт на питание животных клеток - за «аренду лабораторных помещений». Эти два случая - примеры симбиоза, тесного взаимовыгодного содружества двух различных видов организмов. Смена способов питания у видов-хозяев здесь кажущаяся. На самом деле они остаются гетеротрофами, но при этом содержат собственную «фабрику» по производству продовольствия и, более того, передают её по наследству. 40 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных на насекомых 6.6. Петеров крест -растение, лишённое хлорофилла 6.7. Бычий цепень - животное, всасывающее пи^у поверхностью тела Но есть случаи, когда организмы действительно заимствуют способ питания из другого царства, - некоторые должны быть вам знакомы. Процесс пищеварения у животных очень сложен. Он включает несколько этапов, на каждом из которых пища подвергается особой физической и химической обработке. Растение росянка (рис. 6.5), конечно, не такой «мастер». Она обитает на верховых болотах, где вся вода поступает не из грунтовых растворов, а из атмосферных осадков - абсолютно пресных. Главное, что нужно росянке от комара, - это не органические вещества, а микроэлементы. Остальное она просто не может усвоить. Паразитическое растение петров крест (рис. 6.6) приживается там, где - о чудо! - корни его нащупывают раствор сахара. Зачем же ему хлорофилл? Зачем синтезировать то, что и так поступает в достатке! Просто нужно иметь корни, способные проникать в живую древесину. Так же и бычий цепень (рис. 6.7) -кишечный паразит человека - живёт в среде уже готовой пищи, причём пищи именно с точки зрения животного. Ведь они неспособны расщеплять клетчатку, как грибы. Пищеварительная система, служившая предкам цепня, и даже рот утрачены за ненадобностью. Упрощение строения тела обычно для паразитических организмов. Так что и здесь нет оснований говорить о радикальной смене способа питания: скорее это просто утрата собственных приспособлений за счёт использования таких же чужих. «Если гора не идёт к Магомету^» • Насколько подвижность характерна именно для животных? Мы уже выяснили, что среди одноклеточных подвижность возможна не только у животных. Многоклеточным же пришлось определиться. Необходимость в лучах света привела к развитию большой поверхности тела у растений. У грибов увеличение всасывающей поверхности привело к нитевидной структуре мицелия. Это резко затруднило передвижение. Мешали также прочные клеточ- § 6. Исключения, подтверждающие правило |41 ные стенки. Поэтому подвижность у грибов сводится лишь к росту, а у растений - к небольшим движениям стебля, листьев или лепестков. Всем живым организмам необходимо расселяться. Но это можно сделать, доверив многочисленное потомство ветру, воде, животным (рис. 6.8). Отказаться от подвижности легче, чем её приобрести. Поэтому животным она свойственна настолько, насколько полезна. Так, среди водных животных мно- 6.8. Способы расселения плодов и семян • Можно ли назвать эти растения подвижными? го прикреплённых форм. Они питаются тем, что приносит вода. Но и у них есть органы движения: щупальца для захвата добычи, реснички для усиления фильтрации воды. А главное - многие малоподвижные животные в начале жизни проходят стадию свободно плавающей личинки (рис. 6.9). Как видно, даже малоподвижные животные всё же подвижнее растений. Чувствуют ли растения? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Рисунки 6.10 (А и Б) и 6.11 (А) вроде бы доказы- 6-9'Губка и её личинка вают: да, чувствуют. Любая живая клетка обладает раздражимостью. Но как скоро наступает ответная реакция? Конечно, у животных - значительно быстрее, почти моментально (рис. 6.11, Б и В)! Ведь большинство из них воспринимает и реагирует с помощью специальных нервных клеток. 6.10. Чувствительность к свету у растений и животных: А^, Б - растения отличают свет от тьмы; В - человек видит предметы • Куда растёт росток? Как реагируют на яркий свет растения и животные? Ещё больше различие при точечном раздражении: только у животного на него реагирует весь организм. Это происходит благодаря тому, что нервная система объединяет все части организма. Конечно, у разных животных ответная реакция будет различной в зависимости от развития нервной системы. Человек Б В 42 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных может и вида не подать, когда у него берут кровь из пальца. Но знать об этом будет вся его нервная система: она же и удержит его от ответной реакции. 6.11. Растения и животные реагируют на прикосновение • Сравните реакцию животных и растений на точечное раздражение. Три царства - три ствола эволюции ядерных организмов • Почему исключения не стали правилами? Приведённые примеры показывают, что история всех живых организмов имела общие корни, но шла разными путями, которые иногда сближались. На ранних этапах эволюции все три группы живых организмов были более сходны между собой и с более древней группой - бактериями. Основные свойства животных - способ питания, подвижность, чувствительность, интенсивность обмена веществ - иные, чем у растений и грибов. Мы увидели, что в особых условиях животные, растения и грибы могут вырабатывать аналогичные приспособления. Но когда нам казалось, что найдено исключение из правила и у них обнаружены сходные свойства, то при детальном рассмотрении оказывалось, что проявление этих свойств качественно различно в разных царствах. Такое сходство признаков напоминает близость листьев разных веток в кроне одного дерева (рис. 6.12). 6.12. Схема родственных свя зей царств живой природы ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Сравнительный метод, т.е. выявление аналогичного и гомологичного сходства, помогает глубже понять свойства живых организмов и выделить три царства - три основных пути развития в надцарстве ядерных. § 6. Исключения, подтверждающие правило |43 ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Почему среди примитивных организмов встречаются и такие, которые трудно отнести к определённому царству? 2. • В каких условиях обитают животные, утратившие некоторые признаки, об- щие для царства животных? 3. • Как учёные определяют систематическое положение организмов? ^ Жизненная задача Название. Составление базы данных полезных и опасных животных своего района. Ситуация. Мы живём в окружении множества видов животных, влияющих на жизнь человека. Все животные местной фауны являются необходимыми компонентами функционирования экосистем. Но есть виды, значение которых для нас особенно важно. Это, прежде всего, виды, полезные для хозяйства человека (беспозвоночные почвообразователи и фильтраторы, очищающие водоёмы, насекомые-опылители сельскохозяйственных культур, насекомоядные и хищные птицы, охотничьи и промысловые виды рыб, птиц и зверей и т.п.) и опасные для человека (паразиты, ядовитые и жалящие животные, переносчики заболеваний, вредители урожая и запасов). Некоторые из этих животных совмещают эти качества. Например, жабы охраняют ваш приусадебный участок от вредителей и одновременно обладают ядовитой кожей. Роль. Медицинский и сельскохозяйственный зоолог. Люди этих профессий выявляют полезных и опасных представителей местной (например, областной или районной) фауны, определяют их систематическое положение и способы предохранения от негативных контактов и использования животных в хозяйстве человека. Результат. Если каждый из вас выполнит эту работу по какой-либо группе животных (простейшие, паразитические черви, членистоногие, рыбы, амфибии и рептилии, птицы, звери), то все вместе вы постепенно создадите базу данных по полезным и опасным животным. Хорошо, если ваша база данных будет иллюстрирована изображениями самих живых, типичных для них местообитаний, мест размножения и т.п. Результат этой работы может быть собран в файле, а затем после обработки данных представлен в виде стенда в кабинете биологии, альбома, доклада на школьной конференции, сайта и т.п. Эти знания будут необходимы и полезны для дачников, сельских хозяев, грибников и собирателей ягод, лесников и егерей. Знания о животных своей местности помогают наносить природе возможно меньший урон при планировании хозяйственных мероприятий. 44 Глава 1. Кто такие животные. Зоология - наука о животных ^ Предлагаем проект «Наши растения, грибы и животные» Каждый вид живого организма занимает определённое положение в систематике, имеет свой «адрес». Мы предлагаем вам определить систематическое положение видов растений, грибов и животных вашей местности. Для этого: 1. Выберите основные виды организмов, населяющих ваш регион. 2. Определите их систематическое положение с помощью определителя или Интернета: царство, тип (отдел), класс, отряд (порядок), семейство, род, вид. 3. Занесите полученные сведения в файл любого текстового редактора или редактора презентаций (например, Microsoft Word или Microsoft PowerPoint), снабдите по возможности иллюстрациями. Таким образом, будет создано иллюстрированное пособие для учеников, изучающих биологию. • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Прежде чем приступить к любой самостоятельной работе по зоологии, необходимо познакомиться с выбранным объектом исследования. Знакомство это должно начинаться с выяснения систематического положения, то есть места объекта нашего исследования среди других животных и его свойств, вытекающих из его положения в системе. Объект можно выбрать по своему вкусу (неинтересных животных не бывает): - невидимые животные - простейшие; - полезные животные - опылители; - объекты питания человека: промысловые рыбы, птицы и звери; - домашние животные: кошки, собаки, попугайчики, аквариумные рыбки, а в сельской местности - и сельскохозяйственные животные (эти животные особенно удобны для самостоятельных наблюдений); - опасные животные: паразиты, жалящие, ядовитые; - вредители: в последние годы южные территории нашей страны после продолжительного перерыва вновь особенно страдали от саранчи, а лесные территории - от короеда-типографа; интересно разобраться в причинах таких нашествий; за последствиями их вредоносной деятельности тоже можно наблюдать самому; - общественные насекомые: муравьи, пчёлы, осы и т.п.; - просто удивительные животные: жители морских глубин, акулы или кальмары, которых иногда называют «приматами» моря; животные экзотических стран: кенгуру, коала, ленивцы, крупные кошки Африки и т.п.; наконец, это могут быть древние животные: динозавры, ихтиозавры, плезиозавры, зверообразные, древние птицы и звери. § 6. Исключения, подтверждающие правило |45 Группу животных для самостоятельной работы можно выбрать на весь год. Тогда, познакомившись с их систематическим положением, вы можете перейти к исследованию их образа жизни, поведения, хозяйственного и даже эстетического значения. А можете, напротив, в каждой самостоятельной работе менять объекты исследования. Информацию о выбранных животных можно найти в энциклопедиях и других популярных книгах, в Интернете, в телепередачах, за некоторыми из животных можно проводить наблюдения самостоятельно (дома - за домашними питомцами, в зоопарке - за дикими животными). Вы свободны в выборе темы самостоятельной работы. Надо только напомнить, что, какую бы исследовательскую задачу вы ни ставили перед собой, важно: - сформулировать выбранную тему: что, о чём и для чего вы хотите узнать; - не только собрать определённую информацию об объекте исследования, но и обратить внимание на методы её получения; - сформулировать выводы; - представить свою работу ученикам класса. Заключение к главе 1 Главная обязанность науки перед обществом - прогноз. Прогнозировать можно только повторяющиеся явления. Отсюда сравнение - основной научный метод. Главное в сравнительном методе - различение существенных сходств от несущественных. Все живые существа происходят в процессе эволюции. Поэтому в биологии самые существенные сходства - это гомологии, связанные с происхождением. Особенно важен план строения - ансамбль гомологичных органов, свойственных той или иной группе организмов. Менее существенные сходства -аналогии обусловлены подобием функций. Систематика - это итог сравнительного изучения организмов. 4б Глава 2. Беспозвоночные ГЛАВА 2. БЕСПОЗВОНОЧНЫЕ Глава 2. Беспозвоночные 47 Эта глава учебника поможет вам научиться ♦ Понимать, что все живые организмы вносят свой вклад в существование биосферы. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - определять роль в природе изученных групп животных. ♦ Рассматривать биологические процессы в развитии. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - приводить примеры приспособлений животных к среде обитания и объяснять их значение; - находить черты, свидетельствующие об усложнении животных по сравнению с предками, и давать им объяснение; - объяснять приспособления на разных стадиях жизненных циклов. ♦ Использовать биологические знания в быту. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - объяснять значение животных в жизни и хозяйстве человека; - приводить примеры и характеризовать важных для жизни и хозяйства человека животных (обитателей жилищ, паразитов, переносчиков болезней, насекомых-опылителей, общественных и кровососущих насекомых и пр.) на примере своей местности, объяснять их значение. ♦ Объяснять, как устроены и как функционируют беспозвоночные животные. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - различать (по таблице) основные группы животных (простейшие, типы кишечнополостных, плоских, круглых и кольчатых червей, моллюсков, членистоногих (в т.ч. классы ракообразных, насекомых, пауков); - объяснять строение и жизнедеятельность изученных групп животных (простейшие, кишечнополостные, плоские, круглые и кольчатые черви, моллюски, членистоногие (в т.ч. ракообразные, насекомые, пауки); - характеризовать основные экологические группы изученных групп животных; - понимать смысл биологических терминов; - различать важнейшие отряды насекомых; - проводить наблюдения за жизнедеятельностью животных, биологические опыты и эксперименты и объяснять их результаты. ♦ Оценивать поведение человека с точки зрения здорового образа жизни. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - использовать знания биологии при соблюдении правил повседневной гигиены; - осуществлять личную профилактику заболеваний, вызываемых паразитическими животными. 48 Глава 2. Беспозвоночные С древних времён люди обращали больше внимания на крупных и заметных животных: зверей, птиц, рыб и «гадов». Всех прочих из-за их малости и невзрачности почти не различали, объединяя в одну сборную группу - беспозвоночные. Лишь в последние столетия обнаружили, что их почти в 50 раз больше видов, чем позвоночных. Оказалось, что это - разнообразнейшая группа, буквально сотворившая историю Земли. В наши дни без знаний о них немыслимы разведка полезных ископаемых, ведение сельского хозяйства, развитие целых отраслей медицины и пищевой промышленности. Познакомимся с ними подробнее. Проверьте себя • Вспомните, что вы уже знаете о беспозвоночных и позвоночных животных. Заполните таблицу. Отличия беспозвоночных от позвоночных Отличительные черты Систематические группы, входящие в состав Где обитают, образ жизни Типичные представители Беспозвоночные Позвоночные § 7-8. Клетка в роли организма |49 ПРОСТЕЙШИЕ § 7-8. Клетка в роли организма ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Клетка простейшего выполняет все функции живого организма. Факт2. Требования организма противоречивы: постоянная форма тела мешает движению, дыхание и выделение через поверхность тела снижают защитные свойства оболочки. • В чём состоит противоречие? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какими свойствами обладают все животные? (§ 5) • Чем отличаются клетки животных и растений? (§ 4) • Какие части клетки вы знаете? Какую функцию они выполняют? (5 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Одноклеточные «мастера на все руки» • Постарайтесь ответить на вопрос рубрики, выскажите предположение. Вы согласны с таким образным названием, которое авторы дали одноклеточным? Почему? • Чтобы проверить своё предположение, прочитайте текст, ведя диалог с автором: В - задайте вопрос к тексту; О - спрогнозируйте ответ; П - проверьте себя по тексту. После чтения текста сделайте вывод по проблеме ответа. Одноклеточный организм выполняет те же функции, что и многоклеточный: питается, двигается, размножается. Его клетка должна быть «мастером на все руки», чтобы делать всё то, что у других животных делают особые органы. Поэтому одноклеточ- 50 Глава 2. Беспозвоночные. Простейшие ные животные настолько непохожи на остальных, что их выделяют в отдельное подцарство простейших. Понятно почему. В (На какие вопросы о простейших вы хотели бы получить ответы?) П (Предположите, что вы узнаете.) Известны десятки тысяч видов простейших. Мы познакомимся с ними на примере трёх обычных видов, которые можно встретить, рассматривая каплю воды из любой лужи. Это амёба протей, эвглена зелёная и инфузория-туфелька. П (Вы уже что-нибудь можете рассказать про эти обычные виды?) Простейшие живут в воде • Правильно ли сказать, что простейшие обитают лишь в водоёмах? Это может быть и вода озера, и капля росы, и влага почвы, и даже вода внутри нас. Лишь из водного раствора простейшие могут получить еду и кислород. Поверхность их тела очень нежна и без воды моментально высыхает. Они подвижны, как и положено животным • Какими способами передвигаются простейшие? Почти все простейшие подвижны, но способы их передвижения различны. Амёба (рис. 7.1) «перетекает» по дну. Её тело не имеет постоянной формы. Оно состоит в основном из жидкой эндоплазмы, в которой находятся все ор-ганеллы. Снаружи их окружает более густая эктоплазма, а поверхность покрыта эластичной цитоплазматической мембраной. Движение амёбы начинается с того, что часть эктоплазмы выпячивается вперёд и образует ложноножку. Ложноножка закрепляется на дне, а затем в неё перетекает вся эндоплазма. • Что можно сказать об образе жизни этих простейших? 7.1. Амёба протей 7.2. Эвглена зелёная 7.3. Инфузория-туфелька § 7-8. Клетка в роли организма 151 У жгутиконосцев (рис. 7.2) эктоплазма превращается в плотную оболочку - пелликулу. Передвигаются они с помощью жгутиков. Жгутик состоит из упругого центрального стержня и 9 продольных белковых тяжей, заменяющих мышцы. В цитоплазме у основания жгутика имеется базальное тело, состоящее из вакуоли с запасом питательных веществ и крупной митохондрии. Эта «электростанция с запасом горючего» снабжает энергией сократимые волокна. Волнообразно изгибая жгутик, животное движется. Тело инфузорий (рис. 7.3) также имеет постоянную форму, но оно крупнее и покрыто множеством коротких жгутиков - ресничек. Реснички вращаются, подобно вёслам лодки, двигая тело вперёд. Некоторые инфузории слишком велики, чтобы передвигаться. Они ведут прикреплённый образ жизни, но тело их также покрыто ресничками. Движение ресничек создаёт ток воды, приносящий пищу: бактерии и другие мелкие организмы. Рот не всегда остаётся на месте • Чем питание простейших отличается от питания известных вам многоклеточных животных? Гетеротрофные организмы поглощают пищу не отдельными молекулами, а целыми кусками. Для этого им нужен рот. Пищеварительная вакуоль ^ __ ‘ \ ^ Vb Движение вакуоли Клеточный рот Порошица 7.4. Питание амёбы 7.5. Питание инфузории 7.6. Питание эвгле- ны на свету и в тени • В чём преимущество и недостатки таких способов питания? У амёбы он может «открыться» где угодно (рис. 7.4). Наталкиваясь на добычу, животное обволакивает её ложноножками со всех сторон, они сливаются, и добыча оказывается внутри тела. Вокруг неё образуется пищеварительная вакуоль (лизосома). В её 52 Глава 2. Беспозвоночные. Простейшие полость выделяются пищеварительные ферменты. Пища переваривается и всасывается в цитоплазму. Затем пищеварительная вакуоль подходит к клеточной мембране и открывается наружу, чтобы выбросить непереваренные остатки. Жгутиковые и ресничные простейшие не меняют форму тела. Поэтому рот у них расположен в определённом месте, обычно ближе к переднему концу тела. Клеточный рот инфузории (рис. 7.5) представляет собой глубокую воронку, окружённую ресничками, которые направляют пищу в нужную сторону. В глубине рта порция пищи окружается мембраной: образуется пищеварительная вакуоль. Пока пища переваривается, вакуоль движется по определённому маршруту к отверстию-порошице в задней части тела. Через него остатки пищи уходят в окружающую среду. Некоторые жгутиковые используют растительный способ питания -фотосинтез - и напоминают одноклеточные водоросли. Эвглена зелёная (рис. 7.6), например, тоже имеет хлоропласты и светочувствительный глазок. Но если её поместить в полную темноту на 20-25 дней, добавив в воду картофельный отвар, эвглена не погибнет. Она лишится своей зелёной окраски и полностью перейдёт к гетеротрофному питанию. Рот у неё сохраняется постоянно. Простейшие дышат и выделяют всей поверхностью • В чём состоят особенности дыхания и выделения одноклеточных животных? В отличие от пищевых частиц, мелкие молекулы свободно проходят сквозь клеточную мембрану. Они направляются туда, где их меньше, до тех пор, пока концентрация раствора внутри клетки не станет такой же, как снаружи. Кислород расходуется на клеточное дыхание. Когда его становится меньше, чем во внешней среде, новые молекулы просто проходят внутрь клетки. Молекулы углекислого газа и вредных веществ, накопившихся в результате жизнедеятельности, наоборот, выходят наружу. Большое преимущество простейших в том, что размер их мал и любая часть тела находится очень близко к поверхности. Поэтому многие из них обходятся без специальных органов дыхания и выделения. Труднее приходится пресноводным животным. Внутриклеточная среда представляет собой раствор органических веществ, крупные молекулы которых не проходят сквозь мембрану. Молекулы воды гораздо мельче, поэтому они устремляются в клетку, чтобы разбавить § 7-8. Клетка в роли организма 153 этот раствор. Приходится удалять их насильно, затрачивая немалую энергию. А вот у морских и паразитических простейших нет такой необходимости. Ведь они окружены не просто водой, а крепкими солевыми растворами. Откачиванием лишней воды из организма занимаются сократительные вакуоли (рис. 7.7-7.8). Под микроскопом хорошо видно, как они постепенно наполняются, а раз в 5-10 мин. резко сокращаются и выталкивают воду наружу. У инфузорий две постоянные сократительные вакуоли с подводящими к ним канальцами. У амёбы вакуоли могут возникать в любой части клетки. / Сократительная \ вакуоль 7.7. Выделение у амёбы 7.8. Выделение у инфузории • Где живут изображённые животные? Их поведение состоит из таксисов • В чём специфика проявления раздражимости у простейших? Простейшие обладают раздражимостью - способностью чувствовать и реагировать на сигналы из внешней среды. Амёба, наползая на предметы, отличает съедобные от несъедобных и захватывает их ложноножками. Она уползает и прячется от яркого света, механических раздражений и повышенной концентрации вредных для неё веществ (например, от кристаллика поваренной соли). Такое поведение, состоящее в движении к раздражителю или от него, называется таксисом. Некоторые виды простейших имеют светочувствительный глазок (рис. 7.11), который позволяет точнее определять направление к источнику света. Инфузория способна реагировать на появление врага или жертвы и поражать их, выбрасывая тонкие ядовитые белковые нити. Как простейшие избегают неприятности? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Одноклеточные животные очень чувствительны к изменению окружающей среды. При наступлении неблагоприятных условий 54 Глава 2. Беспозвоночные. Простейшие простейшие приспособились покрываться прочной оболочкой из белка - превращаться в цисту. В цисте жизненные процессы приостанавливаются. В таком виде простейшие переносят любую засуху и зимние морозы. Микроскопические цисты могут переноситься ветром. В благоприятных условиях животное переходит к ак-7.9.Выход ам'ёбы из цисты тивной жизни (рис. 7.9). Ещё одна форма защиты простейших - способность к регенерации (восстановлению). Повреждённая клетка может достроить свою разрушенную часть, но только при условии сохранения ядра, так как там хранится вся информация о её строении. Многообразный мир простейших • Чем отличаются разные группы простейших? Родственников амёбы и эвглены учёные считают наиболее древними животными. Их объединяют в тип корненожек и жгутиконосцев. Фораминиферы j ]j Лямблия , f, ГД / Jr Л. 1 ‘''1 i Раковинная амёба Лучевики Прикреплённые формы инфузорий 7.10. Разнообразие простейших § 7-8. Клетка в роли организма 155 Сюда относятся и самые крупные среди простейших (до 20 см с ножками) -раковинные амёбы и фораминиферы (рис. 7.10). Они обитают на дне моря и питаются органическими остатками. Их причудливые раковины состоят из кристаллов извести или кремнезёма. Сквозь отверстия в раковине выходят многочисленные и очень длинные ложноножки. Они образуют подобие ловчей сети вокруг животного. Крупные частицы пищи фораминиферы окружают ложноножками и переваривают снаружи раковины. Другая группа - лучевики- ведёт планктонный образ жизни. Капельки жира в цитоплазме не дают им опуститься на дно, а изящный лучистый скелет и нитчатые ложноножки позволяют «парить» в воде, как пушинкам в воздухе. Среди жгутиконосцев есть свободноживущие и паразитические виды. Многожгутиковая лямблия, например, поражает кишечник человека. Различные виды трипаносом живут в крови животных и распространяются кровососущими насекомыми. Тип ресничных простейших, или инфузорий, особенно разнообразен на мелководье. Среди них есть и плавающие, и ползающие по дну, и прикреплённые, и даже своеобразные подземные формы, свободно проходящие между песчинками. Некоторые инфузории - хищники, нападающие на своих собратьев. Такого превосходства инфузории добились за счёт сложного строения: их органеллы наиболее разнообразны, хорошо развиты и занимают постоянное положение. Например, реснички на разных участках тела приспособлены к различным функциям: движения, осязания, фильтрации воды или захвата пищи. В отличие от других простейших, инфузории имеют два ядра: малое ядро хранит наследственную информацию, а большое ядро управляет обменом веществ. Тип споровиков развивался по пути упрощения строения, связанного с паразитическим образом жизни. Их среда обитания - кровь и клетки тела различных животных. Малярийный плазмодий и токсоплазма вызывают тяжёлые заболевания человека, которые мы обсудим позднее. Органеллы движения: жгутик, ресничка--- Органеллы питания рот------------- пищеварительная -вакуоль порошица (иногда) Органеллы дыхания мембрана Чувствительные органеллы: глазок (иногда) Органеллы выделения: сократительная вакуоль мембрана Органеллы размножения: ядро 7.11. План строения простейшего 5б Глава 2. Беспозвоночные. Простейшие ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Простейшие обладают всеми свойствами животных, но функции организма выполняет единственная клетка. Мелкие размеры позволяют им обмениваться веществами со средой через поверхность тела. Для других функций служат специальные органеллы. Трудные условия простейшие переживают в виде цисты. 1. 2. 3. 4. 5. 6. М Простейшие. Раздражимость. Циста. Регенерация ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ Где можно встретить простейших? Как они дышат и выделяют? Как простейшие передвигаются? Как происходит питание простейших? Как простейшие переживают неблагоприятный период? Какие органеллы простейших не понадобятся многоклеточным? Как вы думаете, почему на рисунках простейших обычно не изображены митохондрии, эндоплазматическая сеть, рибосомы? Почему простейшие не вымерли при появлении многоклеточных? В чём суть спора о жгутиконосцах между ботаниками и зоологами? 9. • Поработайте в паре: один из вас называет черту строения и жизнедеятельности простейших, а другой - её проявление у многоклеточных животных (на любом примере). МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Сформулируйте цель наблюдений (форма тела, способ передвижения, раздражимость и т.п.). Выберите метод (лупа, микроскоп) и аргументируйте его применение. Проведение наблюдений. Нанесите на предметное стекло микроскопа каплю воды с инфузориями-туфельками. Рассмотрите с помощью лупы или микроскопа с небольшим увеличением форму тела животных и их способ передвижения. Положите в каплю несколько волокон ваты для замедления движения. Накройте каплю покровным стеклом и рассмотрите строение инфузории под микроскопом, используя большое увеличение. Сделайте выводы в соответствии с целями наблюдений. Проведите опыт: две капли с инфузориями соедините водяным «мостиком». Положите в одну каплю кристаллик соли. Понаблюдайте и объясните результат опыта. 7 8 § 9. Размножение - основа жизни 157 § 9. Размножение - основа жизни ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Бесполое размножение - простой и быстрый способ увеличения числа потомков. Факт2. Половое размножение сопряжено с затратами времени и энергии (на поиск партнёра, дополнительную подготовку, редукционное деление и т.п.). • В чём состоит противоречие? Предложите свой вариант вопроса к параграфу и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что находится в ядре клетки? (5 класс) • Что такое «редукционное деление»? (5 класс, § 21) • Какие преимущества у бесполого размножения? (5 класс) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и иллюстраций ответьте на следующие вопросы. 1. В чём состоит специфика размножения у одноклеточных организмов? 2. В чём отличия бесполого и полового размножения простейших? 3. Что означают термины «половой процесс» и «половое размножение»? Бесполое размножение - деление клетки Чаще всего у простейших встречается бесполое размножение. Оно происходит путём деления клетки (рис. 9.1). Вначале делится ядро. Программа развития организма находится в ядре клетки в виде комплекта молекул ДНК. Поэтому ещё до деления клетки ядро удваивается, чтобы каждая из дочерних клеток получила свою копию наследственного текста. Затем клетка делится на 9.1. Бесполое размножение амёбы 9.2. Колония вольвокса 58 Глава 2. Беспозвоночные. Простейшие две примерно равные части. Каждый из потомков получает лишь половину цитоплазмы с органеллами, но полную копию материнской ДНК и, пользуясь инструкциями, достраивает себя до целой клетки. Бесполое размножение - простой и быстрый способ увеличить число своих потомков. Этот способ размножения, по сути, не отличается от деления клеток при росте тела многоклеточного организма. Вся разница в том, что дочерние клетки одноклеточных в конце концов расходятся, как самостоятельные организмы. Среди жгутиконосцев есть виды, у которых клетки после деления не теряют связи друг с другом. Образуется колония из многих клеток, связанных цитоплазматическими мостиками. Примером служит вольвокс (рис. 9.2). Этот случай показывает нам, как могли образоваться многоклеточные животные. Они бы были бессмертны, но^ всего на всех не хватит При делении клеток родительская особь не исчезает, а просто превращается в двух особей-двойников. Это означает, что при бесполом размножении организм может жить вечно, точно повторяясь в своих потомках. Действительно, учёным удавалось в течение нескольких десятков лет сохранять культуру простейших с одними и теми же наследственными свойствами. Но, во-первых, в природе численность животных строго ограничена запасами пищи, так что выживают лишь немногие потомки. Во-вторых, абсолютно одинаковые организмы вскоре могут оказаться одинаково неприспособленными к изменению условий и все погибнут. Избежать этой катастрофы помогает половой процесс. Половой процесс и редукционное деление Половой процесс состоит в объединении наследственной информации двух особей. У большинства простейших это происходит путём слияния двух клеток, которые называются гаметами. С помощью жгутика хотя бы одна из гамет активно перемещается и встречает гамету противоположного пола. Две гаметы полностью сливаются и образуют зиготу - клетку с удвоенным набором ДНК. Её наследственные свойства объединяют свойства обеих родительских гамет. Количество ДНК возрастало бы бесконечно, если бы не противоположный процесс - редукционное деление. Так называют деление клетки, при котором каждая из дочерних клеток получает ровно половину наследственного материала. Такие клетки могут снова объединиться в половом процессе и образовать зиготу (рис. 9.3). § 9. Размножение - основа жизни 159 Благодаря этому количество наследственного материала в клетках у каждого вида изменяется не более чем вдвое (рис. 9.4-9.5). У многих простейших в течение жизни оно обычно равно одинарному набору ДНК (n), а у большинства других животных - двойному набору ДНК (2n). Половое размножение и изменчивость Половой процесс у простейших сам по себе не ведёт к увеличению числа организмов, поэтому его нельзя назвать размножением. Но благодаря ему в зиготе образуется новая комбинация наследственных задатков, полученных от каждого из родителей. Последующие деления лишь увеличивают число потомков с данной комбинацией задатков. Таким образом, половым размножением простейших можно назвать половой процесс в сочетании с делением клеток. Его результат -потомство, отличающееся от родителей. Так возникает изменчивость, благодаря которой естественный отбор создаёт формы с новыми приспособлениями. Половое размножение сопряжено с затратами времени и энергии на поиск партнёра и дополнительную подготовку. Но потомство обладает ценным качеством - изменчивостью, и некоторые особи могут оказаться более приспособленными, чем родители. Жизненные циклы простейших Представьте себя на месте простейших. Мир бесконечно велик, опасности неотвратимы, расстояния непреодолимы, а жизнь так коротка, что нет смысла загадывать на завтра. Если повезёт - дожить бы до вечера и позаботиться о продолже- 9.3. В промежутках между половым процессом (ПП) и редукционным делением (РД) клетки могут жить и размножаться простым делением 9.4. Жгутиконосцы обычно имеют одинарный набор ДНК, так как редукционное деление происходит вскоре после полового процесса 9.5. Половой процесс инфузорий - конъюгация. Две клетки соприкасаются и обмениваются ядрами — «гаметами» — с одинарным набором ДНК 60 Глава 2. Беспозвоночные. Простейшие 9.6. Жизненный цикл амёбы нии рода: может, детям повезёт больше! И в самом деле: естественный отбор сохранил только те виды простейших, которые способны максимально использовать доступную пищу сегодня или умереть, но оставить больше потомков, готовых завтра жить в изменившихся условиях. Если условия хороши и пищи вдоволь, организмы воспроизводят себя бесполым размножением. При наступлении неблагоприятных условий они переходят к половому процессу. Жизненный цикл амёбы, эвглены и многих других прост (рис. 9.6). Клетка растёт, развивается и делится бесполым путём. В плохих условиях она может «временно умереть» - превратиться в цисту. При улучшении условий она «возвращается к жизни» и усиленно размножается. Инфузории (рис. 9.7) в хороших условиях размножаются бесполым способом. При недостатке пищи или изменении температуры они переходят к половому размножению, а затем могут превратиться в цисту. У фораминифер в постоянных условиях на дне океана бесполое и половое поколения строго чередуются (рис. 9.8). Так одно поколение поддерживает количество, а другое - качество потомства. Многоликие паразиты У паразитов, живущих внутри хозяина за его счёт, возникает две дополнительные проблемы: не убить хозяина раньше времени и расселить потомков в тела других таких же хозяев. Смена поколений, обладающих различными свойствами, становится важнейшим путём решения этих задач. У споровика токсоплазмы (рис. 9.9) одно поколение (А) приспособилось 9.7. Жизненный цикл инфузории 9.8. Жизненный цикл форами-ниферы § 9. Размножение - основа жизни |61 жить в кишечнике кошки, не причиняя ей особого вреда. Здесь происходит половой процесс, поэтому кошку называют окончательным хозяином паразита. Зигота (Б) превращается в цисту и выходит во внешнюю среду. Внутри цисты происходит деление на споры (В). Из цисты, проглоченной любым теплокровным животным, выходит несколько особей, которые размножаются делением (Г), расселяются и тяжело поражают организм своего промежуточного хозяина, например мыши. Потомство мыши рождается заражённым токсоплазмой. Через мышь, съеденную кошкой, токсоплазма снова попадает к своему основному хозяину, и цикл повторяется. 9.9. Жизненный цикл токсоплазмы ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Бесполым размножением простейшие увеличивают численность, а половым - качество потомства. В их жизненном цикле происходит чередование полового и бесполого поколений. Особенно сложные циклы имеют паразитические формы. Бесполое и половое размножение. Паразит 1. 2. 3. 4. М ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ • В чём состоит специфика размножения и жизненных циклов у паразитов? • Чем отличается половой процесс инфузорий от полового размножения? • В каком смысле можно говорить о бессмертии простейших? • В чём сходство и различие размножения простейших и растений? 5. • Поработайте в паре: один из вас приводит преимущества бесполого размножения, другой - его недостатки; затем поменяйтесь ролями и обсудите половое размножение. 6^ Глава 2. Беспозвоночные. Простейшие § 10. Большая роль маленьких простейших ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Ленд: Разве может быть у простейших большая роль, ведь я их нигде не вижу? Другое дело -крупные животные. Биолог: Маленькие размеры не означают, что их мало. И потом благодаря огромной плодовитости они постоянно появляются и гибнут. • В чём отличие мнений собеседников? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какую роль играют животные в экосистемах? (§ 4-5) • Имеют ли простейшие скелет? (§ 7-8) • Что такое паразит? (§ 9) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • Читая параграф, составьте список свидетельства большой роли простейших в жизни природы и человека. Две стратегии выживания Сравним особенности мелких и крупных животных. Организм контактирует с окружающей средой через поверхность: чем больше поверхность, тем больше зависимость от внешней среды. Если взять 70 кг инфузорий, то общая поверхность их тела будет в 20 тыс. раз больше поверхности тела человека с таким же весом. Тут уж никакой «личной жизни», организм полностью подчинён среде. Любая песчинка, комарик или капля дождя таят опасность гибели каждую секунду. Они и гибнут в массе. То ли дело крупные животные, например звери: защищены мехом, холод и жара не страшны. Сильные, камнем не задавишь, да и не догнать! С другой стороны, конечно, болезни, 10.1. Неограниченный рост t' ^ ^ > численности инфузорий гол°д^ Р°ждают всег° нескольк° детё- § 10. Большая роль маленьких простейших 163 нышей за долгую жизнь. Тигры большие - а вымирают. Взять ту же инфузорию: может удваиваться каждый день, через год покроет сплошной плёнкой весь земной шар (рис. 10.1)! Действительно, скорость размножения простейших поистине гигантская. Она позволяет быстро осваивать ресурсы подходящей пищи, где бы они ни появились. Таким образом, природа уравновесила шансы крупных и мелких организмов серьёзно влиять на экосистемы. Простейшие - строители горных пород Почти 600 миллионов лет назад произошла «скелетная революция». Большинство живых организмов «оделось» скелетами, защитившими их от врагов. С тех пор бесчисленные поколения простейших гибли, их раковины откладывались на дне морей, километровые толщи осадков спрессовывались под собственной тяжестью, превращаясь в мел и известняк (рис. 10.2). Движения земной коры поднимали осадочные породы на поверхность, сооружая из них горы. Вода вымывала минеральные вещества обратно в море, где они снова использовались для построения раковин. Так, благодаря простейшим, совершался круговорот минеральных элементов в биосфере на протяжении её истории. 10.2. Мел под микроскопом Простейшие - важное звено водных экосистем Пищевые цепи в водных экосистемах начинаются с микроскопических водорослей. Вторым звеном в них обычно являются планктонные простейшие - первые потребители зелёной продукции. Затем они становятся основой питания животноядных обитателей водных экосистем - рачков, мальков рыб и всех последующих потребителей. Когда остатки мёртвых растений и животных опускаются на дно, их подбирают донные простейшие. Немало простейших населяет и каждый миллиметр почвы, насыщенной грунтовой влагой. Вместе с другими обитателями они поддерживают плодородие почв. б4 Глава 2. Беспозвоночные. Простейшие Без простейших не могут существовать растительноядные животные Ирония судьбы: растительноядные животные сами не в состоянии переварить целлюлозу (клетчатку) - основу растительных тканей! За них это делают простейшие, заселяющие их пищевой тракт с первых дней жизни. Кишечник термита, слепая кишка зайца и желудок коровы «оборудованы» специальными складками для размещения этих «сожителей». Хозяин усваивает лишь результат их пищеварения, а заодно и самих простейших. Простейшие - возбудители болезней человека Дизентерийные амёбы вызывают болезнь кишечника, трипаносомы - сонную болезнь, от которой страдают люди в Африке. Много бед принесла человечеству малярия. Эта болезнь распространена в тропическом климате, в болотистой местности. Малярию вызывает простейшее из типа споровиков - малярийный плазмодий, а переносят её от больного человека или животного к здоровому комары из рода анофелес. После укуса комара плазмодий с током крови попадает в печень (рис. 10.3), где происходит первая фаза его бесполого размножения. Особи, появившиеся в результате первого деления, вновь возвращаются в кровь, внедряясь в красные кровяные клетки - эритроциты. В эритроцитах происходит новое деление плазмодиев, также бесполое, но гораздо более масштабное, чем в печени. Эритроциты лопаются, и в кровь попадают ядовитые продукты их жизнедеятельности. Это вызывает у человека «приступ лихорадки» - резкий подъём температуры, сильнейший озноб и слабость. От потери эритроцитов больной страдает анемией (малокровием). Теперь клетки плазмодия готовы 10.3. Жизненный цикл малярийно- для заражения н°вых комар°в. го плазмодия С кровью больного они попадают в • Почему жизненный цикл маля- кишечник комара и только там при-рийного плазмодия так сложен? ступают к половому размножению. § 10. Большая роль маленьких простейших 165 Результат его - тысячи мельчайших клеток следующей стадии развития плазмодия. Они заполняют полость тела комара, в том числе и слюнные железы. Теперь комар готов заразить при укусе следующего человека. Борьба с малярией состоит в уничтожении комаров-переносчи-ков: их травят ядохимикатами, осушают мелкие водоёмы, где выводятся личинки комаров. Паразитов, уже проникших в человеческий организм, убивают при помощи хинина - вещества, получаемого из коры хинного дерева. Может ли человек избавиться от инфекций? • Найдите в тексте ответ на вопрос рубрики. Есть инфекционные заболевания, которые передаются только от человека к человеку: их называют антропонозами. Таковы, например, оспа, холера, грипп, СПИД. А есть инфекции иного типа, природно-очаговые: они постоянно существуют в природе, представляя собой естественный компонент экосистемы. Человек заражается, попадая на территорию такого очага, случайно. Ведь эти болезни существовали до появления человека и останутся на Земле, даже если он исчезнет вовсе. Примеры таких болезней - малярия, чума, клещевой энцефалит. Природно-очаговое заболевание представляет собой сложную систему, в которой есть как минимум три элемента: 1) возбудитель - болезнетворный организм (вирус, бактерия, простейшее, паразитический червь); 2) хозяин - многоклеточный организм, в том числе человек, являющийся резервуаром для возбудителя; 3) переносчик - кровососущее членистоногое (комар, блоха, клещ). Типичный пример природно-очаговой инфекции - чума. Возбудите- 10.4. Смена хозяев в природном лем её служит бактерия чумная па- очаге чумы лочка, хозяином - различные виды • Как поддерживается очаг чумы? 66 Глава 2. Беспозвоночные. Простейшие грызунов (сурки, суслики, крысы), переносчиком - блохи. Природные очаги чумы (рис. 10.4) «тлеют» постоянно - в пустынях Прикаспия, в степях Забайкалья. Обычно болеют и умирают лишь грызуны. Чума - важный регулятор их численности, не позволяющий размножиться сверх меры. Опасность для людей возникает, если заболеют крысы. Они могут занести чуму в человеческое жилище и через блох заразить хозяина. За тем, чтобы этого не случилось, постоянно следит противочумная служба, объединяющая врачей-эпидемиологов и зоологов. Такие службы есть во всех странах, где имеются природные очаги чумы. Человечество может полностью победить инфекции-антропонозы: ведь, когда вылечен последний больной, в природе не остаётся источника болезни. Именно так в 1990-е годы была окончательно побеждена оспа - теперь эта страшная болезнь осталась лишь в виде микробиологических культур в тщательно охраняемых лабораториях. А вот добиться такой победы над природно-очаговыми заболеваниями - увы! - невозможно в принципе. Можно лишь совершенствовать способы лечения больных, создавать новые вакцины, уничтожать переносчиков - но полная и окончательная победа всё равно недостижима. Во второй половине XX в. проблема малярии в Средней Азии и Закавказье казалась полностью решённой. Однако стоило ослабить борьбу с ней, как малярия тут же вновь стала массовым явлением, причём не только в Средней Азии и Закавказье, но и на юге России и Украины. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Благодаря огромной плодовитости, биомасса и роль простейших велика во многих экосистемах, особенно в водных. Скелеты простейших составляют основу осадочных горных пород. Простейшие - возбудители опасных болезней. Особенно трудно победить природноочаговые болезни. Малярия. Природно-очаговые заболевания ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Какую роль играют простейшие в биосфере Земли? 2. • Почему так трудно людям справиться с природно-очаговыми болезнями? 3. • Предложите способы предохранения людей от малярии и чумы. 4. • Какова роль простейших в обеспечении людей молоком и мясом? 5. • Как вы считаете, какие животные для биосферы важнее: крупные или мелкие? § 11. Возникновение многоклеточных |67 НИЗШИЕ МНОГОКЛЕТОЧНЫЕ БЕСПОЗВОНОЧНЫЕ ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Миша: Зачем нужна многоклеточность? Почему нельзя просто сделать большую клетку? Инженер: Потому же, почему в сложном устройстве не обойтись без запчастей. Биолог: Правильно. Если выходит из строя одна жизненно необходимая функция, гибнет вся большая клетка. Если выходит из строя маленькая клетка многоклеточного организма, её функции могут взять на себя оставшиеся клетки. А со временем погибшая клетка заменяется в процессе деления. • В чём различие мнений Миши и его собеседников? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие преимущества имеют одноклеточные животные? (§ 4-5, 10) • Что такое ткань, орган, регенерация? (5 класс, § 9) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • Читая параграф, составьте список преимуществ модульной (блочной) конструкции. Где эти преимущества используются в технике? Клеточная структура организма Чтобы слепить снеговика, надо скатать три снежных кома. Дом строят из брёвен, кирпичей или панелей, египетские пирамиды -из каменных блоков. Из детского конструктора, в котором всего несколько типов деталей, можно составить почти любое сооружение. Почему всё большое и сложное строят из блоков, простых и маленьких? 68 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные Во-первых, их легко придумать или даже найти готовые. Во-вторых, их нетрудно сделать по одному шаблону или чертежу. В-третьих, если сооружение начнёт разваливаться, можно не строить его заново, а заменить негодные блоки. В-четвёртых, достаточно добавить или усовершенствовать отдельные блоки -и можно создать новую конструкцию, ещё лучше. Все живые организмы (кроме вирусов) имеют клеточное строение. Клетки - это «кирпичики», блоки, из которых построено тело. Клетки могут различаться по форме, размерам, строению и исполняемым функциям. Клетки многоклеточных могут даже сливаться, образуя многоядерную ткань. Так выглядят, например, мышечные волокна. Покровы жуков снаружи однородны, но они состоят из затвердевших выделений клеток, лежащих глубже. Тело растёт путём деления клеток, поэтому бесклеточные образования теряют способность к росту. Но все ткани имеют клеточную структуру, хотя бы на этапе своего формирования. На создание клетки природе понадобилось более миллиарда лет - значительно больше, чем на всю последующую эволюцию живых организмов до их современного состояния. Клетка - универсальный блок структуры всех организмов. В этом смысле все клетки гомологичны друг другу. Только одноклеточный организм состоит из одного блока, а многоклеточный - из многих. Колониальность - первый шаг к единству Если дочерние клетки простейшего не расходятся после деления, возникает объединение организмов - колония. Это ещё не организм, так как каждая клетка может жить самостоятельно. Но у колонии есть ряд преимуществ перед одиночной клеткой. Колония (рис. 11.1) крупнее и поэтому лучше противостоит внешнему воздействию. Её гораздо труднее повредить целиком: ведь нападающие (бактерии, простейшие, грибы) были явно мельче. При повреждении части колонии оставшиеся клетки путём деления восстанавливают недостающие блоки. Ведь заново «построить домик» легче, чем склеить лопнувший 11.1. Колониальные жгутиконосцы шарик! § 11. Возникновение многоклеточных |69 Объединение клеток, как и всякое достоинство, имеет свою оборотную сторону. Колония крупнее, а способы движения - те же. Поэтому подвижность и эффективность сбора корма снижаются. Внешняя поверхность колонии, через которую происходит обмен веществ, меньше, чем у разрозненных клеток, а это затрудняет не только питание, но также дыхание и выделение. Второй шаг - разделение функций Объединение самостоятельных клеток в колонию служит предпосылкой к разделению функций между ними (рис. 11.2). Клетки, расположенные снаружи, способны обеспечивать движение колонии и захват пищи. Поэтому клетки, расположенные под их защитой внутри колонии, могут лучше обеспечить переваривание пищи и размножение. Конечно, такое разделение имеет смысл, когда каждая клетка может пользоваться результатом «труда» остальных, то есть когда вещества могут переходить из одной клетки в другую. 11.2. Строение колонии вольвокса Знакомая ситуация: Маша дала Тане списать сочинение, зато сама списала у неё контрольную по алгебре. Это временно улучшило их оценки, но не прибавило знаний, необходимых каждой. В клетках колонии мы встречаем ситуацию иную, подобную настоящему разделению труда в обществе. Например, при возникновении ремёсел кузнец в деревне не просто делал своё дело лучше других. Он один имел свою кузницу и полностью обеспечивал подковами, топорами и боронами всю округу, а за это получал другие товары в избытке. Как мы знаем, между совершенствованием структуры и совершенствованием функций существует положительная обратная связь. «Разделение труда» между клетками сказалось и на их облике: они стали различаться соответственно своим функциям. Это позволило им делать своё дело ещё эффективнее. Третий шаг - координация Однако разделение функций сделало клетки более зависимыми друг от друга: они уже не могут существовать самостоятельно. 70 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные Возникает необходимость в координации совместной деятельности клеток. На первых порах она была пассивной, простой суммой таксисов клеток: все плывут к свету, и колония плывёт к свету. Но клеткам внутри колонии бесполезно тратить энергию на движение. Поэтому естественный отбор закрепил выработку специальных веществ, возбуждающих или тормозящих активность отдельных клеток. Распространение подобных веществ между клетками способно изменять деятельность колонии в нужном направлении. Но только гораздо позже, с возникновением нервной системы, эти изменения превратились в моментальные слаженные реакции организма. Решение этой эволюционной проблемы в конечном счёте привело к возникновению единства, свойственного многоклеточному организму. Таким образом, многоклеточный организм гомологичен колонии простейших. Губки: опыт создания единого организма Пока координация и транспорт веществ между клетками ещё не налажены, сохраняется правило: чем больше колония - тем больше трудности как с движением, так и с обеспечением внутренних слоёв клеток необходимыми веществами. Поэтому в период становления многоклеточности самыми крупными были неподвижные организмы - губки. Это тип животных, которые во взрослом состоянии ведут сидячий образ жизни. Личинка губки (рис. 11.3) тем не менее похожа на небольшую колонию жгутиконосцев. Благодаря жгутикам она плавает и обеспечивает расселение вида. На свободном месте прикрепляется ко дну, сворачивается жгутиками внутрь и разрастается. Взрослое животное напоминает пористый бокал (рис. 11.3-11.4). Снаружи он защищён слоем покровных клеток, а изнутри выстлан жгутиковыми клетками. Они обеспечивают ток воды, которая поступает через поры и уходит наружу через общее устье. Они же вылавливают из проточной воды мелкие частицы пищи. Между этими двумя слоями клеток находится выделенная ими бесструктурная студенистая масса. В ней образуются твёрдые кристаллы, создающие скелетную основу. В студенистом слое перемещаются Личинка - стадия развития многоклеточного организма с момента перехода к самостоятельной жизни до полового созревания. § 11. Возникновение многоклеточных | 71 амёбоидные клетки. Часть их занимается транспортом питательных веществ. Другие же представляют собой резерв, готовый превратиться в клетки любого типа. Таким образом, губки используют крупные размеры своего тела для пассивного питания, как растения. Они создали большую, хорошо защищённую поверхность контакта с внешней средой. Как деревья ловят проходящий поток света, так губки ловят своей огромной живой поверхностью поток воды, чтобы отфильтровать из неё частицы пищи. Губки по уровню организации занимают промежуточное положение между колонией клеток и целостным многоклеточным организмом. Как единый организм, губка обеспечивает ток воды сквозь тело. Как единый организм, она реагирует на раздражение: медленно сжимает устье, а затем столь же медленно восстанавливает его форму. Замедленность этой реакции указывает на слабую связь между клетками. Губка похожа на колонию простейших ещё и тем, что после разрушения её тело может быть восстановлено почти из любой отдельной клетки. Со времён древних греков очищенные скелеты некоторых губок применяли как мочалку. Искусственные губки современная промышленность научилась делать у природы. 11.3. План строения губки 11.4. Пресноводная губка бадяга Дорога в будущее Колониальные одноклеточные организмы, существующие сегодня, подсказали учёным наиболее вероятные пути происхождения многоклеточных в истории развития жизни на Земле (рис. 11.5). 1. Многоклеточные животные произошли от колониальных простейших. 2. Эффективность колониального образа жизни повысилась в результате разделения функций клеток внешней и внутренней части колонии. 72 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные 11.5. Научные гипотезы происхождения многоклеточных 3. Сидячие форм^1 приспособились к донной фильтрации путём «выворачивания наизнанку»: жгутиковые клетки, переместившись внутрь колонии, обеспечили постоянный ток воды сквозь колонию и извлечение из неё мелких частиц пищи. 4. Колонии, образовавшие внутреннюю полость, смогли использовать её сокращения как реактивный двигатель, чтобы приподняться над уровнем дна. Эта же полость послужила для захвата более крупной добычи. 5. Другие формы, питаясь донной органикой, освоили передвижение по дну: сначала с помощью жгутиков, а потом - и более сложных движений тела. Их ожидало большое будущее. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Клетка - сложнейший универсальный элемент строения всех живых существ, гомологичный организму простейшего. Шагами по пути возникновения многоклеточных животных были объединение простейших в колонию, разделение функций клеток, усложнение координации между ними. Губки - один из первых природных «экспериментов по многоклеточности». Многоклеточность. Колония. Губки ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Из каких блоков состоят все живые организмы? 2. • Какие особенности строения и функций отличают многоклеточных? 3. «В чём преимущества и недостатки многоклеточного животного? 4. • Как способность к регенерации связана с уровнем сложности организма? 5. • Почему губки нельзя назвать настоящими многоклеточными? 6. • Поработайте в паре: один из вас приводит преимущества многоклеточности, другой - связанные с ними проблемы. Н § 12-13. Настоящие многоклеточные 173 § 12-13. Настоящие многоклеточные ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Крупному многоклеточному надо много пищи. Эффективнее для этих целей использовать крупную добычу. Факт 2. Переваривание пищи осуществляют отдельные клетки губки, поэтому размер потребляемых ими пищевых частиц очень невелик. • Настоящие многоклеточные могут употреблять в пищу крупные объекты. На какой вопрос вы будете искать ответ? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие преимущества имеют одноклеточные животные? (§ 4-5, 10) • Что такое ткань, орган, регенерация? (5 класс, § 9) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ «Общий котёл» • В чём биологический смысл пищеварительной полости? Сквозь тело губки непрерывно прокачивается вода. Это удобно, чтобы улавливать мелкие частицы пищи, доступные для переваривания внутри клеток. Но ведь кругом плавает столько крупной добычи! Первыми её сумели использовать кишечнополостные: они освоили внеклеточное пищеварение в кишечной полости. К типу кишечнополостных относятся морские медузы и кораллы, а в пресных стоячих водах можно встретить пресноводную гидру (рис. 12.1). Её тело длиной около сантиметра имеет вид продолговатого мешочка с венчиком щупалец наверху. Нижним концом — подошвой — она прикрепляется ко дну или растениям, а щупальцами ловит проплывающих мелких рачков. Гидра легко справляется с задачей, которая для нас - всё равно что проглотить курицу целиком. Кишечнополостные, как следует из названия, имеют замкнутую пищеваритель- 12.1. Пресноводная гидра 74 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные ную, или кишечную, полость. У неё только один вход - рот. Крупная добыча переваривается в этой полости, как в котле, под действием соков пищеварительных клеток, выстилающих стенки. После первого этапа внеклеточного пищеварения оно продолжается внутри клеток. Когда в пищеварительной полости оказываются остатки жертвы, которые невозможно переварить, и отходы клеточного обмена веществ, она сжимается и опорожняется. «Двухслойный мешок» • Какие два типа тканей впервые появляются у многоклеточных? Внутренний слой клеток (рис. 12.2) называют энтодермой (по-гречески «энтос» - внутри, «дерма» - кожа). Внешний слой, из которого состоят покровы, называют эктодермой («эктос» -внешний). Таким образом, кишечнополостные похожи на двухслойный мешок со щупальцами вокруг входа. Ну и что в этом особенного? Особенного - действительно ничего. Наоборот, оказалось, что стадию «двухслойного мешка», или, по-научному, гаструлы, проходят в своём развитии все животные, о которых говорится дальше в этой книге, - все без исключения. При делении оплодотворённой яйцеклетки вскоре образуются два слоя клеток, два зародышевых листка - энтодерма и эктодерма. Дальше пути их развития полностью расходятся, потому что в зависимости от расположения клетки команды о развитии считываются с разных участков ДНК. У взросл^1х животных разные зародышевые листки превращаются в различные ткани, органы и системы. Кишечник, например, у всех образуется из энтодермы, а нервная система - из эктодермы. Ткань - система клеток, сходных по происхождению, строению и функциям в организме. Эктодерма и энтодерма - ткани кишечнополостных животных. Клетки энтодермы переваривают пищу. Эктодерма выполняет по- § 12-13. Настоящие многоклеточные 175 12.3. Стрекательная клетка кровную функцию, защищая тело от повреждений. В её состав входят стрекательные клетки. В каждой из них спрятана напружиненная нить с едкой жидкостью (рис. 12.3). Стоит прикоснуться к такой клетке, и «гарпун» выстрелит. Кишечнополостные не имеют особой ткани, ответственной за движения. Эту функцию выполняют оба слоя клеток с помощью мускульных отростков, расположенных между слоями. Отростки клеток эктодермы вытянуты вдоль тела, а отростки клеток энтодермы опоясывают его поперёк. Их слаженная работа позволяет гидре изменять форму тела, двигаться, опорожнять кишечную полость. Нервная система координирует действия • Почему без нервной системы нельзя охотиться на крупную добычу? Чтобы сократить пищеварительную полость или схватить жертву, усилий отдельных клеток недостаточно. Необходимо резкое сокращение множества клеток. Их согласованное действие обеспечивает нервная система. Нервные клетки (рис. 12.4) рассеяны по всему телу кишечнополостного в основании эктодермы. Их чувствительные окончания реагируют на изменения во внешней и внутренней среде. А длинные двигательные окончания образуют нервные волокна, которые опутывают всё тело. В ответ на раздражение по ним, как по проводам, летят электрические импульсы. Они заставляют сокращаться мускульные отростки клеток. Электрические импульсы доходят гораздо быстрее, чем химические сигналы. Благодаря нервной системе крупный организм способен моментально и слаженно реагировать на раздражение. Поэтому возросшее единство организма кишечнополостных позволяет считать их первыми настоящими многоклеточными. Органы приходят на смену органеллам • Почему щупальце называют органом? До сих пор все функции организма выполняли органеллы клеток — каждой в отдельности. Щупальца кишечнополостных — это 12.4. Нервная система 7б Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные Орган - часть тела, образованная различными тканями и действующая как единое целое при выполнении сложной функции. настоящие органы захвата и нападения. Гидра использует их даже для «ходьбы», медленно переваливаясь то на щупальца, то на подошву (рис. 12.5). Каждое щупальце состоит из эктодермы и энтодермы. Внутрь его заходит даже пищеварительная полость: иначе клетки остались бы «голодными». Стрекательные клетки на щупальцах - главное оружие, способное обездвижить жертву. За счёт сокращения мускульных отростков клеток щупальца могут изгибаться, обвивать жертву, направлять её ко рту. Нервные клетки заставляют действовать все клетки щупальца как единое целое и направляют его действия. • Читая дальнейший текст, объясните, в какой группе кишечнополостных преобладают полипы, а в какой - медузы. Чем ещё отличаются эти систематические группы? Жизненная форма - группа животных, имеющих сходные приспособления для обитания в одинаковой среде. Полип и медуза - жизненные формы Одни кишечнополостные приспосабливались к питанию планктоном в придонном слое, другие - в толще воды. В связи с этим выработались две жизненные формы: полип и медуза (рис. 12.6). Полип прикрепляется ко дну подошвой так, что противоположный, ротовой полюс обращён вверх: сверху может появиться пища. Медуза по плану строения сходна с перевёрнутым полипом и напоминает прозрачный «зонтик». Между эктодермой и энтодермой всех кишечнополостных выделяется неклеточная прослойка - мезоглея. У медуз она сильно разрастается в виде упругой студенистой массы и служит хорошей опорой для двух слоёв § 12-13. Настоящие многоклеточные | 77 12.6. План строения полипа и медузы клеток. Мышечное кольцо по краю зонтика может сжиматься, выталкивая из-под него воду и поддерживая медузу на нужной глубине. Движение служит ей не для преследования добычи, а для того, чтобы занять выгодную позицию в скоплении своих жертв: планктона и мелких рыбёшек. Жизненная форма - не систематическая категория. Одни виды существуют только в форме полипа, другие - только в форме медузы. Но есть и такие, у которых поколение полипов чередуется с поколением медуз. Лучевая симметрия Что у полипов, что у медуз образ жизни малоподвижный. Они не ищут добычу, а довольствуются той, что подплывает сама, причём с любой стороны. Поэтому их щупальца расходятся от ротового отверстия лучами во все стороны. Вдоль тела животного можно мысленно построить различные плоскости, которые разделят его на зеркально похожие половины (рис. 12.7). Симметрию такого типа называют лучевой, или радиальной. Она широко встречается у растений. Сходство с растениями подтверждает, что полипы и медузы различают в пространстве только верх и низ; остальные направления для них равноценны. Жизненный цикл гидры 12.7. Лучевая симметрия Гидры относятся к классу гидроидных. Они ведут образ жизни одиночного полипа. В благоприятный период гидра размножается бесполым путём - почкованием. На её теле образуется небольшой бугорок - почка, которая растёт и превращается в маленькую копию родительской особи, а потом отделяется (рис. 12.8). Перед наступлением зимы гидра переходит к половому размножению. На её теле созревают яичники и семенники, в которых 78 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные формируется большое яйцо или мелкие, подвижные сперматозоиды. После оплодотворения яйцо покрывается оболочкой и переживает неблагоприятный период. Гидру так назвали по имени мифологического чудовища, с которым боролся Геракл. У чудовища на месте срубленной змеиной головы туг же вырастала новая. У настоящей гидры способности к регенерации тоже развиты превосходно. Из каждой части гидры, разрезанной на несколько частей, может восстановиться целый организм. Недостающие части развиваются из неспециализированных промежуточных клеток, расположенных в слое эктодермы. Среди гидр наших водоёмов есть один удивитель-12.8.Почкование гидры ный вид - зелёная гидра. В клетках её покровов поселяются одноклеточные водоросли-хлореллы. Благодаря взаимовыгодному сотрудничеству - симбиозу - гидра получает кислород и крахмал, а хлорелл^1 - защиту и минеральные вещества, необходимые для роста. Чередование поколений у морских гидроидных Морские гидроидные полипы ведут колониальный образ жизни. Иногда колонии образуют целые «заросли» бурого цвета -так называемый морской мох. Тела полипов защищены скелетом органического происхождения. Новые особи, выросшие из почек, остаются на материнском организме и имеют общую кишечную полость. Так колония достигает довольно крупных размеров, и её члены меньше зависят от случайностей. Обычные члены колонии имеют рот с венчиком щупалец. Они ловят добычу и кормят всех членов колонии. Другие выглядят иначе: от них отпочковываются маленькие медузы (рис. 12.9). Это - половое поколение животных, способное расселяться с током воды. Со временем на них созревают гонады 12.9. Жизненный цикл полипа обелии Найдите различные поколения полипа обелии. § 12-13. Настоящие многоклеточные | 79 (половые железы) - семенники или яичники. Вышедшие наружу гаметы сливаются. Из образовавшейся зиготы развивается личинка, похожая на личинку губок. Она закрепляется на подходящем участке дна и даёт начало новой колонии полипов. Сцифоидные предпочитают образ медузы Класс сцифоидных объединяет кишечнополостных, у которых стадия полипа скоротечна (рис. 12.10). Он не образует колоний, недолго растёт и вскоре начинает отпочковывать медуз - половое поколение. Эти медузы живут долго и достигают крупных размеров. Так, медуза цианея имеет зонтик до 2 м в диаметре, её щупальца свешиваются вниз на 20-30 м. Размеры позволяют медузам питаться крупной добычей (планктонные беспозвоночные, небольшие рыбы). Их щупальца усеяны стрекательными клетками, так что для купальщика они - хуже крапивы. Медузы передвигаются реактивным способом, за счёт сокращений зонтика. Увеличение размеров потребовало усложнения строения животных. Мезоглея у сцифоидных медуз развита особенно сильно. Кишечная полость подразделена на каналы, проникающие сквозь мезоглею ко всем частям тела. В нервной системе выделяются скопления клеток - узлы, координирующие движения. По краям зонтика на укороченных щупальцах развиваются многоклеточные органы чувств. Таких щупалец обычно бывает восемь, причём каждый несёт два глазка и орган равновесия. Строители «каменных садов» наших мо]реи На мелководных участках тропических морей ныряльщик встречает чудесные разноцветные «сады» из «растений» причудливой формы. При ближайшем рассмотрении оказывается, что всё это постройки коралло&^ьх полипов - ещё одного класса ки- 80 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные шечнополостных животных (рис. 12.11). Каждая постройка представляет собой колонию. Прочность сооружению придаёт известковый скелет, соединяющий всех членов колонии. Колонии кораллов сильно разрастаются, тысячи лет достраивая скелет «на плечах» своих предков, и образуют массивные рифы на сотни и даже тысячи километров. Коралловые рифы возникают 12.11. Красный коралл там, где много планктона. Сами они, в свою очередь, создают убежища для водорослей, которые служат источником кислорода. Обилие пищи и укрытий привлекает сюда множество других обитателей, образующих особую экосистему. Близко к поверхности кораллы гибнут, их скелеты крошатся волнами, из них намываются острова, поросшие кокосовыми пальмами (плоды кокоса расселяются по воде). Коралловые полипы - одни из основных создателей известняков. Автор теории эволюции Чарлз Дарвин обратил внимание на то, что коралловые острова почти всегда имеют форму кольца. Выдающийся учёный раскрыл их тайну: коралловые полипы поселяются только на мелководье, вокруг островов (рис. 12.12). Под действием геологических сил дно океана может медленно опускаться, а кораллы - нарастать с той же скоростью. Со временем остров опускается на большую глубину, а на поверхности остаётся лишь атолл - коралловый остров, повторяющий очертания бывшей береговой линии. 12.12. Образование атолла Коралловые полипы всегда остаются полипами У коралловых полипов поколения не чередуются. Чаще они размножаются почкованием, но у отдельных особей созревают гонады. Из оплодотворённых яиц развивается личинка, которая выполняет функцию расселения и превращается в полип. Наряду с колониальными кораллами, среди представителей класса есть обширная группа одиночных, довольно крупных жи- § 12-13. Настоящие многоклеточные 181 вотных - актиний (рис. 12.13). Кишечная полость актиний имеет множество складок, увеличивающих контакт пищевых частиц с энтодермой. Кроме того, у актиний образуются настоящие мускульные клетки. • Объясните, в чём смысл сотрудничества актинии и рака. 12.13. Рак-отшельник и актиния ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Кишечнополостные освоили полостное внеклеточное пищеварение. Их тело имеет двухслойное строение. Оно подразделено на ткани и органы и имеет лучевую симметрию. Возникновение нервной системы позволило кишечнополостным стать настоящими многоклеточными. Они существуют в форме полипов и медуз. Кишечная полость. Нервная система. Эктодерма. Энтодерма 1 2 3 4 5 6 7 8 9. • 10. ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ В чём заключается способ питания кишечнополостных? Какие элементы строения кишечнополостных наиболее характерны? Чем отличается образ жизни полипа и медузы? Как защищаются кишечнополостные? Что такое лучевая симметрия и с чем она связана? Чем отличаются жизненные циклы различных кишечнополостных? Какую роль играют кишечнополостные в природе и жизни человека? О чём говорят находки коралловых известняков под Москвой? Каковы преимущества простого строения кишечнополостных? * Почему кишечнополостных иногда принимают за растения? 11. • Поработайте в паре: один из вас приводит доводы, что кишечнополостные - сложно устроенные животные, другой - просто устроенные, сохраняющие черты предков. 82 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные § 14-1 5. Рождённые ползать ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Фотосинтез в глубинах океана невозможен. Поэтому основную биопродукцию океана создают плавающие одноклеточные водоросли, живущие в верхнем освещаемом слое воды. Факт 2. Отмершие остатки организмов немного тяжелее воды. Как вы думаете, где отмершая биомасса будет скапливаться и что необходимо для использования этого богатого ресурса? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИИ • Почему кишечнополостных считают настоящими многоклеточными? (§ 12-13) • С чем связана лучевая симметрия животных? (§ 12-13) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Несметные богатства океана • Как использовать пищу, которая скапливается на дне? Живые клетки не переносят высыхания. Реакции обмена веществ проходят только в водных растворах. Поэтому жизнь долгое время существовала только в океане. Какими запасами пищи располагали животные в морской экосистеме? Вода далеко не так прозрачна, как воздух. Солнечный свет проникает лишь на несколько десятков метров. Поэтому донные растения поселяются только вдоль берега, а в открытом море органическое вещество производят микроскопические водоросли - фитопланктон, населяющий верхний слой воды. Их поедает зоопланктон - животные, свободно «парящие» в толще воды (рис. 14.1). Жизнь мелких планктонных организмов очень непродолжительна, а плодовитость огромна. Часть их продукции успевают съесть многокле- 14.1. Схема производства и накопления органических остатков в океане § 14-15. Рождённые ползать 183 точные потребители, но в конце концов умирают и они. Под действием силы тяжести все погибшие организмы постепенно опускаются на дно. Этот «мёртвый дождь» достаётся донным животным. В противоположность планктону их называют бентосом. Известные нам бентосные организмы-разрушители (бактерии, фораминиферы, губки) поедают только микрочастицы, другие же (полипы) питаются планктоном и ещё не осевшей взвесью. Таким образом, в начале палеозойской эры, когда формировались основные группы многоклеточных животных, на дне океана постоянно накапливались огромные массы органической материи, недоступной для существующих потребителей. Новый способ передвижения • Почему способ передвижения медузы не годится для использования бентоса? Ребёнок шевелит ручками и ножками с рождения, а вот ползать не может ещё целых полгода. Так и многоклеточные животные на ранних этапах эволюции не могли добраться до корма, который буквально «лежал под ногами». Медузы, с их реактивным движением, могли держаться в толще воды, но донная пища им недоступна. Тут получили преимущество многоклеточные плоской формы, с ротовым отверстием снизу. Ползая по дну, они первыми освоили богатейшие запасы органических остатков и дали начало типу плоских червей. Плоского червя длиной около 2 см-молочную планарию - можно найти на дне пруда и на листьях водных растений (рис. 14.2). Она скользит по дну с помощью едва заметного волнообразного сокращения мышц тела. Это и есть главное «достижение» плоских червей. Кожно-мускульный мешок • Что нужно для ползания? У примитивных плоских червей пища, попавшая через рот, дальше поступает в распоряжение пищеварительных клеток. Но большинство плоских червей обзавелось замкнутым кишечником из энтодермы. Это позволило им, как и кишечнополостным, достичь крупных размеров и питаться крупной добычей. 14.2. Планария - плоский червь, ползающий по дну 84 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные Отличие состоит в том, что в их плоском теле между энто- и эктодермой развился третий зародышевый листок - мезодерма. Часть её клеток стала упругим наполнителем тела - паренхимой, а другие превратились в мышечные волокна (рис. 14.3). Так мезодерма вместе с эктодермой образовали кожно-мускульный мешок. Именно он обеспечил типичный для червей способ ползания. Первые органы выделения • Почему у кишечнополостных нет многоклеточных органов выделения? Обмен веществ, усиленный при движении, приводит к накоплению продуктов распада в клетках тела. Но многие клетки лежат далеко от поверхности. Поэтому для очистки организма появляется специальная выделительная система, представляющая собой тонкие, пронизывающие тело канальцы - протонефридии. Они открываются наружу и выводят продукты обмена (см. рис. 14.3). В многослойном теле обостряется проблема газообмена сквозь эктодерму. Поэтому тело первых многослойных животных имеет листообразную форму с большой относительной поверхностью. Двусторонняя симметрия • Почему у медленно плавающих и прикреплённых кишечнополостных центральная симметрия, а у ползающих червей - двусторонняя? Двусторонняя симметрия червя (схема): через продольную ось тела можно построить только одну плоскость симметрии. Подобно кишечнополостным, черви различают низ и верх. Снизу находится дно, источник пищи, а сверху - все опасности. Но при движении по дну возникают также различия между передним и задним концами тела. Продвигаясь вперёд, животное § 14-15. Рождённые ползать 185 ищет пищу, а сзади пища уже съедена. Гораздо удобнее, когда рот и органы чувств находятся на переднем конце тела. Поэтому через длинную ось тела червя можно провести только одну плоскость симметрии, которая делит его на равные половины (рис. 14.4). Так в результате движения тело животных стало двусторонне-симметричным. 14.4. Вертикальная плоскость разделяет тело животного на две симметричные части Ресничные черви - обитатели водоёмов • Как живут свободноживущие ресничные черви? В водоёмах встречаются представители класса ресничных червей; к нему принадлежит и молочная планария. Их тело покрыто ресничками, которые помогают при движении. Большинство ресничных червей охотится на мелких донных животных. Некоторые реснички преобразованы в органы осязания и химического чувства. У планарии есть и глаза, устроенные сравнительно просто. От всех чувствительных клеток нервные волокна идут в «головной мозг» - нервный узел на переднем конце тела. От «мозга» команды распространяются назад по двум нервным стволам и дальше ко всем клеткам (см. рис. 14.3). Так что нервная система у свободноживущих (непаразитических) червей развита лучше, чем у малоподвижных кишечнополостных. Жизненный цикл ресничных червей сравнительно прост. Они размножаются половым путём и откладывают яйца, из которых вырастают новые черви. Для некоторых видов известно бесполое размножение: тело перетягивается поперёк и делится на две части, после чего каждая достраивает передний или задний конец. Способность к регенерации у планарии не хуже, чем у гидры. Все ресничные черви - гермафродиты, то есть каждая особь имеет как мужские, так и женские половые органы (см. рис. 14.3). Это облегчает половое размножение, так как любые две особи могут оплодотворить друг друга. Женские половые железы -яичники и мужские половые железы - семенники имеют собственные протоки. Специальные органы позволяют осуществлять внутреннее оплодотворение и самооплодотворение, повышающее вероятность выживания яиц. Выживанию потомства способствуют также запас питательных веществ в яйце и его защитные оболочки. 8б Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные Как плоские черви стали паразитами • Чем хороша жизнь паразита? В чём сходство органики на дне водоёма и в теле хозяина? Плоские черви освоили огромные пищевые ресурсы океанского дна. Но развитие жизни на Земле на этом не остановилось: появились и более сложные животные, потеснившие плоских червей. Теперь их разнообразие в морях и пресных водоёмах не так велико. Огромное большинство видов плоских червей сменило водную среду обитания на паразитический образ жизни. Живой организм, будучи проглочен, начнёт перевариваться и погибнет. Как же паразиты приспособились к жизни внутри хозяина? Предполагают, что всё началось с использования крупных животных в качестве транспортного средства. При этом некоторые приспособились питаться тканями хозяина, став наружными паразитами. Дальше шаг за шагом преимущество получали черви, которые приспособились погружаться в его тело. Так сформировались сосальщики и ленточные черви - внутренние паразиты. Образ жизни паразита позволяет ему выполнять часть функций организма за счёт хозяина: не надо самому добывать пищу, не надо заботиться о поддержании постоянных условий среды. Но возникает необходимость в других, специальных приспособлениях. Паразиты пищеварительного тракта, прежде всего, рискуют быть переваренными. Поэтому они имеют специальные покровы, защищающие от переваривания. У некоторых паразитов покровы сходны по строению со стенкой кишечника хозяина и позволяют всасывать готовую пищу. Органы прикрепления - присоски и крючья - дают возможность закрепиться на стенке кишечника. Паразит должен расселяться, заражая других животных своими потомками. Но если он заразит повторно своего собственного кормильца, то может лишиться его раньше времени. Поэтому жизненный цикл паразитов очень сложен и часто сопровождается сменой видов хозяев (рис. 14.5). В нём обязательно есть свободноживущая ли- 14.5. Жизненный цикл паразита -печёночного сосалъ-щика • Объясните, как сосальщики приспособились «беречь» своего хозяина. § 14-15. Рождённые ползать 187 чинка и стадия, паразитирующая на другом, промежуточном хозяине. Только так у потомков появляется шанс найти своего окончательного хозяина. Очень немногим удаётся пройти этот сложный путь до конца. Поэтому все паразиты имеют высокую плодовитость. • В следующих двух рубриках найдите ответ на вопрос: «Чем трудна жизнь паразита?» У сосальщиков размножается даже личинка По разнообразию хозяев и широте использования их органов больше всех преуспели представители класса сосальщиков. Их размеры обычно не больше 1-5 см. Они паразитируют в органах пищеварения, дыхания, выделения, кровообращения, даже в мозге и органах чувств. Жизненные циклы сосальщиков весьма сложны. Промежуточным хозяином, как правило, бывает моллюск, а окончательным - позвоночное животное (см. рис. 14.5). Главная особенность жизненного цикла - размножение личиночной стадии, позволяющее резко увеличить число потомков. Ленточные черви - конвейер по производству яиц Класс ленточные черви получил своё название за форму тела животных и длину, достигающую 10-12 м. Они паразитируют в кишечнике позвоночных, а личинки развиваются в мышцах. Строение ленточных червей предельно упрощено. У них утрачена пищеварительная система, так как они живут среди переваренной пищи и усваивают её всей поверхностью тела. Упрощены также нервная система и органы чувств. На переднем конце тела бычьего цепня (рис. 14.6) расположена головка с присосками, за ней - небольшая шейка. Это - зона роста, где путём поперечной перетяжки тела производятся одинаковые членики, которых может быть несколько тысяч. Содержимое каждого членика - гермафродитная половая система. Чем дальше от головы, тем членик старше. В нём постепенно проходит половое созре- I4,e, Жизненный цикл бычьего вание, оплодотворение и развитие цепня 88 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные яиц. В конце концов членик, набитый сотнями яиц, отрывается, попадает в кишечник и с экскрементами выносится наружу. За свою жизнь один паразит способен произвести миллиарды яиц! Личинки для дальнейшего развития должны быть съедены коровой. Через кровь они разносятся в мышцы, где превращаются в покоящуюся стадию - финку. С заражённым мясом финки попадают в кишечник человека, где становятся взрослыми червями. Почему паразиты опасны? • Найдите ответ на вопрос рубрики. На первый взгляд паразиты не так уж страшны: маленькие, много ли пищи им нужно? Но дело не в этом. В кишечнике хозяина много пищи, но нет кислорода. И паразиты приспособились разрушать органические вещества неполностью. Продукты неполного разложения вредны для хозяина и постепенно отравляют его организм, приводят к истощению. Для человека опасны десятки видов сосальщиков и ленточных червей. В таблицах представлены лишь некоторые из них. Сосальщики печёночный сосальщик кошачья двуустка Промежуточные хозяева Моллюски Два: моллюск, затем рыба Окончательный хозяин Корова, овца, человек Кошка, собака, человек Поражаемый орган Печень Печень Пути заражения Сырая вода Сырая рыба Ленточные черви бычий цепень свиной цепень эхинококк Промежуточные хозяева Корова Свинья Корова, свинья, человек Окончательный хозяин Человек Человек Собака, волк Поражаемый орган Кишечник Кишечник Печень, лёгкие, мозг Пути заражения Поедание непроваренной говядины/свинины Контакт с собакой От паразитов кишечника трудно избавиться: ведь присоски и крючья червя не расслабляются даже после его гибели. Ещё хуже, когда человек оказывается промежуточным хозяином. Финки § 14-15. Рождённые ползать 189 поселяются в его теле навсегда; исход болезни зависит от их количества и поражённых органов. Полностью извести паразитических червей невозможно. Они способны поддерживать своё существование в природных очагах без участия человека. Наиболее простой способ защититься от них - знать источники заражения и всегда соблюдать гигиенические правила. Г ПРЕИМУЩЕСТВА ПЛОСКИХ ЧЕРВЕЙ ^^^МезодерМ^^ » Кожно-мускульный мешок ^о^ /^'В^|делительная^ .—^ ----^система Двусторонняя симметрия Ползание по дну Крупные размеры ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Тип плоские черви - первые животные, у которых развился третий слой тканей - мезодерма и появилась выделительная система. Это позволило им достичь значительных размеров, активно передвигаться и осваивать донные запасы пищи. Благодаря движению их тело приобрело двустороннюю симметрию. Большинство современных плоских червей - внутренние паразиты. Строение их тела упрощено, плодовитость огромна, а цикл развития сложен и включает смену хозяев. Соблюдение гигиены - лучший способ уберечься от заражения ими. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 М Мезодерма. Гермафродит. Паразитизм ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ Какую роль в экосистемах древних морей сыграли плоские черви? Как устроена опорно-двигательная система плоских червей? Чем обусловлены форма и размеры плоских червей? Какие приспособления необходимы паразитам? Как повышают свою плодовитость сосальщики и ленточные черви? В чём своеобразие жизненных циклов паразитических червей? Почему ленточные черви не имеют кишечника? Какие приспособления паразитов обеспечивают их расселение? Объясните различное отношение паразитов к своим хозяевам. » Какие правила борьбы с заражением паразитами соблюдаете вы? 11. • Поработайте в паре: один из вас объясняет преимущества паразитического образа жизни, а другой - связанные с ним проблемы. 90 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные § 16-1 7. Круглые черви и прогресс ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Круглые черви имеют не только рот, но и анус. Факт 2. Последовательные движения пищевых масс по желудочно-кишечному тракту человека обеспечивают последовательные стадии пищеварения вплоть до выведения. • Как связаны два эти факта? Предположите, какой проблеме будет посвящён урок. Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИИ • Какие черты строения впервые появились у плоских червей? (§ 14-15) • Какие приспособления необходимы паразитам? (§ 14-15) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Что такое биологический прогресс? • Всегда ли прогресс связан с усложнением? В процессе эволюции живые организмы усложнялись: вначале появились безъядерные, потом ядерные; первыми на Земле возникли одноклеточные, а затем и многоклеточные. Почему же простые организмы до сих пор не вытеснены более сложными? Кто из них прогрессивнее? Мы уже говорили о двух стратегиях, позволяющих победить в борьбе за существование. Простые формы часто погибают, зато их плодовитость велика. Сложные формы менее плодовиты, но их потомство лучше выживает благодаря заботе родителей. Каждая из этих стратегий по-своему хороша, но ни одна не может быть хороша для любых условий. И наоборот: одни условия требуют самых невероятных приспособлений к окружающей среде, а в других все они совершенно бесполезны. Русский учёный Алексей Николаевич Северцов назвал биологическим прогрессом группы организмов их победу в борьбе за существование независимо от того, какой путь их привёл к успеху. Признаками биологического прогресса он считал расширение распространения, рост разнообразия и численности группы организмов. А все пути достижения успеха можно свести к трём: § 16-17. Круглые черви и прогресс 191 • Приведите знакомые вам группы животных, которые достигли биологического прогресса разными путями. Круглые черви • Назовите другие известные вам группы организмов, живущие везде и паразитирующие на всех. Этот тип животных объединяет червей веретенообразной формы: их тело круглое в сечении, заострено с обоих концов и не делится на членики. Длина их - обычно несколько миллиметров, редко достигает метра. На вид все похожи. Ну ничего особенного - даже рисунок не сделал бы их краше. И это - один из типов, добившихся наибольшего успеха в животном царстве! Круглые черви заселяют все мыслимые среды обитания (рис. 16.1). Они встречаются на дне морей от Северного полюса до Антарктиды, заселяют пресные водоёмы и почву. Нет такой группы организмов, на которой не паразитировали бы круглые черви. Численность их огромна, особенно в донном иле и в почве. Разнообразие представителей типа оценивается учёными в миллион видов, включая ещё не описанные. Таким образом, круглые черви - яркий пример биологического прогресса. Почему? 16.1. Распространение круглых червей Буквальный прорыв • В чём преимущество сквозного кишечника? «Прорывом» в истории развития многоклеточных стал буквальный прорыв^ их кишечника с задней стороны. У круглых червей пищеварительный тракт - сквозная трубка. Пища движется по нему в одном направлении и перерабатывается последовательно, а значит - более тщательно, полно и эффективно. Возможность последовательной обработки пищи привела к подразделению кишечника на отделы: переднюю, среднюю и зад- 92 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные нюю кишку. Только средняя кишка развивается из энтодермы. Её стенки вырабатывают ферменты для полостного и внутриклеточного пищеварения. Здесь же происходит всасывание готовой пищи. Передняя и задняя кишка представляют собой впячивания эктодермы. Рот и передняя кишка служат для захвата и продвижения пищи, а задняя кишка с анальным отверстием - для избавления от непереваренных остатков. Полость в роли^ скелета • Почему круглые черви - круглые, а плоские - плоские? Раньше питательные вещества по всему телу распределял разветвлённый кишечник. Теперь, когда кишка превратилась в прямую трубку, эту функцию взяла на себя полость тела - заполненное жидкостью пространство между кожно-мускульным мешком и кишкой, на месте бывшей паренхимы из мезодермы. Жидкость - не клетки, она бы вытекла, если бы не была упакована в непроницаемый эластичный чехол. Чехол этот образован слоем клеток эктодермы и покрыт кутикулой - прочной плёнкой. Кутикула не только защищает от механических повреждений и ядовитых веществ, но и сдерживает напор полостной жидкости. В результате полость тела, окружённая кутикулой и наполненная жидкостью, приобретает упругость надутого мяча и образует гидроскелет. Именно гидроскелет придаёт круглым червям характерную форму и служит опорой для мышц. Мышцы у них -только продольные. Они расположены внутри полости, вдоль стенок тела. Сокращая попеременно то спинные, то брюшные мышцы, червь изгибается и движется вперёд, лёжа на одном боку. 16.2. План строения круглого червя • Как усложнилось строение круглых червей в сравнении с плоскими? § 16-17. Круглые черви и прогресс 193 Все эти черты усложнили строение червей и сделали их организм более эффективным в том или ином отношении. Разрезанный мяч уже нельзя надуть. Именно поэтому круглые черви при повреждении гидроскелета не способны к регенерации - редкий случай у просто устроенных животных. С этим связана ещё одна интересная особенность: всё тело круглого червя состоит из постоянного числа крупных клеток. Это позволяет быстрее расти под защитой кутикулы. Стиль жизни - прятаться в питательной среде • Всегда ли жизнь в питательной среде связана с паразитизмом? Эти животные, благодаря гидроскелету, приспособились зарываться в грунт или другой субстрат, богатый пищей, например в ткани растений. Так они обрели не только новую среду обитания с её пищевыми запасами, но и укрытие от хищников - крупных ресничных червей. При такой жизни рот у круглых червей расположен строго на переднем конце тела. Давление внутри гидроскелета мешает заглатывать пищу. Поэтому их мускулистая глотка действует как насос с клапанами: засасывает пищу, а потом проталкивает её в кишку насильно. Передний конец всех растительных паразитов вооружён «копьём» для прокалывания клеток. Внешнее сходство круглых червей связано с тем, что, несмотря на широкое распространение, все они живут в похожей среде - в питательном субстрате. В донном иле и почве это «суп» из остатков организмов, вместе с бактериями и простейшими, а в растениях и животных - питательные вещества их тела. Главная трудность в этих условиях - едкие химические вещества. Но от них надёжно защищает кутикула. Некоторые виды способны выжить даже в уксусе. Экологическая роль круглых червей велика. В водоёмах и почвах они - грунтоеды-разрушите- свекловичный червь вызывает ли. Паразиты играют роль потре- «бородатость» сахарной свёклы 94 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные бителей и регуляторов численности своих хозяев. Для полей и огородов они - массовые вредители корней растений (рис. 16.3). Многие виды выработали специальные приспособления к особому образу жизни. Как круглые черви стали паразитами? • Найдите ответ на вопрос рубрики. Путь эволюции круглых червей к паразитизму был прост. Обитая в почве и донном иле, животные были окружены едкими выделениями бактерий и защищались от них кутикулой. Она же позволяла беспрепятственно совершать путешествие по кишечнику крупного животного, случайно проглотившего червя вместе с другой пищей. Отсюда всего один шаг до освоения пищеварительного тракта как среды обитания. С переходом к паразитизму строение организма упрощается. Как у плоских, так и у многих круглых червей утрачивается необходимость в органах чувств, упрощаются нервная система, движения, питание. (Впрочем, кутикула не даёт всасывать пищу поверхностью тела, и все круглые черви питаются ртом.) Главными задачами становятся размножение и расселение. Но и этот путь тоже может быть путём к биологическому прогрессу. Круглые черви - паразиты человека • Как аскариде использовать одного человека в роли двух хозяев? С жизненным циклом круглого червя познакомимся на наиболее важном для нас примере человеческой аскариды. Паразити- § 16-17. Круглые черви и прогресс 195 руют животные в кишечнике. Как и другие круглые черви, аскариды раздельнополы, самец отличается от самки по внешнему виду. При встрече взрослых особей происходит внутреннее оплодотворение. Яйца должны попасть во внешнюю среду для дальнейшего развития. У аскариды и многих других круглых червей смены хозяев нет. Для нормального созревания яйца должны почти месяц находиться на воздухе, что резко уменьшает вероятность их попадания к тому же хозяину (рис. 16.4). Яйца аскариды чрезвычайно мелки, могут легко разноситься мухами, попадают на поля со сточными водами. Источниками заражения становятся немытые овощи и грязные руки. В кишечнике человека из яиц выходят личинки. Они долго путешествуют по крови и органам дыхания, чтобы снова попасть в кишечник и только там стать взрослыми. В бескислородной среде внутренних органов паразиты выделяют вещества, отравляющие организм. Аскаридоз сопровождается тошнотой, острыми болями «под ложечкой», расстройством пищеварения, обмороками. Особенно опасно повторное заражение, когда большое число паразитов может привести к закупорке кишечника. Поучителен жизненный цикл другого червя - трихинеллы (рис. 16.5). Её хозяин - крыса - заражается, поедая трупы сородичей с личинками в мышцах. Заражение человека для личинок - случайный, тупиковый путь, но он нередко приводит к смерти человека. 16.5. Пути циркуляции трихинелл • Объясните, в чём трудность борьбы с трихинеллёзом. 9б Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные Основные взаимоотношения человека с круглыми червями даны в таблице. Круглые черви человеческая аскарида детская острица трихинелла Заболевание Аскаридоз Энтеробиоз Трихинеллёз Миграция по крови Есть Нет Есть Поражаемый орган Кишечник Кишечник Кишечник, мышцы Пути заражения Через сырую воду, немытые овощи Через грязь под ногтями Поедание непроваренного мяса • Как можно бороться с паразитическими круглыми червями? Гельминтология • Зачем нужна специальная наука о глистах? Это слово (от греческого «гельминс» - червь, глист) означает название науки о паразитических червях и связанных с ними заболеваниях - инвазиях. Так называют болезни, возбудитель которых - животное, в противоположность инфекциям, вызванным вирусом или бактерией. В задачи гельминтологии входит: - выявлять виды червеобразных паразитов, опасных для человека и его окружения (домашних животных, растений); - изучать жизненные циклы и пути расселения гельминтов; - определять признаки болезней и методы лечения больных; - разрабатывать меры по предупреждению инвазий. Трудно поверить, что биология большинства наших «сожителей» 50-90 лет назад оставалась полной тайной. Да и сейчас немало людей, верящих в неизбежность их «самозарождения». Действительно, раньше, когда еда руками и целование идолов были частью культурной традиции, жизненные циклы паразитов не давали сбоя и не оставляли сомнений, что так и должно быть. Среди круглых червей мы встречаем паразитов наиболее специализированных, изощрённых и вероломных, выживающих именно за счёт «знания» уклада жизни своего хозяина. Они полностью от него зависят, зато не нуждаются в промежуточном хозяине. Они не приносят ему слишком больших страданий, зато заражают всех поголовно. Теперь, когда биология червей изучена, а современные средства водоснабжения, канализации и дезинфекции есть в каждом доме, жизнь паразитов зависит в основном от наших привычек. § 16-17. Круглые черви и прогресс 197 Лечение больных гельминтозами включает изгнание паразитов из кишечного тракта. Для этого применяют специальные растительные препараты и кислород. Предупреждение инвазий состоит в том, чтобы разорвать цепочку превращений паразита, не дать замкнуться его жизненному циклу. При этом важнейший принцип всех мер - изоляция мусора и нечистот от воды и пищевых продуктов. Необходимо также бороться с переносчиками инвазий: крысами, мышами, мухами, тараканами. Для этого существуют санитарные службы, которые следят за соблюдением санитарных норм при планировке зданий, торговле и т.д. Партии мяса и овощей, поступающие в продажу, проходят строгий контроль. Большинство видов гельминтов невозможно уничтожить, потому что они сохраняются в природных очагах. Но аскарида и острица - специфические паразиты и существуют только в человеческой популяции. Они настолько хорошо приспособлены к условиям такого существования, что борьба с ними особенно сложна. Для победы над ними нужно, чтобы каждый человек строго следовал правилам личной гигиены, а этого очень трудно добиться, в первую очередь от детей. Вот основные правила: - мыть овощи и фрукты кипячёной или хлорированной водой; - мыть руки каждый раз после туалета и перед едой; - не прикасаться ничем к лицу без необходимости; - регулярно мыть тело, стричь ногти и волосы; - мыть все предметы, которые могут попасть в рот ребёнку; - следить за чистотой одежды и постельного белья; - не пить сырую воду и не брать в рот травинки; - покупать продукты, прошедшие санитарный контроль; - не есть непрожаренную рыбу и мясо. 98 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Сквозной кишечник круглых червей, защитная кутикула и гидроскелет позволили им освоить новый способ передвижения и заселить плотные субстраты: грунт и ткани организмов. Усложнение, упрощение строения или развитие специальных приспособлений привело их к биологическому прогрессу: огромному разнообразию, большой численности и широкому распространению. Среди круглых червей есть паразиты, которыми легко заразиться, если не соблюдать правила гигиены. Биологический прогресс. Полость тела. Гидроскелет. Паразиты. Гельминтология 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. М ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Что такое биологический прогресс? Каковы его признаки и пути к нему? Как круглые черви достигли биологического прогресса? Каковы особенности жизненного цикла паразитических круглых червей? Обоснуйте каждое из приведённых правил личной гигиены. Оцените, насколько окружающие вас люди соблюдают приведённые правила личной гигиены. Что, на ваш взгляд, нужно изменить в поведении ваших друзей? Почему с паразитарными инфекциями трудно бороться? В чём сходство и различие в жизненных циклах плоских и круглых червей? Почему среди плоских и круглых червей так много паразитов? Как возник паразитический образ жизни у плоских и круглых червей? 10. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а затем другой (другие) отвечает на них. § 18. Простейшие и низшие многоклеточные беспозвоночные. Повторение 199 § 18. Простейшие и низшие многоклеточные беспозвоночные. Повторение Вопросы и задания для повторения 1. • Чем простейшие отличаются от других животных? Чем они отличаются от одноклеточных растений? 2. • Как форма простейших связана с их образом жизни и передвижением? 3. • В чём преимущества и недостатки многоклеточности? Какие факты свиде- тельствуют о том, что многоклеточные животные произошли от одноклеточных? Как происходил этот процесс? 4. • Как изменялась форма тела в эволюции животных от простейших до круг- лых червей? Как она связана с особенностями их строения? 5. • Как двигаются изученные животные? Какие приспособления обеспечивают их движение? 6. • Появление каких приспособлений позволяло многоклеточным животным заселять новые и новые среды обитания? 7. «Из каких слоёв тканей состоят многоклеточные животные? Как усложнялось их строение? 8. • Какие органы и системы органов появились у многоклеточных животных? 9. • Какие приспособления позволили червям стать паразитами? 10. • Сравните особенности размножения изученных групп. Какой тип размно- жения преобладает у более высокоорганизованных форм? 11. «У кого из изученных животных хорошо развита регенерация? С чем это связано? 12. • Чьи жизненные циклы самые сложные? 13. • Какое значение имеют изученные группы животных в природе и жизни че- ловека? 14. • Что такое биологический прогресс? Какие из изученных групп можно на- звать биологически прогрессивными? Что означают эти понятия? Простейшие. Тип губки. Тип кишечнополостные. Тип плоские черви: классы ресничные и ленточные черви, сосальщики. Тип круглые черви. Циста. Регенерация. Раздражимость. Бесполое и половое размножение. Малярия, природно-очаговые заболевания. Многоклеточ-ность. Колония. Эктодерма, энтодерма и мезодерма. Кутикула. Кожно-мускульный мешок. Полость тела. Гидроскелет. Нервная система. Выделительная система. Кишечная полость. Жизненный цикл. Гермафродит. Жизненная форма. Фильтратор. Хищник. Паразит. Гельминтология. Биологический прогресс. Правила гигиены. 100 Глава 2. Беспозвоночные. Низшие многоклеточные беспозвоночные ^ Жизненная задача Название. Игры для малышей: как сохранить здоровье? Ситуация. Ученики начальной школы (первоклассники) любят гулять во дворе и могут при этом не соблюдать правила личной гигиены, что может привести к заболеваниям, вызванным бактериями, грибами и животными. Дети активно осваивают окружающую среду, с интересом исследуют новые встреченные ими предметы. В то же время дети не всегда соблюдают правила личной гигиены, не понимая опасностей окружающего мира. Множество бактерий, грибов и животных могут попасть в организм человека и вызвать заболевания. Убеждение и принуждение к соблюдению правил поведения, обеспечивающих здоровый образ жизни, не всегда эффективно. Роль. Школьная медсестра. Результат. Необходимо разработать игры для младших школьников, которые приучат их к соблюдению важных правил личной гигиены. § 19. Сегментированные животные 1101 ВЫСШИЕ МНОГОКЛЕТОЧНЫЕ БЕСПОЗВОНОЧНЫЕ § 19. Сегментированные животные ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Все высшие животные имеют сегментированное тело или происходят от сегментированных животных. Факт 2. Блочность конструкции в технике облегчает использование запчастей, специализацию узлов агрегата и конвейерную сборку. • Как связаны два эти факта? Предположите, какой вопрос будет обсуждаться в параграфе. Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что служит опорой для мышц у низших многоклеточных? (§ 12-17) • В чём преимущества крупных размеров тела животных? (5 класс, § 11) • Зачем нужна кровеносная система? (4 класс, жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Разделение «труда» - магистральный путь эволюции • В чём биологический смысл разделения функций между органами? Полость тела круглых червей служит для опоры и транспорта. Сила мышц и движений тела зависит от того, насколько надёжна опора. Но если гидроскелет мало изгибается при работе мышц, то полостная жид- 19.1. Нереида - морской кольча-кость плохо выполняет транспорт- тый червь 102 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные ные функции. Если клетки не получают достаточного питания и кислорода, то тело не может достигать крупных размеров. Гидроскелет ограничен нерастяжимой кутикулой и приспособлен к росту не больше чем футбольный мяч: у молодого организма он «недокачан», а у взрослого сковывает рост. Подобные противоречия в ходе эволюции решаются путём разделения функций: у простейших - между органеллами, у многоклеточных - между органами и системами органов. Новый, прогрессивный путь решения этих проблем мы встречаем в типе кольчатых червей, или кольчецов, - многочисленных морских обитателей (рис. 19.1) и, вероятно, древнейших многоклеточных животных суши. Их прямой потомок - всем известный дождевой червь (рис. 19.2). 19.2. Дождевые черви обитатели почвы Система органов - группа органов, выполняющих общую функцию. Почему кольчатых червей называют кольчатыми? • Найдите ответ на вопрос рубрики. Кольцевые перетяжки делят тело дождевого червя на множество члеников - сегментов. Сегментация свойственна всем кольчатым червям. Сегменты похожи друг на друга не только внешне, но и по внутреннему строению: каждый из них имеет все органы жизнеобеспечения в полном наборе. Сходные органы образуют системы органов тела. Сегменты формируются последовательно, один за другим. Это решило проблему роста червя. Пока одни членики обеспечивают полноценную жизнь организма, другие - задние - растут и развиваются за счёт «старших». У каждого сегмента - свой гидроскелет • В чём преимущество сегментированной полости тела кольчатых червей по сравнению с несегментированной полостью круглых червей? Почему среди кольчатых червей больше активно передвигающихся и меньше паразитических форм, чем среди круглых червей? У круглых червей внутренние органы расположены в полости тела и омываются полостной жидкостью. У кольчатых червей § 19. Сегментированные животные 1103 внутри этой первичной полости образовалась другая, вторичная полость с собственными эластичными стенками из клеток мезодермы. Её можно сравнить с подушками безопасности, по паре в каждом членике тела. Они «раздулись», заполнили пространство между органами и поддерживают их. Теперь каждый сегмент получил свою собственную опору из мешков вторичной полости, наполненных жидкостью, а первичная полость эту функцию утратила. Мощные продольные и кольцевые мышцы меняют форму каждого членика отдельно. Дождевой червь попеременно то сжимает и удлиняет их, то расширяет и укорачивает. Волнообразные сокращения тела позволяют не только ползти по норке, но и раздвигать почву, расширяя ход. Морские кольчецы используют гидроскелет иначе. Выросты по бокам каждого сегмента их тела образовали примитивные парные конечности - параподии (рис. 19.3). С помощью мышц, прикреплённых к стенкам вторичной полости, параподии совершают гребные движения. Движение конечностей в сочетании с изгибами тела позволяет хорошо плавать. У дождевых червей и их родичей в связи с жизнью в почве от параподий остались лишь короткие щетинки, направленные назад. Этими зацепками червь упирается в стенки норки и с силой проталкивается вперёд (рис. 19.4). 19.3. Параподия морского кольчатого червя 19.4. Движение дождевого червя в почве • Объясните движение червя в почве. Какова роль полостной жидкости? Какие мышцы работают на каждом этапе? 104 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные «Изобретение» кровеносной системы • Чем хороша кровеносная система? Итак, вторичная полость заняла большую часть пространства внутри тела. Что же стало с первичной полостью? От неё у всех высших многоклеточных остался только^ просвет кровеносных сосудов! А жидкость, заполнявшая её, превратилась в кровь. В ней растворено красное вещество, напоминающее гемоглобин человека. Оно играет ту же роль: переносит газы. Питательные вещества разносятся по телу растворёнными в крови. Основных кровеносных сосудов два: спинной и брюшной. У спинного сосуда мышечные стенки. С 7-го по 11-й членик они утолщены и образуют «сердца», которые своими сокращениями направляют ток крови вперёд, к головному концу тела. Кровеносная система замкнутая, и по брюшному сосуду кровь течёт обратно. В каждом сегменте имеются кольцевые сосуды с капиллярами, подходящими ко всем органам. Специализированные органы дыхания • Как связана работа органов дыхания и кровообращения у кольчатых червей? Ток крови создал возможность быстро переносить кислород от поверхности тела к органам. Чем больше поверхность, тем больше кислорода можно направить для активной работы мышц. Поэтому у многих плавающих кольчецов на параподиях образовались складчатые выпячивания покровов - жабры (рис. 19.5). Сквозь их тонкие стенки кислород легко 19.5. Жабра морского проникает из воды в подкожные капилляры, а кольчатого червя углекислый газ покидает кровь. Почвенным червям жабры мешали бы ползать. У них газообмен совершается через всю поверхность тела, постоянно смоченную слизью. Активный газообмен позволяет увеличить размеры животного. Вторичная полость в роли мусорных пакетов • Чем хороша вторичная полость? В первичной полости тела круглых червей питательные вещества и газы перемешаны с отходами жизнедеятельности. У кольчатых червей появилась новая, вторичная полость тела. Она не § 19. Сегментированные животные 1105 только служит опорой тела, но и принимает все растворенные отходы, изолирует их от внутренних органов. Новые, воронкообразные органы выделения - метанефридии - выводят вредные вещества во внешнюю среду из вторичной полости тела по мере их накопления. Единый сложный организм • В чём преимущество автономных, но согласованно действующих блоков? Кольчатые черви - сегментированные животные (рис. 19.6), но не все их сегменты абсолютно одинаковы. Головные сегменты несут органы чувств и рот, некоторые средние членики имеют «сердца» и половые железы, а задний сегмент - анальное отверстие. В переднем членике червя находится окологлоточное нервное кольцо - самое крупное скопление нервных клеток. С него начинается брюшная нервная цепочка с узлами нервных клеток в каждом членике. Такая нервная система узлового типа образовалась при слиянии нервных тяжей правой и левой стороны тела. Она обеспечивает самостоятельность члеников и слаженную работу всего организма. Поперечный разрез Продольный разрез Спинной кровеносный сосуд Половые железы , Мышцы 19.6. План строения кольчатого червя Три зародышевых листка - основа всех органов • Какие органы образуются из разных зародышевых листков? Кишечнополостные животные двухслойны, они состоят из эктодермы и энтодермы. У плоских червей появляется третий слой - мезодерма. У кольчатых червей эктодерма, энтодерма и 10б Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные мезодерма появляются в начале развития как три зародышевых листка. Они дают начало всем основным системам органов, включая вторичную полость тела и кровеносную систему. Эти же системы органов сохраняются в дальнейшем у всех высших животных, причём они формируются из тех же трёх зародышевых листков. Так высшие животные в своём развитии кратко повторяют эволюционное развитие предков. Из эктодермы формируются покровы, нервная система, передняя и задняя части пищеварительного канала. Из энтодермы развивается средний - основной - отдел пищеварительной системы. Из мезодермы образуются мускулатура, вторичная полость тела, кровеносная и выделительная системы, половые железы. Органы дыхания разных групп высших многоклеточных могут быть построены с участием всех трёх зародышевых листков. ПРЕИМУЩЕСТВА КОЛЬЧАТЫХ ЧЕРВЕЙ I Кровеносная система Транспорт пищи и газов ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Кольчатые черви - сегментированные животные с вторичной полостью тела, выполняющей функции опоры и резервуара для выведения продуктов обмена. У них впервые появляются кровеносная система, конечности, у некоторых развиты специализированные органы дыхания - жабры. Вторичная полость тела. Кровеносная система. Жабры. Сегментация. Конечности (параподии) ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • Что такое гидроскелет? Как он обеспечивает опору мышцам? 2. • Какую роль играет полость тела у кольчатых червей? Почему её назвали вторичной? § 19. Сегментированные животные 1107 3. • 4. • 5. • 6. • 7. • 8. • В чём выражается сегментация тела? В чём её биологический смысл? Что даёт кольчатым червям появление кровеносной системы и органов дыхания? Почему параподии и жабры развиваются не у всех кольчатых червей? Почему жабры кольчатых червей расположены на конечностях? Что общего между ростом кольчатого червя и высшего растения? Что общего в развитии кольчатого червя, его предков и потомков? 9. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. а • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Наблюдение за дождевыми червями 1. Поместите дождевого червя на стекло и рассмотрите его. Зарисуйте. 2. Проведите пальцем по телу червя с переднего конца к заднему и наоборот. Объясните разницу. С помощью лупы рассмотрите щетинки на брюшной стороне тела. Понаблюдайте, как червь ползёт по шершавой бумаге, по мокрому стеклу. 3. Выясните реакцию червя на прикосновение листочком бумаги, на свежесрезанный кусочек лука. Сделайте вывод. 4. Поместите в сосуд почву с 3-4 червями. Насыпьте сверху слой песка в 1 см. Через сутки рассмотрите комочки земли на поверхности песка, имеющие вид шнуров. Определите, что это такое. Сделайте вывод. 5. Проведите опыт. Оставьте сосуд на месяц. Поддерживайте почву влажной. Что случилось со слоем песка? Сделайте вывод. 6. Поместите червей в сосуд с песком. Регулярно увлажняйте его, кормите червей растительными остатками. Через месяц определите толщину образовавшегося плодородного слоя. Сделайте вывод. 7. Подготовьте доклад, посвящённый вашим наблюдениям. Сформулируйте в нём цели работы, используемые методы, выводы. При возможности используйте компьютер для подготовки презентации и поиска дополнительной информации в Интернете. 108 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные § 20. Кольчатые черви в экосистемах ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Разрушители, разлагая сложные органические соединения на более простые составляющие, возвращают их к началу круговорота веществ. Факт 2. Твёрдые органические остатки умерших организмов непосредственно могут употреблять только животные. • Что вас удивило? Представителей каких царств вы привыкли относить к разрушителям? Предложите свой вариант вопроса к параграфу и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие прогрессивные приспособления имеют кольчатые черви? (§ 19) • Какую роль в экосистеме играют организмы-разрушители? (5 класс) • Как распределена жизнь в океане? (§ 14-15) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • Используя текст и рисунки, сравните приспособления и жизненные циклы кольчатых червей, обитающих в различных условиях (на суше, в воде). К каким систематическим группам они относятся, в чём их отличия? • Определите главную роль кольчатых червей в экосистемах. Вкусный и доступный корм Кольчатые черви - важнейшая часть рациона рыб, земноводных, птиц и зверей. Это объясняется рядом причин. Они имеют довольно крупный размер, малоподвижны и, главное, не имеют твёрдого скелета, то есть могут усваиваться полностью. Другое достоинство червей как корма - огромное количество их и в воде, и на суше. Дело в том, что повсюду их главная роль -роль разрушителей, «мусорщиков». А уж «мусора» хватает в любой экосистеме - кольчатые черви никогда не голодают. Многощетинковые черви - обитатели морей У червей из класса многощетинковых (рис. 20.1) на каждом членике тела - пара хорошо развитых конечностей - параподий. С их помощью черви плавают, ползают и зарываются в грунт. На первом, головном сегменте вместо параподий есть щупики и уси- § 20. Кольчатые черви в экосистемах 1109 20.1. Многощетинковые черви (или полихеты) • Как строение этих червей связано с их образом жизни? ки - органы осязания и обоняния. Здесь же расположены 1-2 пары глаз. Известно около 8 тыс. видов многощетинковых червей. Многощетинковые - типичные обитатели океанского дна. В благоприятных местах их число иногда может достигать 100 тыс. на 1 м2 дна. Большинством видов представлена жизненная форма грунтоедов. Они роют грунт и питаются донными осадками. Пескожил (рис. 20.1, 20.2), обитающий в полосе прилива, редко высовывается из ила. Нереи- 20.2. Спасаясь, пескожил жертвует хвостом О чём свидетельствует такое приспособление? да (рис. 20.3), наоборот, часто переплывает с места на место. Оба вида - излюбленный корм крупных рыб, таких как треска. Многие черви, например серпулиды (см. рис. 20.1), - фильтраторы. Они ведут сидячий образ жизни, спрятав тело в известковую трубку. Из неё высовываются лишь длинные параподии, играющие роль жабр и органов добычи «мёртвого дождя». На концах параподий расположено множество глазков, предупреждающих животное о приближении хищников. Среди червей тоже есть хищники, к ним можно отнести обитательницу дна - афродиту. Жизненный цикл многощетинковых червей Многощетинковые черви раздельнополы, причём половые железы развиваются почти во всех члениках. Яйца оплодотворяются в воде, из них выходят планктонные личинки. 110 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные 20.3. Размножение полихет: А - бесполое; Б - половое 20.4. Малощетинковые черви (или олигохеты) Есть черви, у которых чередуются два способа размножения (рис. 20.3). При бесполом размножении червь делится пополам: передняя часть восстанавливается и продолжает жить на дне моря, а из задней образуется половая особь, которая поднимается на поверхность. Во время нереста море буквально «вскипает». После размножения взрослые черви погибают. • В чём преимущество такого размножения? Малощетинковые черви - обитатели суши Малощетинковые черви - класс почвенных и пресноводных животных, объединяющий около 5 тыс. видов (рис. 20.4). Их размеры составляют от нескольких миллиметров до 3 м. Обычные у нас дождевые черви относятся к десяткам разных видов. Они не просто прокладывают ходы в почве, а пропускают её через свой кишечник, извлекая органические остатки. Дышат черви воздухом, поглощая кислород всей поверхностью тела. После дождя, когда почва залита водой, животным приходится выползать подышать. За это их и назвали дождевыми. У почвенных малощетинковых червей от параподий сохранились только короткие щетинки, и то не все, а органы чувств, кроме осязания, развиты слабо. Но это связано с их образом жизни и ещё не говорит об упрощении их строения. Наоборот, «разделение труда» между члениками у них достигло более высокого уровня. Ещё Ч. Дарвин наблюдал сложные формы поведения дождевых червей. Теперь установлено, что при проведении опыта после нескольких попыток они способны запомнить дорогу, которая ведёт в садок с благоприятными условиями. § 20. Кольчатые черви в экосистемах 1111 Масса дождевых червей в плодородной почве доходит до 100 г на 1 м2 и более. Их роющая деятельность имеет огромное значение для почвообразования. Черви разрыхляют и перемешивают почву, открывают доступ воздуху и воде и создают условия, необходимые для полного разложения органических веществ и образования плодородного слоя. В почве можно увидеть множество небольших белёсых червячков размером 5-Ю мм - энхитреид- Их число иногда достигает сотни тысяч на 1 м2 почвы. Хотя они не так заметны, их роль в почвообразовании не менее важна. Аквариумисты разводят их для корма рыб. Поэтому их иногда называют горшечными червями. Другой излюбленный корм аквариумных рыб - трубочник. Эти мелкие черви (1,5-2 см) образуют скопления на дне небольших водоёмов. Их тела наполовину погружены в ил, который служит им пищей. Задние концы, выставленные наружу, имеют кроваво-красную окраску и ритмично колышутся, создавая ток воды. Окраска обусловлена большим количеством гемоглобина в крови, что позволяет дышать в водоёмах, бедных кислородом. Такого же цвета и другой обитатель мелких водоёмов - мотыль. Это не черви, а насеком^1е (личинки комаров-звонцов). Жизненный цикл дождевого червя Дождевые черви доживают до десяти лет. Летом они кормятся вблизи поверхности почвы, а на зиму уходят глубже, в слои с постоянной температурой. Взрослые особи размножаются половым путём. Поскольку вероятность встречи червей в почве невелика, дождевые черви - гермафродиты. При встрече партнёры соединяются передними концами навстречу друг другу (рис. 20.5, А), обмениваются мужскими половыми клетками и расходятся, сохраняя чужие гаметы в особой выемке на теле. Позднее членики, образующие «поясок» на теле червя, набухают и отделяют слизистую муфту. Когда муфта готова, червь выползает из неё, пятясь назад (рис. 20.5, Б, В), и откладывает в муфту сначала 10-12 довольно крупных яиц, а потом чужие мужские гаметы. Происходит оплодотворение. Из муфты образуется кокон, сохраняющий влагу (рис. 20.5, Г). Бесполое размножение для дождевых червей не характерно и обычно Размножение дождевых ^ ^ ^ червей 112 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные происходит после нападения хищника. Они обладают прекрасной способностью к регенерации, ведь построение новых сегментов тела - естественный способ роста червя. Пиявки-кровопийцы Пиявки - группа кольчатых червей (около 400 видов), ведущих образ жизни наружного паразита. Они населяют пресные водоёмы, где нападают на крупных животных, питаясь их кровью. Пиявка плавает, изгибаясь всем телом, или «ходит», поочерёдно переставляя две мощные присоски. Рот находится внутри передней присоски. Прокусывая жертву, она вводит геру-дин - вещество, препятствующее свёртыванию крови. Врачи с древних времён используют пиявок, чтобы снизить кровяное давление больного и предотвратить образование тромбов в сосудах. Для этой цели подходит медицинская пиявка, обитающая на юге России. 20.6. Пиявка на коже человека ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Кольчатые черви - важнейшие разрушители. Они питаются отмершей органической массой на дне морей, пресных водоёмов и в почве. Их роль в формировании почвенного плодородия очень велика. Многие виды составляют основу питания более крупных животных. Многощетинковые черви раздельнополы, а малощетинковые - гермафродиты. Многощетинковые. Малощетинковые 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Н ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Почему кольчатые черви - привлекательная пища для других животных? Какой образ жизни ведут многощетинковые и дождевые черви? В чём состоит роль дождевых червей в формировании плодородия почвы? Почему трудно вытащить дождевого червя из почвы за задний конец? Чем отличаются жизненные циклы много- и малощетинковых червей? Как связано строение кольчатых червей с их образом жизни? Дождевых червей используют как наживку на рыбалке. Как вы считаете, можно ли осуждать человека за причинение боли высшим животным? 8. • Поработайте в паре: один приводит аргументы в доказательство большей роли многощетинковых, а другой - малощетинковых кольчатых червей. § 21. Животные с наружным скелетом |113 § 21. Животные с наружным скелетом ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Гидроскелет - полужёсткая опора. Твёрдый скелет даёт гораздо более надёжную опору. В частности, он открывает путь к крупному размеру позвоночных. Факт 2. Наружный скелет тяжёл. Наземные черепахи малоподвижны, а насекомые не могут быть большими. • В чём состоит противоречие? Какой вопрос возникает? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое сегментация тела? (§ 19) • Какую роль играет вторичная полость тела в строении тела кольчатых червей? (§ 19) • Как передвигаются кольчатые черви? (§ 19) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Дальше по пути прогресса • Как биологический прогресс подтверждает особенности твёрдого скелета? Один из важнейших признаков биологического прогресса группы животных - это разнообразие видов, входящих в её состав. Чем больше разнообразие, тем больше различных случаев, в которых представители группы использовали преимущества своего плана строения, чтобы прочно занять особое место в той или иной экосистеме Земли. 114 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные Мы начинаем изучение двух самых разнообразных типов беспозвоночных (рис. 21.1). Тип моллюски - это улитки в саду и слизни в огороде, ракушки на морском берегу, кальмары и устрицы на тарелке. К типу членистоногих относятся раки и крабы, пауки и многоножки, жуки и бабочки, мухи и кузнечики - более полутора миллионов видов, окружающих нас повсюду. Столь почётным местом в животном царстве эти две группы животных обязаны общему приспособлению - скелету в виде раковины, панциря или отдельных твёрдых пластин, покрывших тело снаружи. Наружный скелет - защита и опора • Каковы преимущества наружного скелета? Появление наружного скелета произвело «революцию» в животном царстве. Ведь твёрдыми покровами «оделись» представители самых различных групп беспозвоночных. Отношения между видами сильно изменились. И произошло это, по геологическим меркам, почти одновременно - в начале палеозоя. Учёные считают это не случайным совпадением, а следствием того, что в атмосфере стало больше кислорода. Особенно заметна скелетная «революция» в палеонтологической летописи. С массовым появлением твёрдых, хорошо сохраняющихся в ископаемом состоянии частей летопись преобразилась. Она стала гораздо богаче. Не случайно это событие разделяет эры «скрытой» и «явной» жизни. Преимущества твёрдого скелета огромны. Это, прежде всего, опора мышцам, создающая предпосылку для возрастания их мощности и специализации. Это твёрдые челюсти и клешни для нападения, а также покровы, «латы», защищающие тело от врагов и агрессивной среды. Наружный скелет позволил заселить бассейны с повышенной солёностью, защитил от высыхания и солнечной радиации. А это, в свою очередь, дало возможность поселиться не только во влажной почве, но и на поверхности суши, включая пустыни. Мощная мускулатура, немыслимая без жёсткой опоры, позволила насекомым приспособиться к полёту и завоевать воздушный океан. Как скелет повлиял на внутреннее строение • Как твёрдая опора повлияла на функции вторичной полости тела? В качестве опоры для мышц внешний скелет оказался гораздо надёжнее, чем гидроскелет предков - кольчатых червей. Поэтому вторичная полость утратила опорную функцию и в большин- § 21. Животные с наружным скелетом 1115 стве сегментов слилась с первичной полостью. Кровеносная система оказалась незамкнутой: лишь часть пути от сердца кровь проходит по сосудам, а затем изливается в полость тела между органами и тканями. К сердцу кровь опять собирается по сосудам. Чтобы поток крови между органами не ослабевал, усилилось сердце. Оно превратилось в крупный мускулистый орган из одного или двух предсердий, принимающих кровь, и сильного желудочка, способного обеспечить циркуляцию крови по организму. Органы дыхания специализировались в соответствии с образом жизни: водные животные обычно дышат жабрами, а у сухопутных они заменились воздушными мешками - лёгкими или воздушными трубочками - трахеями. Большинство животных для улучшения газообмена специально прокачивает через себя воду или воздух. Поскольку вторичная полость распалась, органы выделения тоже изменились. У разных групп животных они различны по происхождению, строению и функциям. Общая их черта состоит в том, что они не разбросаны по всему телу, а очищают циркулирующую тканевую жидкость где-либо в одном месте. Моллюски выбрали надёжную защиту • Чем хороша и плоха раковина моллюска? У части организмов, имеющих твёрдые покровы, стала развиваться их защитная функция. Покровы превратились в массивную, тяжёлую раковину, а её «хозяева» образовали тип моллюсков. Все моллюски имеют общий план строения, но его видоизменения бывают столь необычными, что убедиться в этом нелегко. Поэтому рассмотрим для начала панцирного моллюска хитона (рис. 21.2), который больше других похож на своих палеозойских предков. Этот моллюск живёт на небольшой глубине, в полосе прибоя, где волны обладают максимальной силой и перекатывают камни. Тело хитона, как плащом, прикрыто кожной склад- 21.2. Строение хитона: А - вид сверху; Б - вид снизу; В - продольный разрез; Г -поперечный разрез 11б Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные кой - мантией, которая спускается со спины на бока. Мантия -особый кожный орган всех моллюсков, образующий слои клеток, в которых откладываются кристаллы извести или другие твёрдые вещества. Из этих слоёв формируется раковина. Раковина наращивается по краям и в толщину, а под ней постепенно растёт и сам моллюск. Конечности-параподии, слишком слабые, чтобы обеспечить движение тяжёлого животного, утрачены. Роль движителя взяла брюшная часть кожно-мускульного мешка, называемая ногой. Моллюск передвигается по камням благодаря мелким волнообразным движениям мышц ноги. Слизь, выделяемая на подошве ноги, помогает удерживаться на камне и скользить по его поверхности. В передней части подошвы расположен рот. Мощный язык усеян тысячами мелких «зубов», образующих тёрку, или радулу. Ею моллюск счищает с камней налёт водорослей. Между телом и мантией хитона остаётся глубокая борозда -мантийная полость. В ней расположены жаберные лепестки, трепетание которых создаёт ток воды. При малоподвижной жизни органы чувств хитона плохо развиты, как и вся нервная система. Она состоит из нервных узлов вокруг глотки, пары нервных стволов, идущих к ноге, и пары нервных стволов, управляющих внутренними органами. Таким образом, раковина укрывает все внутренние органы, а подвижные части тела могут находиться только вне раковины. Разделение на сегменты теперь не нужно ни для подвижности, ни для роста (как у кольчатых червей). Поэтому у хитона остатки сегментации заметны лишь в строении раковины и жабр. У других моллюсков утрачиваются и эти признаки сегментации. Членистоногие выбрали активное движение • Чем хороши и плохи покровы членистоногих? Членистоногие - самый разнообразный тип животных. На первый взгляд они не похожи ни на кольчатых червей, ни на моллюсков, ни друг на друга. Чтобы разобраться в их родстве, познакомимся с трилобитом - вымершим морским членистоногим. К счастью, палеонтологическая летопись хранит достаточно «документов» - отпечатков и окаменелых остатков этих животных, по которым учёные полностью восстановили их облик, детали строения и образ жизни. Известно более 10 тыс. видов трилобитов! Они составляли § 21. Животные с наружным скелетом 1117 самый многочисленный класс членистоногих в течение большей части палеозоя и просуществовали более 300 млн лет. Умение различать виды трилобитов разных периодов помогает геологам в поисках железных и марганцевых руд. Трилобиты питались донными остатками растений и животных, загребая их из-под себя конечностями и направляя в рот. Это умение далось им благодаря членистым конечностям, которые могут сгибаться (рис. 21.3). Все конечности одинаковы, на их основаниях находятся жабры. Но наметилось разделение функций между частями тела. Первые пять сегментов слились в головной щит, несущий глаза, усики - органы осязания и обоняния - и 4 пары ног, направляющих пищу в рот. Ноги, предназначенные для передвижения по дну, расположены на подвижных брюшных сегментах. При опасности трилобиты сворачивались в клубок, закрываясь твёрдыми спинными пластинами со всех сторон. Таким образом, скелет защищал их, не мешая передвижению. А надёжная опора для мышц позволяла усложнить движения конечностей. Но твёрдые покровы затрудняли рост подвижного организма. Становясь тесным, наружный панцирь отслаивался и спадал. Беззащитное тело трилобита на время теряло опору для мышц и переставало двигаться. Через несколько часов новые покровы затвердевали «по размеру», и организм возвращался к обычной жизни. Так же происходит линька у всех членистоногих - подвижных животных с наружным скелетом. Нервная система трилобитов, как и кольчатых червей, представляла собой брюшную нервную цепочку. Но у слившихся сегментов сливались и их нервные узлы. Как мы смогли убедиться, древние моллюски и членистоногие, «покрывшись» наружным скелетом, сохраняли черты кольчатых червей - следы разделения тела на одинаковые сегменты. Их потомкам ещё предстояли глубокие преобразования. 21.3. Строение трилобита: А - вид сверху; Б - снизу; В и Г - в разрезе 118 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Потомки кольчатых червей приобрели внешний скелет, который защитил их тело и дал опору мышцам. Вторичная полость тела распалась, и кровеносная система стала незамкнутой. Поддержать обмен веществ помогли усиленное сердце, особое строение органов дыхания и выделения. Животные, защитившие тело мощной раковиной, -моллюски - перешли к малоподвижной жизни. Другие животные - Моллюски. Членистоногие. Наружный скелет. Раковина. Нога. Мантия. Членистые конечности ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • Каковы преимущества и недостатки твёрдого наружного скелета? 2. • Как приспособления моллюсков связаны с их образом жизни? 3. • Какие важнейшие приспособления возникли у членистоногих? 4. • Как происходит рост у животных с внешним скелетом? 5. • В чём сходство и различие двух групп животных с наружным скелетом? 6. • Почему моллюсков и членистоногих считают потомками кольчатых червей? 7. • Как изменилось внутреннее строение животных, утративших гидроскелет? 8. • Поработайте в паре: один приводит преимущества наружного скелета, другой - его недостатки. Н § 22-23. Моллюски-тихоходы 1119 § 22-23. Моллюски-тихоходы ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Тяжёлая раковина ограничивает передвижение моллюсков. Средняя скорость улиток составляет примерно 1,5 мм в секунду, то есть за минуту улитка может преодолеть расстояние, равное 6 см. Факт 2. Кальмары способны двигаться со скоростью 60 км/ч. • В чём состоит противоречие? Чем отличается образ жизни кальмара и слизня? Какой вопрос возникает? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какими общими чертами обладают моллюски и членистоногие? (§ 21) Какие черты отличают моллюсков? (§ 21) • Какие жизненные формы характерны для водных обитателей? (§ 12-17, 20) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Моллюски населяют воду и сушу • Дайте характеристику распространения моллюсков. К типу моллюски принадлежит более 100 тыс. видов животных. Наибольшей массы и численности достигают моллюски на дне моря, где они фильтруют из воды мелкие органические частицы. Их так много и сейчас, и в прошлом, что горные породы, образовавшиеся на дне моря, могут наполовину состоять из раковин моллюсков. С начала палеозоя до наших дней моллюски поглощают растворённые в воде соли кальция и превращают их в километровые толщи известняков. Основой процветания моллюсков послужила прочная раковина. Но план строения различных классов типа отличается от строения предков. Часть представителей приспособилась к плаванию в толще океана и стала хищниками. Другие группы приобрели способность дышать воздухом и расселились по суше. Их потомки заселили пресные водоёмы. Большинство из них питается растительной пищей. 120 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные Брюхоногие моллюски - обитатели дна • Какая польза от моллюсков в аквариуме? Внешний вид представителей этого класса не оставляет сомнений в названии (рис. 22.1). Массивная мускулистая нога составляет нижнюю половину его тела, а другая половина спрятана в раковине на спине. Раковина многих видов закручена в 22.1. Б:рюхоногий. жоллюск т]рубач спираль, что удобнее для переноски. Моллюсков с такой раковиной обычно называют улитками. Волнообразные сокращения мускулатуры ноги и слизь, выделяемая на подошве, позволяют ползти и переносить раковину медленно, но верно. Впереди ноги из раковины высовывается голова с глазами и щупальцами - органами осязания, вкуса и обоняния. Если дотронуться до них, моллюск весь втягивается в раковину. Некоторые ещё и плотно закрывают вход твёрдой крышечкой. Внизу головы расположен рот, переходящий в глотку с мускулистым языком - радулой. Этот орган характерен для всех брюхоногих. С его помощью животные скоблят растения, счищают микроорганизмы и другую пищу с поверхности. К раковине изнутри плотно прилегает мантия. Между ней и телом в раковине остаётся мантийная полость. В полости расположены жабры, выделительное, анальное и половое отверстия. Орган выделения - почка, которая начинается воронкой в остатке вторичной полости вокруг сердца. Нервная система брюхоногих состоит из нескольких нервных узлов, разбросанных вблизи важнейших органов, самый крупный из них окружает глотку. Основная пища брюхоногих - водоросли. Обилие света и постоянное перемешивание воды благоприятны для растений. Поэтому моллюсков особенно много на мелководье и в прибрежной, периодически заливаемой приливно-отливной зоне моря - литорали. Но жизнь на литорали требует особых приспособлений к периодическому высыханию и ударам волн. Моллюск морское ушко, например, имеет широкую подошву ноги и раковину в форме мелкого блюдца. Во время отлива животное прижимается и присасывается к камню так крепко, что оторвать его можно лишь с помощью долота. Раковины некоторых моллюсков (рис. 22.2) име- § 22-23. Моллюски-тихоходы 1121 22.2. Морские брюхоногие моллюски ют выросты, которые препятствуют переворачиванию. Напротив, гладкая форма других раковин позволяет волнам легко перекатывать их, не повреждая. Среди брюхоногих есть и хищники. Они тоже «неторопливы», так как охотятся на своих же собратьев. Мурекс, например, пробуравливает их раковины своей более твёрдой радулой. Морские брюхоногие, как правило, раздельнополы. Размножение половое. После внутреннего оплодотворения моллюски откладывают икру, из которой выводятся плавающие планктонные личинки. Они способствуют расселению моллюсков. На суше улитки дышат лёгкими • Какие приспособления позволили брюхоногим моллюскам освоить сушу? В южных районах нашей страны обитает крупная виноградная улитка (рис. 22.3). Она питается листьями и иногда вредит виноградникам. Её мантийная полость «переоборудована» для жизни на суше и превращена в лёгкие - складчатые мешки, пронизанные сосудами. Отличительная внешняя черта наземных улиток - глаза на концах щупалец («рожек»). Характерно и то, что наземные моллюски - гермафродиты. После перекрёстного оплодотворения они откладывают яйца, из которых, минуя стадию личинки, появляется 22.3. Брачные игры виноградных новое поколение животных. улиток 122 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные 22.4. Пресноводные (слева) и сухопутные (справа) брюхоногие моллюски Многие виды моллюсков потеряли на суше раковину - это голые слизни (рис. 22.4). Они встречаются лишь во влажных условиях, но и там выползают на поиски пищи только ночью. Нередко они повреждают листья культурных растений. К зиме наземные моллюски зарываются в рыхлую землю и впадают в спячку. В прудах, озёрах и реках с медленным течением на водных растениях всегда можно найти крупную улитку - об^ькновенного прудовика (см. рис. 22.4). Его тело заключено в известковую раковину, покрытую слоем зеленовато-коричневого рогоподобного вещества. Глаза расположены у основания щупалец. Прудовика можно часто встретить на поверхности воды: для дыхания ему необходимо набирать атмосферный воздух в мантийную полость. Двустворчатые моллюски - фильтраторы водоёмов • Почему двустворчатые моллюски не выходят на сушу? Класс двустворчатые моллюски по строению в полной мере соответствует жизненной форме фильтратора (рис. 22.5). Такой образ жизни не требует подвижности, поэтому у двустворчатых исчезла голова и упростились органы чувств. Туловище окружено мантией, которая производит двустворчатую раковину из извести. Створки открываются сами благода- 22.5. Беззубка - пресноводный двустворчатый моллюск ря пружинистой связке, а закрыва- (одна створка удалена) ются мощными мышцами-замыкате- Мышцы-замыкатели Связка Рот Нога Мантия § 22-23. Моллюски-тихоходы 1123 лями. Между приоткрытыми створками высовывается нога, с помощью которой моллюск может медленно передвигаться и зарываться в грунт. Рот и жабры находятся внутри раковины, в мантийной полости. Пища и кислород поступают туда через трубку-сифон в задней части тела. Через другой сифон вода удаляется. Пресноводные беззубка и перловица ползают по дну тихих рек и озёр. Морские двустворчатые (рис. 22.6) живут в полосе прибоя и прилива. Они специально прикрепляются ко дну или подводным предметам, чтобы их не смыло с облюбованного места. Мидии используют для этого шелковидные нити. Устрицы прирастают к камням своей раковиной. Корабельные черви - червеобразные моллюски-древоточцы - внедряются в стволы упавших в воду деревьев. В прошлом они разрушали корпуса деревянных судов. Крупная тридакна, обитающая в тропических морях, достигает 200 кг (длина до 1,5 м). Её мощная раковина прочно стоит на дне. А вот морские гребешки имеют очень лёгкую раковину, зато они могут сами передвигаться, хлопая створками. Двустворчатые раздельнополы, но оплодотворение у них наружное. Взрослые особи малоподвижны, и задачу расселения решают за них личинки. У одних видов они ведут планктонный образ жизни и переносятся водой. Другие личинки путешествуют, прикрепившись к жабрам рыб, и паразитируют на них. 22.6. Морские двустворчатые моллюски • Почему у двустворчатых моллюсков наружное оплодотворение? Велика ли вероятность перенесения половых клеток от одной особи к другой? Головоногие - «приматы моря» • Что мешало головоногим моллюскам освоить сушу? Класс головоногих (рис. 22.7-22.9), в противоположность всем прочим, объединяет моллюсков, ставших активными хищниками. 124 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные 22.7. Раковина аммонита В погоне они используют реактивный способ передвижения. Набрав в мантийную полость большую порцию воды, животное выталкивает её мощной струёй через узкую воронку. Быстрое плавание оказалось отличным средством не только для охоты, но и для защиты. Поэтому большинство головоногих лишено наружной раковины. Её остатки переместились внутрь тела и выполняют вторую функцию скелета - служат опорой для мускулатуры. Исходно головоногие имели раковину, как и все моллюски. Она была у многих ископаемых представителей (например, у аммонитов) и сохранилась у некоторых наших современников (например, у наутилуса). Реактивным способом головоногие движутся задом наперёд, развивая скорость 22.8.Наутилус до 50 км/ч. Но питание активного охотника «потребовало» органов схватывания добычи. Поэтому нога превратилась в расположенные на голове щупальца, которыми животное может филигранно управлять, перемещаясь головой вперёд. Между щупальцами расположен рот, вооружённый двумя роговыми челюстями, напоминающими клюв попугая. Сепиола 1 ^ Каракатица 22.9. Головоногие моллюски § 22-23. Моллюски-тихоходы 1125 Но самое замечательное, что образ жизни активного охотника потребовал развитых органов чувств, ориентации в пространстве и, следовательно, развитой нервной системы. У головоногих большая голова и замечательное зрение, причём строение глаз аналогично нашему. Нервные узлы собраны в крупный мозг, защищённый своего рода «черепом» из остатков раковины. Кальмарам и осьминогам свойственно сложное поведение. Поэтому часто их называют «приматами моря». Скорость передвижения вполне позволяет стаям кальмаров охотиться на рыб. Сами же кальмары вкусны и питательны, поэтому они часто становятся добычей более крупных рыб и кашалотов. А вот осьминог - домосед и привязан к своему постоянному укрытию. Он может плавать, но чаще плавно передвигается с помощью своих щупалец, работая ими, как ногами. Среди головоногих есть и мелкие формы, и настоящие гиганты. Глубоководные кальмары достигают длины 15-18 м, с ними не может справиться даже кашалот. Роль моллюсков в природе и хозяйстве человека • Какая, на ваш взгляд, самая важная роль моллюсков в природе? в жизни человека? Моллюски играют важнейшую роль в круговороте веществ морской экосистемы. Будучи фильтраторами, двустворчатые очищают воду от органических остатков. Растительноядные формы служат кормом для многих рыб. Хищные формы регулируют численность как донных, так и плавающих животных. Многие моллюски используются в пищу и человеком. Кальмаров ловят в открытом море, а устриц и мидий - на отмелях. Раковины брюхоногих используются для изготовления украшений. Наконец, моллюски добываются и ради перламутра, получаемого из внутреннего слоя раковины. В двустворчатых жемчужницах находят драгоценный жемчуг (рис. 22.10). Некоторые ценные виды моллюсков истреблены или стали редки. Люди научились разводить устриц, мидий и жемчужниц искусственно. • Что происходит с песчинкой под мантией моллюска? 22.10. Образование жемчуга Т26 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные 22.11. Строение панцирного моллюска С другими моллюсками связаны некоторые неудобства. Наземные улитки повреждают культурные растения. Морские двустворчатые моллюски способны вбуравливаться в камень и дерево, они повреждают портовые постройки. Многие виды служат промежуточными хозяевами плоских червей-паразитов. Моллюски: единство в многообразии • Что объединяет моллюсков в один тип? Все моллюски имеют сходный план строения. Накрывшись раковиной, они потеряли сегментацию и конечности, но приобрели мускулистый орган движения и характерную для всех моллюсков мантию. Вторичная полость распалась, кровообращение по сосудам и внутренним полостям обеспечивает развитое сердце. Органы выделения представлены двумя или одной почкой. Дыхание происходит через жабры или лёгкие в мантийной полости. Разбросанно-узловая нервная система управляет организмом. Но под защитой раковины органы моллюсков разных классов могут меняться местами в зависимости от образа жизни. Панцирные моллюски (рис. 22.11) примитивным строением напоминают кольчатого червя, у которого число многих повторяющихся органов сократилось до одной пары. Брюхоногие моллюски (рис. 22.12) усилили мускулистую ногу и усложнили строение раковины. Внутренние органы настолько сместились, что все выводные отверстия, в том числе и анальное, оказались прямо над головой. Двустворчатые (рис. 22.13), став фильтраторами, лишились головы и общаются с внешним миром через сифоны мантийной полости. Головоногие (рис. 22.14), избрав активную жизнь, изменили функции ноги, мантийной полости и раковины и развили более совершенную нервную систему. 22.12. Строение брюхоногого моллюска 22.13. Строение двустворчатого моллюска 22.14. Строение головоногого моллюска § 22-23. Моллюски-тихоходы 1127 ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Каждая группа моллюсков образует свою жизненную форму. Брюхоногие соскабливают тёркой растительную пищу. Двустворчатые фильтруют воду сквозь сифон. Головоногие - активные хищники, приспособившие мантийную полость для передвижения. Человек широко использует моллюсков в пищу. Брюхоногие. Двустворчатые. Головоногие ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ К каким жизненным формам относятся моллюски различных классов? Опишите способы питания, передвижения, особенности строения и размножения, характерные для каждой жизненной формы. Что вы знаете о моллюсках вашей местности? Какую роль играют моллюски в жизни людей? Какие моллюски могут очищать водоёмы от промышленного загрязнения? Как изменяется раковина с возрастом моллюска? Подумайте, что могут означать концентрические полоски - неровности на раковине. Почему у моллюсков слабо развита регенерация? Предложите способ сравнения головоногих и птиц по развитию мозга. 9. • Обсудите в паре, каковы будут взаимоотношения человека и моллюсков в будущем. Пусть один из вас пропагандирует идею увеличения роли океана в жизни людей, другой - сохранения статус-кво. • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Наблюдение за моллюсками 1. Ранней осенью поместите в аквариум прудовика и катушку. Понаблюдайте, как передвигается моллюск по стеклу аквариума, заросшего зелёными водорослями. Изменяется ли стекло позади моллюска? Сделайте выводы из наблюдений. 2. Потревожьте прудовика, плавающего на поверхности воды. Решите, вследствие чего он опускается на дно. Всегда ли при этом он выпускает из лёгкого воздух? Чем ещё можно объяснить его погружение? Сделайте выводы. 3. Понаблюдайте за развитием икры, отложенной на стенках аквариума, предварительно отсадив взрослых (они могут съесть потомство). Опишите ход развития. Сделайте выводы. 4. Подготовьте доклад, посвящённый своим наблюдениям. Сформулируйте в нём цели работы, используемые методы, выводы. При возможности используйте компьютер для подготовки презентации и поиска дополнительной информации в Интернете. а Т28 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные § 24-25. Ракообразные - водные членистоногие ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Ракообразные, как и все членистоногие, имеют хитиновый панцирь. Факт2. Ракообразные - большей частью водные животные. Факт 3. Среди ракообразных встречаются самые крупные современные членистоногие. • Что вас удивило? Какие из фактов являются отличительной чертой ракообразных? На какой вопрос вы будете искать ответ? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какими чертами обладают все членистоногие? (§ 21) • В чём особенность роста членистоногих? (§ 21) • Можно ли назвать их ноги параподиями? (§ 19) • Из-за чего животные стали двусторонне-симметричными? (§ 14-15) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Используя текст и рисунки, найдите ответы на следующие вопросы: • Какие преимущества жизни в воде? • В чём смысл членистости тела членистоногих? • Для чего ракообразные используют конечности? • Какие раки живут на дне водоёма, а какие парят в толще воды? • Почему роль ракообразных в океане так велика? Ракообразные предпочитают воду Класс ракообразные включает около 40 тыс. видов, от едва заметных глазу до 2-метровых гигантов. Они населяют моря от больших глубин до мелководий и пресные водоёмы. Одни из них обитают в толще воды (планктон), другие на дне (бентос). Отдельные виды (например, мокрицы) освоили сушу, причём встречаются даже в пустынях. Однако они могут жить лишь при высокой влажности, поэтому ведут ночной образ жизни и прячутся в почве. Среди ракообразных есть даже паразиты. Ракообразные - типичные членистоногие Тело ракообразных, как и других членистоногих, покрыто хитиновым панцирем — твёрдыми пластинами с эластичными со- § 24-25. Ракообразные - водные членистоногие 1129 членениями. Для большей прочности он пропитан углекислым кальцием. Так же защищены и членистые конечности ракообразных. Наружный скелет такого строения даёт опору мышцам, но должен периодически обновляться по мере роста животного. Тело ракообразных состоит из неодинаковых сегментов. Вместе они образуют три хорошо различимых отдела тела: голову, грудь и брюшко. При этом только сегменты брюшка остаются подвижно сочленёнными. У многих видов, в том числе и у речного рака, два первых отдела срослись в единую головогрудь, покрытую мощным щитом (рис. 24.1, А). Разделение тела на отделы возникло в связи с разделением функций конечностей. Это позволило специализировать конечности ещё сильнее. Конечности как «строительный материал» По сравнению с параподиями нереиды и ногами трилобита конечности речного рака чрезвычайно сложны и разнообразны (рис. 24.1, Б): они выполняют различные жизненные функции более качественно. Движение конечностей обеспечивается мощной поперечнополосатой мускулатурой. Мышечные волокна такого же типа имеют позвоночные, в том числе и человек. 24.1. Внешнее строение речного рака: А - вид сверху; Б - вид снизу • Найдите конечности, с помощью которых раки ходят, плавают, чувствуют, жуют, держат пищу, дышат, нападают, защищаются, размножаются. 130 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные На голове - передней части головогруди - расположены усы и усики. Они служат органами осязания, химического чувства, равновесия и даже слуха. Из трёх пар конечностей головы образуются челюсти. Обрабатывать пищу помогают ногочелюсти - три пары конечностей грудного отдела. Следующие пять пар - это длинные ходильные ноги. Первая из них заканчивается крупными клешнями для нападения и защиты. От оснований ног грудного отдела отходят жабры, прикрытые краем панциря. На брюшке тоже есть конечности, играющие роль при спаривании и вынашивании потомства. Из самой задней пары образован плавник. С его помощью, подгибая и распрямляя мускулистое брюшко, речной рак плывёт задом наперёд. Что у рака внутри? Планы строения трилобитов и ракообразных сходны. Но некоторые интересные детали позволяют считать последних более высокоорганизованными животными. Самые «нежные» органы - жабры - у рака убраны в хорошо защищённые полости по бокам груди. Вода входит в эти полости на границе головогруди и брюшка, а выходит около рта, где нижние челюсти постоянно работают как пропеллеры и гонят воду. Сердце находится совсем рядом с жабрами. По сосудам оно активно откачивает от них кровь, богатую кислородом, и направляет в два крупных сосуда: переднюю и заднюю аорты. Затем кровь заполняет полости между органами и пассивно оттекает снова к жабрам. Надо отметить, что у животных с замкнутой кровеносной системой кровь с дыхательным пигментом циркулирует по сосудам, а тканевая жидкость, или лимфа, не участвует в переносе газов. У членистоногих и других беспозвоночных эти две жидкости смешиваются и называются гемолимфой. Кстати, гемолимфа ракообразных обычно бесцветная, зеленоватая или голубая, так как газы переносятся не гемоглобином, а другими пигментами. Органы выделения рака - парные зелёные железы- представляют собой мешочки из остатков вторичной полости. В них фильтруются все вредные вещества из гемолимфы и удаляются по протокам, гомологичным метанефридиям. Необычно то, что они находятся в голове, у основания антенн. Десятиногие обитатели дна Речные раки водятся в реках и озёрах с чистой водой, богатой кислородом. День они проводят под камнями и корягами, а ночью выходят на охоту. Питаются мелкой живностью, моллюсками, водорослями. Не брезгуют раки и падалью, которую чувствуют издалека. Маскирующая окраска рака обусловлена наличием нескольких пигментов в его покровах. При кипячении они разруша- § 24-25. Ракообразные - водные членистоногие 1131 ются, остаётся только красный. Этим и объясняется цвет варёного рака. Кроме речного рака к отряду десятиногих относятся другие крупные ракообразные с 5 парами ходильных ног: другие раки, крабы, креветки (рис. 24.2). Большинство видов - хищники прибрежной зоны моря. Омары и лангусты достигают 50-80 см. Их мясо считается изысканным деликатесом. Но по объёму добычи человеком лидируют раки помельче и без клешней - креветки. Они держатся стайками над поверхностью дна и кормятся планктоном. Креветки - желанная добыча многих рыб, но, почувствовав близость хищника, они удирают стремительными рывками, едва уловимыми для глаза. Раки-отшельники прячут своё нежное брюшко в раковину моллюска. Правая клешня крупнее левой, ею рак закрывает вход в свой «дом». После линьки рак находит себе раковину побольше, а чтобы лучше обезопасить себя от врагов, сажает на раковину актинию, вооружённую стрекательными клетками. Такое взаимовыгодное сожительство называют симбиозом. Рак переносит актинию к новым источникам пищи, а сам оказывается защищённым. 24.2. Десятиногие раки Крабы защищены намного лучше. Маленькое брюшко они поджимают снизу к широкой груди, покрытой толстым панцирем. Клешни служат крабам не только для охоты, но и для брачных «турниров». На месте клешни, потерянной в бою, при очередной линьке вырастает другая, поменьше. Среди десятиногих есть и обитатели суши. На атоллах живёт рак пальмовый вор с очень сильными клешнями. Вопреки названию, он не ворует кокосовые орехи с пальм, но любит полакомиться разбитыми орехами и действительно лазает по деревьям. Самка вынашивает яйца на суше, молодь же несколько месяцев развивается в воде. 132 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные Жители верхнего «этажа» океана Поскольку одноклеточные водоросли, производящие органическое вещество в океане, распространены до глубины 200 м, здесь же держится и основная масса зоопланктона. А он на 90% состоит из мелких ракообразных (рис. 24.3). Мелкие рачки калянус^ь парят в толще воды благодаря длинным усикам и выступающим щетинкам, а также каплям жира в теле. Тем не менее под действием силы тяжести животные опускаются. Тогда они начинают работать грудными ножками и поднимаются вверх. Более крупные рачки - криль - 24.3. Морские планктонные рачки • Какую роль в жизни рачков игра ют ветвистые конечности? напоминают мелких креветок. Они прозрачны и поэтому незаметны для хищников. Чтобы не потеряться, члены стаи периодически испускают жёлтый свет. Криль - излюбленная пища многих рыб и усатых китов. Пресноводный планктон Зоопланктон рек и озёр также состоит из мелких рачков (рис. 24.4). Они хорошо знакомы аквариумистам как питательный корм для рыб. Дафнии - рачки размером с пшено, их легко узнать по скачкообразным беспорядочным движениям с помощью длинных двуветвистых усиков. Это - своеобразная тактика защиты. Для питания они совершают другие, ритмичные движения грудных ножек, которыми фильтруют из воды бактерии и одноклеточные водоросли. Рядом можно увидеть другого рачка - циклопа. У него только один глаз, как и у мифического великана, по имени которого „, , гт я он назван. В весенних лужах бывают 24.4. Пресноводные рачки § 24-25. Ракообразные - водные членистоногие 1133 обильны более крупные жаброноги. Они то всплывают к поверхности, то проворно исчезают на дне. Жизненный цикл рака и его родственников Речные раки размножаются зимой, в непромерзающих водоёмах. Самка откладывает около сотни яиц и вынашивает их, удерживая ножками под брюхом. Молодые рачки, похожие на взрослых, появляются весной и к лету начинают самостоятельную жизнь. С каждой линькой они увеличиваются в размерах. Взрослые раки линяют раз в год. Сбросив старый покров, они 8-10 дней не покидают укрытий и дожидаются, пока затвердеет новый. У большинства морских родственников рака из яиц выходят планктонные личинки, которые позднее превращаются в рачков. Интересен жизненный цикл дафний. Летом, при обильной пище, они откладывают неоплодотворённые яйца, из которых вырастают только самки. При ухудшении условий из оплодотворённых яиц вылупляются и самки, и самцы. У этого поколения после оплодотворения развиваются зимние яйца, защищённые плотной скорлупой и способные перенести холод и высыхание. Основа жизни в океане Буквально каждая цепь питания в экосистеме океана начинается с планктона. Благодаря мелким ракообразным органические вещества, произведённые растениями, не падают на дно, а вовлекаются в цепи питания и обеспечивают существование бесчисленных стай рыб и огромных китов (рис. 24.5). А если учесть ещё и донных обитателей, то без преувеличения можно сказать, что ракообразные - основа жизни в океане. 24.5. Цепь питания в океане • Предположите, как изменилась бы экосистема океана без зоопланктона. 134 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные Планктонные рачки - не только пища, но и регулятор качества среды более крупных обитателей. Ежегодно в период, благоприятный для размножения водорослей, они останавливают «цветение» воды в океане, предотвращают загнивание погибшего фитопланктона и гибель других животных от недостатка кислорода. Но кроме косвенной роли в обеспечении рыбного богатства океана, ракообразные и сами идут в пищу человеку. Промысел креветок, крабов, лангустов обеспечивает питанием многие сотни миллионов жителей приморских стран. Вдали от побережья такие морепродукты пользуются спросом как деликатес. Мясо ракообразных и других морских животных питательно и целебно, так как содержит мало холестерина - одну из причин многих болезней. К сожалению, крабы и крупные раки растут медленно, и чрезмерный вылов подрывает их численность. Разнообразие пресноводных ракообразных - чуткий показатель качества воды, экологического благополучия местности. Пресноводных рачков разводят в рыбохозяйствах для промышленного и аквариумного содержания рыб. Удивительные ракообразные В мелких пересыхающих лужах изредка можно встретить щитня (рис. 24.6). Это ракообразное размером больше крупного жука -настоящее живое ископаемое. В неизменном виде он просуществовал около 200 млн лет, будучи свидетелем гибели динозавров. Такую удивительную сохранность учёные объясняют феноменальной выносливостью яиц 24.6. Ракообразные § 24-25. Ракообразные - водные членистоногие 1135 щитня, позволившей им снова заселять места обитания, в которых они вымирали. Их яйца переносят высыхание в течение 7-8 лет, выдерживают и мороз, и жару до 80 °С. Ч. Дарвин разгадал загадку происхождения ещё одного животного. Съедобные морские жёлуди (см. рис. 24.6) всегда считались моллюсками. Они действительно внешне очень похожи на прикреплённые раковины. Их даже разрешалось есть в постные дни как рыбное блюдо. Изучив их строение и обнаружив членистые ножки для фильтрования частиц пищи из воды, учёный пришёл к выводу, что эти животные относятся к классу ракообразных. А раки уже скоромная пища. Так что есть их в пост тут же запретили. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Ракообразные населяют все водоёмы планеты. Рачки составляют основу зоопланктона. Они обеспечивают пищей рыб и китов и поддерживают устойчивость водных экосистем. Крупные раки, крабы и креветки - донные хищники. Промысел ракообразных играет важную роль в хозяйстве человека. Ракообразные ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ • Какие черты ракообразных обеспечивают их процветание? • Какие жизненные формы ракообразных встречаются в морях? Какими приспособлениями они обладают? • Какие ракообразные обитают в пресных водоёмах? Что вы о них знаете? • Какую роль играют ракообразные в природе и хозяйстве человека? • Животные каких типов изображены на рисунке? По каким признакам мы можем об этом судить? К каким жизненным формам они относятся (фильт-раторы, грунтоеды, растительноядные, хищники)? 24.7. Обитатели дна моря 136 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные М 6. • Планктонные рачки днём мигрируют в глубину, а вечером поднимаются к поверхности. При этом их корм постоянно остаётся в верхнем слое воды. Поработайте в паре: пусть один предложит гипотезу, объясняющую эти движения, а второй - выдвинет аргументы против. Потом поменяйтесь ролями. • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ _ Наблюдение за дафниями и циклопами 1. Поместите на предметное стекло каплю с дафниями или циклопами. Рассмотрите животных под небольшим увеличением. Опишите, как они движутся. 2. Объясните значение их формы тела и окраски. 3. Какие системы внутренних органов удаётся увидеть? 4. Подготовьте доклад, посвящённый своим наблюдениям. Сформулируйте в нём цели работы, используемые методы, выводы. При возможности используйте компьютер для подготовки презентации и получения дополнительных сведений в Интернете. § 26-21. Паукообразные - жители суши 1137 § 26-27. Паукообразные - жители суши ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Жизнь зародилась в воде. Паукообразные были одними из первых плотоядных, заселивших сушу (больше 400 млн лет назад). Факт 2. Жаберное дыхание неэффективно на суше из-за большой поверхности испарения. • В чём состоит противоречие? Какой вопрос возникает? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • В чём преимущества и недостатки наружного скелета членистоногих? (§ 21) • На какие отделы делится тело рака? (§ 24-25) • Какие функции выполняют конечности рака? (§ 24-25) • Какие трудности ожидают животных на суше? (Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Трудно ли жить на суше? • Как наружный скелет помог освоить сушу? Членистоногие появились в море. Сушу освоили представители двух классов: паукообразные и насекомые. В этих условиях организмы столкнулись с двумя проблемами: силой тяжести и высыханием. В водной среде действие притяжения уравновешивается выталкивающей силой и тело как бы висит в толще воды. На суше притяжение Земли прижимает животное. Для движения нужно приподнять тело над поверхностью, чтобы не мешала сила трения. «Складные» конечности позволили членистоногим легко передвигаться по суше. А прочность наружного скелета из хитина обеспечила опору для мощных поперечнополосатых мышц, необходимых для движения конечностей. Но чем крупнее наружный панцирь, тем тяжелее его носить (рис. 26.1). Поэтому все наземные членистоногие невелики по размеру. ' У кого скелет сильнее ограничивает подвижность? 26.1. Внешний скелет на суше сильно ограничивает подвижность 138 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные 26.2. Превращение жабр в лёгкие Это, в свою очередь, создаёт дополнительные трудности для борьбы со второй проблемой - иссушением. Кто пробовал сушить грибы, тот знает, что их нужно резать мелко. Влага испаряется с поверхности. У мелких кусков на единицу объёма приходится большая поверхность, и они высыхают быстрее. Поэтому наземные членистоногие защищены от потери воды дополнительным слоем на поверхности кутикулы. Это водонепроницаемая плёнка из жироподобных веществ. Жабры непригодны для дыхания на суше: дыхательные поверхности слишком быстро высыхают. У паукообразных жабры как бы впячиваются внутрь тела, и из них получаются лёгкие - складчатые воздушные полости с небольшим отверстием наружу (рис. 26.2). Однако примитивное лёгочное дыхание слабо спасает от потерь воды. Поэтому позднее у многих пауков и насекомых появилась трахейная система. Она состоит из тоненьких трубочек, ветвящихся по всему телу (рис. 26.3). Их диаметр так мал, что влага оседает на стенках и не выходит наружу. Наконец, ещё одно отличие наземных членистоногих - новые органы выделения - мальпигиевы сосуды, впадающие в кишечник. В кишечнике необходимая организму вода всасывается, а твёрдые продукты выделения выходят наружу. Это тоже позволяет экономить воду. Несмотря на все эти приспособления, большинство паукообразных всё же придерживается сырых мест и избегает открытой освещённой поверхности. Конечности меняют свои функции • В чём преимущество «многоногости»? Паукообразные - потомки древних трилобитов, которые освоили передвижение по суше и стали хищниками. Для бега им было необходимо компактное тело, приподнятое над землёй. Поэтому у большинства представителей сегменты тела слились в два укороченных отдела - головогрудь и брюшко. 26.3. Трахейная система § 26-21. Паукообразные - жители суши 1139 При этом часть задних сегментов была утрачена, а их функции «переползли» вперёд (рис. 26.4). Брюшком стали сегменты, соответствующие груди рака, а головогрудью - те, что у рака превратились в голову. В результате получилось, что ходильные ноги паукообразных гомологичны не ногам, а жевательным конечностям ракообразных. Для обработки пищи пауку достались всего две передние пары конечностей - вместо 6 пар у рака! Вдобавок ко всему паукообразные лишены чувствительных усиков (они мешали морским предкам рыться в донных осадках). Вот и пришлось сухопутным паукам «изобретать» строение важнейших органов головы практически заново. 26.4. Гомологичные конечности: А - трилобита; Б - рака; В - паука • Какие функции выполняют гомологичные конечности (помечены жёлтым цветом) у разных групп членистоногих? Хищники без настоящих челюстей • Как хищные пауки используют наружный скелет своих жертв в качестве кастрюли? Первая пара конечностей превратилась в хелицеры (рис. 26.5). Это короткие и сильные членистые придатки с когтевидным концевым члеником, на конце которого открывается протока ядовитой железы. Такие «челюсти», не способные жевать, предназначены для убийства с помощью ядовитого укола. Вторая пара головных конечностей превратилась в ногощупальца, или педипальпы. Они снабжены множеством чувствительных волосков и отчасти заменяют усики. Лишь у скорпионов они превращаются в крупные клешни. Но как же съесть добычу, если нечем жевать? Это, оказывается, и не обязательно. Прокалывая покров жертвы хе-лицерами, паук впрыскивает в неё не 26.5. Ротовой аппарат паука 140 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные только яд, но и слюну с пищеварительными соками. Добыча переваривается. Через некоторое время паук высасывает жидкое содержимое жертвы, как сырое яйцо, а наружный покров - пустой «чехол» от съеденного насекомого - так и остаётся висеть на паутине. Таким образом, паукообразные используют внекишечное пищеварение. За хелицерами и педипальпами следуют 4 пары ходильных ног, расположенных на головогруди. Их основное назначение -догонять жертву. На брюшных сегментах конечности уменьшились и преобразовались в лёгкие, половые придатки и паутинные бородавки. Так что у паукообразных, как и у остальных членистоногих, функции конечностей весьма разнообразны и ещё больше специализированы. Жизнь на ощупь • Какой главный орган чувств у паука? Паукообразные имеют слабые глаза, которые едва могут реагировать на свет и отличать движение объекта. Чтобы хоть как-то выйти из положения, они имеют по 3-6 пар глаз. Однако главный орган чувств для них - осязание. Вдобавок к чувствительным ногощупальцам, тело и ноги паука усеяны осязательными волосками, которые улавливают колебания воздуха. Они позволяют издалека замечать приближение жертвы или опасности, а по частоте колебаний - даже различать некоторые объекты. Паутина - универсальное «орудие труда» • Как и для чего пауки используют паутину? Как мы уже отмечали, паукообразные в общем придерживаются сырых мест, ведут скрытный образ жизни и охотятся по ночам. Но животные из отряда пауков смогли расселиться по всем сухопутным экосистемам благодаря использованию паутины, которая ловит добычу сама днём и ночью и позволяет её владельцу отсиживаться в укрытии (рис. 26.6). Поэтому к паукам относится почти половина из 63 тыс. представителей класса. Паутинные железы на конце брюшка (тоже бывшие ноги!) выделяют вязкое белковое вещество, которое на воздухе сразу же застывает и превращается в паутинную нить. Она удивительно прочна. Верёвка диаметром всего 1 мм выдерживает более 200 кг, если она сплетена из паутинных нитей! § 26-21. Паукообразные - жители суши 1141 сеть-сачок • Какие «орудия труда» заменяет этим паукам паутина? Паук-крестовикфис. 26.7) охотится в лесу за летающими насекомыми, расставляя ловчие сети на пути своих жертв. Сначала из неклейких прочных нитей он строит основание паутины. Из таких же нитей он натягивает радиусы. Наконец, на них паук накручивает спиралью клейкую нить. Попавшая в сеть и приклеившаяся добыча бьётся, пытаясь освободиться. Почувствовав лапами колебания паутины, паук бежит к жертве и убивает её. В жилище человека встречается домовый паук (рис. 26.8). Он строит горизонтальные сети, в кото-26.7. Паук-крестовик и ры€ Ч0СТО попэдзют мухи. Этот момент легко опре-его ловчая сеть делить по характерному жужжанию жертвы. у / ^ Каракурт 26.8. Многообразие пауков 142 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные Тарантул - самый крупный из пауков нашей страны (самки до 35 мм). Он живёт в степной зоне. Днём он сидит в норке, а на поверхность выходит ночью и ловит пробегающих мимо насекомых. Укусы тарантула для человека болезненны, но не смертельны. А вот паук-каракурт, обитающий в степях и полупустынях, очень ядовит, хотя величиной около сантиметра. Яд каракурта в 15 раз сильнее яда гремучей змеи - одной из самых страшных змей на Земле. Спасти человека можно только с помощью специальной сыворотки. Самка каракурта строит на траве рыхлую сеть-ловушку в виде шалаша, где сидит и поджидает добычу. Название «каракурт» в переводе с казахского языка означает «чёрная вдова». Связано оно с тем, что самка почти всегда съедает оплодотворившего её самца. Для нас это кажется парадоксом, но естественный отбор «ничего не делает зря». Допустим, более «великодушная» самка помирает от голода, а вдова, подкрепившаяся незадачливым женихом, успешно выживает и приносит потомство. Если вероятность такой ситуации велика, а среди пауков некоторые носят «ген камикадзе» (то есть их жертвенность не случайна, а имеет наследственные задатки), то скоро все дети будут иметь этот ген! Мелкие клещи - сапрофаги и паразиты • Как клещи способствуют почвообразованию (сравните с дождевыми червями)? • В какое время и чем особенно опасны клещи-кровососы? Клещи — очень мелкие паукообразные, их обычная величина -меньше миллиметра (рис. 26.9). Отделы тела клещей срастаются. Хелицеры и ногощупальца тоже срастаются и образуют головку, которая заменяет челюсти. Она во многом напоминает сложные ротовые аппараты насекомых и позволяет грызть или сосать. Чем мельче животные, тем легче им найти себе подходящие условия. Поэтому клещи по распространённости уступают разве что простейшим. Большинство из них - сапрофаги, то есть разрушители мёртвых организмов. Они встречаются повсюду: в лесной подстилке, в почве, в любом скоплении мусора при достаточной влажности. Некоторые обитают в водной среде. В лесных экосистемах исключительная роль принадлежит почвенным панцирным клещам, биомасса которых в десятки раз больше, чем всех позвоночных. Вспомним, сколько хлопот доставляет осенняя уборка опавших листьев в городе. В лесу с этой задачей успешно справляются именно панцирные клещи. К следующей осени все прошлогодние листья неизменно превращаются в почву. Для мелких животных питаться мёртвыми тканями или живыми - разница небольшая. Поэтому многие клещи перешли к пара- § 26-21. Паукообразные - жители суши 1143 зитированию на поверхности растении и животных, а некоторые стали внутренними паразитами. К паразитам растений относятся, например, паутинные клещи. Они облепляют листья большими скоплениями и высасывают их соки. Другие клещи вызывают у растений усиленное размножение клеток. Образуется опухоль - галл, в которой они и живут. Амбарные клещи попадают в зернохранилища, где загрязняют зерно отходами своей жизнедеятельности.а Среди клещей, паразитирующих на животных, большие группы образуют перьевые, волосяные, кожные и кровососущие клещи. Чесоточный клещ может нападать и на человека, питаясь его кожей и вызывая мучительный зуд. Для человека представляет опасность таёжный клещ. Весной и в начале лета клещи рассаживаются по верхушкам травинок и веток и поджидают жертвы - крупных млекопитающих. Попадая на тело, они прокалывают хоботком кожу и сосут кровь. Сам укус часто остаётся незамеченным. Беда в том, что клещи переносят очень опасную природно-очаговую инфекцию - клещевой энцефалит. Обнаружив присосавшегося клеща, не следует пытаться его оторвать, так как в теле останется головка. Лучше смазать его маслом. Масло закупорит его дыхательные отверстия, клещ ослабеет и отвалится. Скорпионы и сенокосцы • Как защищаются скорпион и сенокосец? В тропических областях и на юге нашей страны обитают скорпионы, по внешнему виду напоминающие раков (рис. 26.10). Для ловли 144 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные добычи скорпион использует сильные клешни, которыми хватает жертву, а убивает её специальным жалом, расположенным на конце тела. Яд смертелен для насекомых и причиняет боль человеку. На охоту скорпион выходит по ночам, а днём прячется под камнями. Сенокосцы тоже охотятся ночью. Они отличаются своими непомерно длинными ногами. Интересная черта этих животных - способность легко расставаться с ногой, за которую их ухватил хищник. Оторванная нога ещё долго судорожно подёргивается и по форме напоминает косу. Жизненный цикл паукообразных • Чем отличаются жизненные циклы большинства пауков и клещей? Крупные тропические пауки (пауки-птицеяды) - долгожители. Их плодовитость невелика, но в течение жизни они неоднократно размножаются. Жизненный цикл пауков умеренных широт, как правило, синхронизирован со сменой сезонов. Продолжительность их жизни равна году, зимуют пауки в стадии яйца или молоди. Летом самцы ухаживают за самками и оплодотворяют их. Число яиц невелико, но они богаты желтком, что позволяет зародышу пройти многие стадии развития ещё в яйце. Поэтому молодые паучки отличаются от взрослых лишь размерами. У многих видов самки заботятся о своём потомстве: сплетают кокон из паутины, носят паучков на себе. Другая крайность - клещи. Их скорость размножения и плодовитость огромны (до 30 тыс. яиц). В яйцах мало желтка, поэтому развитие протекает с личиночными стадиями. Быстрая смена поколений позволяет восстановить численность при наступлении благоприятных условий. Зиму они переживают в виде покоящихся стадий, способных переносить мороз, высыхание и голод. § 26-21. Паукообразные - жители суши 1145 ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА У паукообразных развились приспособления, позволившие им заселить сушу: водонепроницаемая кутикула, лёгкие, трахеи, мальпигиевы сосуды, внутреннее оплодотворение. Пауки - хищники с внекишечным пищеварением - достигли большого разнообразия благодаря использованию паутины. Клещи - сапрофаги и паразиты - имеют преимущества из-за мелких размеров. Паукообразные. Трахейная система. Мальпигиевы сосуды. Хелицеры. Сапрофаги. Паутина ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. 2. 3. 4. 5. Какие приспособления позволили паукообразным заселить сушу? Каковы особенности питания паукообразных, с чем они связаны? Какие приспособления позволили паукам и клещам широко расселиться? Найдите в тексте сведения о роли паукообразных в природе и хозяйстве. Сравните планы строения паукообразного и ракообразного (с. 136). 6. • Челюсти паука и рака, усики рака и ногощупальца паука не являются гомологичными органами. Что это означает? 1. • Как вы считаете, способен ли паук обдумывать проект своей паутины? 8. • Если тронуть паутину, паук не появится. Как он отличает нас от жертвы? 9. • «Нет ничего омерзительнее пауков», - говорят некоторые люди. Что, на ваш взгляд, им следует ответить? 14б Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные § 28. Насекомые - рекордсмены многообразия ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Предположите, сколькими способами можно спрятать книгу в своей одежде. А сколькими способами можно спрятать ключ? • В чём состоит отличие? Как применить эту аналогию по отношению к насекомым? Прочтите название параграфа и сформулируйте вопрос, который вы будете рассматривать на уроке. В случае необходимости сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какой план строения имеют членистоногие? (§ 21) • Как приспособились к жизни на суше пауки? (§ 26-27) • Сколько ног у речного рака и паука? (§ 24-27) • Как растут членистоногие? (§ 21) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Кто такие насекомые? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Класс насекомые - группа членистоногих, насчитывающая, по самым скромным подсчётам, 1,5-2 млн видов. Они населяют все места обитания на суше, в почве и пресных водах; нет их лишь в морях и океанах. Тело насекомых сегментировано и имеет наружный покров из хитина, разделённый на жёсткие и гибкие участки. Снаружи видны только жёсткие участки, как бы разделённые насечками, - от них и происходит название класса. Тело делится на три отдела: голова, грудь и брюшко. От грудного отдела отходит три пары Чем отличаются насекомые от других членистоногих по внешнему виду? § 28. Насекомые - рекордсмены многообразия 1147 членистых конечностей. Шесть ног — характерный признак насекомых; у большинства есть также крылья. Насекомые - сухопутные животные Мелкие размеры Водонепро- ницаемая кутикула ПРИСПОСОБЛЕНИЯ К ЖИЗНИ НА СУШЕ Внутреннее оплодотворение ие Жировое тело - запас пищи и воды • Объясните, как эти приспособления помогают жизни на суше. Разнообразный внешний вид при сходстве строения • В чём сходство роли ног в эволюции насекомых и паукообразных? Если не учитывать соотношение частей тела, то легко заметить, что все насекомые имеют сходное строение (рис. 28.1). На голове расположены сложные глаза, усики - органы осязания и обоняния - и ротовой аппарат. Грудной отдел имеет самый прочный скелет. К нему прикрепляются конечности, крылья и сильные мышцы, приводящие их в движение. В брюшке расположено большинство внутренних органов, в том числе и органы размножения. Разнообразие достигается, прежде всего, за счёт множества вариантов ротового аппарата. Он состоит всего из четырёх элементов: верхней губы, парных верхних и нижних челюстей и нижней губы. Из них три последних представляют собой видоизменённые конечности предков. В зависимости от типа пищи эти элементы принимают самые различные очертания: от хоботка комара до «рогов» жу-ка-оленя (рис. 28.2). 28.2. Ротовые аппараты: А - кузнечика; Б - пчелы; В - бабочки; Г - мухи; Д - комара • Как строение ротового аппарата связано с питанием насекомых? 148 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные 28.3. Ноги: А - таракана; Б - кобылки; В - медведки; Г - богомола; Д - плавунца • Какие ноги позволяют прыгать, бегать, рыть, плавать, хватать? 28.4. Крылья насекомых разных типов • Каким специальным задачам служат такие крылья? Другой источник разнообразия насекомых - форма и размеры их ног и крыльев. Они приспособлены к особенностям образа жизни и месту обитания каждого насекомого (рис. 28.3-28.4). Насекомые имеют мелкие размеры • Что ограничивает размеры наземных беспозвоночных? Очевидно, что прочность наружного скелета зависит от его толщины. Если длина тела насекомого увеличится вдвое, толщина покровов тоже удвоится. Но масса тела возрастёт в восемь раз, так как зависит от объёма. Для такой массы надо бы, чтобы и покровы стали в восемь раз толще и^ во столько же раз тяжелее. Насекомые длиной в несколько сантиметров ещё могут кое-как управляться с таким панцирем за счёт дополнительных «ухищрений»: суперсильных мышц, суперлёгкой конструкции. Но ясно, что дальнейшее увеличение размеров ведёт к супермедлительности и супернежности. Поэтому насекомые - мелкие животные. Важное ограничение размера насекомых - особенности дыхания. Кровь у них не принимает участия в транспорте кислорода. Он попадает во все части тела по системе разветвлённых трубочек - трахей (рис. 28.5). На сегментах брюшка и последних сегментах груди обычно есть пара дыхалец, через которые воздух поступает в трахеи. Дыхальца могут открываться и закрываться, чтобы не выветривалась лишняя влага. § 28. Насекомые - рекордсмены многообразия 1149 Этот способ дыхания очень хорош, однако при увеличении толщины тела длина трахей увеличивается. Чтобы избежать кислородного голода, надо «проветривать» трахеи быстрее с помощью специальных приспособлений - эластичных мешков. Но ими нельзя обеспечить каждую трахею. Кроме того, ускоренная вентиляция приводит к быстрой потере воды. Так что и дыхание ограничивает размеры тела. Гигантские стрекозы каменноугольного периода были возможны только в более богатой кислородом и влажной атмосфере того времени. С мелкими размерами связано ещё одно преимущество насекомых. Они могут специализироваться на маленьких, но постоянных источниках пищи (рис. 28.6). 28.5. Трахейная система 28.6. Насекомые, которых можно встретить на одной ветке сосны • Как мелкие размеры насекомых поддерживают большое разнообразие видов, населяющих одно дерево? Защитная сила окраски Как насекомые защищаются? При всех достоинствах мелкие размеры имеют крупный недостаток: насекомые становятся объектом питания более крупных животных, прежде всего позвоночных. В ответ они выработали большое разнообразие способов защиты. Мелкие размеры позволяют им прятаться. Другой способ спасения - покровительственная окраска под цвет поверхности, на которой можно питаться, оставаясь незамеченным. Некоторые насекомые ещё и по форме подражают несъедобным предметам: 150 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные сучкам, листикам. Это явление получило название подражательного сходства. Но встречаются насекомые, которых из-за яркой окраски обнаружить очень легко. Они, как правило, несъедобны, ядовиты, могут ужалить или безобидны, но подражают им. Их окраска предупреждает хищников: «Я - несъедобный!» Такая окраска называется предупреждающей. Птица, однажды попробовав таких насекомых, второй раз нападать на них не станет. У потомства ядовитых насекомых с яркой окраской больше шансов уцелеть, чем у потомства ядовитых, но зелёных насекомых: их будут клевать по ошибке, путая со съедобными. Предупреждающая окраска закрепится отбором (рис. 28.7). Палочник Глазчатый бражник 7' 5 Mi*' № 28.7. Защитная окраска и форма тела; предупреждающая окраска насекомых • Как спасаются от хищников различные виды насекомых? Полёт - новый способ передвижения • Какую роль в жизни насекомых играет полёт? Как он помогает защите от хищников, добыче пищи, расселению и размножению? У примитивных насекомых - ногохвосток - крыльев нет и никогда не было. Большинство же насекомых способно летать. Блохи и вши стали паразитами и вторично лишились крыльев. Бабочки, пчёлы, стрекозы машут двумя парами крыльев. Жуки летают с помощью задней пары, а передняя превратилась в защитные надкрылья. Мухи и комары используют передние крылья, а задние сильно укорочены и играют роль стабилизаторов. Крыло насекомого - рычаг, похожий на весло в уключине. Основания крыльев прикреплены к верхней стенке груди, которая в полёте колеблется мышцами вниз-вверх. Точкой опоры, подобно бортам лодки, служит боковая стенка груди. При движении крыла вверх его § 28. Насекомые - рекордсмены многообразия 1151 28.8. Работа мышц при взмахе крыла 28.9. Работа мышц при опускании крыла (Красным цветом показано сокращение мышц, подробности в тексте) плоскость разворачивается и не создаёт сопротивления. При движении крыла вниз его плоскость располагается горизонтально и поддерживает тело в воздухе (рис. 28.8-28.9). Почему птица хлопает крыльями, пчела жужжит, а комар пищит? Чем мельче животное - тем чаще оно машет крыльями. Птицы делают 1 -5 взмахов в секунду, бабочки - 5-10, пчёлы - 200, а комары - до 1 000 взмахов в секунду. Органы чувств насекомых не похожи на наши • Сколько глаз у насекомого? Дневные насекомые в основном полагаются на зрение. Сложный глаз насекомого состоит из пучка отдельных простых глазков - фасеток. Их число может достигать сотен и даже тысяч. В узкой трубке на дне каждого глазка лежат клетки, воспринимающие свет и цвет той узкой части изображения, на которую он направлен. Зрительное ощущение складывается из мозаики пятен, видимых отдельными глазками. Такое зре- 28.10.Сложный глаз насекомого ние называется фасеточным, или мозаичным (рис. 28.10). Ночные насекомые чаще пользуются органами обоняния -ветвистыми усиками. Они особенно чутки в отношении определённых веществ. Самцы ночных бабочек чувствуют запах самки на расстоянии до 9 км, хотя другие запахи различают намного слабее. Есть насекомые с развитым слухом. Например, кузнечики привлекают самок звуковыми сигналами. У кузнечика «уши» расположены на передних ногах, у цикад - на брюшке. 152 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные Симбиоз насекомых и цветковых растений • Чем растения привлекают насекомых? Издавна люди удивлялись красоте и многообразию цветов. Однако лишь эволюционная теория смогла объяснить биологический смысл и происхождение такого разнообразия. Изучая орхидеи, Ч. Дарвин установил, что причудливая форма цветков - результат постепенного взаимного приспособления растений и опыляющих их насекомых (рис. 28.11). Чем сложнее устроен цветок, тем меньше насекомых сможет полакомиться его нектаром. Зато насекомое, которое всё-таки приспособится его доставать, откроет для себя запасы пищи, недоступные другим. Оно станет посещать только такие цветки, то есть переносить пыльцу именно туда, куда надо растению. Поскольку виды, образующие содружество «цветок - насекомое», получали преимущество, эво-Взаимовыгодное сожительст- люция по этому пути привела к большому разнообразию цветковых растений и их опылителей. 28.11. Строение цветка львиного зева и опыление его пчелой • Объясните рисунок. во организмов разных видов называется симбиозом. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Несмотря на сходный план строения, насекомые - самый богатый видами класс животных. Для них характерна узкая специализация к источнику пищи, приспособленность к питанию и защите от хищников в конкретных условиях. Этому способствовали их мелкие размеры, освоение полёта, возможность видоизменения ротового аппарата, конечностей и крыльев, симбиоз с цветковыми растениями. Насекомые. Голова, грудь, брюшко. Трахеи. Покровительственная окраска. Симбиоз § 28. Насекомые - рекордсмены многообразия 1153 1. • 2. • 3. • 4. • 5. • 6. • 7. • 8. • ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Какие приспособления позволили насекомым заселить сушу? В чём достоинства и недостатки их мелких размеров? В чём причины ошеломляющего многообразия насекомых? Как насекомые приспосабливаются к источнику пищи? Какую роль в этом играют размеры, строение тела и окраска? Как возникло разнообразие цветковых растений и их опылителей? Сравните планы строения насекомых и паукообразных (с. 145). Как спасаются от хищников божья коровка и кузнечик? Сравните их окраску. Почему насекомых считают примером биологического прогресса? 9. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Внешний вид насекомого 1. Рассмотрите внешний вид насекомого. 2. Найдите отделы тела, конечности, крылья, дыхальца. 3. Рассмотрите голову и найдите глаза, усики, ротовые органы. 4. Зарисуйте внешний вид насекомого с указанием частей тела. 5. Перечислите характерные черты строения насекомого. Какими особенностями отличается данный вид? 154 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные § 29. Превратности превращений ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Ребёнок постепенно растёт, развивается и учится. Факт 2. Наружный скелет мешает расти. • В чём состоит противоречие? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие черты объединяют всех насекомых? (§ 28) • Какие черты строения у них варьируют? (§ 28) • В чём причины многообразия насекомых? (§ 28) • Как растут членистоногие? (§ 21) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Размножение насекомых Большинство насекомых раздельнополы и размножаются половым путём. Органы размножения самок состоят из яичников и яйцеводов, самцов - из парных семенников и семяпроводов. Оплодотворение внутреннее. Личинка похожа на взрослое насекомое • Как изменяется личинка в процессе линьки у насекомых с неполным превращением? Древние насекомые жили во влажной почве. Распространиться по суше смогли те формы, у которых яйца были лучше защищены от высыхания. Поэтому яйца современных насекомых покрыты оболочками. Чем больше питательных веществ содержится в яйце в виде желтка, тем дальше может продвинуться развитие эмбриона под защитой яйцевых оболочек. У таких насекомых из яиц вылупляются личинки, очень похожие на взрослых. Отличаются они от- 29.1. Стадии развития р сутствием крыльев и созревших половых саранчи - насекомого с ^ ^ неполным превращением органов. Личинка питается и п°сле 5 —б ли- § 29. Превратности превращений 1155 нек, во время которых происходит рост, превращается во взрослую особь, или имаго. Такой тип развития называют развитием с неполным превращением. Он характерен для тараканов, кузнечиков, клопов, стрекоз (рис. 29.1). Наши сожители • Чем опасны тараканы в доме? По ночам из щелей сначала появляются усы, а затем выползают тараканы. Они едят всё: от хлебных крошек до отравы, подсыпанной, чтобы их уморить. Бактерии и жгутиконосцы, населяющие их кишечник, расщепляют целлюлозу и в чёрные дни позволяют насытиться даже опилками. Гуляя повсюду, тараканы разносят возбудителей болезней человека. Такое соседство, конечно, не сулит ничего хорошего, и от него нужно избавляться. Один из наиболее действенных методов борьбы с насекомыми - сожителями человека - раствор пиретро-идов. Это вещества, получаемые из некоторых видов ромашек, и их искусственные аналоги. Они безвредны для человека, но действуют на всех трахейнодышащих, приводя к остановке дыхания. Между тем вызывает уважение возраст отряда тараканов - более 300 млн лет. Это одни из первых насекомых, заселивших сушу. Большого разнообразия тараканы и по сей день достигают во влажных тропических лесах, в листовом опаде, своей деятельностью превращая его в почву. Стрекочущие обитатели лугов Какие прямокрылые особенно опасны для посевов и почему? На лугах летом не умолкает стрекотание. Это кузнечики-самцы охраняют свою территорию и привлекают самок. Они издают звуки трением друг о друга кожистых над-крыльев: выступающей зазубренной жил-кой-«смычком» - по краю округлой площадки на другом крыле. Вместе со сверчками, кобылками и саранчой они входят в отряд прямокрылых (рис. 29.2). Их отличает способность к длинным прыжкам, иногда переходящим в полёт. Грызущий ротовой аппарат прямокрылых предназначен 29.2. Прямокрылые 15б Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные для растительной пищи. Поля в степных районах нередко страдают от опустошительных нашествий перелётной саранчи. Эти насекомые объединяются в многомиллионные стаи и совершают значительные миграции. Другая группа «поющих» насекомых -цикады. Большинство певчих цикад обитает на юге, но мелкие встречаются и в средней полосе. Они издают звуки органом стрекотания, который находится на первом брюшном сегменте. Вместе с цикадами к отряду равнокрылых (рис. 29.3) относятся тли. Эти мелкие насекомые облепляют молодые побеги растений и высасывают из них соки. Их фантастическое обилие связано с особенностями размножения. Летом самки теряют крылья и откладывают неоплодотворённые яйца. Из них выходят новые поколения самок. Так может повторяться до 17 раз за лето. 29.3. Равнокрылые Запах - средство защиты • Какие насекомые относятся к отряду полужесткокрылых? Представлениями о клопах мы обязаны в основном постельному клопу -наименее характерному в отряде полужесткокрылых (рис. 29.4). Ведь он стал кровососущим паразитом человека, утратил крылья и спасается в щелях дивана. А его вольные собратья сосут соки растений и прекрасно летают. Передняя пара крыльев у них действительно имеет жёсткие основания, прикрывающие летательный аппарат в сложенном виде. Объединяет клопов и то, что при опасности они выделяют едкую жидкость, которая неприятным запахом отпугивает птиц и зверей, а насекомым растворяет хитиновые покровы. Среди клопов немало вредителей: с одной 29.4. клопы только вредной черепашкой, поража- § 29. Превратности превращений 1157 ющей поля зерновых, борется полмира. К полужесткокрылым относятся и водомерки. Они изящно скользят по воде и подбирают упавших в воду мелких мошек. Клоп-гладыш живёт в воде. Несмотря на это, он дышит воздухом и умеет летать. Хищники двух стихий • Где живёт и чем питается личинка стрекозы? В пруду можно встретить странное, довольно крупное шестиногое животное. Его брюшко то и дело раздувается, набирая задней кишкой свежую воду для дыхания. Вдруг вода с силой выбрасывается назад, и животное совершает стремительный рывок на реактивной тяге. Вот оно подплывает к мальку, мгновение - и малёк схвачен! Оказывается, разбойник вооружён страшной «маской» - раскладной нижней губой с парой ужасных крючьев, уже пронзивших бедолагу (рис. 29.5)! и её маска Приходит время - чудовище вылезает из воды по травинке и замирает, плотно обхватив её всеми шестью лапами. Подсохнув на ветерке, его покровы на спине лопаются, и оттуда, как из скафандра водолаза, медленно вытягивая голову, туловище и одну за другой блестящие ноги, появляется стройное глазастое создание. Небольшие серебристые лепестки у него на спине разворачиваются, растут от прилива гемолимфы и на глазах превращаются в ажурные стеклянные крылья. Ещё мгновение - и стрекоза улетела. Несмотря на смену среды обитания, развитие стрекозы проходит путём постепенного роста личинки и линек, последняя из которых приводит к появлению имаго. Это тоже шестиногий хищник. Его развитие ещё не требует долгого периода покоя, но представляет собой предел возможностей неполного превращения (рис. 29.6). 29.6. Превращение личинки в стрекозу 158 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные Полное превращение: две жизни в одной • Почему бывает юный кузнечик, но не бывает юной бабочки? Развитие с неполным превращением часто приводит к противоречию между обилием пищи и невозможностью ей овладеть. Вот обычные ситуации. - Крылья взрослого насекомого недостаточно развиты, чтобы искать новый источник пищи. - Пищи достаточно, но рядом не найти партнёра для продолжения рода. - Насекомое прекрасно летает, пьёт нектар. Но сосущий ротовой аппарат не позволяет есть листья, когда цветков нет. - То же насекомое могло бы временно питаться почвенным раствором, богатым органикой, но мешают крылья. - Для взрослых корма хватает с избытком, но он слишком крупный, и молодняк не может с ним справиться. У насекомых с полным превращением личинка приспособлена к одной жизни, а имаго - к совершенно другой: к другому времени года, другой пище. И главное, имаго выполняет задачи расселения и продолжения рода. Но как можно две жизни уложить в одну? Для этого и существует полное превращение. Оно происходит на стадии неподвижной куколки (рис. 29.7). 29.7. Развитие бабочки-махаона • В чём преимущества и недостатки развития с полным превращением? Из яйца бабочки появляется личинка - гусеница, совсем непохожая на крылатую красавицу. Но она способна завладеть обильным источником пищи и быстро расти, запасая питательные вещества для будущего развития. После нескольких линек она прячется в укромном месте и окукливается - покрывается толстой § 29. Превратности превращений 1159 кутикулой. В куколке растворяются все ткани гусеницы, кроме сердца и нервов, и из них заново создаётся организм бабочки. Уменьшается количество мягких тканей, сокращается число ног, ротовой аппарат и органы чувств заменяются другими. Процесс заканчивается через несколько недель или месяцев. Вылезая из куколки, бабочка расправляет мягкие крылья и через несколько часов, когда они затвердеют на воздухе, готова к полёту. Она питается другой, рассеянной, но более питательной пищей и готовится к размножению. Она летает, находит партнёра для спаривания, кормное место для потомства, помещает туда кладку яиц и погибает. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА При развитии с неполным превращением личинка похожа на взрослое насекомое без крыльев. Так развиваются тараканы, клопы, кузнечики. У насекомых с полным превращением личинки не похожи на взрослых ни внешне, ни по образу жизни. Личинка питается и растёт. Превращение происходит в куколке. Взрослая особь расселяется и размножается. Неполное и полное превращение. Куколка ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • Чем различаются типы развития насекомых? С чем это связано? 2. «В чём своеобразие жизненных форм кузнечиков, клопов, тараканов? Какие приспособления они имеют? 3. • Поработайте в паре: пусть один из вас называет отряд (по таблице), а второй - вспоминает насекомых из этого отряда, которые обитают в вашей местности. 4. • Подготовьте краткие доклады-рефераты о различных отрядах насекомых. 5. • Можно ли мелких кузнечиков и божьих коровок считать ещё не выросшими? • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ а __ Изучение важнейших отрядов насекомых Исследуйте многообразие насекомых с помощью таблицы. Разберитесь с рубриками таблицы и условными обозначениями и ответьте на вопросы. 1. Какие насекомые достигли большего биологического прогресса: а) с неполным или полным превращением; 160 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные б) крылатые или бескрылые; в) с грызущим или другими ротовыми аппаратами? 2. Какие типы питания у насекомых преобладают по числу отрядов и видов? Для обоснования ответов используйте число отрядов и видов. 3. Подготовьте доклад по результатам работы. Сформулируйте в нём цели работы, используемые методы, выводы. При возможности используйте компьютер для подготовки презентации и получения дополнительной информации в Интернете. Основные отряды насекомых Отряды насекомых (и их основные представители) Число видов (тыс.) Число крыльев (пар) Ротовой аппарат Тип питания Тип развития Подёнки 1,6 2 Нет Нет Н Стрекозы 4,5 2 Г Х Н Тараканы 2,5 2 Г С Н Богомолы 2,5 2 Г Х Н Термиты 2,5 2 Г С Н Прямокрылые 20 2 Г Р Н Вши 0,3 Нет КС П Н Равнокрылые (тли и др.) 30 2 КС Р Н Полужесткокрылые 30 2 КС Р, Х Н Жесткокрылые (жуки) 250 2 Г Р, Х, С П Перепончатокрылые (пчёлы, муравьи и др.) 300 2 Г, ГЛ Р, Х, П П Двукрылые (мухи и др.) 80 1 КС, Л Р, П П Блохи 1 Нет КС П П Чешуекрылые (бабочки) 100 2 С Р П Условные обозначения. Типы ротовых аппаратов: Г - грызущий, ГЛ - грызуще-лижущий, КС - колюще-сосущий, С - сосущий, Л - лижущий. Типы питания: Х - хищники, Р - растительноядные, С - сапрофаги, П - паразиты. Типы развития: Н - с неполным превращением, П - с полным превращением. § 30-31. Слагаемые успеха насекомых 1161 § 30-31. Слагаемые успеха насекомых ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Отряд перепончатокрылых включает 300 тыс. видов, жесткокрылых - 250 тыс. видов, чешуекрылых - 100 тыс. видов, двукрылых - 80 тыс. Факт 2. Класс млекопитающих включает 5 тыс. видов, птиц - около 10 тыс. видов. • Что вас удивило? Предложите свой вариант вопроса к параграфу и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие отряды насекомых вы знаете? (§ 29) • В чём различие насекомых с полным и не полным превращением? (§ 29) • Как питаются различные насекомые? (§ 28-29) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Жуки - «броневики» В каких местах живут и чем питаются жуки? Жесткокрылые, или жуки, - отряд насекомых с особенно прочными покровами (рис. 30.1). Их передние крылья превращены в надкрылья. Они прикрывают брюшко сверху, так что жуки ХИЩНЫЕ РАСТИТЕЛЬНОЯДНЫЕ САПРОФАГИ Плавунец Навозник 30.1. Насекомые из отряда жесткокрылых 162 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные оказываются защищёнными «бронёй» со всех сторон. Поэтому хищные насекомые и мелкие птицы редко нападают на них, и жуки живут довольно долго. Для полёта используется задняя пара крыльев. Они тонкие, прозрачные, довольно большие и хранятся под надкрыльями в сложенном виде. Но жуки летают неохотно: из-за тяжёлой брони полёт получается прямой и небыстрый, слишком заметный для основных врагов - сорокопутов и соек. Но приходится лететь, для того чтобы найти себе пищи на неделю, а лучше - чтобы и детям хватило. У всех жуков ротовой аппарат - грызущий. По типу питания можно выделить три группы жуков. Хищные жужелицы и скакуны гоняются за другими насекомыми. Растительноядные могут есть листья, как майский жук, или древесину, как короеды. Сапрофаги вроде жука-мо-гильщика питаются мёртвыми организмами. Личинки большинства жуков имеют вид белой гусеницы с мощными челюстями. Они малоподвижны, живут в почве или древесине и там же становятся куколкой. Только у хищных жуков личинки также подвижные хищники. Плавунцы, личинки и взрослые, - подводные хищники. Бабочки - летающие «цветы» • Объясните смысл названия рубрики. За что бабочек называют чешуекрылыми? Хоть бабочки и цветы иногда и похожи, но яркая окраска бабочек не подражание цветам, а сигнал, помогающий встретиться самцу и самке. Ночные бабочки находят друг друга в темноте по запаху. Их окраска скромнее и позволяет днём оставаться незамеченными. Всё же эволюция бабочек тесно связана с цветковыми растениями (рис. 30.2). Они опыляют их цветки, способствуют размножению, а потом гусеницы объедают листья. Впрочем, не все такие честные. Дубовая листовёртка и сибирский шелкопряд ничем не помогают деревьям, на которых кормятся их гусеницы, но бывают годы, когда многие гектары леса гибнут от их нашествия. Озимая совка и многие другие вредят культурным растениям. Гусеницы бабочек, кроме трёх пар передних ног, которые потом, видоизменяясь, достаются взрослой особи, имеют ещё пять пар ложноножек с присосками, чтобы крепко держаться на листьях и грызть, грызть, грызть. Личинки крупных бабочек растут несколько лет, а сама бабочка живёт всего около месяца. Она сосёт нектар хоботком, который, если развернуть, длиннее самой § 30-31. Слагаемые успеха насекомых 1163 30.2. Насекомые из отряда чешуекрылых • Какие из этих бабочек дневные, а какие - ночные? бабочки. Хоботок такой тоненький, что нектар поднимается по нему под действием силы сцепления молекул. Второе название отряда бабочек - чешуекр^ьлые - обязано нежным чешуйкам, покрывающим крылья подобно черепице. Каждая чешуйка имеет свой цвет: бесцветные чешуйки преломляют лучи и создают особые переливы в окраске. Роль художника, придумывающего рисунок, играют птицы. Именно они - тот фактор естественного отбора, который оставил только лучшие сюжеты: покровительственную окраску или пугающие «глазки». Есть среди бабочек и настоящие домашние животные. Это несколько видов шелкопрядов. У всех гусениц есть железы, выделяющие тонкую нить, но не паутину, а шёлк, из которого гусеница делает себе кокон перед окукливанием. У шелкопрядов он особенно качественный. Их разводят на специальных фермах, коконы распаривают, находят конец нити и разматывают. Двукрылые - назойливая помеха • Каких опасных двукрылых насекомых вы знаете? Двукр^ьлые приносят людям много неприятностей: ведь к этому отряду относятся комары, мошки, мухи, слепни, оводы (рис. 30.3). Но основные их жертвы, конечно, не люди, а теплокровные животные. Необходимость искать, преследовать жертву и увёр- 164 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные 30.3. Насекомые из отряда двукрылых тываться от ответных ударов привела к облегчению тела и переносу всей силы мышц на единственную, переднюю пару крыльев. В итоге двукрылые достигли вершин скорости и техники «пилотажа». Ротовой аппарат комара колюще-сосущий. Чтобы кровь не свёртывалась, комар выпускает в неё особое вещество, оно-то и делает укус болезненным. Самцы комаров сосут нектар, а кровью питаются только самки. Животный белок им необходим для формирования яиц. Личинки комаров развиваются в воде. Кровососущие двукрылые опасны тем, что переносят болезни, вызываемые кровяными паразитами: малярию, сонную болезнь. Комнатная муха не сосёт кровь, но проблем от неё не меньше. Хоботок мухи - лижущий, со сложным фильтром на конце. Это не мешает питаться любой доступной пищей: жидкую она слизывает, а твёрдую сначала смачивает слюной. Яйца откладывает в гниющие отходы, где много пищи, доступной личинкам. Вот и летает муха между продуктами и отходами, разнося микробов и яйца гельминтов. Личинки мух - белые безногие червеобразные опарыши - выделяют вокруг себя пищеварительный фермент. Он превращает органические вещества в жидкую кашицу, готовую к употреблению. Закончив рост, личинки окукливаются. Человеку досаждают лишь взрослые особи отдельных видов, в непомерной численности которых он отчасти виноват сам. Экологическая роль двукрылых бесценна. Никто не может справиться с трупами и помётом животных быстрее и качественнее, чем личинки мух. В отличие от почвенных разрушителей, они не хоро- § 30-31. Слагаемые успеха насекомых 1165 нят усвоенные вещества и энергию в почве, а вновь делают их доступными для животных. Двукрылые и их личинки - основная пища множества птиц и ценнейших пресноводных рыб. В тундрах комары в ходе развития переносят редкие микроэлементы из воды снова на сушу. Среди двукрылых есть также хищники-ктыри и растительноядные мухи-журчалки - важные опылители. Перепончатокрылые - наши помощники • В чём польза и вред перепончатокрылых? Пчёлы, осы, шмели, муравьи, наездники, рогохвосты - представители отряда перепончатокрььлых (рис. 30.4). Эти насекомые с полным превращением во взрослом состоянии имеют две пары прозрачных перепончатых крыльев; только у муравьёв они вскоре отпадают. У самок рогохвостов есть длинный твёрдый яйцеклад, которым они просверливают древесину и откладывают в неё яйца. Наездники с помощью яйцеклада откладывают яйца в живых насекомых, пауков и клещей. Их личинки-паразиты постепенно поедают свою жертву, начиная с тех органов, без которых она ещё может жить, и заканчивая остальными. Некоторых наездников специально разводят в лабораториях для подавления вспышек численности вредителей. Например, небольшого наездника трихограмму используют для борьбы с капустной белянкой. У ос, пчёл, шмелей и даже муравьёв яйцеклад превращён в жало на конце брюшка - орудие защиты и нападения. У муравьёв оно короткое, поэтому жалить они не могут, а лишь брызгают едкой муравьиной кислотой. 30.4. Насекомые из отряда перепончатокрылых 166 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные 30.5. Медоносная пчела Забота о потомстве у общественных насекомых • Как живут общественные насекомые? Каких одомашненных насекомых вы знаете? Большинство перепончатокрылых - одиночные животные. Но есть среди них и общественные насекомые. Они живут большими семейными группами со сложной структурой отношений и вместе заботятся о потомстве. У медоносной пчелы во главе семьи стоит матка, или царица, - крупная плодовитая самка, непрерывно производящая яйца. Её обслуживают десятки тысяч бесплодных дочерей - рабочих пчёл (рис. 30.5). Они кормят матку и личинок, ухаживают за ними, собирают нектар и пыльцу, запасают мёд, разведывают новые источники пищи, строят гнездо, ремонтируют и защищают его. Задача всей семьи - та же, что у обычного организма: выжить и дать потомство. Задача каждой пчелы - выполнять свой «долг» по отношению к семье. Разделение «труда» между членами семьи подобно разделению функций между органами. «Специальность» каждой пчелы зависит от её возраста и «записана» в наследственном коде, так что о том, кому что делать, вопросов не возникает. Более того, пчёлы с рождения владеют специальным пчелиным языком -«языком танца» (рис. 30.6). С его помощью пчела, нашедшая новое место, богатое нектаром, объясняет другим, как его найти. В движениях пчелы зашифровано направление и расстояние до нужного места, а также качество пищи. Туда срочно вылетает целая бригада. При кормлении матки рабочие пчёлы взамен регулярно получают от неё лакомое маточное вещество, выделяемое челюстными железами. Это вещество влияет на поведение рабочих пчёл: они содержат личинок на диете, при которой из них вырастают только рабочие пчё- 30.6. Танец пчёл § 30-31. Слагаемые успеха насекомых 1167 лы. Если семья разрастается сверх меры, то некоторым пчёлам не хватает маточного вещества, и они начинают выращивать новых маток. В мае-июне в ульях появляются новые матки и самцы -трутни. Молодая матка совершает брачный полёт и оплодотворяется трутнем. Она возвращается в улей и приступает к откладке яиц. Старая матка покидает улей вместе с частью рабочих особей и находит новое место для гнезда. Большими семьями живут и муравьи. В гнезде рыжего лесного муравья насчитывается до миллиона рабочих особей и одна или несколько яйцекладущих маток. Семья охраняет территорию, на которой рабочие особи собирают корм - насекомых и других мелких животных. Раз в год в гнезде появляются крылатые самки и самцы, происходит размножение. Самцы погибают, а оплодотворённые самки дают начало новым семьям. У муравьёв встречаются разнообразные формы «хозяйственной деятельности». Так, многие муравьи «разводят» тлей, поглощая выделяемое ими сладкое вещество. Тропические муравьи выращивают в гнезде грибы. Кровавый муравей - «рабовладелец», он захватывает куколки бурых лесных муравьёв. Появившись на свет, они начинают ухаживать за личинками захватчика. 30.7. Муравьи-«рабовладельцы» Об «уме» насекомых • В чём сложная рефлекторная деятельность уступает разумной деятельности? Что мешает насекомым стать разумными? Сложное поведение общественных насекомых вызывает невольное желание сравнить их с человеческим, сказать про них: «придумали», «догадались», «решили». Но слова эти к ним неприменимы, и вот почему. 168 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные В опытах по изучению «танцев» пчёлам предлагали подкормку из сахарного сиропа, размещая её в разных местах вокруг улья, в том числе на значительном расстоянии. Пчёлы-разведчицы успешно находили её и «объясняли» дорогу другим. Когда же блюдце с сиропом поместили прямо над ульем, но высоко на мачте, одна из пчёл её вскоре обнаружила, но никакие её танцы не помогли другим понять, куда следует лететь. Этот опыт доказывает, что в «языке танцев» пчёл нет понятия высоты. Оно им не нужно в обычных условиях. А применить свой «опыт» в необычных условиях они не в состоянии. На основании многочисленных опытов по поведению насекомых учёные пришли к выводу, что оно состоит из инстинктов -цепочки врождённых, наследственно закреплённых действий (рефлексов) в ответ на определённый раздражитель. Гидра сокращает щупальца в ответ на прикосновение. Пчела следует за кормом в направлении, указанном «танцем» другой пчелы, потому что при нормальных условиях не может вести себя иначе. Как могло сформироваться такое поведение? Так же, как и внешние признаки животных, - путём естественного отбора. Вероятно, семьи, в которых пчёлы летали сами по себе, хуже справлялись с выкармливанием потомства. И их в конце концов вытеснили те, наследственная программа которых включала повторение действий собратьев. Дальше получали преимущество более внимательные особи и те, которые обращали на себя внимание перед полётом. Возможно, прошли миллионы лет, прежде чем инстинкты пчёл сложились в ту длинную цепочку сложных действий, которую мы называем их танцем. Но факт остаётся: пчёлы ведут себя всегда именно так, даже когда на них никто не смотрит и такое поведение лишено всякого смысла. Каждый инстинкт - это определённая последовательность возбуждения нервных клеток, изменения их химического состава. Нервная система пчелы значительно сложнее, чем у гидры, и создаёт основу для более сложных инстинктов. Вместе с тем нервная система человека устроена несравненно сложнее. В основе его поведения лежат рассудочные действия, а инстинкты составляют лишь небольшую часть. Но без врождённых рефлексов, из которых складываются цепочки-инстинкты, не может обойтись и человек. Отдёргивание руки от огня, моргание от соринки в глазу, улыбка при доброй вести - такие же рефлексы, как у гидры. Они даны нам с рождения. Представьте, что было бы, если б мы взялись обдумывать эти действия! Оказывается, врождённое поведение очень полезно. Оно позволяет моментально совершить верное действие и тем самым уберечь руку или § 30-31. Слагаемые успеха насекомых 1169 глаз, не обидеть друга. Но в тех очень редких случаях, когда ситуация меняется, мы чувствуем, как трудно сдержать врождённые реакции: не моргать, не смеяться, когда смешно. Если в основе поведения насекомых - одни инстинкты, то значит ли это, что они вообще не могут приспосабливаться к обстоятельствам, обучаться? Проделаем опыт. Пчелиный улей развернём летком в другую сторону. Пчёлы, прилетающие с взятком, будут искать вход на прежнем месте. Инстинкт предков подсказывает: ульи не поворачиваются. Но после нескольких тщетных попыток пчёлы расширят поиск и случайно найдут вход. В следующий раз, возвращаясь в улей, они сразу полетят к летку на новом месте. Научились! Оказывается, могут, но возможности их невелики. Следовательно, наиболее приспособленными насекомыми оказываются те, которые используют реакции, свойственные для их уровня развития нервной системы, - инстинкты. В их нехитрой жизни инстинкт почти никогда не подводит. А времени учиться у них нет: жизнь коротка и распланирована заранее. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Самые успешные группы насекомых - жесткокрылые, двукрылые, чешуе-крыл^1е и перепончатокрылые - развиваются с полным превращением. Особо сложные формы поведения имеют общественные насекомые: пчёлы и муравьи. Данные формы поведения основаны на инстинктах. Общественные насекомые. Инстинкты ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 3. 4. 5. 6. 7. В чём особенности жизненных форм жуков, бабочек, двукрылых и перепончатокрылых? Какие приспособления они имеют? 2. • Поработайте в паре и объясните, чем отличается образ жизни личинок и взрослых в каждом из отрядов: один ищет информацию о личинках, другой - о взрослых, сравнение осуществляется вместе. Что такое инстинкты? В чём выражается биологический прогресс насекомых? Какими способами поддерживаются отношения между членами пчелиной семьи? Объясните, почему насекомые плохо поддаются обучению. Приведите примеры инстинктов у человека. Какую роль они играют? 1 170 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные § 32. Насекомые в экосистемах суши ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Насекомые - важнейшие потребители в экосистемах суши. Факт 2. Насекомые на протяжении всей человеческой истории потребляли от 1/4 до 1/3 урожая на полях. • Сравните два факта. Какой теме будет посвящён параграф? Предложите свой вариант его основного вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Чем питаются насекомые? (§ 28) • В чём причины более широкого распространения насекомых по сравнению с паукообразными? (§ 26-27, 28) • Что такое природно-очаговые болезни? (§ 10) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Насекомые в цепях питания • Какие типы питания насекомых вы знаете? Какие животные питаются насекомыми? Через насекомых проходит значительная часть энергии любой наземной экосистемы: с пищей они поглощают энергию сами, а их едят другие. В этом их трофическая роль. Но она может быть различной в зависимости от того, что именно едят насекомые. 32.1. Наездник откладывает яйца в личинку другого насекомого 32.2. Растительноядный майский жук 32.3. Шмель опыляет клевер § 32. Насекомые в экосистемах суши 1171 32.4. Скворец поедает кузнечика 32.5. Термиты грызут древесину 32.6. Жуки-мертвоеды поедают труп землеройки • Какие ещё насекомые играют в природных экосистемах такую же или сходные роли? Кто из них исполняет важную нетрофическую роль? Паразиты Растительноядные Хищные-I Хищные-II Найдите место этих насекомых в круговороте: термиты, жужелица, божья коровка, жук-мертвоед, бабочка-белянка, рыжий муравей, комар, майский жук, наездник, жук-усач, зелёный кузнечик, клоп, тля, цикада, гусеница капустницы, пчела, стрекоза. Насекомые - производители полезных продуктов Как люди используют насекомых? Сбор мёда диких пчёл, или бортничество, - древнейшее занятие человека. Теперь разведение домашних пчёл в ульях стало самостоятельной отраслью сельского хозяйства. Главный продукт пчеловодства - мёд - это переработанный в зобу пчёл нектар. Используются и другие продукты: воск - материал, из которого сделаны соты, прополис - мастика для отделки сот, пче- 172 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные линое молочко - корм для личинок, наконец, пчелиный яд. Все они обладают бактерицидным и другими целебными свойствами. Второе домашнее животное - шелкопряд - был введён в культуру в Китае почти 5 тыс. лет назад. Несмотря на разнообразие синтетических волокон, ни одно из них до сих пор не превзошло качеств натурального шёлка. Европейцы испытывают предубеждение к использованию насекомых в пищу, а зря. В целом по пищевым свойствам они превосходят мясные продукты. У большей части человечества - в странах Азии, Африки, среди аборигенов Австралии и Америки - продукты из массовых видов насекомых пользуются заслуженной популярностью. Допустим, вам не нравится жареная саранча под кислым муравьиным соусом или чипсы из тараканов. Тогда почему бы не скрасить жизнь домашним животным? Разведение опарышей (личинок мух) одновременно избавляет от любых органических отходов и обеспечивает животных (кур, свиней, карпов) деликатесными добавками. В некоторых странах так уже делают. Насекомые - непрошеные потребители урожая • Как люди делают насекомых вредителями? Каждый вид насекомых приспособлен естественным отбором к жизни в определённой экосистеме, где к нему приспособлены другие обитатели. Растения отращивают шипы, вырабатывают Паразиты и болезни Хищные потребители Колорадский жук и его личинка^, ^ 32.7. Колорадский жук: А - в природной экосистеме; Б - на огороде • Объясните, почему колорадский жук, завезённый из Америки, в Европе стал злостным вредителем картофеля. § 32. Насекомые в экосистемах суши 1173 химическую защиту, прячутся среди других растений, чтобы защититься от насекомых. Потребители насекомых миллионами лет «оттачивают» клювы и когти, «выдумывают» вероломные жизненные циклы и тактики нападения. Другие насекомые-конкуренты уводят корм из-под носа. В этой борьбе побеждает разнообразие форм жизни. Каждый вид существует, но рост его численности сдерживается другими (рис. 32.7). Люди вывели сорта растений без колючек и горечи и засадили ими огромные поля. На даровые хлеба тут же накинулись полчища непрошеных потребителей урожая. Но дело в том, что поле не обладает свойствами экосистемы. Это - агроценоз, искусственная агросистема. Значит, и численность её элементов человек должен регулировать сам. Насекомые - переносчики заболеваний Какие насекомые и как переносят болезни человека? Насекомые поддерживают очаги инфекций и инвазий. Кровосо-сы-двукрылые, вши, блохи и клещи передают возбудителей теплокровным животным и человеку. Тараканы и мухи не сосут кровь и обычно не болеют теми болезнями, которые распространяют. Но список их от этого не меньше: дизентерия, брюшной тиф, холера, гельминтозы и т.д. Во многих случаях лучшим средством уменьшить риск заболевания оказывается борьба с переносчиками-насекомыми. Этим занимаются специальные санитарные службы. Помочь делу может каждый, вовремя убирая мусор в своём доме. Как бороться с насекомыми • Чем плохи ядохимикаты? Какие иные методы борьбы с вредными насекомыми существуют? С начала ХХ столетия основным средством борьбы с насекомыми стали ядохимикаты. Наиболее известный из них - ДДТ - позволял небольшой порцией порошка защитить урожай на огромных площадях. Правда, вместе с вредителями погибали и прочие насекомые, а численность других животных год за годом угасала. Оказалось, что ДДТ не разлагается, а со временем накапливается в тканях плотоядных животных и человека и приводит к тяжёлым, в том числе наследственным, заболеваниям (рис. 32.8). Применение ДДТ запретили, но насекомые, плодовитость которых на 174 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные 32.8. Концентрация ядохимикатов в производителях и потребителях • Объясните, почему концентрация яда у птиц выше, чем у гусениц. 32.9. Колебания численности растительноядного насекомого и его паразита • Что показывает этот график? несколько порядков выше, а поколения быстро сменяются, подверглись отбору. Новые поколения стали более устойчивыми к ядохимикатам. Эффект получился обратным. Взамен ядохимикатов учёные разработали биологические методы борьбы. Суть их состоит в привлечении в агроценозы хищников или паразитов, которые поддерживают численность вредителей на невысоком уровне (рис. 32.9). Однако разведение культур таких насекомых оказалось сложным и дорогостоящим занятием. В настоящее время лучшие результаты приносят комплексные методы биолого-химической борьбы. Они основаны на знании биологии вредителя, его экологических связей, сезонной динамики численности. Это позволяет применять специфические яды в малом количестве, и только там и тогда, где и когда они приносят наибольший эффект. Пример такого метода - ловушка для самцов непарного шелкопряда. Самцы привлекаются синтетическим «запахом самки», а в ловушке поражаются контактным ядом. Отравления среды не происходит. Погибают только самцы шелкопряда, а размножение вида снижается до приемлемого уровня. Ещё одно направление борьбы - генная инженерия. Полная информация о развитии организма содержится в ДНК. Каждый участок молекулы ДНК - ген - хранит информацию о строении какого-либо белка, ответственного за определённые функции организма. Расшифров- § 32. Насекомые в экосистемах суши 1175 ка функций генов позволяет вмешиваться в их деятельность: блокировать, добавлять новые гены. С помощью генной инженерии создаются сорта растений, несъедобные для их вредителей. Так, выведен генетически изменённый картофель, который сохраняет все свои пищевые качества, но не повреждается колорадским жуком. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Во всех экосистемах суши насекомые - важнейшие потребители растительной пищи и объект питания других животных. Кроме того, они - незаменимые опылители. Насекомые - источник ценных пищевых и технических продуктов. Борьба с насекомыми, нежелательными для человека, должна проводиться на основе знания их биологии. Агроценоз. Биологические методы борьбы ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • 2. • 3. • 4. • 5. • 6. • 7. • Какую роль играют насекомые в природе? Какова роль насекомых в жизни человека? Что такое биологические методы борьбы? В чём их преимущество? Какие знания необходимы для борьбы с вредителями? Почему в природе нет «вредителей»? Почему домашних насекомых меньше, чем домашних птиц и зверей? Как вы считаете, что надо сделать, чтобы насекомых-вредителей стало меньше? 8. • Поработайте в паре: пусть один доказывает, что насекомые полезны для человека, а другой приводит доводы о вреде насекомых. 17б Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные 1. • 2. • 3. • 4. • 5. • 6. • 7. • 8. • 9. • 10. 11. 12. 13. 14. 15. М § 33. Высшие многоклеточные беспозвоночные. Повторение Вопросы и задания для повторения Чем отличаются высшие многоклеточные беспозвоночные от низших? Какое преимущество имеет появление вторичной полости тела? Какую роль она играет у различных групп? Какие из важнейших приспособлений позволили сделать образ жизни членистоногих более активным по сравнению с кольчатыми червями? Сравните строение членистоногих и моллюсков. Как различия в строении связаны с образом жизни этих животных? Какие преимущества даёт появление кровеносной системы? Почему у кольчатых червей она замкнута, а у моллюсков и членистоногих - нет? В чём своеобразие строения нервной системы у изученных вами групп? Каковы особенности скелета кольчатых червей, моллюсков и членистоногих? В чём преимущества и недостатки внешнего скелета? Как образ жизни различных групп моллюсков связан с их строением? Какова роль конечностей в приспособлении членистоногих к условиям жизни? Какую функцию они выполняют? » Какие приспособления позволили моллюскам и членистоногим освоить сушу? » Чем различаются строение и образ жизни паукообразных и насекомых? Кто из них шире освоил сухопутные экосистемы и с чем это связано? » Почему развитие насекомых с полным превращением биологически прогрессивнее? * В чём отличие размножения и жизненных циклов изученных групп? » Какова роль изученных групп высших беспозвоночных в природе? * Какое значение имеют кольчатые черви, моллюски и членистоногие в жизни человека? 16. • Поработайте в группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другие отвечают на них. Что означают эти понятия? Кольчатые черви: многощетинковые и малоще-тинковые. Тип моллюски: классы брюхоногие, двустворчатые, головоногие. Тип членистоногие: классы ракообразные, паукообразные, насекомые. Вторичная полость тела. Кровеносная система. Жабры. Сегментация. Конечности (параподии). Внешний скелет. Почка. Раковина. Нога. Мантия. Брюшная нервная цепочка. Членистые конечности. Лёгкие. Внекишечное пищеварение. Паутина. Отделы тела: голова, грудь, брюшко. Трахеи. Покровительственная окраска. Развитие с неполным и полным превращением. Общественные насекомые. Инстинкты. Биологические методы борьбы. § 33. Высшие многоклеточные беспозвоночные. Повторение 1177 ^ Жизненная задача Название. Пусть общение детей с животными приносит только радость. Ситуация. Нас окружает множество различных животных, которые ведут постоянную борьбу с нападающими на них паразитами. Природа наделила животных средствами защиты от паразитов. Человек, сталкиваясь с самыми разными животными, в том числе и привезёнными из другой местности, часто лишён защитных приспособлений против паразитических животных и может заболеть. Чтобы сохранить здоровье, нужно знать особенности образа жизни и жизненных циклов паразитов и соблюдать правила личной гигиены. Младшие школьники не знают зоологии и не могут предусмотреть, как им себя вести в той или иной ситуации. Роль. Старший товарищ, который объясняет правила личной гигиены и правила поведения с дикими и домашними животными. Результат. Составить правила личной гигиены, которые позволят младшим школьникам не заразиться паразитами и сохранить здоровье при общении с животными. Результат этой работы может быть собран в файле, а затем после обработки данных представлен в виде стенда в кабинете биологии, альбома, доклада на школьной конференции, сайта и т.п. Предлагаем проект «Улучшение окружающего ландшафта для жизни людей, растений и животных своими силами» Все хотят жить в чистом и ухоженном месте, хотя и не все прилагают к этому не только необходимые, но и доступные усилия. Поэтому мы предлагаем вам проект, достойный сознательных граждан - любителей чистой природы. Подготовка проекта (зима) 1. Составить каталог дел, доступных любителям чистой природы, для улучшения окружающего ландшафта (самое простое: сбор мусора, уход за зелёными насаждениями, посадка деревьев и кустарников, подкормка птиц в зимнее время и т.п.). 2. Выбрать из них полезные для вашей местности дела, доступные любителям чистой природы. 3. Определить, какую пользу для людей, растений и животных принесут намеченные вами дела. Практическое осуществление (весна) 1. Планирование выбранных дел, сроков их проведения, предполагаемых участников и ответственных за их проведение. 2. Подготовка практической работы по улучшению окружающего ландшафта: инструменты, мешки и т.п. 3. Выполнение намеченной работы по заранее составленному плану группами участников во главе с ответственными. 178 Глава 2. Беспозвоночные. Высшие многоклеточные беспозвоночные 4. Отслеживание по возможности положительных результатов проведённой работы: как расширилась рекреационная зона (зона отдыха) для людей, какие животные и растения увеличили численность и расширили свои местообитания. Эта часть работы может растянуться и на последующий год или годы. Часто особенно долго приходится ждать реакции несознательных граждан. Могут даже опуститься руки: «Мы только убрали, а они опять...» Но вы по собственному опыту знаете, что наведение порядка в доме способствует изменению поведения всех членов семьи: они невольно начинают также поддерживать порядок. • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Ещё раз обращаем внимание, что группу животных для самостоятельной работы можно выбрать на весь год. Тогда, познакомившись с их систематическим положением, вы можете перейти к исследованию их образа жизни, поведения, хозяйственного и даже эстетического значения. А можете, напротив, в каждой самостоятельной работе менять объекты исследования. На втором этапе изучения зоологии вы встречаетесь не только с систематикой, но и с экологией и поведением животных. Вас не должно смущать, что сейчас вы изучаете беспозвоночных, а выбрали для самостоятельной работы каких-нибудь позвоночных или даже динозавров. По аналогии с тем, что вы узнаете об образе жизни и поведении разных групп животных, вы можете догадаться, что интересно узнать о выбранной вами группе животных. Кроме того, не надо забывать, все живые существа связаны между собой. Поэтому получаемые знания о беспозвоночных могут помочь, даже если вы выбрали для самостоятельной работы позвоночных. Беспозвоночные являются объектами питания или паразитами многих позвоночных. Могут возникнуть и сквозные задачи. Например, если вас заинтересовали простейшие, вы можете вспомнить, что животные в целом определяются способом питания. Поэтому интересно разобраться в вопросе, что общего в питании инфузории и человека, как инфузории и другие одноклеточные животные справляются с твёрдыми пищевыми частицами. Если вас заинтересовала медицинская зоология, можно вспомнить, что циклы развития большинства паразитов включают смену хозяев. Интересной может быть задача о паразитах ваших домашних животных: где и при каких условиях они могут приобрести паразитов, как бороться с ними, если ваши питомцы заболели. Вы свободны в выборе темы самостоятельной работы. Надо только напомнить, что, какую бы исследовательскую задачу вы ни ставили перед собой, важно: - сформулировать выбранную тему: что, о чём и для чего вы хотите узнать; - не только собрать определённую информацию об объекте исследования, но и обратить внимание на методы её получения; - сформулировать выводы; - представить свою работу ученикам класса. § 33. Высшие многоклеточные беспозвоночные. Повторение 1179 Заключение к главе 2 Беспозвоночные животные составляют самый большой по числу видов и самый разнообразный по числу планов строения отдел органического мира. Усложнение планов строения связано с освоением новых образов жизни, усложнением и разделением функций. Случаи резкого вторичного упрощения строения связаны с паразитическим или прикреплённым образом жизни. Практическое значение беспозвоночных очень велико: это важнейшие потребители биомассы, производимой автотрофными организмами; важнейшие почвообразователи, опылители, основной или резервный корм многих промысловых животных (моллюсков, ракообразных, рыб, птиц и зверей). Среди них множество возбудителей заболеваний (простейшие), паразитов, жалящих и ядовитых животных, вредителей и регуляторов их численности. 180 Глава 3. Позвоночные и их «родня» ГЛАВА 3. ПОЗВОНОЧНЫЕ И ИХ «РОДНЯ» КЛАСС ЗЕМНОВОДНЫЕ ТИП ' Ч НИЗШИЕ ХОРДОВЫЕ ХОРДОВЫЕ ч Эта глава учебника поможет вам научиться ♦ Понимать, что все живые организмы вносят свой вклад в существование биосферы. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - определять роль в природе изученных групп животных. ♦ Рассматривать биологические процессы в развитии. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - приводить примеры приспособлений животных к среде обитания и объяснять их значение; Глава 3. Позвоночные и их «родня» 1181 - находить черты, свидетельствующие об усложнении животных по сравнению с предками, и давать им объяснение; - объяснять приспособления на разных стадиях жизненных циклов. ♦ Использовать биологические знания в быту. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - объяснять значение животных в жизни и хозяйстве человека; - приводить примеры и характеризовать важных для жизни и хозяйства человека животных (промысловых рыб, охотничье-промысловых птиц и зверей, домашних животных и пр.) на примере своей местности, объяснять их значение. ♦ Объяснять, как устроены и как функционируют позвоночные животные. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - различать (по таблице) основные группы хордовых животных: классы рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих; - объяснять строение и жизнедеятельность изученных хордовых животных: классы рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих; - характеризовать основные экологические группы изученных групп животных; - понимать смысл биологических терминов; - различать важнейшие отряды млекопитающих; - проводить наблюдения за жизнедеятельностью животных, биологические опыты и эксперименты и объяснять их результаты. ♦ Оценивать поведение человека с точки зрения здорового образа жизни. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - использовать знания биологии при соблюдении правил повседневной гигиены. ♦ Оценивать поведение человека с точки зрения риска взаимоотношений человека и природы. Для этого вы должны овладеть следующими умениями: - соблюдать и объяснять правила поведения в природе; - характеризовать способы рационального использования ресурсов животных на примере своего региона. 182 Глава 3. Позвоночные и их «родня» Позвоночные - это единая мощная ветвь эволюции. Они уступают беспозвоночным по разнообразию и численности. Зато план строения позвоночных оказался наилучшим для крупных обитателей суши. На его основе смогла развиться сложная нервная система и другие органы, которые позволили животным меньше зависеть от случайных изменений среды обитания. Благодаря этому позвоночные приобрели роль контролёров и регуляторов в экосистемах. Наш организм также построен по этому плану, и многие секреты его строения учёные раскрыли, изучая лягушку. Связать происхождение позвоночных с другими животными удалось сравнительно недавно. Оказалось, что все они имеют остатки хорды - более древней опоры тела, чем позвоночник. На этом основании их вместе с предками, имеющими хорду, объединяют в один тип хордовых. Проверьте себя • Вспомните, что вы уже знаете о различных группах позвоночных животных. Известные вам группы позвоночных опишите по предложенному плану. 1. Название группы. 2. Отличительные черты. 3. Систематические группы, входящие в состав. 4. Где обитают, образ жизни. 5. Типичные представители. § 34. Наши морские предки 1183 ТИП ХОРДОВЫЕ § 34. Наши морские предки ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Центральная нервная система у беспозвоночных - брюшная нервная цепочка, а у позвоночных - головной и спинной мозг. Факт 2. По спинному кровеносному сосуду кровь у беспозвоночных течёт вперёд, а у позвоночных - назад. • Сравните два факта. Похожи ли беспозвоночные на хордовых? Легко ли объяснить их происхождение? Предложите свой вариант основного вопроса параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 353). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Каких позвоночных животных вы знаете? (Жизненный опыт) • Как называют скелет членистоногих? (§ 21) • Что такое сегментация тела? (§ 19) • Какими способами учёные доказывают эволюционное родство? (§ 2) • Какие доводы в пользу эволюции животного мира вы могли бы привести? (Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Мистическая загадка • Постарайтесь объяснить, что означает название рубрики, выскажите предположение. Что значит мистика, нам известно. Да, а, кстати, что? А как мистика может быть связана с биологией? Какую тему мы изучаем? Может, есть связь с проблемой параграфа? • Чтобы проверить своё предположение, прочитайте текст, ведя диалог с автором: В - задайте вопрос к тексту; О - спрогнозируйте ответ; П - проверьте себя по тексту. После чтения текста сделайте вывод по проблеме ответа. 184 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Многие тысячелетия считалось, что всякий вид организмов был создан при Сотворении мира - раз и навсегда. Только ископаемые находки в конце XVIII в. навели учёных на мысль о возможности эволюционных изменений. Но представить превращение червя в динозавра или, скажем, вообразить общего предка стрекозы и медведя было по-прежнему невозможно. В (А вы могли бы?) О (Попытайтесь предположить, кто мог быть предком стрекозы и медведя?) Поэтому ещё целое столетие была популярна «теория катастроф» французского палеонтолога Жоржа Кювье. Он считал, что в истории Земли Божественные акты творения чередовались с эпохами ужасных землетрясений, которые хоронили наименее «удавшихся» тварей, вдохновляя Создателя на всё новые, более успешные акты творения, пока, наконец, не был создан человек. В промежутках между катастрофами теория допускала эволюцию таких сходных и хорошо изученных форм, как моллюски или трилобиты, но происхождение позвоночных казалось несомненным доводом в пользу участия небесных сил. П (Так почему же мистические загадки? Стало ли понятно название рубрики?) О (Предположите, каких сведений не хватает для установления истины.) Беспозвоночное 34.1. Сравнение планов строения • Увеличится ли сходство планов строения, если один из них перевернуть? Чтобы доказать единство происхождения животных, учёным-эволюционистам предстояло объяснить переход (рис. 34.1): - от наружного скелета (или его отсутствия) к позвоночнику; - от сегментированной мускулатуры к разнообразной; - от брюшной нервной цепочки к спинной нервной трубке; - от наружных жабр к жаберным щелям в глотке; - изменение направления тока крови на противоположное. П (Серьёзная задача?! А как могли учёные объяснить этот переход?) Надо представить ещё, что в то время (да и сейчас!) вопрос этот затрагивал основы мироздания. А собственное мнение на этот счёт хоть и не грозило уже костром инквизиции, но одобрения ни у кого не вызывало. П В (Согласны ли вы с авторами, так назвавшими рубрику?) § 34. Наши морские предки 1185 Развитие зародыша проходит по пути предков Как эмбриональное развитие связано с эволюцией? Интересные открытия принесла наука эмбриология, изучающая индивидуальное развитие организмов. Причём главная заслуга в них принадлежит российским учёным К.Э. Бэру и А.О. Ковалевскому. Изучая развитие рыб, земноводных, рептилий, птиц и зверей, они установили, что зародыши животных сходны, несмотря на различие взрослых стадий. Это явление получило название закона зародышевого сходства. Было замечено также, что во время развития эмбриона проявляются признаки, явно бесполезные и даже вредные для взрослого организма. Так, например, у трёхнедельного человеческого эмбриона по бокам шеи появляются жаберные щели, которые позднее зарастают. Хвост исчезает значительно позднее, а признаки сплошного шёрстного покрова - «эмбриональный пушок» -отмечаются и у новорождённых. Рыба Тритон Птица Человек 34.2. Сравнение ранних и поздних стадий эмбрионального развития • В чём именно заключается сходство зародышей? На какой стадии оно более выражено? Анализ множества подобных фактов позволил Э. Геккелю вывести биогенетический закон: развитие зародыша повторяет основные этапы эволюции предков. Конечно, человек повторяет не «стадию рыбы», а, скорее, лишь стадию развития малька в ик- 18б Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые ринке. Дело в том, что самая древняя особенность, наследуемая от давних предков, - это механизм, определяющий порядок формирования тканей и органов во время эмбрионального развития. Наши предки - низшие хордовые • Почему мы, люди, принадлежим к типу хордовых? Зародыши всех позвоночных на ранних стадиях развития имеют хорду - продольный упругий стержень, который позднее замещается позвоночником. Если развитие организма проходит путём предков, то предки позвоночных должны быть похожи на такой зародыш. Это предсказание блестяще подтвердил А.О. Ковалевский. Он нашёл животное, план строения которого способен связать происхождение позвоночных с беспозво-34.3. Ланцетник ночными (рис. 34.3). Он обратил внимание на то, что у ланцетника и сходных с ним морских животных тоже есть хорда. Это послужило основанием для объединения их вместе с позвоночными в тип хордовых с двумя подразделениями: низших хордовых, у которых хорда исполняет роль осевого скелета, и позвоночных - всех тех, у кого хорда есть хотя бы на эмбриональной стадии и играет важную роль в формировании более надёжной опоры тела - позвоночника. Кроме хорды, низших хордовых сближают с позвоночными ещё три особенности (рис. 34.4). Их нервная система представлена спинной нервной трубкой, пришедшей на смену брюшной цепочке беспозвоночных. По замкнутой кровеносной системе кровь течёт вперёд по брюшной стороне, возвращаясь по спинной (как гусеница танка, который едет назад). Наконец, низшие хор- § 34. Наши морские предки 1187 довые д'^ьшат через рот. Ток воды через рот, глотку и сквозь жаберные щели наружу приносит кислород, попадающий в кровь через жаберные капилляры. Вместе с тем отсутствие позвоночника и сегментированное строение мускулатуры говорят о происхождении низших хордовых от червеобразных предков. Ланцетник и асцидия • Как доказать, что асцидия и ланцетник - хордовые? Ланцетник похож на маленькую прозрачную рыбку. Большую часть жизни он проводит на дне, зарывшись в песок и выставив наружу предротовую воронку. По способу питания он фильтра-тор: питается мелкими организмами, процеживая через себя воду. Ланцетники совершают сезонные перемещения. Внутренний скелет ланцетника составляет хорда - упругий хрящеподобный стержень (рис. 34.5). Хорду окружает чехол из тонкой, но прочной плёнки соединительной ткани. По обе стороны от хорды этот чехол образует выросты-перегородки, разделяющие мышцы. Мышцы, короткие и широкие, как лепёшки, прикреплены к перегородкам. Когда они сокращаются вдоль одного бока, то тянут друг за друга, укорачивая тело. Но хорда действует как распорка, и тело не укорачивается, а изгибается. Нервные возбуждения, волнами пробегающие от переднего конца к заднему, заставляют тело волнообразно изгибаться и плыть вперёд. У асцидий плавает только личинка, напоминающая головастика (рис. 34.6). В первый же день своей жизни она находит подходящее место, прикрепляется к камню и становится донным филь-тратором. Её хорда и хвост рассасываются, рот смещается, и тело принимает бутылкообразную форму. 34.5. Движение ланцетника (сверху) 188 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Хордовые - перевёрнутые животные • Как связаны позвоночные животные с беспозвоночными? Среди современных низших хордовых большинство - донные животные: сидячие, ползающие на боку или зарывающиеся в песок. При этом рот, спинная, брюшная, боковая сторона и связанные с ними внутренние органы могут «переползать» на новое место даже в течение жизни одного организма - как, например, у асцидии. Так что перевёрнутое расположение систем органов у низших хордовых покажется не таким уж странным, если представить, что их предку для выживания когда-то пришлось «лечь на спину». В дальнейшем каждая сторона получила новые для себя функции, но нервная и кровеносная системы так и остались перевёрнутыми. Брюшная сторона позвоночных гомологична спине беспозвоночных, поэтому и кровь течёт в другую сторону. Во времена своего появления все низшие хордовые хорошо плавали и были прекрасно приспособлены к условиям существования - в первую очередь благодаря хорде. План их строения оказался чрезвычайно удачным. Со временем на его основе сформировались все позвоночные животные и человек. Сама хорда, правда, у большей части потомков сохранилась только на стадии зародыша. Более совершенные позвоночные животные вытеснили своих предков. Уцелели преимущественно те из них, которые вторично упростились, приспособившись к сидячему и малоподвижному образу жизни. Им хорда тоже стала ненужной. Любопытно, что из всего разнообразия планов строения беспозвоночных только один план, точнее, одна его деталь - хорда -привела к возникновению современных животных, экосистем, человеческого разума, а сама распалась. Не будь низших хордовых - этой маленькой «почки» на стволе древа жизни, - возможно, самыми умными на Земле до сих пор были бы осьминоги^ Наша родня среди беспозвоночных - иглокожие • Что сближает хордовых с иглокожими? Есть ещё одно - и очень существенное - отличие хордовых от большинства беспозвоночных. Оно касается самых ранних стадий развития. После стадии «двухслойного мешка», напоминающей строение кишечнополостных, развитие может идти двумя путями (рис. 34.7). У более многочисленной группы беспозвоночных отверстие «двухслойного мешка» становится ртом взрослого животного. Их называют первичноротыми. § 34. Наши морские предки 1189 34.7. Схема происхождения первичноротых и вторичноротых животных Морской ёж Морская лилия У другой группы животных это отверстие (первичный рот) превращается в анальное, а рот (вторичный) образуется позднее в другом месте, за что их называют вторичноротыми. К ним относятся хордовые, а среди беспозвоночных - тип иглокожие (рис. 34.8). Иглокожие - многочисленные обитатели глубин океана. По плану строения взрослые особи сильно отличаются от всех остальных животных (рис. 34.9). Их тело имеет радиальную симметрию, чаще всего - пятилучевую. В подкожном слое у них образуется скелет из известковых пластинок с шипами и иглами, торчащими на поверхности. Совершенно уникален способ передвижения иглокожих. Их тело пронизано системой амбулакральных (воднососудистых) каналов. Замкнутые окончания этих каналов, проникая сквозь многочисленные поры наружу, образуют сотни амбулакральных ножек с мышцей внутри и присоской на конце. Морская звезда вытягивает ножки вперёд, нагнетая в них воду под давлением. Ножки присасываются к субстрату. Тогда, сокращая м^1шцы ножек, звезда подтягивается вперёд. Амбулакральные ножки - чуткий орган осязания. 34.8. Иглокожие 34.9. План строения иглокожего 190 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Морские звёзды - хищники. Мелкую пищу они заглатывают ртом, который расположен снизу, между лучами. Нападая на крупную добычу - моллюсков или других иглокожих, они выворачивают свой желудок, обволакивают им жертву, выделяют пищеварительный сок и переваривают вне тела. Личинки иглокожих имеют двустороннюю симметрию и плавают с помощью ресничек. Отсюда становится понятным их происхождение, общее с низшими хордовыми. Предком иглокожих мог быть подвижный, расчленённый на несколько сегментов двусторонне-симметричный организм, с вторичной полостью тела и вторичным ртом. Таким образом, среди беспозвоночных животных мы можем считать иглокожих своими более близкими родственниками, чем членистоногих или моллюсков. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Достижения эмбриологии помогли установить родство позвоночных с беспозвоночными. Низшие хордовые - выходцы из беспозвоночных - имеют сегментированную мускулатуру. Вместе с тем это первые животные с внутренним осевым скелетом. Он служит опорой для тела и позволяет хорошо плавать. Фильтруя воду сквозь глоточные жаберные щели, низшие хордовые совмещают питание и дыхание. Спинная нервная трубка и обратный ток крови унаследованы ими от предка, перевернувшегося на спину в ходе приспособления к донному образу жизни. Биогенетический закон. Хорда. Хордовые ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Какой метод, кроме изучения ископаемых остатков и сравнения строения, помогает устанавливать родство организмов? Какую роль играет хорда при движении ланцетника? Почему низшим хордовым выгодно совмещать дыхание и питание? Какая особенность расположения органов доказывает единство всех хордовых и отличие их от беспозвоночных? 5. • Почему некоторые унаследованные особенности строения тела личинок исчезают у взрослых животных? Что даёт изучение низших хордовых для развития научного мировоззрения? Как вы думаете, какое значение для развития зародыша имеет повторение основных этапов эволюции предков? Почему низшие хордовые, дав начало разнообразным группам наиболее высоко организованных животных, сами так малочисленны? В чём сходство хордовых с иглокожими? • Какие знания, полученные в этом параграфе, подтверждают мысль о том, что «настоящее - ключ к прошлому»? 2. 3. 4. 6. • 7. • 8. • 9. • Ю. § 35-36. Рыбы - водные позвоночные 1191 § 35-36. Рыбы - водные позвоночные ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Рыбы - самая многочисленная и разнообразная группа хордовых животных. Факт 2. Рыбы «изобрели» позвоночник и челюсти. Факт 3. Рыбы имеют обтекаемую форму тела. • Рассмотрите факты и предположите, с каким образом жизни связано возникновение этих приспособлений. Предложите свой вариант основного вопроса параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ Какой образ жизни ведут низшие хордовые? (§ 34) Как устроена их опорно-двигательная система? (§ 34) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • Зачем рыбе позвоночник и челюсти, или Какой образ жизни ведут рыбы? Щуке хорда не годится Вспомним, что ланцетника приводит в движение сила сокращения мышц F (рис. 35.1). Но щука, по крайней мере, в 10 раз больше ланцетника по длине, а также по ширине и толщине, то есть в 1 000 раз больше по объёму и, следовательно, по массе. Чтобы двигать такой массой, мышцы щуки должны быть в 1 000 раз сильнее. Площадь прикрепления мышцы к перегородке тоже возрастёт, но, как и всякая площадь, только в 100 раз. Следовательно, каждый квадратный миллиметр перегородки испытает в 10 раз большее усилие на разрыв. Силы деформации D будут во столько же раз сильнее сдавливать хорду и проходящую над ней нервную трубку (спинной мозг). Понравится ли это щуке? И всё же природа создала щуку, но из других материалов. Естественный отбор благопри- 35.1. Схема изгибания тела в результа- ятствовал затвердеванию чехла те сокращения мышц вокруг хорды, в основаниях «Расскажите о происхождении рыб. 192 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые межмышечных перегородок. В этих местах (на рис. 35.1 они затемнены) соединительная ткань замещалась на хрящевую, а потом и на костную. Так образовались кольцевые позвонки с отростками для прикрепления мышц и хрящевые прослойки между ними. Позвоночник, сохранив гибкость, придал скелету такую жёсткость, что усилие мышц стало возможно увеличить и в 100 раз. Поскольку оболочка хорды окружала не только хорду, но и нервный ствол, он оказался теперь под защитой позвоночника. Так возникли позвоночные. Изменения в развитии позвоночных дали им ещё одно важное преимущество: многослойные покровы. Внутренний слой кожи, образованный мезодермой, приобрёл способность к затвердеванию. Из твёрдых покровов образовался череп, защитивший самую главную часть нервной системы - головной мозг. Твёрдые образования кожи покрыли тело защитным слоем. Первые позвоночные - бесчелюстные Потомками низших хордовых и предшественниками настоящих рыб были бесчелюстные позвоночные (рис. 35.2). Вместо челюстей их рот окружён мускулистой воронкой. Осевой скелет состоит из хорды, со-единительно-тканных оболочек и перегородок, зачаточных хрящевых позвонков. Череп тоже состоит из хряща, который в задней части головы образует решетчатую основу жаберных мешков. Непарные спинной и хвостовой плавники помогают им плавать, извиваясь всем телом. Бесчелюстные были многочисленны в начале палеозоя. Укреплённый осевой скелет позволял им достигать средних размеров (до 1 м). Ротовой воронкой они всасывали ил и мелкую донную живность. Для защиты от более крупных ракообразных и моллюсков они имели ещё и наружный панцирь. До наших дней из бесчелюстных дожили представители единственного класса круглоротых - миноги (рис. 35.3) и миксины. Они питаются падалью или кровью живых рыб, внедряясь в их тело с помощью ротовой воронки, которая у 35.2. Отпечаток древнего бесчелюстного 35.3. Речная минога § 35-36. Рыбы - водные позвоночные 1193 них становится присоской и сверлом. При этом язык с хрящевой основой работает как мощный поршень. Рыбы рождены хищниками Это сейчас рыбы едят и планктон, и растения, и органические остатки. В начале палеозоя все эти экологические ниши занимали беспозвоночные и бесчелюстные. Только ниша крупного, свободно плавающего хищника оставалась свободной. Поэтому крупные животные, способные найти, догнать и схватить, сразу получили бы эволюционное преимущество. Но подходящих кандидатов не было. Не было до тех пор, пока не появились животные с позвоночником, достаточно прочным, чтобы превзойти по размерам таких монстров, как ракоскорпионы и кальмары. Так появились настоящие рыбы - сначала с хрящевым, а потом и с костным скелетом. Тут есть повод порассуждать о причинных связях в эволюции. Утверждение: «Позвоночник развивался для того, чтобы увеличивались размеры тела» - было бы не совсем верным. Эволюция не человек, у неё не может быть определённой цели. Но у неё есть направление, которое задаётся естественным отбором. Изменения в организме возникают случайно, а отбор оставляет такой комплекс признаков, который в данных условиях имеет преимущество в борьбе за существование. Укрепление Увеличение 0^ Ресурсы позвоночника размеров пищи В данных условиях крупные размеры - преимущество. Развитие позвоночника способствует увеличению размеров, поэтому поддерживается отбором. Преимущество всегда освобождает дополнительную энергию на жизненные процессы. Поэтому преимущество от размеров также способствует развитию позвоночника. В данных условиях устанавливается положительная обратная связь между ними до тех пор, пока условия не нарушатся. В конце концов крупным хищникам будет нечего есть, и увеличение размеров прекратится. 194 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Позвоночник в роли универсальной «вешалки» Всё-таки не зря прошли сотни миллионов лет эволюции, в течение которых создавался позвоночник! Внутренний скелет рыб (рис. 35.4) - не просто распорка, а сложная подвижная конструкция из твёрдых элементов. Вместе с мышцами скелет обеспечивает защиту, опору и движение различных органов. Да и мышцы стали другими: кроме одинаковых лепёшкообразных мышц, изгибающих всё тело, появились веретенообразные мышцы. Они прикрепляются сухожилиями к костным отросткам и обеспечивают разнообразные и точные движения. Позвоночник разделился на два отдела. К позвонкам туловищного отдела снизу прикрепляются рёбра, защищающие органы брюшной полости. Сверху позвонки снабжены остистыми отростками, поддерживающими мускулатуру тела. В хвостовом отделе остистые отростки отходят и вверх, и вниз. К ним крепятся сильные мышцы хвоста. Череп также состоит из двух отделов. Главный отдел защищает не только мозг, но и парные органы чувств: зрения, слуха и обоняния. Нижний отдел поддерживает жабры и обеспечивает приток воды к ним. А передние дуги, первоначально поддерживавшие жабры, преобразовались в челюсти. Скелет конечностей - плавников - состоит из лучей. Парные плавники крепятся к поясам конечностей - хрящам или костям, погружённым в глубину тела. 35.4. Скелет окуня • Найдите на рисунке детали скелета рыбы, отмеченные в тексте. § 35-36. Рыбы - водные позвоночные 1195 35.5. Акула Как рыба плавает? Как у любого судна, движитель рыбы находится сзади: это хвостовая часть тела и хвостовой плавник (рис. 35.5). Непарные плавники играют роль стабилизаторов (как у самолёта), а хвостовой плавник - ещё и руля поворота. Парные плавники служат рулями глубины и дополнительными «винтами» при сложных движениях на месте. Без них по законам физики рыба развернулась бы кверху брюхом. Движению помогают обтекаемая форма тела и покров из чешуи в слизистой смазке. По сравнению с панцирем предков чешуя как кольчуга: лёгкая, прочная и не стесняет движение. Благодаря чешуе рыбам часто удаётся вырваться из зубов хищника. Рыбы держатся на любой глубине, так как регулируют свой удельный вес с помощью жировых отложений в печени и газов плавательного пузыря. Эти газы поступают в пузырь из крови. Рыба кусает, но не жуёт Рыбы - первые позвоночные с челюстями. Мощные специализированные мышцы позволяют открывать и закрывать рот, но не жевать. Зубы загнуты внутрь и предназначены только для разрывания и удерживания добычи. Язык лишён мускулатуры, и, чтобы проглотить пищу, рыба помогает себе движениями всего тела. Каждый орган когда-то произошёл из какого-нибудь другого органа или части органа предка. Челюсти рыб происходят из хрящевых дуг, которые у предков рыб охватывали глотку и не давали спадаться жаберным щелям. Передние дуги поделились на половинки и стали твёрдыми челюстями, а хрящ между ними образовал сустав, позволяющий открывать и закрывать рот. У потомков рыб, в том числе и у нас, сформировались более совершенные суставы, позволяющие жевать. А кости основания челюсти вместе со старыми суставами сильно уменьшились и «зашли» внутрь черепа. Из них состоит наше среднее ухо - аппарат передачи звуковых колебаний в мозг (рис. 35.6). Зубы, оказывается, гомологичны чешуе, которая у акул покрывает всё тело, а на челюстях достигает внушительных размеров. Другие рыбы позднее «оделись» чешуёй другого типа - округлой, не режущей. Но во рту та же «акулья чешуя», слегка видоизменяясь, служит зубами у всех потомков. 19б Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые 35.6. Прошлое, настоящее и будущее рыбьих челюстей • Объясните происхождение и эволюцию челюстей. Рыба находит жертву даже в мутной воде Средний ряд чешуй на боку рыбы имеет поры, которые ведут в тонкий подкожный канал с чувствительными клетками. Это - боковая линия. Она воспринимает колебания воды с разных сторон и позволяет различать на расстоянии особенности течения, подвижные и неподвижные предметы. У рыб есть органы зрения, слуха, равновесия, вкуса, обоняния. В большинстве случаев они развиты лучше, чем у бесчелюстных. Глаза рыб имеют шарообразный хрусталик, который может отодвигаться в глубину глаза. Так происходит фокусировка изображения на сетчатке. Орган слуха замурован внутри черепа: звуковые колебания в плотной водной среде распространяются лучше, чем по воздуху, и не требуют дополнительного усиления. Органы вкуса - микроскопические вкусовые почки - у рыб есть не только во рту, но и на поверхности тела. Некоторые рыбы способны ощущать электрическое поле. Как можно догадаться, мозг рыб развит не хуже, чем органы чувств, - иначе они ни к чему. Их головной мозг состоит из пяти отделов, как и у других позвоночных (рис. 35.7). Особо надо отме- 35.7. Отделы мозга рыбы § 35-36. Рыбы - водные позвоночные 1197 тить развитие нервных центров, анализирующих информацию от каждого органа чувств, и мозжечка, координирующего движения рыб. Нервные волокна всех позвоночных устроены более совершенно, чем у беспозвоночных. Они покрыты белым изолирующим веществом - миелином. Благодаря этому нервный импульс «летит» в несколько раз быстрее и не рассеивается по дороге. Другие системы поддерживают активность хищника Пищеварительная система разделена на отделы (рис. 35.8). В желудке и кишечнике пища проходит специальную обработку с помощью желёз. Рыбы дышат жабрами - тонкими лепестками, покрывающими жаберные дуги. Они пронизаны густой сетью сосудов, через стенки которых кислород проникает в кровь, а углекислый газ - обратно в воду. Предки рыб прогоняли воду через рот и жаберные щели на ходу. Из современных рыб так поступают акулы. У большинства современных рыб (костные) жабры прикрыты костными крышками, отороченными кожным клапаном. Движение жаберных крышек создаёт постоянный приток воды (рис. 35.9). 35.9. Прокачивание воды через жабры с помощью жаберных крышек (фазы) • Как вода проходит через жабры? У рыб, как и у всех позвоночных, кровеносная система замкнутая (рис. 35.10). Движение крови обеспечивает сердце - сильный мускульный пульсирующий орган. Сердце рыб расположено с брюшной стороны тела позади головы и состоит из двух камер: предсердие принимает кровь, желудочек сокращается и выталкивает её вперёд. Сосуды, несущие кровь от сердца, называются ар- 198 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые териями. Крупнейшая из них - брюшная аорта - несёт кровь к жабрам. Обогатившись кислородом, кровь собирается в спинную аорту и течёт к голове и к хвосту, постепенно распределяясь по мелким артериям и капиллярам организма. Возвращаясь от клеток тела, кровь собирается по мелким сосудам в крупные и поступает обратно в предсердие. Сосуды, несущие кровь к сердцу, называются венами. Возвращаясь по венам, кровь проходит очистку в почках. Почки - главный орган выделения - тянутся под основаниями рёбер вдоль всей брюшной полости рыбы. Моча из почек по мочеточникам выводится вблизи анального отверстия. У пресноводных рыб концентрация солей в теле выше, чем снаружи. Поэтому вода стремится внутрь с пищей и через кожу, и основная задача почек - выкачивать лишнюю воду. Потерянные при этом соли улавливаются жабрами. У морских рыб - противоположные проблемы. Они выводят лишние соли и через почки, и через жабры. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Позвоночник, одновременно прочный и гибкий, стал основой строения животных, господствующих в биосфере. Он дал опору телу, возможность прикрепления и развития - мышцам и скелету, защиту -нервной системе. Рыбы эволюционировали как крупные хищники. Их основные приспособления - челюсти, органы движения и органы чувств - подкреплены развитием всех систем органов. § 35-36. Рыбы - водные позвоночные 1199 1. 2. 3. ' 4. 5. ' 6. 7. 8. ' М Позвоночник. Череп. Мозг. Двухкамерное сердце. Почки. Челюсти. Чешуя. Пояс конечностей. Боковая линия ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ Какие отличительные черты имеют позвоночные? Какое значение имеет возникновение позвоночника? Каковы основные приспособления рыб? Как и почему изменились системы жизнеобеспечения у рыб? Как происходит координация тела рыбы и её ориентация в среде? Можно ли сказать, что хорда у позвоночных превратилась в позвоночник? Как вы думаете, почему у круглоротых основным органом опоры остаётся хорда, хотя они относятся к позвоночным? Сравните рыбу и курицу на тарелке. У кого из них мускулатура прочнее прикреплена к скелету? 9. • Поработайте в паре: пусть один приводит примеры приспособлений рыб, которые стали основой для строения всех наземных позвоночных, а второй - специфических черт рыб. • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ а __ Скелет и покровы рыб 1. Разделите кости варёной рыбы по принадлежности к: отделам черепа; позвоночнику; конечностям; межмышечным костям. Опишите особенности их формы и назначения. Сделайте вывод о связи строения и функции костей. 2. Рассмотрите чешую рыбы под лупой, найдите место прикрепления к коже. Опишите физические свойства чешуи. Чем объясняется неоднородность её строения? 3. Посчитайте число колец годового прироста на чешуе и жаберной крышке. Если кольца выделены правильно, то оба числа соответствуют возрасту рыбы. 4. Подготовьте доклад, посвящённый изучению рыб. Сформулируйте в нём цели работы, используемые методы, выводы. При возможности используйте компьютер для подготовки презентации. 200 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые § 37. Жизненный цикл рыб ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Забота о потомстве у рыб проявляется, по крайней мере, в снабжении каждой икринки питательным веществом и выборе места для икрометания. Факт 2. Чем совершеннее забота о потомстве, тем менее плодовито животное. • Сравните факты. Предложите свой вариант основного вопроса параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Как рыбы приспособлены к жизни в воде? (§ 35-36) • Что такое половое размножение? (6, 7 класс, § 9) • Почему у одних видов рождаются миллионы потомков, а у других - единицы? (Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Для рыб характерно наружное оплодотворение • Как наружное оплодотворение связано с жизнью в воде? Рыбы, как и все хордовые, размножаются половым путём. Большинство рыб раздельнополы (рис. 37.1). В яичниках самок созревает икра (яйцеклетки в оболочке), а в семенниках самцов -молоки (семенная жидкость со сперматозоидами). Половые железы открываются наружу отдельным отверстием рядом с анальным. Во время нереста самка вымётывает икру, а самец - молоки. Сперматозоиды проникают в икринки и сливаются с яйцеклетками. Так происходит наружное оплодотворение, характерное для рыб. Предшественники рыб - сидячие и малоподвижные беспозвоночные - рассеивали вокруг себя половые продукты, рассчитывая на их случайную встречу с половыми продуктами особи другого пола. В отличие от них, у рыб самцы и самки активно разыскивают друг друга. Это значительно увеличивает успешность оплодотворения. 37.1. Половые железы сельди § 37. Жизненный цикл рыб 1201 У акул и скатов, образующих обособленный класс животных, органы размножения получили иное, более прогрессивное развитие. Особенности строения позволяют им внутреннее оплодотворение: самец вводит молоки в половые пути самки. Самки откладывают крупные, хорошо защищённые яйца или рождают живых детёнышей. Брачное поведение • Зачем брачное поведение при наружном оплодотворении? Самцы и самки стайных рыб похожи. У некоторых одиночных рыб, наоборот, пол хорошо различим (рис. 37.2). Это явление называется половым диморфизмом. Ярко окрашенные самцы гуппи охраняют заросли растений, богатые кормом. Своим видом и поведением они предупреждают других самцов, что место занято, и оповещают самок, что их здесь ждут. Самки гуппи крупнее самцов и имеют покровительственную окраску. Их тело служит «инкубатором» для мальков. Самец трёхиглой колюшки (рис. 37.3) строит на своей территории из водорослей шарообразное гнездо с двумя входами, скрепляя его клейкими выделениями желёз. С самцами, подплывающими к гнезду, он вступает в драку. Исход драки зависит не от силы соперников, а от готовности хозяина «стоять до последнего»: чем ближе к гнезду, тем больше вероятность его победы. Самок он приглашает в гнездо специальными позами и движениями. Самка вымётывает икру в гнездо и уплывает, а самец тут же оплодотворяет икру и принимается зазывать следующую самку, пока гнездо не наполнится икрой. Пока горбуши живут стаями в море, пол рыб трудно различим. Но по мере созревания половых желёз самцы приобретают брачный наряд (рис. 37.4). Само существование брачного наряда 37.4. Окраска самца горбуши 37.2. Гуппи 37.3. Трёхиглая колюшка у гнезда 202 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые доказывает, что таким образом более ярким самцам удаётся добиться расположения самки, отогнать соперников и оставить больше потомства, в котором самцы будут тоже яркими, а самки - неравнодушными к яркой окраске. Дальше всего зашёл половой 37.5. удильщики диморфизм у глубоководных удильщиков. Их самцы имеют карликовые размеры, прирастают ртом к телу самки и питаются за её счёт (рис. 37.5). Все эти приспособления поддерживаются отбором потому, что они увеличивают успешность оплодотворения. Вместе с тем развитие икринок вне тела матери приводит к их высокой смертности. Массовая гибель икринок компенсируется большой плодовитостью рыб. Плодовитость или забота? • Чем хороша высокая плодовитость? Чем хороша совершенная забота о потомстве? В открытом море самки мечут миллионы икринок. Рекордное количество - 300 млн - откладывает луна-рыба. Икра, отложенная на дно или прикреплённая к растениям, имеет больше шансов сохраниться, но, чтобы продолжить род, каждая самка всё же должна оставить сотни тысяч икринок. Существенно ниже плодовитость лососёвых рыб, которые закапывают икру под слой гальки на быстром течении и охраняют её несколько дней. Горбуша, например, откладывает 1-2 тыс. икринок. А трёхиглая колюшка откладывает в гнездо лишь около 100 икринок. При этом самец обмахивает их плавниками, снабжая дополнительным кислородом до вылупления. Почему же не все рыбы заботятся о потомстве? Дело в том, что у большинства видов родители сами каждый час рискуют быть съеденными. Такая забота была бы для них не просто обременительной, а смертельно опасной. Кроме того, строение рыб не даёт возможности проявить заботу о потомстве так, как это могут, например, звери: молока у них нет, приносить планктон для мальков нечем, а обогревать их незачем. Единственное, что рыбы могут, - это обеспечить икринку питательными веществами. Но для § 37. Жизненный цикл рыб 1203 37.6. Тиляпия 37.7. Морской конёк • В чём причина низкой плодовитости этих рыб? многих морских видов счастливое совпадение обстоятельств, в которых икринка уцелеет и этот запас понадобится зародышу, -настолько большая редкость, что обычно количество икринок важнее их качества. Акулам мир представляется совершенно иначе. Они настолько хорошо «вооружены», что ничем не рискуют, долго вынашивая потомство и рождая его уже более зрелым. Так же мало - но по другой причине - рискуют всем известные живородящие меченосцы и гуппи. Они живут в реках, в травяных зарослях, где угроза хищников значительно ниже. В море такие условия бывают лишь на больших глубинах. И, действительно, там обитает живородящий морской окунь. Вся жизнь - борьба Какая польза от дальних нерестовых миграций? Запас питательных веществ в икринке позволяет мальку «встать на ноги» - начать самостоятельно питаться (рис. 37.8). Пища мальков иная, более мелкая, чем у взрослых. Вырастая, мальки постепенно приобретают облик взрослой рыбы. 37.8. Развитие рыбы • Почему меняется форма тела малька? 20^ Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые 37.9. Чешуя рыбы • Сколько лет этой рыбе? В отличие от нас, рыбы растут в течение всей жизни. Зимой, когда условия хуже, рост замедляется. Поэтому на чешуе можно различить кольца годичного прироста и определить возраст рыбы. Знание возраста важно для того, чтобы следить за состоянием промысловых рыб. Рыбы вступают в размножение не раньше чем нагуляют достаточно жира для созревания половых продуктов. А иногда и позже, и вот почему. В морях условия жизни более постоянны, запасы пищи богаты и разнообразны. Но где много потребителей, там много и хищников. Такие условия благоприятны для взрослых рыб, но опасны для мальков. Поэтому многие виды решают проблему размножения не увеличением количества икры, а поиском мест, благоприятных для жизни мальков. Одни находят такие места в морских глубинах (угорь), другие - на прибрежных отмелях (треска), третьи - в реках, иногда за тысячи километров от моря (лососи). Так, дальневосточные лососи - кета, горбуша - летом и осенью сплошной массой заходят в устья рек и поднимаются по ним до самых верховьев, преодолевая водопады и мелководья (рис. 37.10). Чтобы пройти этот путь, они растрачивают накопленные жировые запасы, а после нереста истощаются и погибают. Мальки же успен1но развиваются в ^ ^ ^ прозрачных ручьях и на сле- дующее лето, уже окрепшие, выносятся в море. Там они вырастают и несколько лет готовятся к своему единственному, опасному, но необходимому путешествию к местам нереста. Рыбы, совершающие нерестовые миграции из морей в реки, называются проходными. § 37. Жизненный цикл рыб 1205 ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Для рыб характерно наружное оплодотворение. Его успешность достигается путём брачного поведения. Большая смертность икры компенсируется плодовитостью рыб, элементами заботы о потомстве, нерестовыми миграциями. Наружное оплодотворение. Яичники. Семенники. Половой диморфизм. Брачный наряд. Проходные рыбы 1. • 2. • 3. • 4. • 5. • 6. • 7. • ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Как происходит оплодотворение у рыб? Какими способами достигается успешность оплодотворения? В чём проявляется забота о потомстве у рыб? Как различаются роли самца и самки в брачном поведении рыб? Почему большинство рыб чрезвычайно плодовито? У каких рыб не удаётся определить возраст по чешуе? Почему? Какие причины могут задерживать начало размножения у некоторых рыб? 8. • Поработайте в паре: пусть один доказывает важную роль плодовитости у рыб, а второй - заботы о потомстве. 20б Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые § 38-39. Разнообразие рыб ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Саша: Всем хороша речная рыба, но замучаешься вытаскивать множество мелких косточек, не соединённых со скелетом. Ира: Морская рыба лучше: большую часть костей можно удалить вместе с позвоночником. Митя: Осетровые - самые вкусные, и костей немного, но... дорогие. Люда: Хорош суп из акульих плавников, там просто нет никаких костей, но тоже дорого. • О чём беседуют ребята? Как вы думаете, имеет ли отношение их спор к систематике рыб? Предложите свой вариант основного вопроса параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что служит рыбам основой скелета? (§ 35-36) • Какие у рыб приспособления к жизни в воде? (§ 35-36) • Какой образ жизни вели древние рыбы? (§ 35-36) • С чем связаны различия между видами? (§ 3, жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Хрящевые рыбы: древние и новые • Что отличает хрящевых рыб от костных? Рыбами называют животных двух различных классов: хрящевых и костных рыб. К первым относят акул и их родственников с хрящевым скелетом, ко вторым - остальных рыб, у которых хрящи во время развития замещаются костной тканью. Хрящевые рыбы - более древний класс, но это не означает, что костные рыбы превосходят их во всех отношениях. Скелет хрящевых рыб с возрастом хоть и не превращается в кость, зато укрепляется отложением известковых солей и достигает большой твёрдости. Другие преимущества позволяют им преодолевать некоторые недостатки строения. Акулы освоили «специальность» верховного хищника в водных экосистемах. Их жизнь - постоянное движение (рис. 38.1). Но самая большая акула - китовая - не хищник, а питается планктоном. Её длина достигает 20 м, а яйцо - более полуметра! § 38-39. Разнообразие рыб 1207 Основные различия хрящевых и костных рыб Признаки Хрящевые рыбы Костные рыбы Чешуя Из дентина и эмали Из тонких костных пластин Скелет Хрящевой В основном костный Органы дыхания 5-7 пар жаберных мешков 4 пары жабр на дугах Способ дыхания Пассивное, в движении Жаберными крышками Плавучесть создают Жир печени, плавники Плавательный пузырь Плечевой пояс Цельный, мощный Раздельный, слабый Сердечные мышцы Желудочек, начало аорты Только желудочек Передний отдел мозга Хорошо развит Просто устроен Органы размножения Усложнены Просто устроены Оплодотворение Внутреннее Наружное Развитие зародыша В крупном яйце или в теле самки Обычно в мелкой икринке во внешней среде Какие преимущества дают признаки, выделенные цветом? 38.1. Схема движения акулы • Какие силы помогают акуле оторваться ото дна? Скаты (рис. 38.2) питаются донными моллюсками и ракообразными, перемалывая их массивными тупыми зубами. Их тело распластано по дну, а для движения служат грудные плавники. На глубинах более километра живут химеры (рис. 38.3) - наиболее примитивная группа хрящевых. 38.2. Морской дьявол 38.3. Морская кошка 208 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Костные рыбы - основная ветвь эволюции • В чём главное преимущество костных рыб? Первоначальная специализация рыб как главных хищников была важна для выработки их «принципиальной схемы». Преимущества костных рыб - прежде всего, их способ дыхания с помощью жаберных крышек, не требующий постоянного движения, - позволили им освоить менее «кровожадные» экологические специальности и расширить область обитания. Так возникли 4 подкласса рыб: костно-хрящевые, лучепёрые, двоякодышащие и кистепёрые. Костно-хрящевые рыбы - речные «динозавры» • Почему костно-хрящевые рыбы относятся к костным, а не хрящевым? (Сравните их способ дыхания.) Эти рыбы, широко распространённые в эпоху господства ящеров, почти не изменились с тех пор. Внешне они напоминают акул: длинное рыло, рот снизу, такие же горизонтально расположенные грудные плавники и асимметричные лопасти хвоста (рис. 38.4). ,38.4. Осетрообразные Внутренний скелет хряще- вой, но снаружи видны накладные кости черепа, жаберные крышки и «жучки» - ряды острых костных пластин на теле. Образ жизни вполне мирный: их беззубый выдвигающийся рот предназначен для питания илом и мелкими донными беспозвоночными. Все современные виды костно-хрящевых относятся к отряду осетрообразных. Из них большинство составляет наше национальное достояние. Почти все осетровые - проходные, то есть растут в морях или низовьях рек, а нерестятся в верховьях. Икра осетровых - чёрная. Она содержит пигмент меланин, защищающий от ультрафиолета и маскирующий икру на дне. На зиму осетровые скапливаются в глубоких речных ямах, где проводят несколько месяцев почти без движения. Их уровень обмена снижается, тело покрывается слизью. Все виды начинают размножение поздно: белуга - только с 15-20 лет, с перерывами в 2-4 года. Известны белуги, дожившие § 38-39. Разнообразие рыб 1209 до 100 лет и более. Строительство плотин на реках и браконьерский вылов угрожают осетровым вымиранием. Лучепёрые рыбы - основа водных экосистем • Какие группы рыб относят к лучепёрым? В дополнение к костному скелету и эластичным покровам у лу-чепёрых рыб грудные плавники расположены вертикально, а оторочка жаберной крышки у них укреплена костными лучами. Такая конструкция оказалась настолько удачной, что позволила освоить большое разнообразие экологических ниш, потеснив при этом многих других животных. Они населяют всю толщу океана до самых больших глубин, водятся и в промерзающих водоёмах тундры, и в горячих источниках, и в лишённых света подземных водах. Лучепёрые объединяют около 95% современных видов рыб. Рассмотрим лишь некоторые отряды и их представителей. К отряду сельдеобразных относится океаническая сельдь. Окраска её, как и многих других рыб, - маскирующая. Тёмная синеватая спинка незаметна на фоне морской пучины, а серебристое брюшко - на фоне блестящей водной поверхности. Сельдь питается планктоном и держится большими стаями в открытом океане (рис. 38.5). Экологическая ниша - узкая «специальность» вида в пределах его «профессии» в экосистеме. Включает все экологические связи вида с условиями обитания и другими членами экосистемы. 38.5. Охота акулы на стаю сельди Стайная жизнь помогает кормиться и спасаться от хищников. Если рыбы одновременно бросаются «врассыпную», то хищник на секунду приходит в замешательство: за какой погнаться? Этого бывает достаточно, чтобы от него избавиться хотя бы на время. Движения членов стаи великолепно скоординированы благодаря органам боковой линии и слуха. Рыбы общаются разнообразными, но тихими звуковыми сигналами. Громче не нужно: ведь вода отлично проводит звук на большие расстояния. Лососеобразные (рис. 38.6) приспособлены к суровым условиям Севера. В поисках корма они вынуждены много перемещаться, а для этого нужно много кислорода. В холодной воде растворяется значительно больше кислорода, чем в тёплой. Поэтому лососи любят холодную воду. Мы уже знаем о них как о проходных ры- 210 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые 38.6. Лососеобразные бах. Но в северных реках есть и оседлые виды, например таймень. Более того, европейский проходной лосось кумжа, попадая в озёра, образует там карликовую оседлую форму - форель. Карпообразные (рис. 38.7) приспособлены к хорошо прогреваемым и богатым кормом водоёмам средней полосы. Карась, например, поражает своей жизнестойкостью. Он может выдерживать температуру 40 оС и концентрацию кислорода в 20 раз меньшую, чем необходимо для тайменя. Зарывшись в ил, он может проводить зиму в водоёмах, промерзающих до дна. Температура его тела при этом близка к точке замерзания. Рыбы из семейства карповых включают виды, которые чаще других попадают на удочку в пруду, в озере или небольшой речке. Отличаются крупной гладкой чешуёй и отсутствием зубов во 38.7. Карпообразные и сомообразные § 38-39. Разнообразие рыб 1211 рту. Правда, подобные зубам образования есть глубже, на жаберных дугах. Карповые питаются мелкими донными или плавающими животными и растительными остатками. Толстолобик -один из немногих чисто растительноядных видов среди рыб. Усатый донный обитатель - сом - относится к особому отряду сомообразных (см. рис. 38.7). Это хищные рыбы с острыми зубами, но без чешуи. Сомы по весу могут достигать более 300 кг. Отряд угреобразные (рис. 38.8) включает речного угря, замечательного во многих отношениях. Угри населяют реки Европы. Благодаря форме тела они могут передвигаться по суше. В сырую погоду или ночью, по росистой траве, они способны проползти несколько километров и расселиться в бассейн соседней реки. Первые три года жизни личинки угрей живут в море и до того не похожи на взрослых, что их относили к другому семейству. Лишь сто лет назад установили, что угри мечут икру в Саргассовом море, у Бермудских островов, на глубине около 1 000 м, а затем погибают. Личинки поднимаются на поверхность и попадают в течение Гольфстрим, которое за три года выносит их к берегам Европы. Превратившись во взрослых, они поднимаются в реки, где проводят большую часть жизни. Как же угри находят дорогу к нерестилищу? Оказывается, это место - самое солёное в Атлантике. Вкусовые рецепторы улавливают тонкие различия солёности, и угри плывут в сторону более высокой концентрации. 38.8. Угреобразные Другие виды угрей - глубоководные рыбы. Чтобы выдерживать гигантское давление на дне океана, их ткани имеют особое строение. Поскольку на дно океана свет не проникает и жизнь растений невозможна, вся пища поступает из верхних слоёв в виде мёртвой органики. Поэтому глубоководные рыбы - либо хищники, либо мертвоеды. Глаз у них либо нет вовсе, либо они такие большие, что улавливают слабое свечение других организмов. 212\ Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые 38.9. Щука • Как объяснить раскраску боков щуки? Щуку - самого прожорливого хищника наших водоёмов - относят к отдельному отряду щукообразных (рис. 38.9). Заострённый, удлинённый силуэт щуки, с плавниками, сдвинутыми назад, говорит о её способности к резким броскам на жертву из засады. В отличие от многих других хищников, она начинает питаться рыбой ещё при длине тела 25 мм. Обширный отряд окунеобразных (рис. 38.10) - один из наиболее молодых и прогрессивных. В него входят рыбы с колючими плавниковыми лучами, зазубренной чешуёй и весьма разнообразной биологией. Тунец - житель океанских просторов - способен развивать скорость до 90 км/ч. Скорпена, обитающая в тёплых морях, как хищник может обманывать жертву с помощью расчленяющей окраски. Маленькая тропическая рыбка брызгун живёт в затопленных лесах, где сшибает со свисающих веток насекомых струёй воды изо рта. 38.10. Окунеобразные 38.11. Камбала «прячется» К отряду трескообразных принадлежат ценные промысловые виды - треска и налим. Очень жирная печень этих рыб богата витаминами A и D, из неё получают рыбий жир. Отряд камбалообразные объединяет донных рыб. Личинки всех видов камбал напоминают личинки других рыб. • Что даёт такое приспособление? § 38-39. Разнообразие рыб 1213 Но по мере взросления они уплощаются с боков и ложатся на дно. При этом глаза «переползают» на верхнюю сторону. Нижняя сторона белеет, а верхняя способна изменять свою окраску под цвет дна (рис. 38.11). • Прочитайте текст двух следующих рубрик и объясните, почему двоякодышащих и кистепёрых так мало в наше время. Двоякодышащие рыбы - «изобретатели» лёгких Ещё в палеозое костные рыбы, по обилию хрящей в скелете близкие к акулам, смогли освоить мелеющие, но богатые кормом пресные водоёмы в засушливых областях планеты. Они были всеядны и дышали жабрами. Но на случай пересыхания водоёмов эти рыбы имели два приспособления: угреобразное тело, способное переползать по грязи в соседние лужи, и лёгочные пузыри -для дыхания воздухом, когда жабры пересыхают. Судя по всему, эти лёгочные пузыри, опутанные кровеносными сосудами, гомологичны лёгким всех четвероногих. Несколько видов подкласса двоякодышащих сохранилось до наших дней; протоптерус - один из них (рис. 38.12). Кистепёрые рыбы - предки земноводных Сходные по строению лёгочные пузыри были обнаружены у других ископаемых обитателей мелководий - кистепёрых рыб. Они близки к двоякодышащим, но имеют своеобразную толстую костную чешую, а хрящи их скелета в большей степени замещены костями. И что самое главное, их парные плавники превращены в мясистые, сгибающиеся лопасти (рис. 38.13). Они имеют отдельную мускулатуру и кости, гомологичные плечу, предплечью и кисти. Предполагают, что кистепёрые были многочисленными хищниками в водоёмах каменноугольного периода. Часто испы- 38.12. Протоптерус 38.13. Плавник кистепёрой рыбы 214 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые тывая недостаток кислорода, они поднимались к поверхности набрать воздух в свои примитивные лёгкие. Конечности служили им не только для гребли, но и для того, чтобы в воде пробираться сквозь густую растительность, перелезать через упавшие стволы. Каково же было удивление учёных, когда в 1938 г. сотрудница одного из музеев в Южной Африке, мисс Латимер, обнаружила у местных рыбаков неизвестную рыбу с необычными плавниками! К сожалению, сохранилась только её шкура. По ней и был описан первый современный вид кистепёрых, названный латимерией. Несмотря на упорные поиски, второй экземпляр этого вида был пойман лишь через 14 лет. Кистепёрые рыбы дали начало первым наземным позвоночным. Позднее большинство из них вымерло, а другие ушли в глубины моря. Латимерия принадлежит к остаткам этой группы (рис. 38.14). 38.14. Латимерия ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Эволюция рыб шла по пути укрепления скелета и формирования приспособлений к различным условиям водной среды. В современном мире достигли расцвета лучепёрые рыбы. Строение кистепёрых рыб создало предпосылки для начала освоения суши. Хрящевые рыбы. Костные рыбы ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Как рыбы относятся к температуре воды? 2. • Какие преимущества даёт строение хрящевых рыб? 3. • Какие признаки костных рыб свидетельствуют об их прогрессе? 4. • Назовите основные подразделения классов рыб и их представителей. 5. • Почему хрящевые рыбы не вытеснены костными, но и не столь разнооб- разны, как они? 6. • Какие приспособления позволяют рыбам обитать в крайних условиях су- ществования? Подтвердите примерами. 7. • Приведите примеры пищевой специализации рыб. § 40. Рыбные ресурсы 1215 § 40. Рыбные ресурсы ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Ещё лет 30 назад рыба, в среднем, была гораздо дешевле мяса. Факт2. На наших глазах цены стремительно выравниваются. • Почему рыба дорожает? Предложите свои версии. Как вы думаете, о чём пойдёт речь в параграфе? Сформулируйте свой вариант вопроса и сравните с вариантом авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое круговорот веществ в экосистеме? (3, 5 класс) • Как поддерживается равновесие в природе? (3, 5 класс) • На каком этапе жизненного цикла рыб их смертность наиболее высока? (§ 37) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Рыба - бесценный источник пищи • Почему многие люди предпочитают рыбу? Народонаселение Земли превышает 7 млрд человек. Для полноценного питания каждый из них, наряду с растительной, должен есть и животную пищу. Эту потребность в расчёте на одного жителя Земли способно обеспечивать стадо из 5 домашних животных размером с овцу. Большую часть суши покрывают вечные льды, горы, пустыни, непроходимые леса и болота. Сельскохозяйственные угодья составляют около 30% поверхности суши, причём только 5% из них используются для производства растительных продуктов, а остальные 25% нужны для выращивания животной пищи - коров, свиней, кур и т.д., включая корма для них. Если хотя бы пятую часть животной пищи в рационе человека заменить на рыбу, то земля, освободившаяся из-под пастбищ, обеспечила бы растительной пищей ещё 6 млрд человек. В Японии, где плотность населения чрезвычайно велика, на одного человека приходится в среднем лишь пол-овцы. Мясо в пищевом рационе японцев в значительной мере заменено на морские продукты. Вероятно, в недалёком будущем такие же изменения ожидают и остальную часть человечества. Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Чудо-экосистемы • Как в морской экосистеме выполняется закон сохранения массы энергии? В наземной экосистеме пищевая цепь выглядит примерно так. 40.1. Пример пищевой цепи на суше В морской экосистеме обычная пищевая цепь выглядит иначе. 40.2. Пример пищевой цепи в океане Принципиальная разница заключается в ничтожной биомассе морских производителей. Дуб - огромное растение, живущее сотни лет. На каждый 1 м2 леса приходится несколько килограммов веток и листьев дуба, производящих органическое вещество. Фитопланктон - микроскопические, в основном одноклеточные водоросли. На каждый 1 м2 поверхности их приходится несколько граммов, так что они лишь слегка изменяют цвет воды, не нарушая её прозрачности. Их жизнь недолговечна, но способность размножения огромна. Произведённое органическое вещество не накапливается в одноклеточном организме, а передаётся потомкам, которые ежеминутно становятся кормом мелких морских рачков. Фитопланктон - как сказочный горшочек каши, способный накормить весь город. В результате 1 м2 моря (точнее, столб воды под ним) производит за год примерно столько же органического вещества, сколько 1 м2 леса или луга на суше. Водные экосистемы производят почти половину всего органического вещества на нашей планете. § 40. Рыбные ресурсы 1217 Таким образом, в отличие от наземных морские экосистемы состоят в основном из потребителей, то есть животных. Мелкие животные - зоопланктон - тоже быстро размножаются и становятся добычей. Более крупные животные «создают» своё тело в течение долгой жизни, поэтому они образуют основу биомассы в экосистеме. Среди донных животных существенную часть составляют беспозвоночные. абсолютно преобладают среди плавающих животных среднего и крупного размера. Вот почему рыбный промысел так важен для человека. Как ловят рыбу • Почему закон ограничивает орудия любительской ловли рыбы? К промышленным способам лова рыбы относятся те, которые приносят наибольший улов. Потребителей планктона, плавающих у поверхности океана (сельдь, кильку), ловят с помощью соединённых друг с другом плавных сетей, достигающих длины 1 км. Хищные виды рыб, обитающие на глубине (треску, камбалу, морского окуня), ловят тралом, который тянет за собой траулер (рис. 40.3). 40.3. Орудия лова • В чём преимущества и недостатки каждого из этих орудий лова? Чтобы сохранить добытую рыбу, её надо обработать как можно скорее. Для этого вместе с рыболовецкими судами в море выходит плавучий рыбозавод. На нём пойманную рыбу можно засолить, закоптить, завялить, законсервировать. Самый универсальный способ сохранить рыбу - это подвергнуть её глубокой заморозке. Поэтому современные рыболовецкие суда имеют мощные холодильные установки. 218 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Где ловят рыбу • Где ловится особенно много рыбы? Экономически выгоден только массовый лов рыбы. Поэтому стайные виды более пригодны для промысла, чем одиночные; обитающие в толще воды - больше, чем донные виды; период нереста пригоден больше, чем другое время года; моря -больше, чем реки, а прибрежные районы -больше, чем открытый океан. В холодных полярных районах производительность морских экосистем невысока из-за недостатка тепла, а в тропических - из-за недостатка кислорода. Основные районы промысла находятся в умеренных широтах Северного и Южного полушария. Наибольшие уловы рыбы поступают к нам издалека. В шельфовой (мелководной) северной части Атлантического океана ловят сельдь, треску, серебристого хека. Из приантарктических районов привозят нототению и ледяную рыбу. 40.4. П]ромысловые виды рыб В прибрежных водах на северо-западе России ведут промысел морского окуня, камбалы, сёмги (рис. 40.4). На Дальнем Востоке, кроме сельди и трески, добывают горбушу, кету, минтая, сайру. В дельте Волги и Каспийском море находятся основные запасы осетровых, сазана, сома, леща, воблы. Из Азовского и Чёрного морей к нам на стол попадают судак, кефаль, ставрида, скумбрия. В реках отлавливают в 10 раз меньше рыбы, но именно на реки приходится бс)льшая часть добычи ценных проходных видов: осетровых, лососёвых и их икры, «чёрной» и «красной». Как сохранить рыбные ресурсы? • Как происходит одомашнивание и полувольное разведение рыб? Неумеренный лов рыбы - перепромысел - приводит к сокращению рыбных ресурсов. Чтобы этого избежать, учёные исследуют состояние промысловых популяций рыб, изучают их возрастную структуру. Для восстановления численности иногда бывает необходимо прекратить вылов определённого вида рыб, изменить орудие лова, место или время промысла, взять под особую охра- § 40. Рыбные ресурсы 1219 ну нерестилище. Ещё больший вред наносит загрязнение океана. Особенно опасны аварии танкеров, приводящие к образованию нефтяной плёнки на воде. Она препятствует растворению кислорода в воде и ведёт к гибели всего живого. Для увеличения численности проходных рыб применяют искусственное разведение. Самок и самцов отлавливают на пути к нерестилищам и осторожно выдавливают их половые продукты в общую ёмкость, где происходит оплодотворение. Затем икру помещают в бассейны с водой, богатой кислородом. Мальков, готовых к самостоятельной жизни, выпускают в реку. Так удаётся почти в 10 раз уменьшить смертность рыб в самый трудный для них период. Среди рыб есть и домашние животные. Это, прежде всего, карп (рис. 40.5). Его дикий предок сазан населяет пресные водоёмы юга Европы. Карп весьма плодовит и неприхотлив. Прудовое хозяйство, в котором разводят карпов, включает целый каскад прудов: в одном созревает икра, в другом выводятся мальки, в третьем рыба подрастает, в четвёртом - зимует. 40.5. Карпы ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Рыбы составляют основу биомассы многих водных экосистем. Замена мясных продуктов в питании человека на рыбные позволяет экономнее использовать наземные угодья. Большая часть улова рыбы приходится на умеренные прибрежные районы морей и океанов. Перепромысел и загрязнение океана сокращают запасы рыбы. Поэтому промысел необходимо регулировать. Искусственное разведение и одомашнивание рыб помогает сберегать их запасы. Трал. Перепромысел. Прудовое хозяйство ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • Какую роль играют рыбы в водных экосистемах? 2. • Где и как ловят рыбу? 3. • Какие методы способствуют охране и увеличению рыбных ресурсов? 4. • Почему в морях добывают во много раз больше рыбы, чем в реках? 5. • Выскажите своё мнение по поводу будущего рыболовства и разведения рыб. 6. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. м 22^ Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые § 41 -42. Земноводные - первые наземные позвоночные ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Миша: Хорошо земноводным: они везде себя чувствуют как дома. Биолог: Это не совсем правда. В воде они живут хуже рыб, а на суше - хуже других наземных позвоночных. • В чём заблуждается Миша? Сформулируйте свой вариант вопроса к параграфу и сравните с вариантом авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИИ • В чём различие дыхания кистепёрых и двоякодышащих рыб? (§ 38-39) • Как устроены конечности кистепёрых рыб? (§ 38-39) • Чем жизнь на суше лучше жизни в воде? (§ 26-27, жизненный опыт) • Что значит «амфибия»? (Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и рисунков ответьте на следующие вопросы. 1. Что привлекало первых позвоночных на суше? 2. Как земноводные приспособились к действию силы тяжести на суше? 3. Какие способы дыхания используют земноводные? 4. Какие изменения произошли в кровеносной системе земноводных? Почему позвоночные вышли на сушу? Так уж устроены живые организмы, что пытаются занять всю пригодную среду обитания. Естественный отбор не щадит тех, кто приспособлен к среде хуже других. Для таких организмов единственный путь - найти новую среду обитания и источники пищи, к которым ещё не приспособился никто. В середине палеозоя сосудистые растения образовали заросли над водой вдоль берегов водоёмов (рис. 41.1). Первыми эти заросли заселили растительноядные животные - членистоногие. Они послужили новым источником пищи, который привлёк позвоночных. Первые из них, вероятно, просто питались червями, членистоногими и их личинками. Среди кистепёрых рыб, которые были тогда многочисленной и разнообразной группой, получили преимущество такие формы, которые могли жить в гуще зарослей и легко перебирались из одного водоёма в другой. § 41-42. Земноводные - первые наземные позвоночные 1221 41.1. Древнейшие леса стояли «ногами» в воде Две проблемы Все водные организмы на суше сталкиваются с двумя основными неприятностями: силой тяжести и иссушением (рис. 41.2). Первая лишает возможности передвигаться, вторая приводит к высыханию поверхностного слоя клеток с потерей их функций. Все клеточные реакции обмена веществ - это взаимодействие водных растворов. В высохших клетках обмен веществ прекращается. Кистепёрые рыбы были готовы преодолевать эти затруднения в «аварийных ситуациях». Земноводные, или амфибии, стали первыми позвоночными животными, решившими эти две задачи комплексно. Они смогли выбираться на сушу часто и надолго. 41.2. На суше надо преодолевать собственный вес • Что мешает выбраться на берег без помощи рук и ног? • Подышите ртом 3 мин. Как изменилась чувствительность нёба и языка? ЖИЗНЬ НА СУШЕ СИЛА ТЯЖЕСТИ Плоское тело Рычажные конечности Соединение с позвоночник Железистые покровы Второй круг кровообращения ИССУШЕНИЕ Дыхание лёгкими X е СТрёхкамерноеЧ _____сердце^ Какие ведущие и сопутствующие приспособления имеют земноводные? 222\ Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые 41.3. Ихтиостега Плоское тело Тело рыб обычно сжато с боков: это помогает плавать, изгибаясь. В воде силе тяжести противостоит выталкивающая сила, которая удерживает тело на плаву. Но когда на мелководье тело не помещается в толще воды, сила тяжести прижимает животное ко дну и сдавливает органы. Поэтому даже у самых первых земноводных, таких, как ихтиостега и стегоцефал (рис. 41.3-41.4), тело было приплюснуто сверху вниз. Это давало им преимущество для обитания на мелководье и переползания по мелким ручейкам в другой водоём. По той же причине брюхо мно- 41.4. Стегоцефал гих из них было защищено панцирем. Рычажные конечности Передвигаться по земле позволяют сильные конечности. Но этого мало. Каждый знает, как неудобно ходить, не сгибая колени. Чтобы ходить по суше, нужно уметь поднять и переставить ногу. Такую возможность дают рычажные конечности - система рычагов, связанных шарнирными суставами. Передние и задние конечности построены сходным образом: в них различают пять гомологичных отделов, хоть называются они по-разному (рис. 41.5). 41.5. План строения конечности земноводного Соединение с позвоночником Тело рыб «висит» в толще воды благодаря равенству силы тяжести и выталкивающей силы. У наземных позвоночных тело § 41-42. Земноводные - первые наземные позвоночные 1223 притягивается к земле и должно опираться на конечности. От способа соединения скелета тела - позвоночника - со скелетом конечностей зависят и прочность, и подвижность всего тела. Эту важную задачу выполняют пояса конечностей. Пояс задних конечностей, или тазовый пояс, образован сросшимися костями, которые «опоясывают» внутренние органы в задней части тела (рис. 41.6). По бокам они подвижно сочленяются с ногами, а сверху к ним прочно прирастает крестцовый позвонок. Основная тяжесть тела переносится на позвоночник, позвоночник давит на тазовый пояс, а тазовый пояс - на задние ноги. Пояс передних конечностей, или плечевой пояс, состоит из костей и хрящей, которые окружают внутренние органы на уровне груди и срастаются с грудиной (рис. 41.7). Он опирается на передние конечности. Сверху края плечевого пояса замыкаются не костями, а мышцами, на которых, как на пружинах, подвешен позвоночник. У земноводных впервые появилась шея, которая обеспечила им, в отличие от рыб, подвижность головы относительно тела. В связи с наземным образом жизни позвоночник разделился на 4 отдела: шейный, туловищный, крестцовый и хвостовой. Развитие мышц В мускулатуре земноводных преобладают специализированные мышцы. Каждая такая мышца концами прикрепляется к разным костям скелета так, что при сокращении эти кости работают как рычаги и выполняют движение (рис. 41.8). Так действуют конечности, челюсти, язык, дно ротовой 41.8. Мышцы бедра полости. От сегментированной муску- • Найдите мышцу-сгибатель и латуры низших хордовых у земновод- мышцу-разгибатель ноги ля-ных остались только мышцы туловища. гушки. 224 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Железистая кожа Рыба, выброшенная на берег, погибает даже раньше, чем успеет высохнуть. Дело в том, что жаберные лепестки образуют большую поверхность контакта капилляров с кислородной средой, но -только в расправленном виде, когда они промываются водой. На воздухе они слипаются друг с другом, как волоски кисточки для акварели. Между ними сохраняется вода, но не кислород. Только самые наружные лепестки в таком состоянии ещё могут получать кислород, но их слишком мало! Важное приспособление земноводных, позволившее им ненадолго покидать водоём, - голая кожа, пронизанная капиллярами. Она имеет большую поверхность и всегда расправлена. Кожей, пока она влажная, можно дышать, как жабрами, и в воде, и на суше. А она всегда влажная, потому что покрыта слизью, которую вырабатывают многочисленные кожные железы. Слизь обладает бактерицидными свойствами: защищает от бактерий. Проблемы дыхания Во время физической работы или бега мы дышим глубже. Рыба «продувает» жабры, хлопая жаберными крышками. А что делать лягушке? Кожного дыхания недостаточно для активной жизни на суше, а поверхность тела не растянешь. Земноводные комбинируют различные способы дыхания. Они дышат жабрами, поверхностью кожи, стенками полости рта и лёгкими. У большинства земноводных жабры есть только на стадии личинки, в том числе у головастиков, которые живут в воде и дышат растворённым кислородом. Позднее жаберные лепестки рассасываются, а жаберные щели зарастают. В это же время из впячивания в глубине нижней стенки глотки образуются складчатые мешки - лёгкие. Они гомологичны лёгочным мешкам кистепёрых, но не плавательному пузырю других рыб, который закладывается со спинной стороны. Все клетки кожи, участвующие в дыхании, оплетены сетью капилляров и увлажнены слизистыми выделениями. Для дыхания на суше важнее всего лёгкие и рот - замкнутые полости, внутри которых значительно легче поддерживать влажность. В сохранении влаги большую роль играют стенки дыхательных путей. Сухой вдыхаемый воздух увлажняется слизистыми оболочками носовой и ротовой полости. Более влажный выдыхаемый воздух, наоборот, оставляет на стенках часть влаги. Носовая полость служила рыбам § 41-42. Земноводные - первые наземные позвоночные 1225 41.9. Лягушка вдыхает ртом, а человек - грудью • В чём преимущество человека? для обоняния и открывалась только наружу. У земноводных носовая полость стала сквозной и служит дыхательным путём. Современные земноводные не имеют грудной клетки: их рёбра коротки. Чтобы сделать глубокий вдох, лягушка опускает нижнюю стенку ротовой полости («горло») и засасывает воздух через ноздри в рот (рис. 41.9). Тогда ноздри закрываются клапаном, ротовая полость сокращается, и воздух нагнетается дальше, в лёгкие. Происходит газообмен с кровью, и лягушка выдыхает отработанный воздух сначала сокращением грудных мышц, затем - ротовой полости. Лёгочное дыхание требует определённых усилий. Поэтому в состоянии покоя лягушка обычно довольствуется газообменом в полости рта. При этом заметно, как часто опускается и поднимается её «горло». У земноводных большая голова и широкий рот, так что места в нём немало. Второй круг кровообращения С тех пор как жабры перестали служить основным органом дыхания, роль жаберных артерий тоже изменилась. Передние артерии утратили капилляры и просто понесли кровь к органам. Эти артерии вместе с венами, которые, как и раньше, возвращают кровь к сердцу, составили большой круг кровообращения, разносящий кровь к органам. Задняя пара жаберных артерий превратилась в лёгочные артерии. Из них кровь расходится по капиллярам, обогащается кислородом и по лёгочным венам течёт прямо к сердцу. Эти лёгочные сосуды образовали отдельный, малый круг кровообращения, насыщающий 41Я0. Схема кровообращения земно-кровь кислородом (рис. 41.10). водных ^226 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Сосуды кожи земноводных работают как самостоятельная система снабжения кислородом. Они забирают кровь в начале лёгочной артерии, обогащают кислородом и собирают её в вену большого круга. Таким образом, если лягушка надолго нырнула в воду, кислород поступит с поверхности кожи в правое предсердие, а потом разнесётся ко всем органам, в том числе и к лёгким. Распределяющий клапан К голове К голове От кожи От органов От лёгких К лёгким К лёгким и коже Левое предсердие Желудочек Правое предсердие К другим органам_______ 41.11. Сердце лягушки Трёхкамерное сердце Венозная кровь поступает в правое предсердие (унаследованное от рыб). Богатая кислородом кровь из лёгких поступает в левое предсердие (рис. 41.11). Из обоих предсердий кровь выталкивается в третью сердечную камеру - желудочек, где артериальная и венозная кровь смешиваются. Сокращение желудочка посылает кровь в распределительную камеру, а оттуда - в артерии по двум кругам кровообращения: часть - к органам тела, а другую часть - в лёгкие. Интересно, что кровь в сердце земноводных смешивается не полностью (рис. 41.12). Желудочек качает кровь отдельными порциями (см. рис. 41.12, А). В начале каждого сокращения выходит бедная кислородом кровь, пришедшая из правого предсердия, затем перемешанная, а в конце - самая богатая из левого предсердия. По мере сжатия сердечной мышцы давление нарастает и последовательно отодвигает клапан, прикрывающий входы трёх пар сосудов. Ближайшая пара - лёгочные артерии - 41.12. Четыре фазы одного сердечного сокращения § 41-42. Земноводные - первые наземные позвоночные 1227 наполняется самой бедной кровью (см. рис. 41.12, Б). Затем смешанная кровь уходит к другим органам (см. рис. 41.12, В). Самая богатая кислородом кровь в конце сокращения попадает в дальнюю пару сосудов - к голове (см. рис. 41.12, Г). Всё-таки голова - самая важная часть тела! Что чувствуют земноводные Воздух прозрачнее воды, поэтому у земноводных ведущую роль приобретает орган зрения. Глаза лягушки большие, выпуклые, а хрусталик, наоборот, более плоский, так что она видит дальше, чем рыба. Снаружи глаза защищены парой век и мигательной перепонкой. Человеческий глаз устроен так, что в нём каждой точке поля зрения соответствует чувствительная клетка, нерв и клетка в коре головного мозга, так что изображение сразу попадает в мозг, как на экран, и там анализируется. У лягушки таких клеток мало: они едва позволяют ей различать контуры неподвижных предметов. Зато большинство клеток в её сетчатке имеет сразу два светочувствительных окончания (сходно устроен турникет в метро). Сравнивая множество точек изображения попарно, эти клетки моментально сообщают о величине, яркости и движении предмета. Лягушка «выстреливает» раскладным липким языком - и муха поймана (рис. 41.13). Принцип строения глаза лягушки используется службами безопасности в приборах секретного наблюдения. Земноводные имеют также органы обоняния, осязания и вкуса. Боковая линия сохраняется только у водных форм. Плотность тела рыб близка к плотности воды. Поэтому звуковая волна, распространяющаяся по воде, почти беспрепятственно входит в тело рыбы и достигает внутреннего уха. В воздухе звуковая волна отражается от плотного тела животного. Поэтому у земноводных появились барабанная перепонка, чувствительная к колебаниям воздуха, и костный аппарат проведения звука по слуховому проходу к внутреннему уху. «Материалом» для этого аппарата послужили остатки жаберной дуги и щели. Другие приспособления Жизнь на суше повлияла и на другие органы. Необходимость смачивания пищи во рту привела к появлению слюнных желёз. Органы выделения - почки - мало изменились. Но поскольку выделение через жабры на суше невозможно, ядовитый продукт выделения рыб аммиак превращается в почках земноводных 228 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые в менее ядовитую мочевину, которая выводится только по мочеточникам. Нервная система изменилась несущественно. В ней представлены те же отделы, но мозжечок, контролирующий движения, развит слабее. Действительно, земноводные медлительны по сравнению с рыбами. Ведь им пришлось перестроить систему дыхания, и снабжение клеток кислородом ещё далеко от совершенства. Но они завоевали новую среду обитания, где долгое время не имели врагов. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Земноводные обитают в мелких водоёмах и поблизости от них. Они выработали способ передвижения по суше и приспособились к дыханию атмосферным воздухом. Земноводные. Пояса конечностей. Лёгкие. Кожное дыхание. Малый круг кровообращения. Левое предсердие ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Что предшествовало и явилось предпосылкой освоения суши позвоночными? Какие свойства воздушной среды затрудняют освоение суши? Почему рыбы обычно уплощены с боков, а земноводные сверху вниз? Чем отличается нога от плавника? Почему конечности земноводных связаны с позвоночником? Как изменилось дыхание земноводных по сравнению с рыбами? Как изменилось кровообращение земноводных по сравнению с рыбами? Почему освоение суши позвоночными не произошло раньше или позже? Перечислите отличия земноводных от кистепёрых рыб. 10. • Как особенности кожи ограничивают образ жизни земноводных? 11. • Правда ли, что молоко дольше не скиснет, если в банку посадить лягуш- ку? Попробуйте найти ответ на этот вопрос в Интернете. 12. • Почему двоякодышащие не стали лягушками, а летучие рыбы - птицами? 41.14. План строения земноводного • В чём основные отличия земноводных от рыб? § 43. Дети водной среды 1229 § 43. Дети водной среды ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Земноводных много в тропических лесах. Факт 2 В сухих и северных странах очень мало земноводных. • Попробуйте объяснить распространение земноводных. Предложите свой вариант вопроса урока и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что позволяет земноводным жить на суше? (§ 41 -42) • Как размножаются рыбы? (§ 37) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на следующие вопросы. 1. • Какие стадии развития проходят земноводные? 2. • Как жизнь земноводных зависит от тепла и влаги? Размножение земноводных Травяная лягушка размножается в лужах с талой водой вскоре после снеготаяния. Самцы привлекают самок булькающими звуками. Их голос многократно усиливают резонаторы - кожные складки в углах рта, раздувающиеся пузырями. Яичники и семенники земноводных и рыб сходны. Наружное оплодотворение происходит в воде (рис. 43.1). Самец закрепляется на спине у самки, плотно обхватив её передними лапами. Утолщения на внутренних пальцах помогают сцепить лапы так, чтобы не упустить самку в течение нескольких дней. За это время самка выделяет до 3 000 икринок, а самец немедленно поливает их молоками. В результате оплодотворяются почти все икринки, и никому из земноводных не приходится метать их миллионами, как это часто бывает у рыб. Поэтому икринки могут быть крупнее, а значит, в каждой - больше запасов. 43.1. Икрометание лягушки 230 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Икринки покрыты прозрачной слизистой оболочкой, которая в воде сильно разбухает. Оболочки, как линзы, собирают лучи солнца и на несколько градусов нагревают икру, ускоряя её развитие. Развитие лягушки идёт по пути предков Верхняя, тёмная часть икринки постепенно превращается в голову и хвост зародыша, а нижняя, светлая часть - в брюшко. В нём находится желточный мешок с питательными веществами, который постепенно уменьшается. Через 8-10 дней из оболочки икринки выходит личинка - головастик (рис. 43.2). Он похож на рыбку не только внешне, но и по внутреннему строению. Для движения служит хвостовой плавник, для дыхания - ветвистые наружные жабры (вспомним морских кольчатых червей!). Роговыми скребками вокруг рта головастик добывает растительную пищу. Боковая линия помогает ориентироваться. Вскоре наружные жабры исчезают, их заменяют жаберные щели с лепестками, прикрытые кожной складкой. На этой стадии у головастика двухкамерное сердце и один круг кровообращения. Кислород поступает в кровь из жабр по трём передним дугам жаберных артерий, а также по кожной вене - с обширной поверхности хвоста. Основной продукт выделения, как у рыб, - аммиак. Через несколько недель начинается метаморфоз - превращение водной личинки в лягушонка, приспособленного к жизни на суше. Жабры зарастают, боковая линия исчезает, хвост постепенно укорачивается. Появляются конечности, из выпячиваний кишки формируются лёгкие, из четвёртой (задней) жаберной артерии - лёгочный круг кровооб-ращения^ И так далее, в соответствии с основными этапами эволюции земноводных. Отслужившие органы не «отваливаются» и не пропадают зря. Они разбираются на молекулы и уносятся кровью туда, где могут быть 43.2. Развитие использованы для «строительства» новых ор- травяной лягушки ганов. Какому закону подчиняется развитие травяной лягушки? § 43. Дети водной среды 1231 В холодную погоду развитие головастиков надолго затягивается, а рост почти останавливается. Но если вода тёплая и пищи в избытке, происходит быстрый рост, а метаморфоз откладывается. Американский тритон амбистома пошёл ещё дальше: он достигает взрослой стадии только при пересыхании водоёма. Его личинка живёт в воде и дышит наружными жабрами (рис. 43.3). Если воды и пищи достаточно, гормоны тормозят её развитие и вызывают половое созревание. Размножение на стадии личинки (неотения) явно имеет приспособительное значение. 43.3. Аксолотль - личинка амбистомы Активность зависит от тепла и влаги Травяные лягушки проводят лето в сырых, тенистых местах, на влажной почве, под росистым пологом травы. Их окраска тускнеет, кожа грубеет, слизь на ней становится более вязкой. Сидя неподвижно, они наблюдают за движениями вокруг, всегда готовые схватить подходящее по размеру насекомое, паука, червя. Наиболее активны лягушки в сумерках и ночью, когда влажность воздуха повышается и они не испытывают трудностей с дыханием. Днём их можно встретить в дождливую погоду. Реакции клеточного обмена веществ проходят с выделением тепла. Но у земноводных течение клеточных процессов не настолько активно, чтобы существенно повысить температуру их тела. Они, как и все низшие позвоночные, относятся к холоднокровным животным. Температура их тела полностью зависит от температуры среды. В сухом воздухе усиливается испарение с влажной поверхности их тела, и оно ещё больше охлаждается. Поэтому активная жизнь лягушек на суше ограничена периодом с температурой выше +10 °C. На зиму они прячутся на дне глубоких, непромерзающих прудов и ручьёв, где проводят многие месяцы в оцепенении, без питания и лёгочного дыхания. Влажные тропики - рай для земноводных В тропических лесах, где круглый год тепло и сыро, разнообразие класса земноводных наиболее велико. К отряду хвостатых амфибий относятся примитивные представители класса (рис. 43.4-43.5). Они сохраняют хвост, а многие -и жабры в течение всей жизни, которую проводят в воде. Кожное дыхание развито у них очень сильно. Безлёгочные саламандры совсем утратили лёгкие. Протей живёт в подземных водах, в 2Ъ2\ Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые полной темноте. Его кожа лишена пигментов, глаза скрыты под кожей, конечности недоразвиты, а наружные жабры сохраняются всю жизнь. Своеобразны безногие амфибии - червя-ги (рис. 43.4). Они живут в почве, лишены ног и действительно напоминают червей. У червяг внутреннее оплодотворение. В норах самки откладывают всего около 30 яиц, обвиваются вокруг них и обволакивают слизью, предохраняя от высыхания и других невзгод. Наиболее разнообразен отряд бесхвостых амфибий (рис. 43.4). Они заняли не только наземную среду обитания, но и древесный полог тропического леса. Некоторые древесные квакши откладывают икру в воду, скопившуюся в пазухах крупных листьев. Яванская летающая лягушка приспособилась планировать между деревьями, расправив перепонки между пальцами. Суринамская пипа замечательна тем, что откладывает икру себе на спину. Головастики развиваются тоже на спине матери, каждый в своей ячейке, а выбираются, только став лягушатами. Наши скромные защитники леса Из хвостатых амфибий почти по всей России встречается обыкновенный тритон (рис. 43.5). Тритонам свойствен половой диморфизм. Самцам их шикарный спинной плавник помогает дышать во время активных действий в сезон размножения. Летом тритоны продолжают водную жизнь, питаясь мелкими беспозвоночными, а на зиму выбираются на сушу и залезают под мох или в трещины земли. Из бесхвостых амфибий у нас, кроме травяной лягушки, встречаются и другие (рис. 43.6). Прудовая и озёрная лягушки живут в постоянных водоёмах - прудах, озёрах, тихих реках - и привязаны к ним круглый год. Именно их голос мы называем кваканьем. Задние ножки этих лягушек считаются деликатесом. 43.4. Хвостатые (протей), безногие (червяга) и бесхвостые (пипа) земноводные 43.5. Обыкновенный тритон § 43. Дети водной среды 1233 43.6. Бесхвостые амфибии Голоса жаб, серой и зелёной, напротив, напоминают приятную птичью трель. Жабы - наиболее сухопутные из земноводных, но их головастики тоже развиваются в воде. Они питаются слизнями и насекомыми, в том числе с неприятным запахом и вкусом, от которых отворачиваются другие потребители. В природе срок жизни земноводных редко достигает 10 лет, но известна серая жаба, прожившая в неволе 36 лет! Иногда в мае, проходя мимо пруда, удаётся услышать монотонные стоны. Существовало поверье, что так стонут души утоплен-ников_ Это жерлянки. Их удивительно красивое чёрно-оранжевое брюхо - предупреждение хищникам. При угрозе нападения жерлянка переворачивается вверх брюхом и выделяет едкую, ядовитую пену. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Размножение и развитие земноводных проходит в воде. При этом личинка в общих чертах повторяет превращения, пройденные предками. Земноводные требовательны к теплу и влажности среды, что ограничивает их распространение. Метаморфоз. Холоднокровность 1. 2. 3. 4. М 6. • 7. • 8. • ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Где и как размножаются земноводные? Какие условия предпочитают земноводные? Из чего состоит годовой цикл известных вам земноводных? Какую роль играют земноводные в экосистемах? 5. • Поработайте в паре: пусть один приводит примеры сходства размножения и развития рыб и земноводных, а другой - примеры отличий. Какие черты размножения земноводных ограничивают их распространение? Какие земноводные обитают в вашей области? В чём и почему развитие головастика отклоняется от хода эволюции? 234 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые § 44-45. Пресмыкающиеся - первые хозяева суши ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Кожа пресмыкающихся сухая и обычно покрыта чешуёй. Факт 2. Яйца рептилий имеют кожистую или скорлу-повую оболочку. • Чему способствуют эти приспособления? В каком направлении шла эволюция пресмыкающихся? Сформулируйте вопрос к параграфу, в случае необходимости сравните с авторской версией (см. с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие приспособления позволили земноводным жить на суше? (§ 41 -42) • Как земноводные вдыхают воздух? (§ 41 -42) • Что удерживает земноводных у воды? (§ 43) • Каких пресмыкающихся вы знаете? (Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на следующие вопросы. • Чем пресмыкающиеся отличаются от земноводных? • Как дышать полной грудью? • Как защититься от высыхания? • Зачем нужны зародышевые оболочки? Кто такие пресмыкающиеся Пресмыкающиеся, или рептилии, - это класс позвоночных животных, куда входят ящерицы, крокодилы, змеи, черепахи. По смыслу слова, пресмыкающиеся - это животные, тело которых волочится по земле (рис. 44.1). 44.1. Положение конечностей у разных позвоночных • Какие качества конечностей увеличивают их приспособленность для передвижения по земле? § 44-45. Пресмыкающиеся - первые хозяева суши 1235 Другое название большинства пресмыкающихся - чешуйчатые - отражает особенности их покровов (рис. 44.2). 44.2. Кожные покровы разных позвоночных • Кому принадлежат эти покровы? Какие преимущества они дают их обладателям? Если бы названия давались «за заслуги в эволюции», их следовало бы назвать «совершившими революцию в размножении» (рис. 44.3). 44.3. Икра, яйца и внутриутробное развитие зародыша • Какие классы позвоночных размножаются таким способом? Кому из них для размножения нужна вода? Обратим внимание на то, что пресмыкающиеся, возникнув более 300 млн лет назад, широко распространились от берегов водоёмов до внутренних частей континентов и в течение 200 млн лет оставались абсолютными хозяевами в экосистемах суши. Как и в случае с земноводными, предпосылкой их распространения стала возможность занять новую среду обитания с источниками пищи, которыми ещё никто из позвоночных не воспользовался. На этот раз новую среду обитания создали сообщества голосеменных растений и их потребители - членистоногие. Преимущество получили те земноводные (других позвоночных на суше не было), которые смогли далеко и надолго уходить от водоёмов. Прежде чем это случилось, предки пресмыкающихся прошли бесконечную вереницу мельчайших наследственных изменений. Естественный отбор сохранял те из них, которые позволяли выжить и оставить больше потомков. Особенно ценными оказались отдельные признаки, послужившие основой для более глубоких приспособлений. В конце концов они привели к тем грандиозным преобразованиям, которые сделали возможным переход позвоночных к выживанию и размножению вне водоёмов. 236 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые f ОСВОЕНИЕ СУШИ С Приспособления к выживанию Приспособления к размножению Грудная клетка Чешуйчатый покров Внутреннее „оплодотворение,. I I Эффективное Защита тела Прямое дыхание от высыхания развитие Пресмыкающиеся 44.4. Схема движения рёбер при вдохе и выдохе 44.5. Схема кровообращения пресмыкающихся Эффективное дыхание лёгкими У пресмыкающихся между плечевым и тазовым поясом от позвоночника отходят длинные рёбра. Они защищают туловище со спины и с боков, а в грудном отделе -ещё и снизу. Здесь они срастаются с грудиной и образуют грудную клетку. Часть сегментной туловищной мускулатуры приобретает твёрдую опору и превращается в межрёберные мышцы (рис. 44.4). Сокращение межрёберных мышц вызывает расширение грудной клетки, а грудная клетка растягивает лёгкие. По трахее засасывается воздух, и происходит вдох. Когда межрёберные мышцы расслабляются, происходит выдох. Поверхность лёгких сильно увеличилась благодаря ячеистому строению. Ячейки - лёгочные пузырьки - густо оплетены капиллярами. Большое число капилляров позволяет получать большую порцию кислорода за один вдох. Потоки крови, несущие кислород и углекислый газ, у пресмыкающихся разделяются лучше. Их сердце остаётся трёхкамерным, но желудочек наполовину разделён перегородкой (рис. 44.5). § 44-45. Пресмыкающиеся - первые хозяева суши 1237 Кровь теперь выходит из сердца не по общему стволу, а по трём отдельным артериям. Лёгочная артерия отходит в правой части желудочка, где скапливается венозная кровь. Правая дуга аорты начинается в левой части желудочка, где она наполняется артериальной кровью. От правой дуги отходят сосуды к голове. Лишь левая дуга аорты отходит из центра желудочка и несёт смешанную кровь. На спинной стороне обе дуги аорты сливаются и несут к органам туловища кровь, на 3/4 обогащённую кислородом. Таким образом, у пресмыкающихся органы получают больше кислорода, чем у земноводных. Поэтому подвижность животных возрастает. Защита тела от высыхания Земноводные, поддерживая кожу влажной, теряют много воды и вынуждены часто пополнять её запасы. Пресмыкающиеся избавились от этой необходимости, так как дышат только лёгкими. В поверхностном слое эпидермиса пресмыкающихся откладывается роговое вещество (рис. 44.6). Клетки этого слоя отмирают и образуют твёрдые пластинки в виде чешуй. Они не гомологичны чешуе рыб, которая закладывается в глубине кожи. К тому же они не накрывают друг друга, как черепица, а смыкаются, как кафель. 44.6. Продольный разрез кожи ящерицы: 1 - роговой слой; 2 - живые клетки эпидермиса; 3 - собственно кожа; 4 - кожные окостенения Кожа пресмыкающихся сухая и почти не содержит желёз. Зато в ней закладываются всевозможные защитные образования: щитки, шипы, когти. Эластичными остаются только узкие промежутки между пластинками. Такая кожа хорошо защищает от потери влаги даже в пустыне. Однако она мешает росту. Поэтому ящерицы и змеи периодически линяют: выползают из старой кожи и обновляют покровы за счёт слоя живых клеток эпидермиса (рис. 44.7). 44'7'Линька У агамы Экономия воды достигается также почками. Они выкачивают из мочи почти всю воду обратно в организм. Аммиак и мочевина 238 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые превращаются в концентрированную, плохо растворимую и мало ядовитую мочевую кислоту, которая удаляется вместе с калом. Революция в размножении Жизнь появилась в воде. Реакции обмена веществ происходят в водных растворах. Вода составляет бс>льшую часть любого организма. Индивидуальное развитие организма требует значительных затрат воды. Наконец, без воды невозможно движение сперматозоида и оплодотворение яйцеклетки. Именно поэтому даже у земноводных оплодотворение и развитие прочно связаны с водной средой. Преодоление этой связи пресмыкающимися - большой прорыв в эволюции. Переход к размножению на суше был возможен только для животных, способных к внутреннему оплодотворению. У водных форм внутреннее оплодотворение встречается лишь в отдельных группах как средство сближения гамет. На суше этот способ стал единственно возможным. Самцы пресмыкающихся имеют специальный орган в виде постоянного или временного выпячивания, с помощью которого семенная жидкость из семенников вводится в половые пути самки. Это позволяет уберечь сперматозоиды от высыхания и обеспечить им возможность движения. Навстречу им по яйцеводу спускаются яйцеклетки, образовавшиеся в яичниках. Там же, в яйцеводе, происходит и слияние гамет. Образование зародышевых оболочек Вторая проблема размножения на суше - обеспечить зародыш запасом воды и других необходимых веществ. Чтобы оценить сложность задачи, отправимся в поход. Возьмём с собой чай, сахар, бутерброды, а воду и дрова найдём на месте. А если наш поход - в пустыню? Воду и дрова придётся брать с собой, причём их вес многократно превысит вес всего остального. Так же и масса яйца многократно превосходит массу икринки за счёт желтка, состоящего в основном из жиров. А жир - это, образно говоря, «сухая вода» и дрова в компактной упаковке. Химическое разложение жира даёт зародышу воду и энергию, необходимую для развития. Оплодотворённая яйцеклетка представляет собой крупный шарообразный желток с пятнышком зародыша на нём. Спускаясь по яйцеводу, яйцеклетка окружается оболочками яйца, из которых у пресмыкающихся наиболее выражена пергаментная обо- § 44-45. Пресмыкающиеся - первые хозяева суши 1239 лочка. Она заменяет слизистую оболочку икры земноводных и предохраняет яйцо от внешних воздействий на суше. Такое яйцо откладывается самкой и начинает развиваться. Зародышу для развития должно бы хватить напёрстка воды. Но головастик, посаженный в напёрсток, почему-то погибает^ Обеспечить жизнь и развитие зародыша «в напёрстке» позволяют зародышевые оболочки - главное «достижение» пресмыкающихся. Эти оболочки вырастают из тканей самого зародыша во время развития (рис. 44.8). Уже в начале развития зародыша из его тканей образуется внезародышевый пузырь, который постепенно окружает зародыш со всех сторон, как подушка безопасности при аварии автомобиля. Зародыш вместе с желтком оказывается подвешенным внутри яйца. Внешняя оболочка пузыря - сероза - создаёт противомикробную защиту. Внутренняя оболочка - амнион - ограничивает амниотическую полость, которая заполняется жидкостью. Она заменяет зародышу водный бассейн: предоставляет благоприятную среду и предохраняет от сотрясений. Отрезанный от внешнего мира, зародыш мог бы задохнуться и отравиться собственными выделениями. Эти задачи решает ещё 44.8. Оболочки яйца и зародыша пресмыкающихся: 1 - оболочка яйца; 2 - сероза; 3 - внезародышевая полость; 4 - амнион; 5 - амниотическая полость; 6 - зародыш; 7 - аллантоис; 8 - желток один пузырь - аллантоис, который образуется из задней кишки зародыша и врастает в первый пузырь. Аллантоис принимает и изолирует все продукты выделения зародыша, а воду возвращает обратно. В стенках аллантоиса развиваются кровеносные сосуды, которые подходят к поверхности яйца и обеспечивают обмен газами через оболочки яйца. Таким образом, аллантоис одновременно играет роль зародышевого органа выделения и дыхания. Внутри яйца создаются все условия для развития зародыша. Крупные размеры желтка надолго обеспечивают его питательными веществами. Те стадии, которые головастик проходит в воде, зародыш пресмыкающегося проходит в яйце. Вылупившийся детёныш готов жить на суше. От взрослого он отличается только меньшим размером и недоразвитой половой системой. Такой тип развития, когда все превращения зародыша происходят до его появления на свет, а новорождённый уже похож на 240 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые взрослого и не требует особых условий для жизни, называется прямым развитием (рис. 44.9). Как мы выяснили, яйцо пресмыкающегося значительно крупнее икринки земноводного, но и вероятность его выживания выше. Соответственно, самка ящерицы может произвести значительно меньше таких яиц, чем 44.9. Вылупление крокодила лягушка - икринок. Крупные виды обычно откладывают 20-30, редко до 100 яиц, а мелкие ящерицы - по 1-2 яйца несколько раз за сезон. Приспособления к освоению суши У пресмыкающихся выработались приспособления, необходимые для размножения и выживания на суше. Вместе с ними изменялись и те системы органов, которые отвечают за перемещение и ориентацию на суше. Во-первых, хрящи, ещё остававшиеся в скелете черепа и конечностей амфибий, у рептилий заместились костями. Изменилась и сама структура костной ткани. Она стала тонковолокнистой, более лёгкой и прочной. Во-вторых, позвоночник чётко разделился на пять отделов. Шейный отдел состоит из нескольких позвонков, причём первые два обеспечивают поворот головы в любую сторону. А это крайне важно для ориентации с помощью органов чувств, находящихся на голове. Грудной отдел через грудную клетку фиксирует плечевой пояс и даёт опору передним конечностям. Поясничный отдел обеспечивает изгибы туловища, помогающие передвижению. Мощный крестцовый отдел состоит уже из двух позвонков и несёт на себе пояс задних конечностей. Длинный хвостовой отдел обеспечивает балансирующие движения хвоста. В-третьих, поскольку ротовая полость больше не участвует в газообмене, челюсти стали вытянутыми, более пригодными для своей основной функции - захвата пищи. Более сильные челюстные мышцы, прикреплённые к новым выступам на черепе, позволили значительно расширить пищевой рацион. В-четвёртых, усилились функции органов чувств. Глаза рептилий различают и подвижные, и неподвижные предметы. Фокусировка изображения происходит почти как у человека: с помо- § 44-45. Пресмыкающиеся - первые хозяева суши 1241 щью искривления хрусталика. С многообразием других органов чувств, полезных в воздушной среде, мы ещё познакомимся. Наконец, в-пятых, важную роль сыграло развитие головного мозга. Особенно развит его передний отдел, отвечающий за сложные инстинкты, и мозжечок - координатор движений. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Лёгочное дыхание пресмыкающихся усилено с помощью грудной клетки. Их кожа избавлена от этой функции и защищает тело от высыхания. Революция в размножении дала возможность рождать детёнышей, готовых к жизни на суше. Развитие органов движения и ориентации помогло освоить сушу. 1. 2. 3. 4. 5. ' 6. 7. 8. ' М Грудная клетка. Чешуйчатая кожа. Внутреннее оплодотворение. Оболочки яйца. Зародышевые оболочки ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ По каким направлениям шло приспособление рептилий к жизни на суше? Сравните развитие зародыша земноводных и пресмыкающихся. Каковы отличия скелета и мускулатуры пресмыкающихся и земноводных? Какое эволюционное будущее могло бы быть у земноводного, расширившего дыхательную поверхность за счёт больших ушей? Что следует за сокращением межрёберных мышц: вдох или выдох? Как развитие позвоночника может способствовать передвижению? Нуждается ли зародыш в поступлении веществ из внешней среды? Что легче: яйцо или вылупившееся из него пресмыкающееся? Почему? 9. • Поработайте в паре: пусть один приводит примеры прогрессивных приспособлений рептилий к выживанию на суше, а второй - к размножению на суше. 44.10. План строения пресмыкающегося • Найдите особенности пресмыкающихся, необходимые для жизни на суше. 242 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые § 46-47. Разделение среды обитания ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Пресмыкающиеся не зависят от жидкой воды. Многие пустынные ящерицы и змеи не пьют. Факт 2. Многие пресмыкающиеся (например, крокодилы) живут в воде. Факт 3. Змеи могут проглатывать добычу, превышающую по толщине самого хищника. Факт 4. Панцирь черепах защищает, но ограничивает передвижение. • О чём свидетельствуют эти факты? Сформулируйте вопрос к параграфу, в случае необходимости сравните с авторской версией (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие главные приспособления позволили пресмыкающимся освоить сушу? (§ 44-45) • С чем связано многообразие видов рыб? (§ 38-39) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и рисунков объясните, где живут и что едят пресмыкающиеся. 1000 способов стать лучшим Первые пресмыкающиеся, ещё похожие на хвостатых земноводных, отличались от них активным перемещением по суше и напоминали ящериц. Они не ждали приближения добычи, а сами разыскивали её. Питание беспозвоночными позволяло прожить в местах, не слишком богатых пищей. Но не всякие жертвы доступны простому «собирателю»: одни из них спасаются бегством, другие защищаются, третьи сидят в недоступных местах, четвёртые слишком велики^ Нельзя одинаково хорошо искать улиток и гоняться за пауками, так же как невозможно одновременно собирать грибы и ловить бабочек. Среди потомков сходных, родственных животных естественный отбор оставлял лучших специалистов: более внимательных собирателей улиток или быстроногих охотников. Таким образом, животные, способные добывать пищу, недоступную для других, вознаграждались большей вероятностью выжить и принести потомство (рис. 46.1). § 46-47. Разделение среды обитания 1243 46.1. Ящерицы • Какие жертвы более доступны для этих рептилий? Почему? Пищевая специализация - одна из причин разнообразия пресмыкающихся, но далеко не единственная. Приспособления к передвижению помогают стать лучшим в местообитаниях, мало доступных для других. Можно стать лучшим ночным подстерегате-лем жуков в песчаной пустыне, а можно - лучшим ловцом рыбы в полёте. Каждое из тысяч подобных сочетаний представляет собой отдельную экологическую нишу - особый способ существования, позволяющий лучше других использовать определённые ресурсы (пищу, убежища и т.д.) в определённых условиях. Возможность приспособиться и занять новые экологические ниши пресмыкающиеся получили благодаря преимуществам своего строения. Способы передвижения Усилив конечности и подняв своё тело над землёй, пресмыкающиеся достигли большой ловкости в передвижении по земле. Особенно выиграли те виды, у которых ноги оказались снизу тела, а не по бокам. Самыми быстрыми на земле стали динозавры, вставшие на две ноги: их передние конечности уменьшились, а тяжёлый хвост придавал равновесие. У древесных и скальных ящеров передние конечности не только помогали цепляться при прыжках, но и с образованием кожной складки на них стали служить для полёта. Другие рептилии перешли к питанию на мелководье: их конечности превратились в ласты. Наиболее совершенные пловцы приобрели удивительное сходство с рыбами. Развитая мускулатура и зубастые челюсти помогли им вытеснить некоторых хищных рыб и занять их экологические ниши. 244 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Так развитие новых способов передвижения в мезозое привело пресмыкающихся к небывалому расцвету (рис. 46.2-46.3). 0 ^ 0 0 ' ■ -i. 46.2. Вымершие пресмыкающиеся заселили все среды жизни: А - птеранодон; Б - диморфодон; В - диплодок; Г - тиранозавр и гадрозавр; Д - ихтиозавры; Е - птерозавры Определите, какой образ жизни вели изображённые животные. § 46-47. Разделение среды обитания 1245 Еда - непростое дело Освоив в качестве пищи насекомых и других беспозвоночных, пресмыкающиеся перешли на своих собратьев. Чем крупнее хищник, тем легче он справится с жертвой. Поэтому плотоядность способствовала увеличению размеров животных и, конечно, увеличению размеров их зубов. Однако жевать они не могли, потому что пища во рту закрывала доступ воздуха из ноздрей в лёгкие. Так что зубы служили для захвата и разрывания добычи, которая потом проглатывалась целиком или крупными кусками. Важное достижение рептилий - освоение растительных кормов, которые нетрудно найти. На границе тонкой и толстой кишки у них появилась слепая кишка. В ней содержались бактерии, расщепляющие растительную клетчатку. В мезозойскую эру рептилии были одними из главных потребителей растительности. Растительноядным, чтобы не быть съеденными, приходится защищаться. Их арсенал - защитная окраска, толстая броня, шипы, колючки. Мезозойских гигантов спасали их размеры. Вся жизнь зависит от тепла Температура тела пресмыкающихся, как и земноводных, зависит от температуры среды. Летом по утрам ящерицы и змеи выползают погреться на солнце, чтобы перейти в активное состояние. Пресмыкающиеся более подвижны, а во время движения работающие мышцы выделяют тепло. Поэтому в течение дня им удаётся поддерживать температуру тела высокой за счёт работы мышц. Это, в свою очередь, позволяет быстро двигаться. В средней полосе России с приближением осени дневного тепла уже не хватает, для того чтобы перейти в активное состояние, и пресмыкающиеся впадают в спячку. Можно сказать, что их жизнь приостанавливается: обмен веществ замедляется, и животные могут обходиться без пищи многие месяцы. Крупные ископаемые ящеры жили в более тёплом и мягком климате мезозоя. Их тело было настолько велико, что обладало «инерциальной» теплокровностью: не успевало остывать при небольших похолоданиях. Благодаря этому они были постоянно активны и смогли занять такие экологические ниши, которые недоступны современным рептилиям. Тепло требуется и для развития зародыша в яйце. Поэтому рептилии размножаются с наступлением тёплого времени года и помещают кладку яиц в хорошо прогреваемой почве. Крокодилы ^^46 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые специально наваливают поверх кладки кучу гниющих растений, которые выделяют тепло и ускоряют развитие зародышей. Для северных видов змей и ящериц характерно яйцеживорождение. Оплодотворённые яйца надолго задерживаются в яйцеводах самки, которая не упускает случая погреться на солнце (рис. 46.4). Детёныши вылупляются из яиц в день откладки. Зависимость от тепла ограничивает 413.4.Живородящая яще])ица распространение рептилий. Поэтому эпоха их господства была связана с более тёплым климатом на Земле. Зато рептилии хорошо переносят жару и сухость воздуха: ведь они надёжно защищены от потери влаги. Современные рептилии занимают важное место в экосистемах жарких и засушливых природных зон. Самый многочисленный современный отряд пресмыкающихся -чешуйчатые. В него входит более 6 тыс. видов ящериц, змей и хамелеонов, обитающих в основном в тропических и экваториальных районах. Другой отряд - крокодилы - объединяет около 20 видов хищных рептилий, ведущих околоводный образ жизни. К самостоятельному отряду относят черепах. Около 200 видов черепах обитают на суше и в воде. Наконец, отряд клювоголовые представлен всего одним вымирающим видом - гаттери-ей. Кроме современных, науке известно ещё 13 вымерших отрядов рептилий с сотнями видов в каждом. Современные «динозаврики» Действительно, эра динозавров давно прошла. Их место в экосистемах заняли более совершенные теплокровные животные -звери и птицы. Но, оказывается, есть такие экологические ниши, где пресмыкающиеся не сдали своих позиций. Что же позволяет им до сих пор оставаться «лучшими из лучших»? Во-первых, мелкие ящерицы, благодаря низкому уровню обмена, поразительно мало едят. В холодное время года им вообще не нужно пищи, а летом они съедают одно-два насекомых в день, не больше. Они «охотятся» за солнечным теплом, которое частично заменяет им пищу. Поэтому даже на севере России на подходящем сухом пригорке можно встретить живородящую ящерицу. Это безобидное суще- § 46-47. Разделение среды обитания 1247 ство часто само становится жертвой. При попытке поймать её за хвост ящерица напрягает мышцы и отделяет его от тела, что помогает вовремя скрыться. В средней полосе России можно встретить также прыткую ящерицу и веретеницу (рис. 46.5). Последняя хоть и похожа на змею, но по многим гомологичным признакам, включая подвижные веки, относится к ящерицам. 46.5. Ящерицы с ногами и без ног Второе преимущество пресмыкающихся - крайняя устойчивость к перегреву и обезвоживанию - тоже связано с их низкими потребностями в пище. В российских степях и пустынях разнообразие ящериц и других рептилий резко возрастает. В тропических пустынях, саваннах и лесах Старого Света обитают круглоголовки и агамы, в том числе лазающие по деревьям. В Новом Свете их заменяют игуаны, среди которых есть и полуводные формы. В горах встречаются гекконы, лазающие по гладким скалам с помощью присосок на лапах (см. рис. 46.1). Что ен1,ё помогает рептилиям сохранять позиции в сообществах - это изоляция на островах, защищающая от теплокровных соперников. Остров Комодо в Тихом океане - единственное место, где роль верховного хищника играет ящерица - гигантский варан, достигающий 4 м в длину. Ударом хвоста он убивает оленя (рис. 46.6). 46.6. Комодский варан На небольших островах возле Новой Зеландии живёт гаттерия - последний представитель отряда клювоголовых. Под кожей на темени у неё сохранился третий глаз. Подвижность некоторых костей черепа также говорит о мезозойской древности её происхождения. Древние животные и растения, сохранившиеся лишь на небольшой части обла- 248 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые сти своего прошлого распространения, называются реликтами. Своим существованием они помогают представить и лучше понять экологические условия прошлого. Ради чего змеи потеряли конечности? Облик змей сформировался в густой переплетающейся растительности, где длинное извивающееся тело позволяло легче передвигаться. Потом оказалось, что этот способ хорош и на песке, и на дереве, и змеи расселились по всему земному шару. Секрет их строения - длиннейший позвоночник (до 435 позвонков!) и подвижные рёбра, снизу соединённые с брюшными щитками. С помощью межрёберных мышц змея управляет волнообразными сокращениями и растяжениями брюшной поверхности, а поворот щитков обеспечивает сцепление. Кажется, что она «течёт» по земле. Кости челюстей соединены между собой тоже подвижно. Таким образом, змея может растягивать всё тело, чтобы проглотить очень крупную добычу, а потом хоть месяц искать следующую (рис. 46.7). Чтобы справиться с крупной жертвой, у некоторых змей возникли специальные орудия убийства - ядовитые зубы. Они крупнее других и связаны протоком со слюнной железой, которая вырабатывает яд. 46.7. Питон, проглотивший свинью Змеи нередко охотятся в очень густой растительности или в темноте (ночью или в норах), поэтому зрение для них не так важно. Их веки срастаются в прозрачную плёнку, которая заменяется при линьке. Зато у них остро развиты обоняние, осязание и вкус. Змеи (а также ящерицы) нащупывают дорогу подвижным раздвоенным языком. И не просто нащупывают, а берут пробы веществ, к которым прикасается язык, и подносят их к верхнему нёбу. Там в углублении находится особый орган химического чувства, который может различать следы жертв «на вкус». У некоторых ночных охотников в ямках возле ноздрей есть термолокаторы, которыми они улавливают излучение тепла, как глаза - свет. Слух у змей устроен так, что они улавливают колебания грунта лучше, чем колебания воздуха. Это позволяет им чувствовать не только шаги, но и подземные толчки накануне землетрясения. Жители гор определяют приближение землетрясения по массовому появлению змей из укрытий. § 46-47. Разделение среды обитания 1249 46.8. Змеи В средней полосе России, кроме ядовитой гадюки, встречается безвредный уж, которого легко узнать по жёлтым пятнам на голове (рис. 46.8). Среди змей, предпочитающих более тёплый климат, широко известны ядовитые кобра и гюрза, а также неядовитые крупные удавы и питоны, которые душат своих жертв. Ядовитые змеи очень опасны. При укусе нужно попытаться выдавить яд из ранки и срочно обратиться к врачу. Он введёт сыворотку, и человек выздоровеет. Но ещё лучше уметь отличать ядовитых змей и не дразнить их. Они кусаются только для самообороны. Лекарства на основе змеиного яда очень ценны. Их применяют при болезнях нервной системы, сердца и сосудов. Охотники за змеями истребили многие популяции ядовитых змей, которые теперь восстанавливаются под строгой охраной. Для получения яда змей разводят в специальных питомниках. Хамелеоны - невидимые стрелки Цепкими лапами хамелеон медленно перебирается по тонким веткам. Заняв удобную позицию, он меняет окраску под цвет окружающего фона, затаивается и ждёт. Его глаза двигаются каждый сам по себе, пока не заметят подходящую жертву. «Охотни- 250 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые чье оружие» хамелеона - длинный клейкий язык, которым он метко сбивает насекомых на расстоянии (рис. 46.9). «Стальные» челюсти Крокодилы специализируются на добыче крупных животных на водопое (рис. 46.10). Они прячутся под водой, высовывая только глаза и ноздри. У крокодилов есть твёрдое нёбо, отделяющее носовую полость от ротовой, что позволяет им дышать, даже когда во рту вода. Мощный уплощённый с боков хвост даёт возможность сделать бросок и схватить добычу. Длинные челюсти и мощная мускулатура помогают её удержать и разорвать. Прочные зубы растут в отдельных углублениях - альвеолах. Челюсти крупного крокодила могут пробить пятимиллиметровую сталь. 46.10. Нильский крокодил Черепахи - рептилии с двойным скелетом Сухопутным черепахам некуда спешить, потому что они растительноядны. Зубов у них нет: срезать листья острыми краями челюстей даже удобнее. Приходится защищаться и носить на себе тяжёлый панцирь - наружный скелет из массивных роговых че-шуй (рис. 46.11). Они срослись с внутренним скелетом: позвоночником, грудиной и рёбрами. Подвижны только шейный и хвостовой отделы позвоночника да мощные ноги, которые легко убираются под панцирь. Лёгкие для вдоха растягиваются плечевыми и тазовыми мышцами. Морские черепахи более подвижны и крупны, ведь в воде лишний вес - не помеха. Они питаются рыбой и другими морскими животными. На долгие месяцы черепахи уплывают в океан, а на § 46-47. Разделение среды обитания 1251 46.11. Черепахи сезон размножения собираются на своём родном острове, проплывая тысячи километров и находя его без карты и компаса. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА План строения пресмыкающихся открыл им огромные возможности приспособления. Они освоили широкое разнообразие способов передвижения, охоты, питания, защиты, маскировки и долгое время оставались важнейшими потребителями в экосистемах Земли. Однако зависимость от температуры среды в наше время сильно ограничивает их возможности. Разнообразие и численность пресмыкающихся высоки в районах с жарким климатом. 11. ' Слепая кишка. Яйцеживорождение ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ Какие способы позволяют добывать пищу, недоступную для других? Какие новые способы передвижения возникли у пресмыкающихся? Как некоторым рептилиям удаётся переваривать клетчатку? В чём проявляется зависимость рептилий от температуры среды? Что отличает представителей различных отрядов пресмыкающихся? Почему специализированные потомки имели больше шансов выжить? Приведите примеры экологических ниш древних и нынешних рептилий. Почему рептилии не заняли экологическую нишу донного фильтратора? Что позволяет рептилиям сохранять свои позиции в современном мире? 10. • Поработайте в паре: пусть один называет черту строения какой-либо группы рептилий, а второй - называет эту группу. » Как вы относитесь к змеям? 252 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые § 48. Плата за независимость ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Самые совершенные животные - теплокровные позвоночные - птицы и звери. Факт 2. Леопард съедает больше, чем 10 крокодилов. • В чём состоит противоречие? Предложите свой вариант вопроса к параграфу и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • На что используется энергия пищи? («Окружающий мир», 4 класс. Жизненный опыт) • Как активность амфибий и рептилий зависит от температуры окружающей среды? (§ 41 -42, 44-45) • В каких пределах изменяется температура человеческого тела? («Окружающий мир», 4 класс. Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и рисунков объясните, как сэкономить тепло и избежать перегрева. Сильнее, быстрее, выше^ Вся жизнь животных - это непрерывное соревнование в борьбе за выживание и продолжение рода. Побеждает в нём тот, кто лучше приспособился: сумел убежать, догнать, заметить, опередить. Важнейшую роль в приобретении этих качеств играет теплокровность. Поэтому в современном мире среди позвоночных господствуют два класса теплокровных животных: звери и птицы. Чем теплее, тем лучше В любой живой клетке скорость химических реакций зависит от температуры. С ростом температуры на 10°С их скорость возрастает примерно вдвое. Увеличивается скорость пищеварения, сердцебиения, мышечных сокращений. Улучшается проведение нервного возбуждения, острота зрения, работа мозга. На каждую реакцию затрачивается энергия, которая получается из питательных веществ при окислении их кислородом. На графике (рис. 48.1) показано потребление кислорода колорадским жуком § 48. Плата за независимость 1253 при различной температуре. Чем выше температура, тем больше нужно кислорода. Значит, быстрее идут и все жизненные процессы. Перегрев опасен для жизни Чем теплее, тем лучше - только до известного предела. Как показывает тот же график, в жару рост активности колорадского жука замедляется. Оказывается, при температуре выше 45°C происходит денатурация белков - необратимое изменение формы их молекул и потеря биологических свойств. Поэтому все животные боятся перегрева больше, чем охлаждения. 0,5 - 0,4 -■ < О а. е 0,3 - 0,2 - X \В а I— о с 0,1 - 0,0 Ож акт идаема ивность я Факти ческая С актив колорс ж ность адского ука 10 20 30 Температура, °C Холоднокровные животные зависят от тепла 48.1. Чем выше температура тела, тем выше темп обмена веществ Если температура среды недостаточно высока, то лягушка не проявит должной прыти, чтобы поймать муху, а ящерица не заметит приближения теплокровного хищника - ежа. А если и заметит, то не сможет убежать от него. Холоднокровные животные приспособились искусственно разогревать тело для повышения своей активности. Ящерица находит солнечное место, чтобы нагреться. Ночная бабочка несколько минут «дрожит», напрягая летательные мышцы. Только когда от их сокращения температура повысится до 35°C, бабочка сможет полететь за нектаром. Но и ящерица, и бабочка рискуют быть съеденными раньше, чем достигнут нужной активности. Ещё важнее то, что при недостатке тепла холоднокровные организмы неспособны нормально расти, развиваться и размножаться. Отсюда понятны их высокие смертность и плодовитость. Теплокровные животные греют себя сами Птицы и млекопитающие - теплокровные животные. Они способны поддерживать температуру тела на постоянном, оптимально высоком уровне. У большинства зверей она составляет 36-38°C, у птиц - 39-41°C, до 44°C у самых мелких представителей. Такая температура поддерживается независимо от того, холодно вокруг или жарко, активно животное или спит. 0 254 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Постоянство температуры достигается внутренней терморегуляцией. Управляет ею специальный центр в промежуточном мозге. Как только температура тела начинает снижаться, организм автоматически «сжигает» питательные вещества и вырабатывает дополнительное тепло. Если температура повышается, животное расходует дополнительные силы на охлаждение. Маленьким труднее Тепло, согревающее организм, выделяется всем телом, а уходит через поверхность. У мелких животных на каждый грамм тела приходится большая площадь поверхности и теряется больше тепла. Чтобы поддерживать постоянную температуру, каждый грамм их тела должен произвести больше тепла. Поэтому уровень обмена у мелких животных должен быть 48.2. У мелких животных обмен ве- значительно выше (рис 48 2) ществ более интенсивный К • • • Так ОНО И есть. Это наглядно показывает зависимость затрат кислорода от размеров. Если бы у быка обмен веществ был, как у мыши, его температура достигла бы 100 °C. А мышь с бычьим обменом веществ для сохранения тепла должна была бы иметь мех длиной не меньше 20 см. Преимущества и недостатки теплокровности Постоянные условия внутри организма позволяют настроить все органы на наилучший режим работы независимо от изменчивых внешних условий. Это особенно важно для работы органов чувств и центральной нервной системы. Поэтому поведение теплокровных животных намного усложнилось и позволило быстрее находить пищу, избегать хищников, строить гнёзда, норы, тропы, плотины, то есть изменять среду для своих потребностей. Но у теплокровности есть большой недостаток: она крайне расточительна. Даже в состоянии покоя животное вынуждено поддерживать постоянную температуру и тратить много энергии на терморегуляцию. Поэтому теплокровное животное потребляет во много раз больше пищи. Такой темп жизни могут «позволить се- § 48. Плата за независимость 1255 48.3. Распушённое оперение экономит тепло • Почему распушённое оперение экономит тепло? бе» только высокоорганизованные животные - млекопитающие и птицы. Как сократить затраты энергии на терморегуляцию? Трудно сохранить чай горячим в стакане, легче - в термосе. У животных роль стенок термоса играют покровы тела. Покровы теплокровных выглядят совершенно иначе, чем холоднокровных: это густой мех или пушистые перья (рис. 48.3). Они окружают тело слоем неподвижного воздуха, который почти не проводит тепло. В жару перья или шерсть могут прижиматься к телу. Прослойка становится тоньше и пропускает лишнее тепло, если оно выделяется, например, при работе мышц. Водным животным такие покровы подходят, только если они не промокают. Поэтому многие из них предпочитают защищаться от потерь тепла подкожной прослойкой жира. Однако лапы птиц и ласты зверей не имеют такой защиты. Через них терялось бы много тепла, если бы не особое расположение артерий и вен, снабжающих кровью эти части тела. Сосуды так плотно прижаты друг к другу, что обмениваются теплом через стенки ещё внутри тела (рис. 48.4). Поэтому конечности охлаждаются, а тело - нет. Большую роль играет также сжатие и расслабление подкожных сосудов. В жару наша кожа краснеет: сосуды расширяются и выносят лишнее тепло на поверхность. На холоде кожа белеет и охлаждается, так как сосуды сужаются, предохраняя от охлаждения внутренние органы. Но на морозе щёки и нос снова краснеют: так сосуды предотвращают обморожение. Испарение воды поглощает энергию. В жару это помогает избежать перегрева. Обезья- 48.4. Кровеносные сосуды в ласте дельфина ны и человек испаряют пот с поверхности 48.5. Испарение влаги спасает собаку от жары 25б Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые тела. У собак нет потовых желёз, они испаряют воду с языка и слизистой оболочки рта (рис. 48.5). Так же поступают в жару и птицы. Кроме того, развитый мозг «подсказывает» им, где можно укрыться от жары. Как возникла теплокровность? Теплокровность - сложное явление. Оно не могло возникнуть вдруг. Предполагают, что в тёплом климате крупные рептилии поддерживали высокую температуру тела за счёт подвижности. Одни из них были хищниками, другие - их жертвами. Мелкие жертвы меньше интересовали хищников. Особое преимущество получали те из них, которые сохраняли прежнюю активность за счёт дополнительного выделения энергии на согревание. Зачатки теплоизолирующего покрова оказались им как нельзя более кстати и получили своё развитие. Дальнейшее уменьшение размеров при сохранении температуры тела на том же уровне привело к настоящей теплокровности - способности поддерживать высокую температуру тела независимо от двигательной активности. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Птицы и млекопитающие - теплокровные животные. Температура их тела постоянно поддерживается на высоком уровне. Их организм приспособлен вырабатывать недостающее тепло, а в жару - защищать от перегрева. Но для этого требуется много пищи и кислорода. Особые покровы позволяют им экономить тепло. Внутренние органы, работающие при постоянной температуре, могут достичь высокого совершенства. 1. • 2. • 3. • 4. • 5. • 6. • 7. • 8. • 9. • 10. М Теплокровность. Терморегуляция ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ Чем отличаются условия работы внутренних органов птиц и рептилий? Какие трудности испытывают холоднокровные и теплокровные животные? Как различные животные регулируют температуру на холоде? Как различные животные регулируют температуру в жару? Как могла сформироваться теплокровность в ходе эволюции? Почему у мелких животных более интенсивный обмен веществ? Объясните значение «разминки» при тренировке спортсменов. Почему у северных зверей короткие уши? Почему насекомые не бывают слишком большими? » Почему предполагают, что теплокровность возникла у крупных животных? 11. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 48. Плата за независимость 1257 МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Потери тепла через поверхность 1. В начале урока залейте горячей водой (предварительно ополоснув донышко!) 4 банки: 1 трёхлитровую и 3 полулитровые. Одну из полулитровых банок оберните полотенцем или газетами, другую - мокрой салфеткой. Во время урока смачивайте её водой комнатной температуры. 2. В конце урока оцените теплопотери каждой банки и сделайте выводы о причинах различий. 3. Подготовьте доклад, посвящённый своим наблюдениям. Сформулируйте в нём цели работы, используемые методы, выводы. При возможности используйте компьютер для подготовки презентации. 25^ Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые § 49-50. Рождённые для полёта ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Полёт как способ передвижения появился у птиц на 150 млн лет позже, чем у насекомых. Факт 2. Самая маленькая птица тяжелее бабочки того же размера. • Как, по вашему мнению, связаны эти факты? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Специализация каких органов позволила пресмыкающимся поделить среду обитания? (§ 46-47) • Какие особенности обмена веществ ограничивают распространение рептилий? (§ 44-45) • Какие покровы у пресмыкающихся? (§ 44-45) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и рисунков объясните, что нужно для полёта. Предки птиц - пресмыкающиеся Класс птиц обособился от рептилий в середине мезозоя, около 170 млн лет назад. Освоив полёт, они открыли для себя ресурсы пищи, малодоступные с земли. Крылья помогали им заселять места, временно богатые пищей, и избегать неблагоприятных условий. Одна из первых птиц, известная нам по ископаемым остаткам, — археоптерикс (рис. 49.1). Он был размером с сороку, прыгал по веткам и мог легко спланировать с одного дерева на другое. Его перья почти не отличались от перьев современных птиц, но все остальные черты говорили о том, что археоптерикс — фактически рептилия. Очевидно, возникновение перьев было первым и важнейшим приспособлением к полёту. Позднее оно повлекло за собой все остальные — по принципу положительной обратной связи между структурой и функцией. 49.1. Отпечаток археоптерикса • Какие черты роднят археоптерикса с рептилиями? § 49-50. Рождённые для полёта 1259 Такие приспособления, которые меняют образ жизни их обладателя и служат причиной более глубоких приспособлений к нему, называют ключевыми адаптациями. Адаптация, или приспособление, - устойчивое свойство, дающее преимущество в борьбе за существование в определён- Воздух имеет низкую плотность. ных условиях среды-Поэтому, чтобы взлететь, птицам нужны крылья для надёжной опоры на воздух, лёгкое тело и интенсивный обмен веществ, чтобы хватило сил оторваться от земли. Опора на воздух —у Совершенствование опоры Покров из перьев ' t Лёгкость материала Крыло Облегчение тела Киль Клюв пи Быстрое ищеварение Теплоизоляция тела ~У~~ Ускорение обмена / /^'ОсобыиЧ J ЧД^тдыхания/ ^^^^^^Жёсткий скелет^ С Полые кост^^^ С^]^[разделение крови Перо - ключевая адаптация птиц Рассмотрим перо повнимательнее (рис. 49.2). Сквозь него хорошо видно: перо ажурное, а не сплошное. Попробуем помахать им - и почувствуем сопротивление воздуха. Перо отталкивает воздух не хуже, чем если бы было сплошным. Но оно ажурное, а значит - лёгкое. Перо удерживает воздух, который хорошо сохраняет тепло тела. Таким образом, покров из перьев создаёт возможность опоры на воздух, лёгкость конструкции и теплоизоляцию, позволяющую экономить энергию для полёта. Перо сформировалось из рассечённой чешуи рептилий и образовано из рогового вещества. Оно состоит из упругого стержня, который очином прикрепляется к коже, и мягкого опахала. Перо имеет три уровня ветвления (рис. 49.3): от стержня пера отходят бородки, 49.2. Перья 260 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые 49.3. Стержень и бородки пера Птерилии 49.4. Перья растут не везде 49.5. Пуховые перья в соче тании с контурными бере гут тепло • Найдите элементы покрова от них - более мелкие бородочки, а от них, в свою очередь, - мельчайшие крючочки. Крючочки, цепляясь друг за друга, соединяют все элементы пера в сплошное опахало. (Таким образом, птицы «придумали» застёжку-«липучку» более 100 млн лет назад.) Такое строение имеют контурные перья. По назначению среди них различают большие перья крыла - маховые, хвоста - рулевые и мелкие покровные перья. Они растут не по всему телу, а только на полосах - птерилиях (рис. 49.4). Несмотря на это, наружные части перьев перекрываются, как черепица, и образуют сплошной покров, очень гладкий снаружи, обтекаемый для воздуха и для воды. Под покровом из контурных перьев по всей коже разбросаны мелкие пуховые перья. Их стержень короткий, бородки пушистые, без крючочков. Они играют в покрове ту же роль, что и набивка в одеяле (рис. 49.5). Перо удерживается в кожной перьевой сумке, к которой подходят мышцы, поднимающие перо и питающие кровеносные сосуды. Раз или два в году у птиц бывает линька оперения. На дне сумки появляется зачаток нового пера, которое быстро растёт и выталкивает старое, изношенное. отмеченные в тексте. Как птица летает? Проведём простой опыт. Приложим ленту или полоску плотной бумаги к струе воды из крана, а затем отведём её назад. Струя «присасывает» полоску, и тем сильнее, чем больше скорость (внизу струи)! Рассмотрим полёт самолёта. Пропеллеры образуют силу тяги T, которая движет самолёт вперёд. Тогда струи встречного воздуха, огибая выпуклое крыло, создают подъёмную силу. Струи над крылом проделывают больший путь, чем под крылом (рис. 49.6). Следовательно, их скорость выше, и «присасывающая» сила больше тянет вверх, чем вниз. Их разность и образует подъёмную силу F. § 49-50. Рождённые для полёта 1261 49.6. Форма крыла созда- 49.7. Мах крыла вниз ёт подъёмную силу Птицу тоже движут вперёд «пропеллеры»: так называют концевые, гибкие части крыла. Опуская крыло, птица с силой «загребает» воздух. Перья, опираясь друг на друга, складываются в единую плоскость и отбрасывают воздух назад, как лопастью пропеллера (рис. 49.7). При подъёме крыла перья слегка разворачиваются и свободно пропускают воздух (рис. 49.8). В то время как «пропеллеры» создают силу тяги T, основная часть крыла, выпуклая, как у самолёта, образует подъёмную силу F1 (рис. 49.9). Если птица на лету слегка приподнимет передний край крыла и увеличит «угол атаки» а (рис. 49.10), то из сопротивления встречного воздуха возникнет сила F2 - та же, что держит воздушный змей. Птица поднимется выше. Парящие в вышине орлы (рис. 49.11) используют ещё одну силу F3 - силу восходящих потоков воздуха, которая поднимает облака. 49.9. Подъёмная сила крыла птицы и самолёта 49.10. Угол атаки увеличивает подъёмную силу крыла 49.11. Парение в восходящем потоке воздуха Чем птица опирается на воздух? Передние конечности птицы видоизменены и приспособлены для полёта. Птица опирается на воздух крыльями, как гимнаст на кольца руками (рис. 49.12). С крыльями соединена грудная клетка, а с ней - остальные части тела. Понятно, что самой сильной мышцей должна быть та, которая опускает крыло вниз, - большая грудная. Одним концом она прикреплена к 49.12. Схема крепления грудных мышц • Найдите на рисунке и объясните работу большой и малой грудных мышц. 262 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые плечевой кости, другим - к особому выросту грудины - килю. Интересно, что и мышца, поднимающая крыло, расположена снизу тела, прямо на грудине, но её сухожилие подходит к плечу сверху. У хороших летунов грудные мышцы составляют до половины веса тела! Их расположение смещает центр тяжести вниз, что важно для устойчивого полёта. Грудина, рёбра, позвоночник и пояс передних конечностей прочно соединены связками, суставами и мышцами (см. рис. 49.12). Вместе они образуют надёжный каркас «летательного аппарата». Позвонки грудного отдела слились в сплошную грудную кость. Крылья стали прочнее за счёт срастания костей пясти и запястья в пряжку, к которой прикрепляются самые длинные перья (рис. 49.13). • Определите, каким частям тела человека соскелета птиц ответствуют части конечностей птицы. Запасная пара конечностей На земле птицы вынуждены использовать другие конечности -и опять всего одну пару! Поэтому и в задней части тела многие кости срослись для прочности. Поясничные, крестцовые и часть хвостовых позвонков объединились с тазом в сложный крестец. Последние хвостовые позвонки срослись в копчиковую кость, на которой веером закреплены рулевые перья. Чтобы приблизить опору к центру тяжести, колени птиц постоянно прижаты к телу. Поэтому ноги удлинены за счёт дополнительного рычага - цевки. Она образована срастанием и вытягиванием костей плюсны и предплюсны (см. рис. 49.13). В полёт - ничего лишнего Обладая удивительной прочностью, скелет птиц чрезвычайно лёгок. Длинные кости представляют 49.14. Плоская кость в разрезе собой полые трубки (рис. 49.14), а • Почему кости птиц в разрезе плоские - пару тонких пластин с так похожи на каркас самолёта? распорками между ними. § 49-50. Рождённые для полёта 1263 Вместо тяжёлых зубастых челюстей у птиц - очень лёгкий клюв из рогового вещества. Обе половинки клюва соединены с черепом подвижно. Благодаря этому птицы способны и ювелирно обрабатывать мелкие семена, и раскалывать орехи, твёрдые, как камень. Шейный отдел позвоночника - наиболее подвижный -позволяет пользоваться клювом, как рукой. Любители быстрой еды Как известно, летательным аппаратам нужно много топлива, причём лучшего качества. Насекомоядные виды без еды не могут прожить и дня. Переваривание пищи у птиц происходит быстрее, чем у любых других животных, и с наибольшим эффектом. В клюве с семян слущиваются оболочки, пища размягчается и смачивается слюной. По пищеводу она достигает желудка, который состоит из двух отделов (рис. 49.15). В железистом отделе происходит химическая обработка ферментами. Следующий, мускульный отдел содержит специально заглоченные камешки, которые фактически заменяют птице зубы. В этом «жевательном» отделе пища тщательно перетирается механически. Переработанная пища проходит сквозь длинный кишечник, где всё полезное, включая воду, всасывается в кровь. Весь процесс пищеварения обычно занимает 20-30 мин. Прямая кишка у птиц очень коротка, и непереваренные остатки в организме не задерживаются и не снижают способность к полёту. Самое эффективное дыхание Дыхательная система птиц устроена весьма своеобразно. Воздух, попав в трахею, дальше проходит по их организму кольцевой путь. Свежий воздух поступает в задние воздушные мешки, потом отдаёт кислород в лёгких, и, наконец, через передние воздушные мешки отработанный воздух удаляется снова по трахее (рис. 49.16). 49.15. Желудочно-кишечный теракт птицы 264 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Газообмен с кровью происходит только в лёгких, которые состоят из сквозных трубочек-парабронхов, оплетённых капиллярами. Стенки парабронхов имеют сложное складчатое строение. Поэтому, несмотря на небольшие размеры лёгких, площадь поверхности для газообмена у птиц намного больше, чем у рептилий. Воздушные мешки - тонкостенные эластичные пакеты, непроницаемые для газов. Они расположены между внутренними органами и под кожей, пронизывая всё тело от шеи до хвоста, а их выросты заходят даже в крупные кости. На вдохе, когда стенки тела расширяются, все мешки засасывают воздух, а когда тело сжимается - выталкивают. Дыхательные пути пережимаются или открываются таким образом, что и на вдохе, и на выдохе поток воздуха через лёгкие возможен только в одну сторону - из задних мешков, где он богат кислородом, - в передние (см. рис. 49.16). 49.16. Схема работы воздушных мешков Таким образом, свежий воздух продувается сквозь лёгкие постоянно, поэтому газообмен в них происходит с удвоенной скоростью. В спокойном состоянии птица совершает дыхательные движения грудной клеткой. В полёте качать воздушные мешки помогают мышцы крыльев и брюшной стенки. Воздушные мешки отводят лишнее тепло от работающих органов и в полёте служат «радиаторами охлаждения». Самое совершенное кровообращение Перегородка полностью разделяет сердце птиц на 4 камеры: правое предсердие и правый желудочек наполняются только венозной кровью, левое предсердие и левый желудочек - чистой артериальной кровью (рис. 49.17). Птицы утратили левую дугу аорты, в которой смешивалась кровь у рептилий. Так что от сердца кровь выходит по двум сосудам. От правого желудочка лёгочная артерия уносит венозную кровь по малому кругу кровообращения. Обогатившись кислородом, она возвращается в левое предсердие. Из левого желудочка эта кровь по единственной (правой) дуге аорты начинает большой § 49-50. Рождённые для полёта 1265 49.17. Схема кровообращения птицы круг. По нескольким венам венозная кровь входит в правое предсердие. Сердце птиц крупное и сильное. Частые сокращения ускоряют ток крови. Красные клетки крови -эритроциты - мелки, многочисленны и поэтому переносят больше кислорода. Всё это обеспечивает непрерывное и быстрое насыщение всех органов кислородом и питательными веществами. Так же быстро выносятся ненужные продукты обмена. В почках они превращаются в мочу, содержащую много мочевой кислоты. Моча поступает в клоаку и выводится вместе с помётом. Интенсивный обмен веществ поддерживает температуру тела птицы постоянно высокой и обеспечивает способность к полёту. Высокоразвитая нервная система Высокая активность птиц требует чёткой координации движений и быстрой реакции на изменения среды. Теплокровность создаёт лучшие условия для развития мозга. Поэтому его объём у птиц примерно в 10 раз больше, чем у рептилий. Особенно велики большие полушария переднего мозга и мозжечок. Внутри больших полушарий находятся полосатые тела - скопления нервных клеток, ответственных за сложное поведение птиц. В их жизни наряду с инстинктами важнейшую роль играет обучение. У птиц основной орган чувств - зрение. Глаза хищных птиц составляют 3-5% от массы тела и позволяют заметить добычу на расстоянии километра. Поле зрения каждого глаза так велико, что создаёт возможность кругового обзора без поворота головы. У многих уток и куликов образуется область бинокулярного зрения не только впереди, но и сзади, что позволяет одновременно кормиться и отслеживать приближение хищника. Не менее важен для птиц и орган слуха. Уши совы, расположенные под перьями по бокам широкой головы, позволяют ей определить направление на жертву с точностью до 1°. Обоняние у птиц развито ничуть не меньше, чем у рептилий. ^266 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Перьевой покров - ключевая адаптация птиц к полёту и теплокровности. Изменение конечностей, развитие прочного и лёгкого скелета, ускорение пищеварения, появление особого типа дыхания, полное разделение двух кругов кровообращения, усложнение мозга и органов чувств позволили им стать самыми совершенными летающими животными. Перо. Крыло. Киль. Клюв. Воздушные мешки ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • Какую роль в становлении класса птиц сыграл перьевой покров? 2. • Каково строение перьевого покрова? Какие преимущества оно даёт? 3. • Какие особенности скелета и мускулатуры обеспечивают взмах крыла? 4. • За счёт чего птицы повысили скорость обмена веществ? 5. • Почему у птиц мозг значительно больше, чем у рептилий? 6. • Как изменился скелет птиц по сравнению с предками? 7. • Как птицы летают? 8. • Как птицы дышат? 9. • Почему птицы поддерживают температуру тела столь высокой? 10. • Поработайте в паре: пусть один приводит примеры приспособлений птиц, 49.18. План строения птицы а второй объясняет их связь с полётом. М • Найдите основные адаптации птиц к полёту. МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Скелет и покровы птиц 1. Среди костей варёной курицы найдите грудину и зарисуйте её поперечный профиль. Обозначьте место прикрепления грудных мышц. 2. Попытайтесь разрезать вдоль или разломать бедренную кость курицы. Зарисуйте и объясните её внутреннее строение. 3. Помашите пером, как птица в полёте, несильно сжимая пальцы. Убедитесь, что перо пытается развернуться между пальцами. Объясните, почему перо имеет асимметричную форму. § 51. Под материнским крылом 1267 § 51. Под материнским крылом ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Большинство взрослых птиц летающие. Факт 2. Вылупившиеся птенцы не летают. • В чём противоречие? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие преимущества даёт внутреннее оплодотворение? (§ 44-45) • Какую роль играют оболочки, окружающие яйцо и зародыш в нём? (§ 44-45) • Почему пресмыкающиеся не насиживают яйца? (§ 44-45) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и рисунков объясните, почему забота о потомстве так важна именно для птиц и в чём она заключается. Лучше меньше, да лучше Птицы произошли от пресмыкающихся и сохранили их важнейшие приспособления к размножению на суше: внутреннее оплодотворение, защитные оболочки яйца и зародыша. Птицы откладывают, как правило, не более 20 яиц за сезон размножения, а некоторые виды обходятся всего одним-двумя. Однако эти яйца более высокого качества: и по строению, и по размеру. Строениеяйца птиц Птичье яйцо (рис. 51.1) отличается • Найдите детали строения большим запасом питательных ве- яйца. ществ в желтке и воды — в белковой оболочке. На скрученных нитях из белка - халазах - желток подвешен так, чтобы зародыш всегда находился сверху, поближе к телу матери. Яйцо покрывает твёрдая известковая скорлупа, пронизанная тонкими воздушными порами. Она не только защищает яйцо, но и служит источником кальция для построения скелета зародыша. Яйцо африканского страуса весит около 1,5 кг, но и сама птица -почти 100 кг. Гораздо внушительнее относительные размеры яиц наших мелких птиц - корольков и пеночек. Каждое яйцо составляет до 268 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые 20% массы самки. На его формирование уходит около суток, а также большая часть питательных веществ, полученных за день с пищей, да ещё запасы жира и кальция, накопленные заранее. Вся кладка, отложенная за несколько дней, может быть больше массы самой птички. Конечно, такие крупные яйца могут формироваться только по очереди. Поэтому у самок птиц, в отличие от рептилий, только один яичник - левый. В чём проявляется забота о потомстве? Все птицы заботятся о продолжении рода таким образом, чтобы за свою жизнь с наибольшей вероятностью вырастить хотя бы двух крепких, приспособленных ко всему потомков, которые надёжно займут их место в популяции. Но не всем это удаётся. Забота о потомстве начинается с выбора подходящего гнездового участка, который сможет обеспечить кормом всю семью в течение периода размножения. В укромном месте птицы строят гнездо, недоступное или хотя бы незаметное для хищников. Оно должно быть достаточно прочным и защищать от холода и сырости. Отложенные яйца птицы насиживают - обогревают теплом своего тела. Мелкие птицы насиживают около 2 недель, крупные - месяц и больше. В конце насиживания птица перестаёт нормально питаться, лишь бы не охладить кладку. Родившиеся птенцы тоже нуждаются в обогреве. Обычно ещё дольше они нуждаются в выкармливании. Покинув гнездо, птенцы пытаются искать пищу. Но нужно немало времени, чтобы они путём подражания и накопления опыта научились кормиться сами. Родители терпеливо помогают им и в этот период. Два типа развития птенцов Представим новорождённых цыплят или утят (рис. 51.2). Они вылупляются зрячими, покрытыми густым пухом. Через несколько часов выводок уже покидает гнездо. Мать первые дни помогает птенцам согреться на отдыхе, оберегает, водит по местам, богатым пищей, а кормятся они сами. Такой - выводковый - тип развития у большинства наземных и околоводных птиц. Утёнок, гусёнок или цыплёнок запечатлевает подвижный предмет, который видит в первый день своей жизни, как свою мать. «Она накормит, защитит, обогреет: за ней надо следовать и подражать». И если, например, гусыню в этот момент заменить на собаку, гусята будут ходить за ней по пятам, пока не вырастут. Но стоит гусятам пробыть с матерью хотя бы дня три - и они всегда узнают её среди тысяч других гусей. § 51. Под материнским крылом 1269 51.2. Выводковый тип развития 51.3. Птенцовый тип развития • Какой тип развития кажется вам более древним? У голубей, дятлов, воробьиных птиц - птенцовый тип развития (рис. 51.3). Птенцы рождаются голыми, слепыми, совершенно беспомощными: умеют только выпрашивать корм. Они остаются в гнезде ещё столько же, сколько длилось насиживание, и требуют большей заботы. Такие птенцы дольше остаются холоднокровными. Зато им не приходится тратить энергию на обогрев, и вся пища расходуется на рост. Они покидают гнездо оперёнными, достигшими размеров взрослых птиц и способными к полёту. Хоть родители и продолжают их опекать, эти птенцы в результате оказываются более развитыми, чем выводковые в том же возрасте. Разделение родительских обязанностей Размножение - наиболее ответственный период в жизни птиц. Его успех зависит от того, насколько родители приспособлены к выполнению своих обязанностей. Неодинаковая роль родителей выражается и во внешнем их различии - половом диморфизме. Самки откладывают яйца и проводят у гнезда больше времени. Поэтому естественный отбор закрепил у них покровительственную окраску и скрытное поведение. На время насиживания на груди и брюхе у самки выпадают перья и развивается наседное пятно, где горячая кровь поступает в крупные подкожные сосуды. Обмен веществ самки приспособлен к очень большим затратам энергии и быстрому их восполнению. В обязанности самца у большинства птиц входит охрана гнездового участка, который в этом случае называют территорией. Самец спешит занять лучшую территорию раньше других. Громким пением он оповещает соседей, что место занято, и приглаша- 270 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые ет самок оценить его выбор. Он привлекает самок особым брачным поведением, яркой окраской или изощрённой песней. Брачные системы Большинство птиц для размножения объединяются в пары. Такие виды называются моногамными (однобрачными). Самцы моногамных видов охраняют территорию, кормят насиживающую самку и во многом разделяют её обязанности. У орлов, лебедей, гусей, журавлей пары сохраняются на всю жизнь, у мелких птиц - на сезон размножения. Существуют и полигамные (многобрачные) виды, которые устраивают брачные турниры - тока (рис. 51.4). Самцы-победители спариваются со многими самками, проигравшим же остаётся надеяться на будущее. Заботу о потомстве полностью берут на себя самки. У таких видов самец обычно значительно крупнее и наряднее самки. К полигамам относятся глухарь, тетерев, павлин, некоторые кулики. 51.4. На тетеревином току Условия среды, гормоны, инстинкты и опыт Размножение каждого вида птиц начинается с таким расчётом, чтобы рост птенцов пришёлся на самое изобильное время года. Синицы выкармливают птенцов мелкими гусеницами, которые появляются в конце мая, а ласточки - летающими насекомыми. Поэтому синицы строят гнёзда в апреле, а ласточки - намного позже. Но как они научились рассчитывать время заранее? § 51. Под материнским крылом 1271 Гнездовым поведением управляют гормоны, весьма сложные инстинкты и собственный опыт птиц. Сигнал к началу размножения организм получает из гипофиза - главной железы внутренней секреции, расположенной в основании головного мозга. Когда световой день достигает определённой длины, гипофиз начинает вырабатывать гормон (рис. 51.5, А). Под его воздействием в половых железах вырабатываются половые гормоны, начинается формирование половых клеток, меняется облик и поведение птиц. 51.5. Последовательные фазы гнездового поведения: А - формирование пары; Б гнездостроение; В - насиживание Опыт птицы помогает ей справляться с задачами быстрее и лучше. Вся сложная цепочка наследственных программ гнездового поведения каждый раз проверяется естественным отбором. Введением полового гормона можно заставить самку строить гнездо в любое время года, но гнездо это будет грубым, непригодным. В естественных условиях у неё в это время образуется чувствительное наседное пятно. Присаживаясь на гнездо, самка замечает все неровности и выстилает их более нежным, тёплым материалом. Но выпадение перьев зависит от другого гормона, выделение которого вызывается внешним видом самца (рис. 51.5, Б). Яйца или раскрытые рты птенцов своим видом «включают» в мозгу самки другую наследственную программу поведения -насиживание или выкармливание (рис. 51.5, В). Инстинкты не всегда надёжны Кукушка подкладывает свои яйца в гнёзда мелких насекомоядных птиц (рис. 51.6, А). Это явление получило название гнездового паразитизма. По размеру и окраске яйца кукушки очень похожи на яйца хозяев гнезда, но развиваются быстрее. Новорож- 272 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые 51.6. Кукушка: А - самка с яйцом; Б - птенец, выталкивающий яйцо; В - слёток, выкармливаемый пеночкой дённый кукушонок выталкивает любой предмет, который к нему прикоснётся (рис. 51.6, Б). Так он избавляется от других птенцов или яиц в гнезде и переключает на себя всю заботу приёмных родителей (рис. 51.6, В). Его раскрытый рот больше и краснее, чем у родных птенцов. Он ещё сильнее стимулирует родительский инстинкт. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Птицы откладывают меньше яиц более высокого качества, чем рептилии. Забота родителей о потомстве выражается в охране территории, устройстве гнезда, насиживании яиц, уходе за птенцами до достижения ими размеров взрослых. Этому способствует сложное и различное поведение самцов и самок. Гормоны, инстинкты и опыт управляют поведением птиц в изменчивых условиях среды. Выводковый и птенцовый типы развития. Наседное пятно. Моногамия и полигамия. Гнездовой паразитизм ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • В чём заключаются особенности строения птичьего яйца? 2. • Как птицы заботятся о своём потомстве? 3. • Чем различаются два известных вам типа развития птенцов? 4. • Как у птиц родительские функции разделены между полами? 5. • Чем определяется родительское поведение? Поясните примерами. 6. • Кто тратит на каждого потомка больше энергии: птицы или рептилии? 7. • Какова роль гнезда в размножении птиц? 8. • Чем петух отличается от курицы и почему? 9. • Докажите, что сложное гнездовое поведение основано на инстинктах. 10. • Какие наблюдения и опыты могли бы показать зависимость размножения птиц от условий среды? Сформулируйте цели исследования, используемые методы,выводы. § 52. В поисках сезонной выгоды 1273 § 52. В поисках сезонной выгоды ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Лена: Понятно, зачем птицы осенью летят на юг, непонятно, зачем возвращаются. Как бы вы ответили Лене? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • В какое время года больше всего насекомых? (§ 32) • Какие новые ресурсы освоили пресмыкающиеся? (§ 44-45) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и рисунков ответьте на вопросы. • Какие приспособления имеют птицы к дальним полётам? • Почему одни птицы оседлые, другие перелётные? • Почему грачи и утки стали зимовать в крупных городах? Годовой цикл у птиц Размножение у птиц приходится на самое кормное время года. Вслед за ним настаёт период линьки: замены обношенных перьев на новые. Некоторые птицы так «спешат», что на время теряют способность к полёту. Им приходится скрываться в непролазной чащобе или на недоступных островах и болотах. Чтобы вырастить новое «поколение» перьев, нужно очень хорошо питаться. Вот почему линька обычно тоже приходится на лето. Птицы - теплокровные животные. Они не могут приостановить свою активность, как рептилии. Чтобы пережить неблагоприятный сезон, одни из них приспосабливаются к суровым условиям. Другие - совершают сезонные миграции в тёплые края. Оседлые птицы остаются зимовать вблизи места рождения (рис. 52.1). 52.1. Оседлые и кочующие птицы 274 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые В умеренных широтах зимуют немногие виды, которые могут прокормиться в заснеженном лесу или у жилья человека. Это растительноядные куриные, всеядные врановые, насекомоядные синицы, способные находить спящих в укрытиях насекомых. Многих семеноядных птиц относят к кочующим. Они перемещаются на небольшие расстояния в поисках кормных мест, оставаясь в том же климатическом поясе. Клесты, например, перелетают в поисках урожая еловых шишек, а свиристели и снегири появляются там, где созревает много ягод рябины. Большинство насекомоядных видов, а также околоводные птицы - перелётные (рис. 52.2). Места их зимовки различны и зависят от особенностей кормового рациона. Утки и гуси улетают от нас в основном на запад. Там хоть и прохладно, но водоёмы не замерзают, а по берегам зеленеет трава. Зяблики, жаворонки, дрозды переходят на питание семенами или ягодами. Они зимуют на Певчий дрозд Пеночка- весничка Полярная крачка Что это такое? M0SKWA XD 707815 52.2. Перелётные птицы и пути их перелётов • Как изучают миграции птиц? § 52. В поисках сезонной выгоды 1275 юге Европы, где снег выпадает редко. Мухоловки, ласточки, пеночки улетают далеко на юг, где можно найти достаточно насекомых. Пролётные пути некоторых видов ещё длиннее. Гнездящиеся в тундре полярные крачки зимуют у берегов Австралии и Антарктиды, пролетая в одну сторону почти 20 тыс. км! Как проходят миграции? Миграции проходят незаметно. Большинство птиц летит на высоте 300-700 м над землёй, к тому же в основном ночью. Несколько часов такого полёта птицы чередуют с остановками на несколько дней для «дозаправки». Именно этих, кормящихся и перелетающих невысоко над землёй мигрантов мы и замечаем весной или осенью. Но если выйти на улицу тихой звёздной ночью в начале мая и прислушаться, можно услышать далёкие голоса тысяч перелётных птиц, находящих во тьме дорогу. В период миграций организм птицы перестраивается. В ответ на изменение длины светового дня гипофиз вырабатывает гормон, ответственный за миграционное состояние. Он приостанавливает все другие процессы годового цикла. У птицы меняется время сна. Обостряется реакция на погоду и на небесные ориентиры. Возникает стремление лететь в определённом направлении. Организм переключается на режим избыточного питания, позволяющий откладывать жировые запасы под кожей. За несколько дней их накапливается достаточно, чтобы совершить беспосадочный перелёт через море или пустыню. Использование птицами жира в качестве горючего для полёта примерно в 10 раз экономичнее, чем работа лучшего авиационного мотора. Опытами в планетарии доказано, что птицы ориентируются по магнитному полю Земли, движению Солнца и звёзд. Для этого они определяют время по «биологическим часам» - путём сложного взаимодействия органов зрения, нервной системы и внутренней секреции. Один-два раза в году «биологические часы» настраиваются по длине дня. Остальное время они определяют ход всего годового цикла. Это позволяет начинать каждую фазу заранее: например, покидать родину до наступления холодов. Причины миграций Происхождение миграций связывают с тропическими районами, где птицы могли обитать круглый год. Очевидно, что такие районы были перенаселены, и во время массового появления 27б Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые птенцов корма не хватало на всех. Преимущество получали родители, улетавшие на время гнездования куда-нибудь ещё. Особую выгоду получали птицы, избравшие для размножения области с сезонным климатом: ведь там летом корма намного больше, чем нужно местным видам. Такие особи выводили больше птенцов, и их перелётные потомки постепенно вытеснили оседлых. Верность территории и расселение Один раз выбрав удачное место гнездования, птицы запоминают дорогу к нему и возвращаются в последующие годы. Верность месту гнездования даёт ряд преимуществ. На знакомой территории легче найти корм и убежища, а со знакомыми соседями проще выяснить границы владений. Можно начать гнездование раньше и дать своим птенцам больше времени, чтобы они окрепли до наступления осени. Молодые птицы, наоборот, редко возвращаются на место рождения. В возрасте нескольких недель или месяцев, когда они лишаются родительской опеки и становятся самостоятельными, ими овладевает стремление к расселению. Оно напоминает миграционное состояние, но длится недолго. Обычно молодые птицы успевают разлететься на несколько десятков километров во все стороны от родного гнезда. На новом месте они выбирают территорию, подходящую для будущего гнездования, и запечатлевают её в памяти, возможно, на всю жизнь. Так птицам удаётся избегать перенаселения и осваивать новые районы. Возрастная пирамида Продолжительность жизни птиц меньше, чем у пресмыкающихся. Но они живут активно круглый год, так что продолжительность активной жизни - больше. Максимальный возраст мелких птиц составляет 10-20 лет. Из крупных видов альбатросы могут дожить до 50 лет, куриные - лишь до 10 лет. Но эти цифры мало говорят о возрасте птиц в природе, где их постоянно преследуют хищники, голод и болезни. Наглядное представление об этом даёт возрастная пирамида (рис. 52.3), где отдельная полоска отображает число особей каждого пола и возраста на тысячу особей в популяции. Она показывает, что ежегодно примерно половина птиц каждой возрастной группы не доживает до следующего размножения. В результате средний возраст гнездящихся зябликов (как и многих других птиц) составляет всего полтора года. § 52. В поисках сезонной выгоды 1277 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 280 240 200 160 120 80 40 0 40 80 120 160 200 240 280 52.3. Возрастная пирамида гнездовой популяции зяблика Смертность молодых, неопытных птиц больше, чем взрослых. Из 2 зябликов-родителей 1 обычно не доживает до следующего лета. Из 5 их потомков погибают 4, а единственный выживший занимает освободившееся место в гнездовой популяции. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Птицы активны круглый год. Размножение и линька проходят в благоприятное время года. По способу переживания неблагоприятного сезона различают оседлых (и кочующих) и перелётных птиц. Перед совершением дальнего перелёта организм птицы переходит в особое, миграционное состояние. В пути птицы используют «биологические часы» и астрономические ориентиры. Миграции позволяют птицам существовать за счёт урожая кормов в областях с сезонным климатом и избегать перенаселения. Взрослые птицы обычно возвращаются на прежнее место гнездования. Расселение происходит в начале жизни. Большинство птиц погибает задолго до старости. Миграции. Верность месту гнездования. Расселение ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ Чем заняты птицы в течение благоприятного периода года? Почему? Как переживают неблагоприятный сезон пресмыкающиеся и птицы? Почему птицы, гнездящиеся в одном районе, зимуют в различных областях? Как проходят миграции? Когда и как птицы используют свою способность к перемещениям? Долго ли живут птицы? Представьте и расскажите, как птица ориентируется по звёздам. Почему возрастная диаграмма имеет форму пирамиды? Какие ресурсы, недоступные рептилиям, смогли освоить птицы? 10. • Поработайте в паре: пусть один выдвигает доводы, что птицам выгоднее вести оседлый образ жизни, а другой - что им выгоднее мигрировать в неблагоприятный период. 9 278 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые § 53-54. Жизненные формы птиц ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Лена: Главное у птиц - полёт. Не случайно у них у всех есть крылья, мощные мышцы. Миша: Но использовать полёт можно разными способами. • Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Как форма крыла влияет на качество полёта? (§ 49-50) • О чём говорят перепонки между пальцами? (Жизненный опыт) • Может ли пеликан колоть орехи? (Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Реликты далёкого прошлого • Почему не все птицы летают? Почти все современные отряды птиц появились в начале кайнозоя, когда мир стал похож на современный. Лишь отдельные представители более древних отрядов дожили до наших дней. Они сохранили реликтовые черты строения и экологии. У пингвинов (рис. 53.1) туловищный отдел позвоночника сохранил большую подвижность. Кости тяжёлые, не пневматизированные. Мелкие перья не имеют крючочков на бородках. Аптерий нет: перья сплошь покрывают всё тело, а во время линьки сменяются почти одновременно, напоминая смену покровов у рептилий. Жизнь пингвинов полностью связана с морем. Их крылья преобразованы в ласты, а лапы служат рулями. Даже по окраске они - типичные морские животные. Плотный перьевой покров и слой жира решают проблему теплоизоляции. Почти все виды пингвинов обитают в холодных водах Антарктики, богатых рыбой и беспозвоночными. 53.1. Императорский пингвин § 53-54. Жизненные формы птиц 1279 Императорские пингвины, достигшие пяти лет, зимой образуют гнездовые колонии вдали от берега. Единственное яйцо насиживает самец, положив его на лапы и прикрыв кожной складкой. Птенец вылупляется через два месяца. Тогда самка, откормившаяся в море, сменяет похудевшего самца. Только в возрасте полугода птенцы сами уходят к морю. У страусов (рис. 53.2) тоже нет аптерий, перья рассучены, а крылья не годятся для полёта. К тому же у них нет киля: это наземные бегающие птицы. Кости тазового пояса срослись снизу, из-за чего опора на ноги стала ещё надёжнее. Мышцы ног составляют большую часть мускулатуры, а лапы на вид - почти как у верблюда. Бегущий страус обгоняет автомобиль! 53.2. Страусы Пища страусов - грубые, иногда колючие части растений - тоже необычна для современных птиц, это говорит об их древнем происхождении. У них сильно развит кишечник со слепыми отростками для переваривания целлюлозы с помощью бактерий. Виды страусов относятся к пяти различным отрядам, из которых осталось три (с 7 видами). Ископаемых видов известно больше, чем ныне живущих. Несколько видов истреблены человеком в течение последних столетий, а остальным угрожает вымирание. Бескрылые птицы киви (рис. 53.3) имеют необыкновенно острое обоняние 53.3. киви 280 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые и слабое зрение. Киви ведут ночной образ жизни. Ноздри, расположенные на конце длинного клюва, помогают им находить червей в лесной подстилке. Самка киви размером с курицу откладывает одно яйцо, которое в 10 раз крупнее куриного. Его насиживает самец. Киви образуют отдельный отряд, сохранившийся только в Новой Зеландии. Тринадцать способов существования • Какие местообитания позволил использовать полёт? В начале кайнозоя, когда закончилась эра пресмыкающихся, птицы освоили всё разнообразие экосистем. Чтобы приспособиться к ним, разные виды выработали сходные адаптации. Животных, которые в сходных условиях обитания избрали сходный образ жизни, причисляют к одной жизненной форме. Рассмотрим, какие жизненные формы, или особые способы существования, встречаются у птиц. Водные птицы плавают с помощью перепонок на лапах. Их плотный перьевой покров смазан жиром копчиковой железы и не смачивается. Пух под перьями удерживает тепло. Водно-подводные птицы - чистики, гагары, поганки и некоторые веслоногие (бакланы) - прекрасные ныряльщики. Они ловят рыбу или достают беспозвоночных со дна. Их тело вытянуто, как торпеда, сильно погружено в воду, ноги мощные, смещены назад, узкие крылья помогают при нырянии, полёт стремительный, прямолинейный (рис. 53.4). Водоплавающие птицы не ныряют, а кормятся у поверхности воды. За счёт воздуха под перьями их тело выступает из воды, как поплавок. Их крылья сильны, полёт более плавный. Ноги не слишком смещены на-53.5. Водоплавающие птицы зад, что позволяет легко ходить по 53.4. Водно-подводные птицы § 53-54. Жизненные формы птиц 1281 53.6. Водно-воздушные птицы • Какие части крыла сильнее развиты у буревестника и крачки? Почему? суше. Клюв гусеобразных снабжён множеством пластинок: утки с их помощью процеживают и извлекают из воды мелких животных и растения, а гуси перетирают ростки травы. У пеликанов (веслоногие) под клювом растяжимый кожный мешок, которым они ловят рыбу, как сачком (рис. 53.5). Водно-воздушные птицы -трубконосые (буревестники, альбатросы), чайковые (чайки, крачки) и некоторые веслоногие (олуши). В своём виртуозном и неустанном полёте они выслеживают рыбу у поверхности воды, а олуши - и на глубине. У охотников за более крупной рыбой есть крючок на клюве (рис. 53.6). Наземные птицы лишены перепонок. Ноги стройные, прямые. Как и водные птицы, они передвигаются шагом, а не прыжками. Задний палец довольно короткий или его нет. У большинства птенцы - выводкового типа. Наземно-водные птицы - фламинго, голенастые, журавли и длинноногие кулики. Они заходят глубоко в воду, насколько позволяют длинные ноги. А чтобы достать пищу, нужна и длинная шея: у некоторых она содержит до 20 удлинённых позвонков. Охотятся эти птицы по-разному. Журавли клювом, как пинцетом, достают мягкие корневища, побеги, семена, насекомых. Цапли используют клюв как дротик, «выстреливая» им с помощью шеи в рыб и лягушек. Фламинго, опустив голову, зачерпывают мелких 53.7. Наземно-водные птицы 282 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Перевозчик Камнешарка Кулик-сорока 53.8. Наземно-прибрежные птицы I Коростель Ж рачков и водоросли изогнутым надклювьем. Многие кулики «зондируют» ил своим длинным чувствительным клювом (рис. 53.7). Наземно-прибрежные птицы -кулики - бегают у кромки воды или по мелководью. Это сравнительно мелкие птицы. Они собирают насекомых и других беспозвоночных: чем больше пробежишь, тем больше найдёшь. Кое-кто из них приспособился переворачивать клювом камешки и вскрывать раковины. Все они хорошо летают, спасаясь от хищников (рис. 53.8). Наземно-болотные птицы - пастушки - ходят по плавающим растениям и зыбкой почве среди высокой травы. Очень длинные пальцы позволяют им не проваливаться. Защитная окраска и способность протискиваться через заросли делают их совершенно незаметными. Не видя друг друга, они перекликаются громкими голосами (рис. 53.9). Наземно-степные птицы - дрофы - бегают по твёрдой почве среди открытых пространств. Их мощные ноги опираются на три укороченных пальца. Если надо, они хорошо летают. Кстати, дрофа - самая крупная птица в нашей стране: её вес достигает 16 кг (рис. 53.10). Наземно-лесные птицы - кури-53.10. Дрофа ные (тетерев, фазан и другие) - хо- дят под пологом леса. Взлетают они неохотно, шумно хлопая крыльями. Ведут оседлую жизнь, зимой питаясь почками, серёжками, даже хвоей. У тетеревиных сильные ноги оперены до лап, а 53.9. Наземно-болотные птицы § 53-54. Жизненные формы птиц 1283 пальцы оторочены щитками, что помогает им ходить по снегу, не проваливаясь. В морозные ночи они закапываются в рыхлый снег, чтобы не терять тепло (рис. 53.11). Птицы, которые проводят жизнь на деревьях или в воздухе, не плавают и не бегают. Их птенцы рождаются беспомощными. Лесокустарниковые птицы (рис. 53.12) - голуби, кукушки, ракшеобразные. Их лапы приспособлены для прыжков по веткам: пальцы и когти цепкие, один или два пальца обращены назад. Эти птицы отдыхают, спасаются от врагов и строят гнёзда на деревьях или кустах, а собирать пищу могут и в другом месте. У голубей пищевод образует расширение для пищи - зоб. В него можно быстро набрать значительную порцию семян, а потом обрабатывать их в безопасном месте. Кукушки и ракшеобразные (сизоворонки, зимородки) питаются различными мелкими животными, которых находят на ветках, на земле или достают из воды. Древесно-лазающие птицы - попугаи, дятлы, туканы - искусно перебираются по веткам и стволам с помощью очень цепких лап, помогая хвостом или клювом. Их прочный клюв способен раздолбить или расколоть твёрдые семена и орехи. Туканы питаются фруктами и ягодами, ловко управляясь своим громоздким, а на самом деле очень лёгким клювом. Гнёзда устраивают в дуплах деревьев (рис. 53.13). 53.11. Белая куропатка 53.12. Лесокустарниковые птицы 53.13. Древесно-лазающие птицы 284 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые 53.14. Колибри Древесно-воздушные птицы - колибри - питаются нектаром, пыльцой и соком растений. Это самые мелкие птицы: некоторые весят всего 2 г, а клюв может быть длиннее тела. Чтобы достать нектар, колибри повисает в воздухе перед цветком. При этом крылья совершают 50-80 взмахов в секунду (рис. 53.14). Воздушные птицы - стрижи, козодои - кормятся воздушным «планктоном»: мелкими насекомыми, которые пассивно перемещаются вместе с воздухом. Стрижи летают днём, а козодои -ночью. Их длинные и узкие крылья предназначены для долгого и экономичного полёта. Рот, и без того широкий, дополнительно окружён щетинками и действует как сачок. Некоторые из этих птиц могут взлететь, только падая с уступа: их ноги настолько слабы, что не 53.15. Возду1иные пт.ицы помогают даже оттолкнуться (рис. 53.15). Хищные птицы - дневные хищники и совы - встречаются в самых разных местообитаниях, но приспособлены прежде всего к охоте за крупными жертвами. Они вооружены мощным загну- 53.16. Хищные птицы • Что можно сказать об образе жизни этих птиц по силуэту? § 53-54. Жизненные формы птиц 1285 тым клювом, острыми длинными когтями и усиленной хватательной мускулатурой. Дневным хищникам помогает охотиться острейшее зрение, а ночным, кроме зрения, - слух и бесшумный полёт (рис. 53.16). Приспособленность хищных птиц к местообитаниям выражена в различных способах охоты. Орлы и грифы специализировались на высматривании добычи на открытых пространствах с большой высоты. Узкие крылья соколов с мощным «пропеллером» позволяют догнать любую жертву. У луней и некоторых сов - тактика штурмовика: они летают невысоко над землёй и появляются внезапно. Лесные совы и ястребы охотятся из засады. Довольно короткие и широкие крылья облегчают манёвры. Воробьиные - последнее достижение эволюции Кто лучше всех поёт? В кайнозойских экосистемах большинство растений представлено цветковыми, а большинство животных - насекомыми. Необыкновенное разнообразие этих новых, ещё мало освоенных ресурсов привело к возникновению отряда воробьиных птиц. Это особый отряд: в современном мире на него приходится больше половины видов птиц и больше 90% их численности! Такой успех воробьиных птиц связан с более высоким уровнем обмена - более совершенной теплокровностью. Это позволило уменьшить размеры тела и лучше приспособиться к питанию особенно калорийными семенами и насекомыми. Воробьиные строят искусные гнёзда. Они очень заботливые родители и кормят птенцов в гнезде, пока те окончательно не вырастут. Большинство воробьиных относится к певчим птицам. Их голосовой аппарат -нижняя гортань - имеет особое строение. Это щелевидное сужение, через которое проходит воздух из бронхов в трахею. Края гортанной щели образованы тонкими натянутыми перепонками - голосовыми связками. Под действием выдыхаемого воздуха они вибрируют и производят звук, высокий или низкий, в зависимости от на- 53.17. Соловей • Почему наши лучшие певцы обычно скромно окрашены? 28б Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые тяжения связок. В отличие от других птиц, певчие имеют до 7 пар голосовых связок. Их «грудной» голос силён и разнообразен. С его помощью птицы общаются на расстоянии, охраняют свои владения, самцы привлекают самок. Благодаря своим особенностям воробьиные превзошли другие отряды по разнообразию жизненных форм. Но больше всего среди них лесных птиц. Они занимают особые, недоступные другим эко-53.18. Охотники за насекомыми: в возду- логические НИН1И мелКИХ хе и под водой потребителей семян и насеко- • Как назвать такие жизненные формы? мых (рис. 53.17-53.24). 53.19. Ткачики кочуют за урожаем семян трав 53.20. Мухоловки стерегут летающих насекомых 53.21. Чечётки достают семена берёзы 53.22. Пеночки находят 53.23. Щегол кормится гусениц на тонких ветках семенами сорняков 53.24. Длиннохвостая синица ищет тлей § 53-54. Жизненные формы птиц 1287 ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Птицы широко расселены по земному шару. Их крылья, ноги, лапы, клювы, оперение, органы чувств приспособлены к жизни в определённой среде и непригодны для другой. Среди водных и наземных птиц встречаются реликтовые представители. Наиболее прогрессивная группа - певчие птицы - составляет большинство среди лесных птиц. Они достигли расцвета, приспособившись к питанию насекомыми и семенами цветковых растений. Жизненная форма ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Какие группы птиц относятся к более древним? Назовите основные жизненные формы современных птиц. Как по строению лапы можно судить об образе жизни птицы? Какие функции может выполнять крыло в различных условиях? В чём состоят различия дневных и ночных хищников? Почему воробьиные птицы достигли расцвета в современном мире? Чем отличаются понятия «жизненная форма» и «экологическая ниша»? В каких группах птиц преобладает птенцовый тип развития и почему? Какие реликтовые черты сохранили пингвины и страусы? 10. • Какие новые экологические ниши заняли воробьиные птицы? 11. • Поработайте в паре: пусть один называет черты строения клюва, лап, крыльев птицы, а другой определяет местообитание и образ жизни птицы и, если сможет, её название. 28^ Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые § 55. Птицы и люди ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Люди любят птиц, пока они не нападают на сады и поля. Факт 2. Не все птицы любят людей. • Чему будет посвящён параграф? Предложите свой вариант вопроса и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИИ • Каких птиц называют выводковыми? (§ 51) • Как отличить насекомоядную птицу от зерноядной? (§ 53-54) • Каково значение потребителей в экосистеме? (§ 4-5) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Что для нас птицы? • Сформулируйте ответ на вопрос рубрики. Каждый день человечество съедает почти миллион тонн птичьего мяса и яиц. Это наиболее питательные и к тому же дешёвые пищевые продукты. Считается, что по-настоящему люди одомашнили девять видов птиц: банкивскую курицу, утку-крякву, мускусную утку, серого гуся, индейку, цесарку, сизого голубя, канарейку и японского перепела (рис. 55.1). От них пошли все современные породы. Индейка Утка-кряква \\ Перепел Цесарка Серый гусь 55.1. Одомашненные потомки диких птиц • Для чего понадобилось одомашнивать каждый из этих видов птиц? § 55. Птицы и люди 1289 Серых гусей и сизых голубей одомашнили в Средиземноморье в доисторические времена. Так же давно в Месопотамии, Индии и Китае стали разводить крякв и банкивских кур - предков домашних уток и кур. В Африке домашние цесарки известны ещё до начала нашей эры. Когда испанцы завоевали Мексику, у ацтеков уже были домашние индейки и мускусные утки. Канареек привезли в Европу испанцы в XV в. с Канарских островов, где они живут и сейчас. Последним одомашнен японский перепел: его держали в Японии для забавы, как бойцовую птицу, а теперь разводят яйценоскую породу. Не случайно именно куриные и гусеобразные птицы стали предками домашних пород, разводимых для получения мяса и яиц. Человек заметил и развил их природные особенности путём искусственного отбора. Эти птицы живут на подножном корме и не склонны летать. Птенцы выводкового типа самостоятельно питаются, за ними легко ухаживать. Они быстро растут и достигают довольно крупных размеров. Куриные - полигамы, достаточно одного петуха на 10 несушек. Они откладывают по многу яиц, а если их отбирать - отложат ещё больше. Знание биологии птиц позволило механизировать птицеводство в высокой степени. Птицы содержатся в специальных клетках, куда корм и вода поступают автоматически, а снесённые яйца сразу поступают на транспортёрную ленту. Яйценоские породы кур несут до 300 яиц в год и больше. Бройлерные цыплята достигают веса 1,5 кг быстрее чем за два месяца. А потомство одной индюшки даёт за год до 200 кг мяса. Каждый год селекционеры выводят новые породы домашних птиц, с новыми свойствами. Ещё большие резервы полезных свойств сохраняются у диких птиц. Сейчас на фермах успешно разводят некоторых страусов, имеющих диетическое мясо. Существенную экономическую выгоду имело бы разведение тетеревиных птиц, питающихся хвоей и ветками. Однако для этого пока не хватает знаний о механизмах, управляющих поведением птиц. Что для нас дикие птицы? • Предложите ответ на вопрос рубрики. Куриные и водоплавающие птицы служат объектом спортивной охоты, а в некоторых регионах - и промысла, то есть промышленной заготовки вкусного мяса. Чтобы поддержать спортивную охоту, в некоторых хозяйствах специально разводят и выпускают в природу диких фазанов и уток. 290 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Иногда птицы служат источником неприятностей. Городские голуби, например, могут переносить возбудителей болезней и поддерживать очаги инфекций, опасных для человека: орнитоз, грипп и другие. Но разумные меры по утилизации мусора сильно сокращают вероятность заражения и птиц, и людей. Скопление птиц вблизи аэродромов создаёт опасность для движения самолётов. Но можно отпугивать птиц, используя запись их криков тревоги. Чтобы избежать столкновений в воздухе, учитывают сроки и пути массовых миграций птиц. Грачи весной выклёвывают из земли посеянные семена и проростки. Скворцы и дрозды в тёплых районах могут наносить ущерб виноградникам и вишнёвым садам во время созревания ягод. Ещё больше вредят воробьи, вылетающие стаями на поля и хранилища зерновых культур. Особенно многочисленные стаи образуют африканские ткачики на полях проса. Но в другое время те же птицы оказывают полям и садам неоценимую услугу, ограничивая численность насекомых. Значение птиц заключается в их экологической роли потребителей: они регулируют численность своих жертв (рис. 55.2). С одной стороны, они поедают огромное количество семян, в том числе сорных растений. С другой стороны, они способствуют их расселению. Леса из кедра, например, без кедровки просто не смогли бы восстанавливаться на месте пожара. Так же и дуб зависит от сойки, и тысячи других растений. Многие птицы легко переключаются на несвойственный им, но легкодоступный корм. Подвижность птиц - замечательная их особенность, которая позволяет быстро обнаруживать скопления корма. Благодаря этому птицы способны предотвращать вспышки численности насекомых. Так обычно и происходит в природных экосистемах. Но в крупных искусственных экосистемах- 55.2. Они помогают нам восстанавливать леса и бороться агр°ценозах птиц неДостаточно, и для с вредителями борьбы с вредителями используют § 55. Птицы и люди 1291 ядохимикаты, которые могут оказаться ещё вреднее. Поэтому важна правильная планировка сельскохозяйственных угодий. Их сочетание с полезащитными лесополосами позволяет использовать птиц как безопасный, биологический метод борьбы. Что мы для них? • Найдите в тексте ответ на вопрос рубрики. История взаимоотношений человека и природы показывает, что разделение животных на вредных и полезных для человека -неверный подход, который может привести к нарушению природного равновесия. В Китае, где птицы иногда наносят серьёзный вред поспевающим зерновым, однажды решили истребить всех воробьёв. Люди по всей стране одновременно вышли в поле и, размахивая тряпками, не давали им садиться в течение нескольких часов. Акция имела успех, хотя вместе с воробьями погибли и некоторые другие мелкие птицы. Однако на следующий год посевы были поражены озимой совкой и почти не дали урожая. Недостаток продовольствия ощущался и в последующие годы, пока численность птиц не восстановилась. На протяжении тысячелетий человек охотился на птиц, приручал их, поклонялся им. Вместе с тем немало видов птиц исчезло по вине человека задолго до века технического прогресса. Первыми от прямого преследования пострадали крупные нелетающие страусоподобные птицы: в историческое время, по-видимому, вымер не один десяток видов (рис. 55.3). Развитие мореплавания и колонизация новых земель сопровождались истреблением местной фауны. Спутники колонистов ДИЧаЮГЦИе собаки, КОГН- 55.3. Жертвы географических ки, свиньи - превращались в страш- открытий 292 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые ных врагов всего живого. Так в XVII в. исчез нелетающий голубь дронт. Некоторые океанические острова потеряли более половины населявших их видов. Заселение Северной Америки европейцами привело к потере 31 вида. Один из них - странствующий голубь, по описаниям очевидцев, мигрировал стаями, закрывавшими небо. Птиц ловили всеми возможными способами, заготавливали миллионами за сезон, кормили ими свиней, а к концу XIX в. вид был практически истреблён. На побережье Северной Атлантики истреблена бескрылая гагарка - крупная, похожая на пингвина птица из отряда чистиковых. Гагарки населяли «птичьи базары», их яйца и мясо были массовой добычей рыбаков и местных жителей. В течение последнего столетия большую роль сыграло косвенное воздействие человека: через изменение среды обитания птиц. Уничтожение лесов, распашка степей, отравление полей удобрениями и ядохимикатами, разлив нефти в море привели к утрате почти ста видов птиц, и ещё большее число оказалось под угрозой вымирания. Красная книга • За что птицы нас не любят? Каждый биологический вид - это уникальный продукт длительной эволюции. Он идеально приспособлен к своей среде обитания и связан тысячами связей с другими членами экосистемы. Он обладает только ему присущими свойствами, которые нельзя искусственно воспроизвести в лаборатории. Но каждый вид в природе благополучно воспроизводит себя сам, и это продолжается миллионы лет. Не лучше, не проще ли сохранить эти условия, чтобы так продолжалось и дальше? Не благоразумнее ли позаботиться о сохранении всего разнообразия жизни на Земле, пока оно существует? С этой целью учёные и правительства всех стран договорились об особом режиме охраны тех видов животных, которым угрожает вымирание. Этот договор называется Красной книгой. В ней содержатся не только список охраняемых видов, но и сведения по биологии и мерам охраны каждого из них. К числу птиц, находящихся на грани вымирания, относится белый журавль, или стерх (рис. 55.4). Он гнездится только в нашей стране, в сибирской лесотундре, а зимует в странах Южной Азии. На пролёте он некогда был обычен в степях Поволжья и Ка- § 55. Птицы и люди 1293 55.4. Стерх захстана, но теперь там не встречается. Несмотря на международные усилия по разведению этих журавлей в специальных питомниках, с последующим выпуском птиц в природу, численность западносибирской популяции стерхов продолжает сокращаться. Места их пролёта и зимовки настолько изменены человеком, что перестали обеспечивать им выживание. К счастью, восточносибирская популяция, насчитывающая несколько сотен птиц, находится в лучшем состоянии. Их зимовки в Восточном Китае взяты под строгую охрану. В Красную книгу занесены также редкие виды, которым, благодаря охране, сейчас не грозит вымирание. Среди них - орлан-белохвост (рис. 55.5), одна из наиболее величественных птиц нашей страны. Устаревшее мнение о вреде хищных птиц и безнаказанный отстрел их во многих странах привели к сокращению его численности в Европе в 100 раз. К этому добавилось применение ядохимиката ДДТ на полях. С полей он смывается в реки, с водой попадает в ткани растений и животных, где со временем накапливается. В следующем звене це- 55'5' О]^.^1ан-бе.яо:^вост. пи питания - в рыбах - концентрация ДДТ ещё возрастает, а рыбоядный орлан-белохвост получает с пищей смертельную дозу яда. Выжившие особи оказываются неспособными к размножению: скорлупа яиц у них слишком тонка. Полный запрет на применение ДДТ и варварскую охоту позволил остановить вымирание орлана-белохвоста. Но только спустя десятилетия его численность начала расти. Охрана птиц и использование их свойств нуждаются в знании их образа жизни, миграций, экологических связей, путей эволюции. Этим занимается наука орнитология. 294 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Привлечение птиц • Кого из птиц мы «приглашаем на работу»? Красота цветов - пример отсутствия практической пользы. Тем не менее никто не ставит под сомнение необходимость огромных затрат на их выращивание и приобретение. Во многих странах люди уже пришли к пониманию того, что дикие птицы играют в нашей жизни примерно такую же роль. Как можно повлиять на численность окружающих нас птиц, увеличить число желательных соседей (рис. 55.6) в садах и парках? 55.6. Птицы, обычные для города • Кто из них предпочитает городские свалки, а кто - зелёные насаждения? Во-первых, нужно учесть, что смертность птиц сильно возрастает зимой, особенно - в снежные дни, когда корм трудно найти, и в сильные морозы, когда тратится много энергии на согревание. Поэтому подкормка птиц зимой - лучший способ поддержать их численность. Но надо понимать, что внезапное прекращение подкормки может погубить привлечённых птиц. Во-вторых, многие птицы в городах и посёлках испытывают недостаток в укрытиях и местах для гнездования. На открытых местах им может помочь посадка густых кустарников, а в парке - создание искусственных гнездовий (рис. 55.7-55.9). На луга и поля можно привлечь мелких хищных птиц, которые охотятся на грызунов, если расставить 55.7. Птицы «живых несколько присад - шестов с перекладинами изгородей» (рис. 55.10). Таким образом удаётся повысить численность птиц в несколько раз. Проявляя верность месту гнездования, они возвращаются и на следующий год. § 55. Птицы и люди 1295 Горихвостка Большая синица 55.8. Они любят жить в скворечниках 55.9. Они любят жить всиничниках ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА 55.10. Пустельга на присаде Значение птиц для человека определяется, прежде всего, их важным местом в экосистемах. Особенности каждого вида уникальны, поэтому все они достойны изучения и охраны. Редкие и исчезающие виды занесены в Красную книгу. Люди используют некоторые свойства птиц в своих целях, в том числе для получения высококачественных пищевых продуктов. Птиц привлекают, создавая для них условия обитания и места гнездования, или отпугивают с помощью их же тревожных криков. 1 2 3 4 5 6 7 8 9. • 10. 11. Орнитология. Красная книга ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ Какие особенности человек развивает у домашних птиц? Как воздействует на птиц хозяйственная деятельность человека? В чём состоит экологическая роль птиц? Какие виды заносятся в Красную книгу? Какие существуют способы привлечения и отпугивания птиц? Каких птиц, на ваш взгляд, люди станут разводить в будущем? Для каких птиц деятельность человека оказывается благоприятной? Почему важно сохранение всего разнообразия птиц? Какие виды, занесённые в Красную книгу, обитают в вашей местности? • Какие меры принимаются для охраны редких видов птиц? » Что должен делать кажА^1й человек, чтобы сохранить и приумножить птиц? 12. • Поработайте в паре: пусть один приводит примеры полезных птиц, а другой - птиц, мешающих человеку. Обсудите вместе, как можно снизить вредное воздействие птиц. 296 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые § 56-57. Звери: «из грязи - в князи» ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Млекопитающих обычно называют самыми высокоорганизованными животными. В настоящее время они - одни из самых широко распространённых позвоночных животных на Земле. Рыбы заселяют водную среду, рептилии и птицы - сушу, млекопитающие есть всюду. Факт 2. Млекопитающие сохраняют многие черты сходства с земноводными. У зверей множество кожных желёз, их водный обмен не экономный (они выделяют жидкую мочу). Кожа современных пресмыкающихся и птиц - сухая. У них нет жидких выделений. • В чём состоит противоречие? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Как рептилии защищены от высыхания? (§ 44-45) • Какая пища малопригодна для птиц? (§ 49-50) • Как возникла теплокровность? (§ 48) • Каковы характерные признаки зверей? (Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и рисунков параграфа объясните: - от кого произошли млекопитающие; - какие приспособления позволили млекопитающим завоевать мир? Наследие зверозубых предков Достоверно известно, что первые млекопитающие, или звери, появились намного раньше птиц - в начале мезозоя. Причём их предками были не обычные, чешуйчатые пресмыкающиеся, а самостоятельная группа зверозубых ящеров, отделившаяся от земноводных в палеозое (рис. 56.1). 56.1. Место млекопитающих о г на эволюционном древе позво- Зверозубые, как следует из названия, ночных: 1 - земноводные; уже имели зубы, различные по форме и 2 - чешуйчатыерептилии; назначению: резцы - для откусывания, 3 - зверозубые рептилии; г г\ 4 - млекопитающие клыки - для разрывания добычи- Они § 56-57. Звери: «из грязи - в князи» 1297 могли лучше, полнее использовать добычу. Вместе с тем от земноводных они унаследовали примитивное строение кожи. Такая кожа хуже защищала от высыхания, но была богата железами, способными легко видоизменяться: выделять слизь, пот, обеспечивать питанием чувствительные волоски. Зачаточный волосяной покров позволял дольше сохранять активность при остывании. 150 миллионов лет на задворках эволюции Между тем наступила эра господства динозавров - рептилий, лучше защищённых от высыхания на суше. Они достигли гигантских размеров и заняли все благоприятные среды жизни. В тёплом климате они обладали инерциальной теплокровностью: благодаря огромной массе не успевали остыть за ночь и поэтому могли быть постоянно активными. Зверозубые ящеры не смогли соперничать с динозаврами. Более крупные из них вымерли, а остальные, скрываясь от хищников, стали приспосабливаться к жизни в густых зарослях, к охоте в темноте или под землёй. Лучше выживали те, кто при сокращении размеров тела стал вырабатывать дополнительную энергию на согревание. Тут пригодился и волосяной покров, который стал гуще. Так появились первые млекопитающие - животные с настоящей теплокровностью. Но они были не крупнее крысы и в течение всего мезозоя оставались «на задворках эволюции», поскольку лучшие места занимали гигантские рептилии. Таким образом, эволюционные пути млекопитающих и птиц разделились почти сразу после выхода позвоночных на сушу, но шли параллельно. Обе группы освоили эффективные способы дыхания и размножения на суше, сходные особенности родительского поведения, а в конце концов приобрели изолирующие покровы и стали теплокровными животными. Динозавров, как мы помним, погубили их крупные размеры и высокая специализация: они не смогли приспособиться к изменениям в кайнозойских экосистемах. К тому времени млекопитающие прошли уже очень долгий (150 млн лет!) путь приспособлений к различным суровым условиям. Они были готовы не просто занять освободившееся место, но и породить огромное разнообразие новых форм, использующих ресурсы более эффективно. Вот какие адаптации они приобрели «на задворках эволюции». 298 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Рассмотрим их по порядку, а особенности размножения млекопитающих рассмотрим отдельно, в другом параграфе. Кожа - «огород» важнейших адаптаций Поверхность кожи (рис. 56.2) образована многослойным эпидермисом. Снаружи его клетки пропитываются роговым веществом, отмирают и создают защиту. Чем быстрее клетки снашиваются снаружи, тем быстрее они нарастают изнутри. Поэтому в трущихся местах - на подошвах, коленях - образуются толстые мозоли. Под эпидермисом лежит дерма, или собственно кожа. Она состоит из переплетения очень прочных волокон, содержит сосуды и нервные окончания. В глубине дермы откладываются запасы жира для теплоизоляции и как энергетический резерв. Роговые образования кожи - волосы, когти, копыта, рога, чешуи - состоят из мёртвых клеток, заполненных роговым веществом. Но в их основании, погружённом глубоко в кожу, обязательно есть живые, делящиеся клетки. WU 1 - эпидермис 2 - дерма 3 - жировая клетчатка 4 - вена 5 - артерия 6 - нерв 7 - волос 8 - мышца 9 - сальная железа 10 - потовая железа 56.2. Строение кожи § 56-57. Звери: «из грязи - в князи» 1299 Шёрстный покров состоит обычно из волос двух типов: остевых и пуховых. Длинные и жёсткие остевые волосы создают структуру меха. Они имеют ворс - наклон, облегчающий движение, скатывание воды и пыли. Наклон регулируется мышцами. На холоде они сокращаются и поднимают остевые волоски: мех набирает воздух и становится толще. (У нас это выглядит как «гусиная кожа».) Пуховые волосы - нитевидные, часто спирально закрученные, играют особенно важную роль в теплоизоляции. В сезонном климате млекопитающие линяют два раза в год -весной и осенью. Зимний мех, более густой и длинный, у многих имеет белую покровительственную окраску. Кожа млекопитающих богата железами. Сальные железы открываются у корней волос. Их жирный секрет придаёт коже эластичность, предохраняет от воды, микробов и грибков. Потовые железы выделяют на поверхность кожи пот - воду с растворёнными продуктами обмена, поступающими из крови. Их основное назначение - охлаждение тела в жару. Пахучие железы предназначены для общения. Они выделяют секрет с запахом, с помощью которого звери метят территорию и узнают друг друга. У самок всех млекопитающих развиваются молочные железы -видоизменённые потовые железы. Они забирают из крови всё самое питательное и вырабатывают молоко. У большинства зверей протоки многих желёз объединяются и открываются на сосках. Число сосков у разных видов разное - до 12 пар и примерно соответствует числу рождаемых детёнышей. Подвижность и ловкость Скелет зверей - основа разнообразия и совершенства их движений. У бегающих животных ноги подведены под туловище, локтевой сустав обращён назад, а коленный - вперёд. За счёт этого уменьшились затраты энергии на стояние и увеличился шаг. Хорошие бегуны ещё больше увеличили шаг: они перешли к пальцехождению (рис. 56.3). А лучшие бегуны опираются на кончик вв.З. Примеры постановки ко-среднего пальца с копытом. вечностей у млекопитающих Плечевой пояс упрощён. Его кости • Найдите пяточную кость и срослись и соединены с остальным ске- объясните её функцию. 300 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые летом мощными мышцами и связками, прикреплёнными к большой, плоской лопатке. Кости таза срослись снизу, а сверху надёжно соединены с крестцом из нескольких слившихся позвонков. Строение скелета млекопитающих зависит от способа передвижения. В общем, у наземных зверей он сходен со скелетом рептилий, у водных больше похож на рыбий, а у летучих мышей - на птичий. Но по способу сочленения головы с позвоночником все звери похожи только на своих далёких предков - амфибий! Тщательно пережёвывайте пищу Так советуют врачи, и они правы. Ведь усложнение обработки пищи во рту было одним из главных шагов в эволюции млекопитающих. Они смогли извлекать больше пользы из пищи и использовать новые объекты питания. Как им это удавалось? Зубы млекопитающих корнями глубоко погружены в углубления челюстей - альвеолы. Верхние и нижние зубы плотно смыкаются. Они различны и выполняют разные функции (рис. 56.4). Острые резцы (i) позволяют срезать кору, соскабливать мясо 56.4. Зубная система млекопитающих КОСТИ. КлЫКйми (с), ПОХОЖИМИ (на примере волка) на ножи, можно схватить и умертвить добычу. Предкоренные зубы (p) обычно имеют клиновидную форму и позволяют перегрызать. Коренные зубы (m), снабжённые тупыми бугорками, предназначены для пережёвывания, перетирания. Когда животное вырастает, мелкие «молочные» зубы у него заменяются на постоянные. Строение зубов у различных зверей зависит от их основных кормов. У волка, например, выделяются крупные треугольные «хищные» зубы («х» на рисунке). Они действуют как ножницы по металлу: перерезают сухожилия и дробят кости. Обработка пищи связана со сложной работой мышц челюстей и языка, которым нужна надёжная опора. Поэтому череп у зверей полностью окостеневает, многие кости его срастаются. Особенно интересна эволюция челюстей (рис. 56.5). У пресмыкающихся, которые глотают, не жуя, буквально «рот до ушей». Каждая челюсть состоит из нескольких костей, что допускает раздвигание в § 56-57. Звери: «из грязи - в князи» | 301 Пресмыкающееся стороны. Млекопитающие развили способность жевать, и челюстной сустав образовался у них в другом месте. В качестве челюстей работают только передние из этих костей. Задние же - кстати, остатки хрящевых дуг рыбообразных предков, - сильно уменьшились и превратились в косточки среднего уха, передающие звук по слуховому каналу. Заметное место в черепе зверей занимает носовая полость, в которой расположен орган обоняния. Проход из неё в лёгкие отгорожен костным нёбом и мягким нёбом так, г0м0л0гия челюст- что можно дышать и жевать одновременно. ных костей Губы и щёки образованы мышцами и эластичной кожей. Они тоже нужны для обработки пищи во рту. Чувствительность губ помогает определять качество пищи. Соски молочных желёз у самок, видимо, появились не раньше, чем губы у их детёнышей. Передвижная фабрика-кухня Пищеварительный тракт млекопитающих значительно длиннее, чем у птиц и рептилий. В нём больше различных отделов и желёз. Переваривание идёт дольше и эффективнее, несмотря на то что многие звери едят низкокалорийную пищу. В их пищеварительной системе обитает множество бактерий, грибов и простейших, разлагающих клетчатку. Особенно сложно устроен желудок жвачных животных (рис. 56.6). Трава, съеденная овцой, сначала поступает в объёмистый рубец, где идёт бактериальное брожение. Овца может отрыгнуть пищу из рубца и пережевать ещё раз - тогда брожение ускорится. В сетке и книжке продолжается бактериальное разложение. Попадая в сычуг, пища наконец подвергается действию желудочного сока. В тонкую кишку поступает желчь из печени, ферменты из поджелудочной железы и стенок самой кишки. Здесь идёт дальнейшее расщепление и всасывание пищи. Самые грубые растительные остатки снова перерабатываются с помощью бактерий, грибков и простейших в слепой и толстой кишке. В прямой кишке всасывается вода и удерживаются каловые массы. Если бы звери опорожнялись так же часто, как птицы, хищник мог бы легко выследить их по запаху. 56.в. Желудок жвачных 302 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Обмен веществ поддерживает теплокровность Теплокровным организмам необходимо не только больше есть, но и получать больше кислорода при каждом вдохе. Для этого у млекопитающих, кроме общего с рептилиями грудного способа дыхания, есть второй - диафрагмальный. Диафрагма - это куполообразная мышца, отделяющая грудную клетку от брюшной. Её сокращение позволяет дополнительно растягивать лёгкие в сторону брюшной полости. У зверей лёгочных пузырьков в лёгких очень много, и за счёт этого их поверхность в 50-100 раз больше поверхности тела. Сердце зверей четырёхкамерное, как и у птиц. Кровоток полностью разделён на два круга: малый - через лёгкие и большой -ко всем органам тела. Их кровеносная система приобрела сходные черты самостоятельно, независимо от птиц. Но из двух дуг аорты предков у них сохранилась только левая дуга. Она отходит от левого желудочка и разносит чисто артериальную кровь. Эритроциты млекопитающих так же многочисленны, как у птиц. Вдобавок они лишены ядра и поэтому потребляют сами меньше кислорода, а переносят - больше. Орган выделения млекопитающих - тазовые почки. Их строение позволяет удалять вредные вещества из крови более избирательно и этим поддерживать высокий уровень обмена веществ. Теплокровность - энергозатратное свойство. Некоторые звери способны экономить энергию, впадая в спячку во время сезонного недостатка корма зимой или во время летней засухи. Животные долго готовятся к спячке: накапливают жир, подыскивают убежище, некоторые запасают корм на первое время. В период спячки температура тела ежей, сурков, летучих мышей снижается почти до ноля, а обмен веществ замедляется в 30 раз! Разбудить их невозможно: надо сначала согреть. Медведь впадает, скорее, не в спячку, а в глубокий сон: обмен снижается всего лишь вдвое, и за зиму медведь сильно теряет в весе. «Приборы ночного видения» Древние млекопитающие, используя преимущества теплокровности, приспособились к ночной активности. В темноте успех сопутствовал тем животным, у которых развились чуткие органы обоняния, слуха и осязания. Запахи воспринимаются слизистым эпителием, покрывающим разветвлённые проходы в глубине носовой полости (рис. 56.7). У косули, например, сложная система раковин настолько увели- § 56-57. Звери: «из грязи - в князи» | 303 чивает чувствительную поверхность органа, что ей достаточно вдохнуть несколько молекул вещества, чтобы определить запах. Ушные мышцы настораживают ушные раковины навстречу звуку (рис. 56.8). Они «ловят» звуковые волны, как парус ловит ветер. Три косточки в среднем ухе передают усиленные колебания к воспринимающим клеткам внутреннего уха. Если развит слух, значит, развит и голос. У зверей, в отличие от птиц, голосовые связки расположены в самом начале трахеи - в верхней гортани, между хрящами, которые есть только у млекопитающих. Органами осязания, кроме поверхности тела, служат специальные длинные волоски-вибриссы (рис. 56.9). А кожа на носу крота-звездорыла в тысячи раз чувствительнее кожи наших пальцев. Дневные животные - обезьяны, антилопы - полагаются прежде всего на зрение. Но самые большие глаза - у сумеречных зверей, например у кошек (рис. 56.10). Они не различают цвета, зато число клеток, отличающих свет от тьмы, в их сетчатке поразительно велико. Задняя стенка глаза отражает лучи света и тем самым увеличивает их воздействие на сетчатку. Вот почему глаза сумеречных зверей «светятся» от луча фонарика. Зачем нужна голова? Млекопитающие достигли совершенства как органов восприятия, так и органов действия. Связать преимущества одних с возможностями других помогла теплокровность. При постоянной температуре и кровоснабжении развилась кора больших полушарий головного мозга (рис. 56.11). Это новое образование стало центром выс- 56.7. Обонятельные раковины косули 56.8. Строение органа слуха летучей мыши 56.9. Вибриссы кролика 56.10. Глаз кошки 304 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые шей нервной деятельности, координирующим работу других мозговых центров: обоняния и ходьбы, дыхания и зрения и др. Учёные доказали, что в коре головного мозга, как на экране, складывается полная картина окружающего мира, полученная от органов чувств. Работу клеток коры, как и работу компьютера, 56.11. Отделы головного мозга млеко- обеспечивают слабые электриче-питающего ские токи. Здесь принимаются решения о том, как действовать в данной ситуации, и передаются сигналы в нужные отделы мозга. Кора состоит из тел нервных клеток, а их волокна уходят в глубь мозга. Чем больше поверхность - тем больше клеток. Поэтому у высокоразвитых животных поверхность коры образует множество извилистых складок. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Большие полушария переднего мозга ,. . Мозжечок ^^^^рК^^средний мозг Промежуточный \ Продолговатый мозг Гипофиз мозг Млекопитающие унаследовали от предков и развили сложную зубную систему и свойства кожи. Спасаясь от крупных хищников, они выработали адаптации к суровым условиям: сложную обработку пищи в ротовой полости, ускоренный обмен веществ и развитую нервную систему. В конце концов эти адаптации позволили им занять господствующее положение в экосистемах. Шёрстный покров. Кожные железы. Диафрагма. Кора больших полушарий ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. • Какие особенности строения предков млекопитающих получили развитие у нас? 2. • Каково строение и свойства шёрстного покрова? 3. • Что позволяет млекопитающим лучше усваивать пищу? 4. • Как дыхание и кровообращение поддерживают теплокровность у зверей? 5. • Как звери воспринимают окружающий мир? 6. • Какие сходные приспособления независимо приобрели птицы и млекопи- тающие? § 56-57. Звери: «из грязи - в князи» | 305 7. • В чём сходство строения кожных желёз и роговых образований? 8. • Какие возможности даёт способность усваивать грубую пищу? 9. • Почему крокодила нельзя научить выполнять команды, понятные собаке? 10. • Поработайте в паре: пусть один приводит примеры приспособлений млекопитающих, а второй объясняет их значение. 56.12. План строения млекопитающего • т МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Зубная система и мех зверей 1. Рассмотрите зубную систему на черепе собаки или другого млекопитающего. Изучите отличие, назначение и количество резцов, клыков, предкоренных и коренных зубов данного вида зверей. 2. Рассмотрите мех на шапке из норки, ондатры или другого млекопитающего. Различаются ли волоски по длине и структуре? С чем связаны эти различия? 30^ Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые § 58. Как вырастить смышлёное дитя ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Важнейшая черта зверей - способность к обучению, особенно в детском возрасте. При этом опыт, приобретённый в детстве, должен служить долго. Факт 2. Резкое отличие строения и образа жизни личинки (например, головастика лягушки) делают её опыт бесполезным для взрослой жизни. • Сравните факты и выскажите версию о причинах развития мозга у млекопитающих. Какие особенности размножения и развития для этого требуются? Предложите свой вариант ответа на вопрос, заданный в названии. ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Чем прямое развитие пресмыкающихся отличается от развития с метаморфозом у земноводных? (§ 43, 44-45) • Для чего служат зародышевые оболочки? (§ 44-45) • Что такое яйцеживорождение? У кого и в каких условиях оно встречается? (§ 46-47) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и рисунков объясните: - как протекает развитие и детство зверей; - как звери заботятся о своих детёнышах; - в чём отличие сумчатых зверей от плацентарных? Что лучше: откладывание яиц или деторождение? Живорождение «придумано» многими животными независимо друг от друга: оно встречается у некоторых насекомых, рыб, пресмыкающихся. Наряду с яйцеживорождением существует и настоящее, когда зародыш питается за счёт организма матери. Почему же живорождение широко распространено только среди млекопитающих? Из таблицы, приведённой ниже, видно, что для холоднокровных животных живорождение имеет тактическое значение для приспособления к частным особенностям их жизни. Для теплокровных же оно имеет стратегическую выгоду: обеспечивает развитие более сложных организмов, с более совершенной нервной системой. У птиц живорождение невозможно: оно мешало бы по- § 58. Как вырастить смышлёное дитя | 307 лёту. Вот и получается, что млекопитающие - первые животные, для которых живорождение и выгодно, и необходимо. Сравнение деторождения с яйцекладкой Группа Задача Яйцекладка Деторождение Водные холоднокровные Обеспечить питанием^ Позволяет иметь много потомков без риска для самки, но и без гарантии выживания Повышает выживаемость небольшого числа потомков Наземные холоднокровные ^а также запасом воды В тёплом климате даёт возможность не заботиться о потомстве Позволяет размножаться в особых условиях Теплокровные ^и создать оптимальную темпера^ру Освобождает от долгого вынашивания, но требует почти непрерывного присутствия в гнезде Освобождает от насиживания, создаёт идеальные температурные условия Приспособления к деторождению Органы размножения млекопитающих, как и рептилий, состоят из парных семенников (у самцов) или яичников (у самок), их выводящих путей и желёз, которые регулируют выведение половых продуктов. Отличия связаны с тем, что оплодотворённая яйцеклетка развивается в материнском организме, прирастая к стенке матки. Это нижний отдел яйцевода, превращённый в мускульный мешок, выстланный рыхлыми тканями и имеющий специальное кровоснабжение. Стенка матки в том месте, где прикрепилась яйцеклетка, набухает и образует разветвлённую сеть капилляров. Зародышевые оболочки, тоже пронизанные капиллярами, прорастают ворсинками, как корнями, в глубь стенки матки и оплетают её капилляры. Так из тканей матери и зародыша образуется плацента, или детское место, - сплетение кровеносных сосудов, через которое зародыш получает от матери кислород и питательные вещества, а также избавляется от про- S8.1. Зародышевые оболочки дуктов выделения. Стенки зародыше- млекопитающих 308 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые вых пузырей, где проходят сосуды, превращаются в пупочный канатик, соединяющий зародыш с плацентой (рис. 58.1). В теле матери детёныш проходит те же стадии развития, что и птенец в яйце. В конце концов под влиянием гормонов мышцы матки сокращаются, и детёныш рождается на свет. Вместе с ним отходят околоплодные воды - содержимое зародышевых пузырей, а затем и послед - плацента. Обычно самка съедает послед, а у детёныша на брюхе остаётся рубец от оборванного пупочного канатика - пупок. Млекопитающие - «питающие молоком» Взрослые звери могут приспособиться питаться корой и колючками или грызть кости. Но младенцу такая пища недоступна. Поэтому у млекопитающих появился новый способ заботы о потомстве: самка, поедая грубые и низкокалорийные корма, перерабатывает их в универсальный пищевой продукт - молоко. Молоко содержит всё необходимое для развития: белки, жиры, углеводы, витамины и соли. Чем больше в нём белков и жиров, тем быстрее идёт развитие. В молоке собаки, например, питательных веществ в 4 раза больше, чем в коровьем, а в тюленьем -в 10 раз больше! Период выкармливания молоком длится от нескольких недель (грызуны) до нескольких лет (обезьяны). Яйцекладущие, или первозвери Каждое усовершенствование требует многих миллионов лет эволюции. Система воспроизводства млекопитающих не исключение. Об этом свидетельствуют интереснейшие группы примитивных зверей, сохранившиеся только в Австралии (рис. 58.2). 58.2. Яйцекладущие млекопитающие § 58. Как вырастить смышлёное дитя | 309 Ведь этот материк откололся от других материков в самом начале эволюции класса млекопитающих. В тихих заводях с богатой прибрежной растительностью встречается утконос. Его «клюв» действительно похож на утиный и служит тем же целям, а пальцы соединены перепонками. В период размножения самка устраивает в норе гнездо, куда откладывает 1-3 некрупных яйца, покрытых кожистой оболочкой. Эти яйца, однако, содержат уже наполовину сформированный зародыш, и через 9-10 дней насиживания из них выходят маленькие утконосы. Они слизывают молоко с брюшной части тела матери, у которой нет сосков, а многочисленные млечные железы открываются прямо на поверхность кожи. Другое животное - ехидна - не строит гнезда, а вынашивает единственное яйцо в специальной сумке на брюхе. Утконос и ехидна относятся к подклассу первозверей. Им свойственны и другие примитивные черты. Как у рептилий и птиц, их прямая кишка и мочеполовое отверстие открываются в клоаку. Губ нет, детёныши не сосут, а слизывают молоко. Плечевой пояс включает несколько отдельных костей, из которых у других зверей остаётся только лопатка. Температура тела ниже, чем у других млекопитающих. Сумчатые, или низшие, звери Кенгуру, более 200 его австралийских родственников и несколько десятков американских видов относятся к инфраклассу сумчатых (рис. 58.3). Они «отказались» от наружных яйцевых 58.3. Сумчатые млекопитающие 310 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые оболочек и решили проблему воспроизведения иначе. Их зародыш развивается, прикрепившись к стенке матки, и получает питание как из желточного мешка, так и от матери, но ещё без образования настоящей плаценты. Быстро растущему зародышу не хватает такого снабжения. Он рождается недоразвитым и переползает в сумку - складку кожи на животе. Там он прикрепляется к соску молочной железы и продолжает развитие. Он настолько беспомощен, что мать долгое время сама впрыскивает молоко ему в рот. Вся эволюция сумчатых в Австралии проходила в отсутствие высших млекопитающих, но она привела к возникновению жизненных форм, удивительно похожих на знакомых нам зверей. Среди них есть крупные и мелкие, растительноядные и хищные, наземные, древесные и подземные обитатели. Плацентарные, или высшие, звери Все остальные млекопитающие образуют инфракласс плацентарных. Их яйцеклетки значительно мельче икринок лягушки, так как в них почти нет желтка. Зародыш получает питание от организма матери через разветвлённую сеть капилляров плаценты и пуповину. Внутриутробное развитие проходит достаточно долго: у оленя, например, 8-9 месяцев. Новорождённые сами умеют, по крайней мере, сосать, а у некоторых видов - даже бегать. Это зависит от условий жизни, к которым приспосабливаются животные. У зайца-беляка, например, беременность длится 50 дней. Зайчата рождаются зрячими, покрытыми шёрсткой (рис. 58.4). В первые же часы они разбегаются кто куда и затаиваются в траве, чтобы не по- 58.4. Новорождённый зайчонок 58.5. Новорождённые крольчата § 58. Как вырастить смышлёное дитя | 311 пасться хищнику. Мать сама находит их, чтобы покормить молоком. Кролики, внешне так похожие на зайцев, устраивают гнездо в норе. Внутриутробное развитие продолжается 30 дней. Крольчата рождаются слепыми и голыми, самка ещё долго кормит их в гнезде (рис. 58.5). Плодовитость млекопитающих связана с размерами животных, условиями и продолжительностью жизни. Крупные звери живут долго. Слоны и носороги доживают до 70-80 лет. Поэтому они начинают размножаться только после 10 или даже 20 лет и рождают по одному детёнышу раз в три года. Виды собачьих живут 10-15 лет и, начиная со второго года, ежегодно приносят по 3-8 щенков. Мелкие грызуны не доживают и до двух лет, зато способны рожать до 10-12 детёнышей каждые 2-3 месяца. Долгое развитие головного мозга Детёныш начинает жизнь в качестве «органа» матери. Её теплокровный организм обеспечивает постоянство условий развития, в котором особенно нуждаются клетки головного мозга. Развитие мозга продолжается и в детский период, во время обучения. Путём проб и ошибок у детёныша формируются условные рефлексы - реакции на раздражитель в зависимости от дополнительных условий. Он учится выполнять некоторые действия при условии, что они помогают утолять голод и избегать боли. Щенок научится подходить, услышав своё имя, если его два-три раза при этом покормить. В мозге установится временная связь между клетками памяти, хранящими образ его имени, и нервными клетками, отвечающими за другие действия и эмоции: «Тузик» «Иду к хозяину» «Хорошо» Если в другой раз его позвать и ударить, хрупкая биоэлектрическая связь между этими клетками мозга начнёт разрушаться: «Тузик» «Иду к хозяину» ??? Если его побить ещё раз, образуется другая связь: «Тузик» «Иду к хозяину» «Больно» Тузик научится убегать от хозяина, если хозяин плохой, и подходить - если хороший. Особенно - если у него в руках колбаса. Условные рефлексы позволяют предвидеть многие ситуации и 312 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые поступать таким образом, чтобы вероятнее всего сохранить постоянство внутренней среды организма: сытость, тепло, отсутствие боли, положительные эмоции. Обучение помогает стать взрослым Поведение млекопитающих сложно и разнообразно. Только основные его формы передаются по наследству в виде инстинктов. Как вести себя в каждом случае, дети узнают, подражая взрослым. Забота зверей о потомстве не ограничивается строительством гнезда, вынашиванием, выкармливанием, обогреванием и защитой. Она включает ещё и обучение. Забота родителей помогает детям многому научиться быстрее и без особого риска. Первые навыки вырабатываются в играх друг с другом, с родителями, с принесённой пищей. Детёныши хищных зверей учатся охоте, а детёныши травоядных - защите от нападения. В зависимости от питания и образа жизни взрослые воспитывают детей поодиночке или объединяются в группы. Связь поколений, позволяющая передавать опыт, развита и у некоторых птиц, но для млекопитающих особенно характерна. Индивидуальная приспособленность Обучение позволяет приспосабливаться к новым условиям не только эволюционным путём, требующим миллионы лет, но и путём развития собственного приспособительного поведения и совершенствования его в течение жизни. Птицы приспособлены к воздушной среде, рыбы - к воде. Млекопитающие приспособлены к изменениям в различной среде. Число видов млекопитающих не так велико, но каждый из них по разнообразию поведения и взаимоотношению со средой стоит десятерых. Поэтому виды сильно различаются. Млекопитающие бьют все рекорды разнообразия жизненных форм. 58.6. В городе серые вороны научились размачивать жёсткий хлеб в воде § 58. Как вырастить смышлёное дитя | 313 ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Млекопитающие прошли эволюционный путь от откладки яиц до рождения развитых детёнышей. Яйцеклетка уменьшилась до микроскопических размеров. После оплодотворения она прирастает к стенке матки. Вместо питания желтком зародыш получает необходимые вещества, включая кислород, прямо из крови матери через плаценту. Питание детёнышей молоком даёт им время подготовиться к взрослой жизни. Благодаря совершенству строения и развития нервной системы млекопитающие достигали наибольшей индивидуальной приспособленности. Родительская забота и обучение обеспечивают потомкам максимальное выживание. Матка. Плацента. Молоко. Условный рефлекс 1. • 2. • 3. • 4. • 5. • 6. • 7. • ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Как формируется связь зародыша с организмом матери? Какие эволюционные этапы прошла система органов размножения? Каким образом млекопитающие проявляют заботу о потомстве? Как связаны плодовитость, продолжительность жизни и размеры животных? Приведите примеры условных и безусловных рефлексов млекопитающих. Как образ жизни зверей влияет на особенности их размножения? Как вы считаете, кто лучше заботится о своём потомстве: люди или животные? 8. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. 31 ^ Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые § 59. Охотники за насекомыми ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Древнейшие звери были мелкими и плотоядными. Факт 2. Их окружали многочисленные насекомые, которые не только ползают, но и летают. • Сравните факты. Какая связь между ними? Какой возникает вопрос? Предложите свой вариант и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Строение каких органов определяет большое разнообразие форм пресмыкающихся? (§ 44-47) • Почему птицы распространены шире рептилий? (§ 49-50) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и рисунков объясните: - в чём сходство древних и современных насекомоядных; - у каких зверей главная пища - насекомые; - какие звери ловят насекомых на лету? Древние и современные насекомоядные Самая древняя группа плацентарных зверей - отряд насекомоядные. Конечно, среди его представителей уже нет современников динозавров. Но образ жизни и строение современных насекомоядных мало изменились. Их пильчатые зубы слабо различаются, а большие полушария головного мозга относительно невелики и не имеют извилин. Подвижный удлинённый хоботок 59.1. Насекомоядные России § 59. Охотники за насекомыми | 315 несёт чуткие органы осязания и обоняния. Это позволяет находить и съедать любых мелких животных в верхнем слое почвы и на поверхности. Несмотря на древнее происхождение, насекомоядные и сейчас играют огромную роль в экосистемах лесов и лугов (рис. 59.1). В наших лесах на каждом гектаре обычно обитает не менее 100 мелких землероек-бурозубок. Землю они роют мало, но легко перемещаются под опавшими листьями и в густой траве. За сутки они съедают червей и насекомых не меньше, чем весят сами. Ежи охотно поедают также лягушек и ящериц. На зиму ежи впадают в глубокую спячку. Выхухоль хорошо плавает и питается водными беспозвоночными. Жизнь крота проходит под землёй. В поисках червей он раздвигает почву клиновидной головой и лопатообразными когтистыми лапами. Глаза крота слабо развиты, но различают день и ночь для настройки «биологических часов». «Близнецы», да не братья В Африке живут другие группы насекомоядных (рис. 59.2). Новейшие исследования ДНК доказали, что по происхождению они так же далеки от наших, как и от сумчатых, но внешне очень на них похожи. Внешнее сходство неродственных форм, связанное с приспособлением к сходному образу жизни, называется конвергенцией. Предполагают, что в конце мезозоя, когда формировались эти группы, северные материки имели сухопутную связь, а южные были отделены морями как от них, так и друг от друга. Различные насекомоядные на разных материках дали начало всем современным отрядам плацентарных. Позднее Африка сомкнулась с Азией, и их фауны частично смешались. Насекомые были важнейшим кормом древних зверей, а приспособление к питанию ими - мощным фактором эволюции. Питание муравьями и термитами стало причиной специализации животных на разных континентах независимо друг от друга (рис. 59.4). Они относятся к разным отрядам, но имеют ярко выраженные конвергентные признаки: вытянутое рыло, недоразвитые зубы, длинный язык, мощные когти-крючья. 59.2. Африканские насекомоядные Рисовый тенрек Ежиный тенрек 316 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые 59.3. Австралийские яйцекладущие и сумчатые млекопитающие, питающиеся насекомыми • Что можно сказать о происхождении и образе жизни этих животных из Австралии? 59.4. Звери - потребители термитов и муравьёв Рукокрылые «переоткрыли» воздушную стихию Казалось бы, кто осмелится конкурировать с птицами в освоении воздушной среды? Млекопитающие из отряда рукокрылых: летучие мыши и крыланы! Они делают это с успехом, освоив «нишу» ночного крылатого охотника. Птерозаврам для этого не хватало теплокровности, птицам - «ночного видения». И вот летучие мыши применили самый совершенный способ поиска в темноте - ультразвуковую эхолокацию (рис. 59.5). Они издают 59.5. Схема эхолокации у рукокрылых § 59. Охотники за насекомыми | 317 высоким, неслышный нам писк и с помощью кожной нашлепки-рефлектора на морде направляют его прямо перед собой, как луч фонарика. Большие, растопыренные уши улавливают отражённый звук, как наши глаза - свет. Рукокрылые (рис. 59.6) - единственные килегрудые млекопитающие. Кожистая летательная перепонка охватывает очень длинные пальцы передних конечностей, задние конечности (кроме пальцев) и хвост. Ноги «коленками назад», хвостовая часть перепонки и выступающие лапы служат для захвата добычи на лету. На задних лапах рукокрылые подвешиваются для отдыха. Единственный свободный палец на «руках» помогает цепляться и ползать. 59.6. Рукокрылые Есть у рукокрылых одна беда: через летательную перепонку, состоящую из живой ткани, они теряют много тепла. Поэтому они привыкли экономить. Очень чутко определяя атмосферное давление, они летают на охоту, только когда оно снижается. Это значит, что ночь будет тёплая и вылетит много насекомых. Остальные дни они проводят в оцепенении, прячась в дуплах, пещерах, на чердаках. Перед полётом им нужно время на разогрев. В районах с умеренным климатом летучие мыши на зиму впадают в спячку, скапливаясь в подземных убежищах, либо улетают на юг, как птицы. Продолжая сравнение с птицами, заметим, что летучие мыши сходных размеров живут обычно в несколько раз дольше. Поэтому они рождают всего 1-2 детёныша за сезон. До самостоятель- 318 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые ных полетов детеныши питаются только материнским молоком, причём самки некоторых видов первое время носят их на себе. Наши летучие мыши питаются насекомыми. Рыжая вечерница их ловит высоко в воздухе, а с наступлением осени улетает на юг. Ушан порхает между кронами деревьев, схватывая как летающих, так и сидящих насекомых. На зиму впадает в спячку. Рукокрылых больше в тёплых странах. В Южной Америке встречаются вампиры. Их зубы остры, как бритва, а слюна обезболивает укус и препятствует свёртыванию крови. Это позволяет вампирам незаметно нападать на скот, прокусывать кожу и пить кровь. В тропиках Восточного полушария обитают фруктоядные крыланы с размахом крыльев до 1 м. Они находят спелые фрукты с помощью острого обоняния и зрения. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Насекомоядные и рукокрылые приспособились добывать беспозвоночных в таких условиях, в которых они недоступны для других охотников. Различные группы зверей на разных материках приспосабливались к жизни сходными путями. ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ 1. • Какие органы чувств помогают охотникам за насекомыми? 2. • В чём проявляется древнее происхождение отряда насекомоядных? 3. • Какие виды насекомоядных и рукокрылых обитают в вашей местности? 4. • Найдите гомологичные и аналогичные черты строения птиц и рукокрылых. 5. • Почему ресурсы пищи насекомоядных и рукокрылых не были освоены раньше? 6. • Почему на разных материках обитают сходные жизненные формы? 7. • Многие люди боятся и недолюбливают летучих мышей. Что бы вы им отве- тили? § 60. Обитатели пастбищ | 319 § 60. Обитатели пастбищ ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Зелёные вегетативные части растений - самый обильный, доступный (не убегает от потребителя) и в большинстве мест сезонно стабильный корм. Факт 2. У этого корма один, но очень важный недостаток - он низкокалорийный. • Сравните факты. Предложите свой вариант вопроса к параграфу и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какими особенностями обладает желудок жвачных? (§ 56-57) • Какими общими чертами обладают домашние животные? (Жизненный опыт) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Ресурсы травяных экосистем должны быть использованы • Каковы приспособления к пастбищному образу жизни? С тех пор как существуют пастбища, существуют и копытные -самые совершенные травоядные животные. А пастбища существуют с тех пор, как на смену старому миру голосеменных (лишённому травянистых растений) пришёл новый мир цветковых растений. В чём же совершенство этих травоядных? В том, что не было и нет других позвоночных животных, способных превращать солнечную энергию, запасённую в растениях, в ткани своего тела с таким высоким КПД. Эти животные принадлежат в основном к двум отрядам: парнокопытных и непарнокопытных. Образ жизни травоядного - необходимость смены пастбищ и спасения от хищников - объясняет многие черты их сходства. В их числе - длинные ноги, пальцехождение, превращение когтей в копыта для быстрого бега по твёрдой почве. Парнокопытные опираются на 2 или 4 пальца, непарнокопытные - на 1 или 3 пальца. Высоко поднятая голова, развитые слух и зрение позволяют издали заметить хищника днём и ночью. Копытные вынашивают детёнышей долго, так что, едва родившись, они могут стоять на ногах и готовы следовать за матерью. 320 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Сложная технология переработки клетчатки • Как переработать растительный корм? Трава, а тем более ветки и кора - некалорийная и грубая пища, её надо есть почти круглосуточно и специально перерабатывать. Поэтому у копытных сильные мясистые губы, длинный подвижный язык, мощные жевательные мышцы и особая зубная система. В зубном ряду имеется характерный разрыв между резцами и жевательными зубами. Плоская жевательная поверхность коренных зубов покрыта замысловатой системой выступов и напоминает тёрку. Несъедобная для зверей клетчатка усваивается в пищеварительном тракте микроорганизмами. Эти микроорганизмы растут, размножаются, а через несколько часов сами превращаются в ценную белковую пищу. Все копытные специализированы на потреблении растительной пищи, но в разной степени. Особенности пищеварения Жвачные и мозоленогие Нежвачные и непарнокопытные Пережёвывание пищи Двукратное Однократное Строение желудка Сложное Простое Время прохождения пищи 4 суток 2 суток Полнота усвоения пищи 80% 50% Из таблицы понятно, что, например, лошадям нужно больше пищи. Быстрые ноги дают им возможность легко перемещаться на новые пастбища. Пищеварение жвачных более эффективно. Поэтому верблюды и антилопы способны обходиться скудной растительностью пустынь. На высокогорных склонах пасутся мохнатые яки, горные козлы и бараны. Северный олень довольствуется лишайниками в тундре, а огромный лось в тайге всю зиму питается корой и ветками. Длинные ноги позволяют ему не увязнуть в снегу. Нежвачные парнокопытные избрали другой путь приспособления - всеядность. Кабаны питаются не только травой, опавшими плодами, но и мелкими животными, кореньями, червями, а зимой выкапывают жёлуди и каштаны из-под неглубокого снега. Настоящий рай для копытных - это саванны. Масса травянистых растений здесь нарастает очень быстро. Десятки видов растительноядных животных разделяют ресурсы пищи по высоте, калорийности, доступности. Самые высокие листья достаются жирафам. Только в условиях изобилия существуют такие тяжеловесы, как бегемоты и носороги. Слоны - представители отряда хоботных - нуждаются в листьях древесной растительности, которая способна удовлетворить их гигантский аппетит. § 60. Обитатели пастбищ | 321 1 СЕМ. НОСОРОГОВЫЕ | 1 СЕМ. ЛОШАДИНЫЕ 1 СЕМ. ТАПИРОВЫЕ | Горный баран-архар Горный козёл Благородный Северный олень олень 60.1. Копытные • К каким отрядам принадлежат эти всем известные виды копытных? 322 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Почему разные виды не мешают друг другу • Как копытные распределяют между собой растительные ресурсы? Различие видов по размеру позволяет им использовать одно и то же пастбище. Крупные виды менее разборчивы в еде: им нужно съесть много, и они «набивают желудки» в основном грубой пищей. У мелких видов более интенсивный обмен, им нужна нежная молодая травка, которую легче найти, когда уже съеден весь «бурьян». Засуха - главный враг обитателей саванны. Корни трав проникают не так глубоко в землю, и травянистые растения страдают от засухи больше, чем кустарники или деревья. Настоящие травоядные (лошади, быки, антилопы) вынуждены перемещаться в поисках богатых пастбищ и скапливаться там, где недавно прошли дожди. Они образуют стада, иногда насчитывающие более миллиона голов. Видам, которые объедают листья кустарников и деревьев (козлы, тапиры, олени, жирафы), приходится преодолевать защитные приспособления растений: шипы, колючки, яды. Они каждый день отщипывают от разных кустов понемножку, потому что если наесться с одного куста, можно отравиться. Таким животным некуда спешить, а самцам выгоднее защищать свою территорию. Самки обычно держатся группами с одним самцом, обладающим лучшим участком. Ещё важнее территория для мелких лесных видов, которые предпочитают плоды и семена. Они живут моногамными семьями. Самки «руководят» эволюцией самцов • В чём биологический смысл турнирных боёв между самцами? У копытных самка вносит больший вклад в заботу о потомстве: она вынашивает и выкармливает детёнышей, а самец может предложить только свои гены. В любой момент найдётся гораздо больше самцов, готовых к спариванию, чем самок. Потомство оставляют только те самцы, которые нравятся самкам. Поэтому они крупнее самок и вооружены рогами. Правда, драки между самцами чаще носят ритуальный характер и не приводят к серьёзным ранениям. Рога полорогих представляют собой костные выросты черепа, защищённые роговым чехлом. У оленей рога - производные кожи. Они отрастают каждый год заново, окостеневают накануне брачных турниров, а потом (обычно весной) сбрасываются. У некоторых видов, обитающих на открытых пространствах, рога имеют даже самки: они используют их против хищников. § 60. Обитатели пастбищ | 323 Охота на копытных сделала человека человеком • Как совершенствование орудий и способов охоты способствовало очеловечиванию? Человек стал человеком во многом благодаря копытным. В те времена, около 2 млн лет назад, в африканских саваннах обитали буйволы, вероятно, вдвое больше современных. Им не было причин бояться хищников. Именно поэтому они стали основной добычей древнего человека. Обладая изобретательным умом, занимаясь коллективной охотой и владея метательным оружием, он стал важнейшим хищником и получил возможность добывать пищу в избытке. Благодаря обилию копытных численность человечества возросла, появилось свободное время. Наскальные картины в пещерах Евразии свидетельствуют о том, что охота на копытных была основным источником пищи в периоды оледенений. Вместе по жизни Как мы используем одомашненных копытных? Поворотным моментом в отношениях человека и животных стало одомашнивание копытных. Нетерриториальные животные, которые держались на пастбищах небольшими стадами, легко восприняли заботу и управление со стороны человека. Примерно от 12 до 4 тыс. лет назад в разных местах Земли были одомашнены овцы и козы, верблюды и ламы, коровы и свиньи, ослы и лошади - всего 15 видов. Лошадей стали использовать для езды лишь 4 тыс. лет назад. Это помогло людям стать более мобильными. Лошадь арабский скакун Свинья ливенской породы «4 Корова , ^ .гА костромской пород породы I Альпака Еара" породы ^ 60.2. Домашние копытные • Какие свойства развивал человек у этих пород домашних животных? 324 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Незаменимыми оказались жвачные животные - источник мяса, молока, шерсти, кожи. Благодаря несравненной способности усваивать пищу они дают наибольший выход продукции с гектара. Селекция новых пород и скрещивание их с разновидностями местной фауны повысили производительность ещё больше. Стада домашнего скота распространились по саваннам, степям, полупустыням, горным лугам и пастбищам в других зонах. Сегодня численность домашнего скота в 10 раз превышает число их диких собратьев, которые лишились своих исконных пастбищ. Неумеренный выпас, разрушение растительности и почвы в Африке привели к изменению климата и росту пустыни Сахара. В Австралии и Новой Зеландии от овец жестоко пострадала вся местная фауна, не знавшая плацентарных животных. В степях Восточной Европы около 300 лет назад вымер тур (предок коровы), а более l0o лет назад - тарпан (дикая лошадь). Теперь здесь находится заповедник Аскания-Нова, в котором охраняется дикая степная фауна и делаются попытки вывести животных с признаками вымерших диких предков. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Копытные появились и эволюционировали вместе с травяными экосистемами. Их основные адаптации - это быстрые ноги для спасения от хищников и сложное пищеварение для переваривания клетчатки. Различия частных приспособлений позволяют разным видам использовать одно и то же пастбище. Охота на копытных ускорила развитие человеческого разума. Домашние копытные - главные спутники человека. Предпосылками для этого были их быстрый рост, эффективное использование массового корма и стадный образ жизни. Стада домашних животных угрожают существованию диких копытных. 1. • 2. • 3. • 4. • 5. • 6. • 7. • М ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Как эволюция копытных связана с особенностями их местообитаний? Как корова приспособлена к питанию травой? Как происхождение человека и его хозяйство связаны с копытными? В чём выражается симбиоз копытных и злаков? Почему жвачные копытные не вытесняют нежвачных в ходе эволюции? Какие свойства диких копытных использует человек? Поедание мяса сопряжено с болью, которую человек причиняет животным. Стоит ли нам всем стать вегетарианцами? 8. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 61. На вершине экологической пирамиды 1325 § 61. На вершине экологической пирамиды ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Хищники - потомки насекомоядных, освоивших охоту на крупную жертву. Факт2. Наземные позвоночные - крупнейшие животные суши. • Попробуйте обнаружить связь между этими фактами. Предложите свой вариант вопроса к параграфу и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Как численность животных зависит от места в пищевой цепи? Почему? (§ 40) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ Хищные млекопитающие • Как охотятся хищники? Отряд хищные (рис. 61.1) объединяет самых различных животных. Лев ест только свежее мясо, а панда предпочитает листья бамбука. Ласка легко пролезает в мышиную норку, а белый медведь в 25 тыс. раз превосходит её по массе. Калан живёт в море, а пальмовая циветта редко спускается на землю. Всех их роднят, по крайней мере, острые «хищные» зубы, предназначенные для разделки мяса и говорящие о «древней профессии» их предков. Различия между семействами касаются их тактики охоты. Кошачьи подкрадываются к жертве, выжидают в засаде и наконец делают решающий бросок. Собачьи отбивают жертву от стада и преследуют, пока её силы не иссякнут. Куньи обычно захватывают добычу в местах, недоступных для других хищников: в норе, на дереве, в воде. Медвежьи в основном растительноядны, но при случае добывают молодых лосят или нерестящуюся рыбу. Общая черта всех хищных - острота органов чувств. По запаху они могут не только находить и преследовать жертву, но и общаться с соседями, узнавать родственников. Многие хищники предпочитают охотиться поодиночке и обозначают границы своей территории. Но для родственников вход не запрещён, если пищи достаточно. Шакалы объединяются в группы, чтобы охотиться на крупную добычу. Гиены вместе защищаются от львов, а гиеновые собаки воспитывают не только родных детей, но и племянников. «Тётушки» делятся добычей с кормящей матерью 326 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые СЕМ. КОШАЧЬИ СЕМ. МЕДВЕЖЬИ Лев (самка) Пума Бурый медведь Оцелот Большая панда Гиеновые собаки Горностай 61.1. Хищные млекопитающие § 61. На вершине экологической пирамиды | 327 или могут «посидеть» с детьми, пока родители на охоте. Большая дружная семья учит младших, как охотиться на копытных загоном. Основа взаимоотношений в любой экосистеме - пищевые связи между видами, из которых один - это корм, или жертва, а другой - потребитель, или хищник. Слабые, больные, плохо защищённые особи чаще становятся кормом. Воздействие потребителя ведёт к естественному отбору лучших защитных свойств своих прокормителей. Хищники контролируют численность, качество и разнообразие многих видов-жертв. Те, в свою очередь, влияют на виды, которыми они питаются. Выходит, что хищные млекопитающие через пищевые цепи оказывают влияние на все виды животных и растений, входящие в экосистему. Верховным хищникам для жизни нужна большая территория, поэтому они больше других зверей чувствительны к изменениям своих природных мест обитания. Сейчас многие из них занесены в Красную книгу и требуют срочной охраны в заповедниках. К хищным относится самое древнее домашнее животное - собака, одомашненная более 15 тыс. лет назад. Кошка живёт с человеком с тех пор, как он стал запасать зерно, привлекавшее мышей. На пушных хищных зверей издавна охотились из-за ценного меха. Последнее столетие их разводят в клетках, хотя по качеству меха они несколько уступают диким. Возвращение в море • Какие хищные звери вернулись в воду? Посмотрите на голову тюленя: вылитая собака, только ушей не хватает. Действительно, отряд ластоногие (рис. 61.2) объединяет ближайших родственников хищных, которые перешли к водному образу жизни и питанию рыбой. Их конечности превращены в ласты. Различают тюленей ушастых и настоящих. Первые покрыты густым мехом, нередко выходят на сушу для отдыха и размножения. Именно они ловко выполняют цирковые номера. Настоящие тюлени совсем лишились ушных раковин и способности подгибать задние ласты. Они отдыхают и размножаются обычно на льдинах. Замёрзнуть в холодной воде им не даёт подкожная жировая прокладка. Она ещё лучше развита в семействе моржей. Моржи живут в арктических морях и питаются донными беспозвоночными, которых «выпахивают» длинными клыками. 328 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые 61.2. Ластоногие «Чудо-юдо» дышит лёгкими • Чем и как питаются усатые и зубатые киты? Ещё более глубокое приспособление к жизни в воде демонстрируют китообразные (рис. 61.3). Животные этого отряда приобрели конвергентное сходство с рыбами по внешнему строению и не могут выходить на сушу. Передние конечности превратились в плавники, а задние полностью утрачены (сохраняется лишь одна кость тазового пояса). Основным органом движения служит мощный хвост с горизонтальными кожными лопастями. Ноздри китообразных смещены на темя для удобства дыхания при выныривании. Одного очень глубокого вдоха им достаточно для погружения на целый час. Поверхность лёгких в несколько раз больше, чем у наземных млекопитающих. Дыхательные пути при нырянии запираются специальными мышцами. Вынашивание детёныша в воде не очень обременяет самку. Он рождается длиной до половины тела матери и готовый следовать за ней. Зубатые киты питаются рыбой и кальмарами, обнаруживая их ультразвуковой эхолокацией, как летучие мыши. Дельфины издают звук с помощью воздушных камер носовой полости. Жировая линза под кожей на лбу фокусирует его в узкий «луч». Звук в воде распространяется лучше, чем в воздухе. Звуковые колебания, отражённые от жертвы, воспринимаются нижней челюстью и передаются во внутреннее ухо. § 61. На вершине экологической пирамиды | 329 61.3. Киты Дельфины сообразительны, дружелюбны, легко и многому научаются. Эти качества соответствуют развитию коры их головного мозга и сложному стайному поведению при загоне добычи. Киты освоили Мировой океан, покрывающий более 2/3 поверхности планеты, питаясь разнообразными продуктами моря. Самый мелкий и многочисленный корм - планктонных ракообразных - освоили самые крупные, усатые киты. Ещё во время эмбрионального развития их зубы замещаются частыми вертикальными пластинками для процеживания воды - «усами» (рис. 61.4). Самый большой пойманный синий кит весил 150 т при длине 27 м. Такой гигант съедает по 4 т криля в день. Промысел китов, запрещённый ныне, добыча рыбы и криля, загрязнение океана привели к снижению численности китов. 61.4. Отцеживание криля Китообразные и парнокопытные имели общих предков, которые обитали на северных материках и были приспособлены к питанию на мелководье. То же самое в начале кайнозоя произошло и в Африке, где древние предки слонов также освоились в прибрежных водах и дали начало отряду сирен. Сейчас несколько видов этих крупных растительноядных животных населяет мелководные тропические моря и устья рек. Морская корова, обитавшая у берегов Камчатки, полностью уничтожена в XVIII в. 330 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Разнообразие хищных зверей связано с различной тактикой охоты и с разнообразием жертв. Хищные находятся на вершине экологической пирамиды. Их охотничьи участки велики, а численность мала. Морские звери заняли экологические ниши планктоноядов и «хитроумных» хищников. Они дышат лёгкими, но во многом походят на рыб, что связано со свойствами среды. 1. • 2. • 3. • 4. • 5. • 6. • 7. • ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Почему хищные звери так различны? Кому из них грозит вымирание? Какие приспособления к жизни в воде приобрели морские млекопитающие? Какова экологическая роль хищных и морских млекопитающих? Какие группы сухопутных животных родственны морским зверям? Что угрожает жизни китов? Почему бурые медведи зимой спят? Многие люди считают, что с хищниками надо бороться, ведь они могут быть опасны для человека, нападают на домашних животных. Что вы ответите таким собеседникам? 8. • Поработайте в паре: пусть один приводит примеры положительной роли хищников, другой - примеры проблем, которые они создают для человека. Затем вместе предложите способы уменьшения вредного воздействия хищников. § 62. Малые, да удалые 1331 § 62. Малые, да удалые ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Грызуны и зайцеобразные - как правило, небольшие растительноядные зверьки. Факт 2. Генеративные части растений (семена, плоды и пыльца) гораздо более калорийны, чем вегетативные зелёные части растений, но их биомасса значительно меньше и неравномерно распределена по сезонам года. Факт 3. Между мелкими специализированными потребителями можно разделить ресурс на большее число частей, чем между крупными. Факт 4. Мелкие животные роют норы и делают запасы, а крупные - нет. • Предложите объяснение, как связаны эти факты. Предложите свой вариант вопроса параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Какие группы птиц относятся к современным процветающим животным? Почему? (§ 53-54) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ С помощью текста и иллюстраций ответьте на следующие вопросы. • Какие приспособления грызунов и зайцеобразных делают их самыми многочисленными и разнообразными млекопитающими? • Какие черты биологии делают некоторых из них вредителями и переносчиками возбудителей опасных болезней? • Каких пушных зверей среди грызунов и зайцеобразных вы знаете? Грызуны - потребители семян Распространение покрытосеменных растений в кайнозое сильно изменило среду обитания. Новые ресурсы пищи дали толчок эволюции потребителей среди млекопитающих. Если копытные стали основными потребителями зелёной массы, то потребителями семян стали грызуны (рис. 62.1). Это самый большой и процветающий отряд, к которому относится почти половина видов млекопитающих, в основном мелких. Резцы грызунов отличаются большими размерами. Они растут в течение всей жизни. Передняя стенка резцов, покрытая эмалью, твёрдая, а внутренняя часть - более мягкая и быстрее стачивается. Поэтому резцы с возрастом не становятся тупее. Клыки 332 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые отсутствуют. Коренные зубы, как у копытных, имеют плоские поверхности со сложными выступами для перетирания твёрдой пищи. Для переваривания растительной пищи приспособлены желудок, длинный кишечник и развитая слепая кишка, где проходит микробное брожение. Чтобы оценить совершенство пищеварения грызунов, вспомним, что у животных мелких размеров обмен веществ протекает довольно бурно. Тем не менее некоторые из них - полёвки, лемминги - питаются почти исключительно зеленью растений - кор- 1 СЕМ. БЕЛИЧЬИ 1 СЕМ. ЛЕТЯГОВЫЕ | СЕМ. БОБРОВЫЕ | Белка Бобр Летяга СЕМ. СОНЕВЫЕ Садовая Сера! СЕМ. МЫШИНЫЕ Мышь-малютка 62.1. Грызуны § 62. Малые, да удалые | 333 мом малопитательным, зато широко распространённым. Так что по эффективности переработки клетчатки они не отстают от копытных, а по способности использовать какие угодно «пастбища» им просто нет равных. Самые распространённые и многочисленные Один из признаков биологического прогресса грызунов - широта распространения, приспособленность к суровым условиям существования. В тундрах арктического побережья, где бесснежный период сокращается до 2 месяцев, обитают лемминги. Они питаются травами, лишайниками и ягодами, находя их под снегом, и приносят до 5 выводков за год. В пустыне Каракумы круглый год активны песчанки: и в зимние морозы, и в летнюю жару, достигающую 50°C в тени. Дневное время они проводят в глубоких и разветвлённых норах, выкопанных несколькими поколениями сородичей. Многообразие форм грызунов Велико разнообразие жизненных форм грызунов (рис. 62.1). Белка и летяга - настоящие древесные обитатели. Лапы с цепкими коготками позволяют им удерживаться за любые неровности коры, а расправленный пушистый хвост или специальная кожная складка - планировать с дерева на дерево. У наземных животных сложились разные адаптации для поиска корма и защиты от хищников. Сурки и суслики в степях окружены изобилием пищи. Но, выходя на кормёжку, они то и дело принимают сторожевую позу «столбиком», чтобы оглядеться поверх травы и прислушаться. Чтобы найти пищу в пустыне, тушканчики быстро перемещаются прыжками на двух ногах. Благодаря длинному хвосту они могут быстро поворачивать, убегая от хищников. Дикобразу спешить некуда: он вооружён иглами. Другие степные грызуны совсем «ушли» под землю. Ведь там находится большая часть растительной массы. Цокор роет землю когтями, а слепыш - резцами нижней челюсти, сильно выдвигая её вперёд (рис. 62.2). 62.2. Роющие приспособления грызунов 334 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Целый ряд видов ведёт полуводный образ жизни. Бобры специально запруживают лесные речки, чтобы расширить своё местообитание. Они валят соседние деревья, зимой питаются их корой, а древесина идёт на постройку плотин. Посередине пруда они строят хатку, недоступную для хищников. Запасы на чёрный день Грызуны питаются сезонно-обильными кормами, и поэтому очень многие виды во время урожая запасают их впрок. Бобры складывают у себя в хатке ивовые ветки, белки нанизывают грибы на ветки, лесные мыши и сони устраивают склад семян липы и злаков в дуплах, сурки, суслики, хомяки запасают в норах зерно, бурундуки -кедровые орешки (рис. 62.3). Распространённая по всей лесной зоне полёвка-экономка на зиму затаскивает в свою нору до 10 кг семян, корешков, 62.3.Запасы бурундук(1 травинок, лишайников. Но случаются и неурожайные годы, которые приводят к массовой гибели зверьков. Поэтому репродуктивные способности грызунов очень велики и позволяют быстро восстанавливать численность популяции. Иногда численность повышается настолько, что после сезона размножения молодые зверьки не могут найти для себя свободной территории. Начинается массовая миграция подальше от мест рождения, приводящая к гибели большинства из них. Это явление чаще отмечается на Севере, среди тундровых леммингов (рис. 62.4), или таёжных белок. 1970 1972 1974 1976 1978 1980 Годы 1982 1984 1986 1988 62.4. Динамика численности норвежского лемминга § 62. Малые, да удалые | 335 «Ошибка природы» или обоснованные издержки? Такое расточительство может показаться «ошибкой природы». На самом деле это - проверенный естественным отбором способ существования в непредсказуемых условиях. Размножение должно сильно превышать смертность в обычные годы, чтобы популяция не вымерла в суровые годы или могла бы восстановиться во время массовой «бессм^1сленной» миграции. Однако учёные обнаружили, что в более благоприятных условиях у животных вырабатываются механизмы регуляции численности. Если численность высока и зверьки слишком часто сталкиваются с соплеменниками, в их организме вырабатывается гормон, тормозящий размножение. У молодых особей наступление половой зрелости задерживается, взрослые отказываются от размножения, а у беременных самок могут рассосаться уже имеющиеся зародыши. Общественная организация грызунов При росте численности зверьки вступают в борьбу за территорию поодиночке или родственными группами. Особенно жестокую борьбу ведут крысы. Зато в пределах своей родственной группы они - нежнейшие создания, заботятся друг о друге, уступают пищу молодым, строго подчиняются опытным членам группы. Такие социальные отношения делают группу более сплочённой и помогают побеждать в борьбе за существование. Взаимоотношения с человеком Грызуны - важная часть большинства природных экосистем, необходимая для их устойчивого существования. При высокой численности некоторые грызуны, живущие рядом с человеком, наносят вред хозяйству. Сурки, суслики, хомяки, полёвки съедают часть урожая зерна на полях. Крысы и домовые мыши вредят на продовольственных складах, нападают на домашних зверей и птиц на фермах. Здесь с ними необходимо бороться. Скопления грызунов представляют собой и другую серьёзную опасность. Они могут поддерживать природные очаги опасных инфекций: чумы, туляремии, энцефалита. Переносчики этих страшных болезней - кровососущие насекомые и клещи - заражают людей и зверей. Но звери легче переносят болезнь и могут быть источником заражения людей бесконечно долго. Специальные санитарно-эпидемиологические службы контролируют численность животных в очагах, чтобы предотвратить эпидемии. Среди грызунов немало пушных зверей. В XX в. в лесной зоне России успешно акклиматизировали североамериканскую ондат- 336 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые ру, а на озёрах юга страны - нутрию с острова Куба. Оба зверька обладают ценным мехом и успешно прижились на новом месте. Зайцеобразные Внешне похожи на грызунов, но не родственны им зайцеобразные. Зверьков этого отряда можно отличить по второй паре резцов, спрятанных за крупными резцами верхней челюсти. Они питаются в основном зелёными частями растений и корой. Клетчатка переваривается в слепой и толстой кишках с помощью микроорганизмов. Пищухи, или сеноставки, живут колониями в каменистых россыпях (рис. 62.5). На зиму они заготавливают изрядное количество сена, складывая его в стожки или между камнями. На западе и юге 62.5. Пищуха и её запасы Европы распространены дикие кролики. Они тоже живут колониями в норах. В противоположность им зайцы ведут одиночную жизнь, не роют убежищ и не делают запасов. Покровительственная окраска делает их незаметными, а длинные уши позволяют всегда быть настороже. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Грызуны и зайцеобразные - мелкие растительноядные зверьки, достигшие наибольшего биологического прогресса. Благодаря мелким размерам освоили экологические ниши, недоступные копытным. Питание растительной пищей, специализированное пищеварение, способность делать запасы и жить в суровых условиях, а также развитое социальное поведение - причины современного расцвета этих групп животных. Социальные отношения ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИЙ 1. 2. 3. 4. Сравните строение зубов грызунов, копытных и хищных. Как и почему грызуны смогли освоить разнообразные местообитания? Какой образ жизни ведут грызуны и зайцеобразные вашей местности? Какие приспособления позволяют леммингам жить в тундре? 5. • Чем различается поведение общественных грызунов и насекомых? 6. • Чем объясняется внешнее сходство грызунов и зайцеобразных? 7. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. § 63. Наше родословное древо 1337 § 63. Наше родословное древо ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Факт 1. Живя в кронах деревьев, приматы передвигаются и ориентируются в трёхмерном пространстве. Ошибка может привести к травме. Факт 2. Приматы - животные с развитым мозгом. • Как связаны эти факты? Предложите свой вариант вопроса параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • В чём состоит приспособительная роль поведения в жизни животных? (§ 58, жизненный опыт) • С какими особенностями млекопитающих связаны сложные формы их поведения? (§ 56-58) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и иллюстраций объясните, какие черты образа жизни и связанные с ними адаптации приматов сближают их с людьми. Приматы - древесные акробаты Отряд приматы (рис. 63.1) интересен тем, что включает наших ближайших родственников из животного мира. В большинстве своём это древесные жители, мало специализированные в других отношениях. В отличие от хороших бегунов, лишённых ключицы (копытных, собачьих), у приматов она есть. Поэтому они могут не только разводить «руками», но и совершать сложные «гимнастические упражнения» на деревьях. Первый палец каждой конечности противопоставлен остальным, что позволяет хвататься за ветки. Плоское лицо обеспечивает бинокулярное зрение, с помощью которого можно оценивать расстояние при прыжках по веткам. Наличие зубов всех типов и слепой кишки даёт возможность питаться разнообразной животной и растительной пищей. Приматы произошли в конце мезозоя от своеобразных древесных землероек, прямые потомки которых - тупайи - и сейчас встречаются в Южной Азии. Отсутствие глубокой специализации, жизнь в благоприятном климате тропического леса, в условиях изобилия - всё это направляло эволюцию приматов по пути 338 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые 63.1. Приматы § 63. Наше родословное древо | 339 развития головного мозга и совершенствования высшей нервной деятельности. У полуобезьян есть «лицо» и «руки» Низшие приматы образуют подотряд полуобезьян, куда входят лемуры и лори, населяющие тропики Старого Света. У этих зверьков величиной с кошку выпуклый лоб и слегка вытянутая мордочка, говорящая о развитом обонянии. Лемуры ловко прыгают по веткам, используя в основном задние конечности и длинный, но не цепкий хвост-балансир. Лори - ночные животные с большими глазами. Крепко обхватывая ветки, они медленно передвигаются в поисках насекомых. Загадочный ай-ай выковыривает их из щелей длинным тонким пальцем. Удивительный ночной зверёк долгопят ловит насекомых в прыжке, который может в 40 раз превышать длину тела. Ему помогают огромные глаза, малый вес (всего около 100 г) и расширенные подушечки пальцев, которыми он удерживается на вертикальных поверхностях стволов. Самка полгода вынашивает единственного детёныша, который составляет 1/4 веса матери! Вместе с тем по строению носа, уха, верхней губы, сосудов мозга и плаценты долгопят близок к высшим приматам. У обезьян «главный орган» - голова Подотряд обезьяны, или высшие приматы, включает животных, у которых первый палец явно противопоставлен остальным. Большинство из них обладает совершенным цветным зрением. Кора головного мозга хорошо развита и образует складки-извилины. В Новом Свете распространены паукообразные обезьяны, которые используют свой цепкий хвост как дополнительную конечность. В Старом Свете обитают разнообразные мартышки. Некоторые из них живут большими стадами. Ближайшие родственники человека - человекообразные обезьяны: гиббоны, гориллы, шимпанзе, орангутаны. По относительной массе мозга и числу извилин им нет равных в животном мире. Их поведение отличается большой сложностью не только при добывании пищи или защите от врагов, но и в отношениях с себе подобными. Оказывается, выживаемость высокоразвитых животных, в особенности обезьян, больше всего зависит от их социального положения. 340 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые 63.2. Человекообразные обезьяны «отличаются умом и сообразительностью» • Опишите, какие задачи последовательно решает шимпанзе для достижения цели. Что делали бы на его месте другие животные? В чём состоит сходство деятельности шимпанзе и человека? Общественная жизнь обезьян Социальность, или общественное поведение, пожалуй, наиболее характерная черта приматов (рис. 63.3). Исходная причина, заставляющая животных объединяться, - защита от хищников. Если группа животных может также отстаивать свою территорию и запасы пищи, то чем больше группа, тем лучше для каждого её члена. У приматов ядро группы - это самка и её детёныши. У некоторых видов совместно могут кормиться несколько самок с выводками. Их сопровождают несколько самцов. Иногда с самка- 63.3. У капуцинов тити основную заботу о потомстве несут отцы. Так отец заботится, чтобы малыш не упал во сне (А). Утренний туалет (Б) § 63. Наше родословное древо | 341 ми остается только самый сильным самец, а другие самцы держатся на расстоянии и время от времени совершают попытки сместить лидера. Другие животные иногда тоже держатся группами и даже крупными стадами, но их состав день ото дня может меняться. Обезьяны могут иногда переходить из одной семейной группы в другую или объединяться, но сообщество из нескольких семей остается постоянным. Каждая обезьяна различает всех остальных членов сообщества. В группе устанавливаются отношения иерархии: каждый член группы знает, кому он обязан подчиняться и кто подчиняется ему самому. Место молодого животного в иерархической структуре зависит от его возраста, личных качеств и статуса матери. Нарушения иерархии наказываются. Отношения между взрослыми могут меняться в ходе поединков, которые носят ритуальный характер: ограничиваются позами угрозы, демонстрацией силы и настойчивости. Травмы наносятся редко. Венец эволюции - развитие головного мозга Взаимоотношения между членами группы выражаются самыми разными действиями. Они могут вычесывать друг другу шерсть, делиться пищей, отбирать пищу, дружить, обманывать, учить, просить, объединяться для совместных действий, обижаться, мстить, повиноваться^ Сравнительные исследования обезьян различных видов показали, что чем сложнее устроен их мозг, тем сложнее общественная жизнь и тем больше способность применять свой опыт в новой ситуации. Эти структура и функции тесно связаны и в ходе эволюции усиливают друг друга. Развитие мозга у детёныша требует больших затрат времени и энергии. Чем более развивался мозг обезьян, тем дольше становился период вынашивания, выкармливания и воспитания детёныша. Ещё дольше развивается мозг человека, но результат стоит того! Кора больших полушарий головного мозга - это основа высшей нервной деятельности - всей совокупности условных и безусловных рефлексов и сложных временных связей между ними. Возможность устанавливать эти связи - то есть обучаться - открыла несравненно более широкие горизонты для развития индивидуального приспособительного поведения с целью выживания особи. 342 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Приматы не могут жить поодиночке. Их сообщества нуждаются в большой площади пригодных территорий. Вырубка тропических лесов приводит к нарушению местообитаний, к разъединению семейных групп. Поэтому очень многие виды приматов занесены в Красную книгу. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Путь эволюции, пройденный приматами, был путём усложнения социальных отношений и приспособительного поведения на основе развития коры головного мозга. 2. 3. 4. 5. М ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Какими адаптациями отличаются отряд приматов и его представители? Какие органы имеют преимущественное развитие? В чём состоят особенности общественной жизни приматов? Каким образом развитие мозга способствует выживанию? Сравните поведение пчелы и обезьяны. На чём основаны различия? Какими тремя путями достигается биологический прогресс? Какие из них избрали грызуны, а какие приматы? Как вы считаете, можно ли с меркой человека оценивать поступки обезьян? 7. • Поработайте в паре: пусть один приводит примеры сходства обезьян и человека, другой - примеры отличий человека. 1 6 § 64. Тип хордовые. Повторение | 343 § 64. Тип хордовые. Повторение Вопросы и задания для повторения 1. • Какие особенности развития объединяют всех хордовых? 2. • Что объединяет позвоночных? 3. • В чём преимущества и недостатки внутреннего скелета? 4. • Как усложнялись кровеносная и дыхательная системы у хордовых? 5. • Как изменялись покровы у различных групп хордовых? 6. • Как строение нервной системы и органов чувств у различных групп хордо- вых повлияло на их поведение и образ жизни? В чём своеобразие пищеварительной и выделительной систем у различных групп хордовых? Каковы особенности размножения изученных групп хордовых? Охарактеризуйте разнообразие жизненных форм водных позвоночных. * Опишите приспособления земноводных и пресмыкающихся к разнообразным условиям их существования. » Какими основными жизненными формами представлены птицы и млекопитающие вашей местности? В чём состоит их своеобразие? 12. • В чём преимущества и недостатки теплокровности? ' Какие приспособления позволили позвоночным освоить сушу? 14. • Поработайте в группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другие отвечают на них. 7. < 8. < 9. ' 10 11 13. М Что означают эти понятия? Хрящевые рыбы. Костные рыбы. Земноводные. Пресмыкающиеся. Птицы. Млекопитающие. Биогенетический закон. Хорда. Хордовые. Позвоночник. Череп. Мозг. Двухкамерное сердце. Почки. Челюсти. Чешуя. Боковая линия. Наружное оплодотворение. Яичники. Семенники. Половой диморфизм. Брачный наряд. Проходные рыбы. Трал. Перепромысел. Прудовое хозяйство. Пояса конечностей. Лёгкие. Кожное дыхание. Малый круг кровообращения. Левое предсердие. Метаморфоз. Холоднокровность. Грудная клетка. Внутреннее оплодотворение. Оболочки яйца. Зародышевые оболочки. Слепая кишка. Яйцеживорождение. Теплокровность. Терморегуляция. Перо. Крыло. Киль. Клюв. Воздушные мешки. Выводковый и птенцовый типы развития. Наседное пятно. Моногамия и полигамия. Гнездовой паразитизм. Миграции. Верность месту гнездования. Воробьиные. Расселение. Орнитология. Красная книга. Шёрстный покров. Кожные железы. Диафрагма. Кора. Матка. Плацента. Молоко. Яйцекладущие. Сумчатые. Насекомоядные. Рукокрылые. Парнокопытные. Непарнокопытные. Хищные. Ластоногие. Китообразные. Грызуны. Зайцеобразные. Приматы. 344 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые ^ Жизненная задача Название. Бездомная собака в городе. Ситуация. Голодная собака - опасный для человека хищник, особенно при нападении целой стаей. Известная формула - «Собака - друг человека» - в большинстве из нас сидит весьма прочно. Поэтому в отношении нападающей собаки мы начинаем применять даже имеющиеся в нашем распоряжении средства (например, палку) только при серьёзной угрозе нашему здоровью. В этих условиях закон, запрещающий жестокое обращение с животными, делает человека совсем беззащитным. Во многих культурных странах считается, что разводить собак могут только лицензированные заводчики. Любитель же законным способом может держать только стерилизованную собаку. Но в нашей стране эту проблему так не решить, поскольку у нас главный источник бездомных собак - это собаки, выброшенные на улицу их бывшими хозяевами. Роль. Законопослушный гражданин. Результат. Изучите проблему, применяемые способы её решения и выскажите своё мнение о том, что же нам делать с бездомными собаками. ^ Предлагаем проект Все хотят жить в чистом и ухоженном месте, хотя и не все прилагают к этому не только необходимые, но и доступные усилия. Поэтому мы предлагаем вам проект, достойный сознательных граждан - любителей чистой природы. Назовём его: «Улучшение окружающего ландшафта для жизни людей, растений и животных своими силами». Подготовка проекта (зима) 1. Составить каталог дел, доступных любителям чистой природы для улучшения окружающего ландшафта (самое простое: сбор мусора, уход за зелёными насаждениями, посадка деревьев и кустарников, подкормка птиц в зимнее время и т.п.). 2. Выбрать из них полезные для вашей местности дела, доступные для любителей чистой природы. 3. Выявить, какую пользу для людей, растений и животных принесут намеченные вами дела. Практическое осуществление (весна) 1. Планирование выбранных дел, сроков их проведения, предполагаемых участников и ответственных за их проведение. 2. Подготовка практической работы по улучшению окружающего ландшафта: инструменты, мешки и т.п. 3. По заранее намеченному плану группы участников во главе с ответственными выполняют намеченную работу. 4. Проследить по возможности положительные результаты проведённой работы: как расширилась рекреационная зона (зона отдыха) для людей, какие животные и растения увеличили численность и расширили свои местообита- § 64. Тип хордовые. Повторение | 345 ния. Эта часть работы может растянуться и на последующий год или годы. Часто особенно долго приходится ждать реакции несознательных граждан. Могут даже опуститься руки: «Мы только убрали, а они опять...» Но вы по собственному опыту знаете, что наведение порядка в доме способствует изменению поведения всех членов семьи: они невольно начинают также поддерживать порядок. а • • МОИ БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ Впереди лето, а значит, у вас появится время для настоящих исследований. Летом вы сможете не только найти сведения в литературе или Интернете по выбранной для изучения группе животных, но и заняться их непосредственным наблюдением в природе. Вы сможете узнать: - какие виды животных данной группы встречаются в вашей местности; - в каких местах обитания вы их встретили; - какие особенности поведения животных вы наблюдали, с чем они связаны; - чем питаются животные; - размножаются ли животные в вашей местности; как заботятся о потомстве? Вы свободны в выборе темы самостоятельной работы. Надо только напомнить, что, какую бы исследовательскую задачу вы ни ставили перед собой, важно: - сформулировать выбранную тему: что, о чём и для чего вы хотите узнать; - не только собрать определённую информацию об объекте исследования, но и обратить внимание на методы её получения; - сформулировать выводы; - представить свою работу ученикам класса. Изучая животных, важно обратить внимание на то, что домашние животные и дикие животные, живущие рядом с человеком, могут быть промежуточными хозяевами или переносчиками паразитов человека. Поэтому не берите в руки диких животных. 346 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Заключение к главе 3 Видовое разнообразие хордовых животных относительно невелико (около 51 тыс. видов) по сравнению с беспозвоночными (1,5-2 млн). Планы строения разных классов хордовых сходны, как и полагается членам одного типа. Но именно среди них мы находим самых высокоорганизованных животных с самой развитой центральной нервной системой. Прикреплённые формы (оболочники) и паразиты (бесчелюстные) встречаются только среди низших представителей. Практическое значение позвоночных для человека очень велико: наряду с насекомыми они являются важнейшими потребителями биомассы именно в тех ландшафтах, в которых живёт человек; это важнейшие промысловые, лабораторные, домашние, сельскохозяйственные, разводимые в искусственных условиях и при полувольном содержании животные. Яды змей широко используют в медицине. Многие мелкие млекопитающие являются переносчиками и распространителями опасных заболеваний человека (чума, оспа, туляремия, сибирская язва и др.). Насекомоядные и хищные наземные позвоночные охраняют наши сады, поля, фермы и амбары от вредителей и переносчиков опасных болезней. § 65. Развитие животного мира | 347 § 65. Развитие животного мира ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ УРОКА Животные - самое многочисленное и разнообразное царство живой природы. Биология - важнейшая из наук, поскольку мы сами живые существа. Какой полезный урок мы можем извлечь из этих суждений? Предложите свой вариант вопроса параграфа и сравните с формулировкой авторов (с. 354). ПОВТОРЕНИЕ НЕОБХОДИМЫХ ЗНАНИЙ • Что такое биологический прогресс? (§ 16-17) • У кого из животных появились ткани, органы, системы органов? (§ 12-13, 19) • Что называют высшей нервной деятельностью? В чём её отличия от инстинктов? (§ 56-57, 63) РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ • С помощью текста и иллюстраций объясните: - почему разнообразие жизни так велико; - почему авторы отнесли к важнейшим свойствам живого способность к эволюции, приспособлению, функционированию и участию в круговороте веществ? Приведите примеры приспособлений, использованных в технике. Разнообразие видов животных Известно около 2 млн видов животных. Предполагают, что неописанных видов ещё больше, особенно среди насекомых. А если учесть вымершие виды, это число возрастёт в несколько раз. Причина такого разнообразия - в самой сущности животных-потребителей. Их роль в экосистеме предполагает подвижность, а для подвижности необходимо компактное и сложное строение тела. Различные части тела животного обычно высоко специализированы и незаменимы, зато дают возможность приспосабливаться к условиям несколькими разными способами. В отличие от растений, животные могут уйти от неблагоприятных условий в другое место и там спрятаться, защититься, найти пищу. Подытожим наши знания о том, как возникло такое разнообразие форм в течение развития жизни на Земле. 348 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые Эволюция животного мира Такое разнообразие не могло возникнуть вдруг. Мир животных развивался от простого к сложному сотни миллионов лет. Доказательства эволюции мы получаем из разных источников. Геологическая летопись хранит окаменевшие останки животных; возраст их точно установлен. Сравнительный метод позволяет определить степень родства организмов по сходству гомологичных органов и восстановить историю их происхождения. Развитие зародышей высших животных повторяет основные стадии их исторического развития (биогенетический закон). Движущая сила эволюции Ч. Дарвин доказал, что эволюция органического мира - это самопроизвольный процесс. Изменчивость и наследственность создают предпосылки для эволюции. Естественный отбор является той движущей силой, которая обеспечивает постепенное изменение организмов от поколения к поколению. Заменяя естественный отбор искусственным, человек также может добиваться изменения организмов по своей воле. В природе естественный отбор происходит в результате борьбы за существование, в которой побеждают наиболее приспособленные. Более приспособлены такие формы, которые оставляют в среднем больше потомков, доживающих до размножения. Возникновение наследственных изменений случайно. Естественный отбор закономерен: он направлен на развитие адаптаций к среде обитания. Направление отбора определяется средой обитания, в том числе - деятельностью других организмов. Чтобы преуспеть, надо действовать эффективнее, лучше, чем другие в этой среде, или осваивать новую среду обитания. Направление отбора зависит также от возможностей организма: от тех имеющихся задатков, которые могут быть развиты. Шаг эволюции - адаптация Приспособленность закрепляется в адаптации - приобретении некоего выгодного наследуемого признака. Это может быть очевидное изменение строения тела или органов: их размеров, окраски или других физических качеств. Изменение химических или биоэлектрических свойств не столь очевидно внешне, но проявляется как изменение физиологии или поведения. § 65. Развитие животного мира | 349 Любая адаптация относительна: она даёт преимущество только в тех условиях среды, в которых она развивалась, поддерживалась отбором. Эволюция - это бесконечная череда адаптаций. Некоторые общие принципы эволюции Невозможно преуспеть, ничего не потеряв. Адаптация органа к одной функции делает его менее пригодным для других. Необходимость чем-то жертвовать для достижения преимуществ в главной адаптации называется адаптивным компромиссом. Отсюда вытекает принцип разделения функций: орган наиболее эффективен, когда он выполняет единственную функцию, а организм - когда каждую из его функций выполняет особый орган (или часть тела). Образование новых видов и форм происходит тогда, когда общие предки осваивают различные местообитания, ресурсы или способы их использования. Поэтому для родственных групп видов характерно расхождение признаков. Их гомологичные органы становятся всё более различными. Если у двух различных групп организмов некоторые органы сходны, то их дальнейшая адаптация может идти параллельными путями. Это особенно вероятно для гомологичных органов. Сходные функции требуют развития сходных приспособлений. Поэтому в сходных условиях неродственные формы могут достигать большого сходства по некоторым признакам благодаря развитию аналогичных приспособлений. Адаптация одного органа вызывает определённые изменения других органов - хотя бы для того, чтобы не мешать его работе. Такую вынужденную взаимозависимость называют корреляцией органов. Размер имеет значение. Хорошо иметь крупные размеры, но давит сила тяжести, кровь стучит в висках, а чтобы выжить, надо охранять огромную территорию. Другое дело - жить в микромире, где секунда превращается в минуту, где, упав, нельзя ушибиться, где вода сворачивается в шар или затекает вверх по трубочке, где жара и сушь, вода и ветер владеют телом безраздельно, где жизнь ничего не стоит. Пути эволюции Развитие органического мира происходило постепенно, от низших, простых форм к высшим, с более сложным строением. Но сложный организм дольше развивается, поэтому в изменчивых и суровых условиях простое строение может дать преимущество. С появлением сложных форм не все простые организмы вымирают: высокую смертность они компенсируют быстрым размножением. Мир становится более разнообразным. Эволюция различных групп животных на Земле шла одновременно в разных местообитаниях. По мере того как росло разнооб- 350 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые разие организмов, создавались новые экосистемы, увеличивалось и разнообразие экологических ниш, заняв которые организм мог получить преимущество. Поэтому эволюция в разных группах шла различными путями. Наиболее обычный из них - развитие частных приспособлений к особенностям экологической ниши. Это достигается видоизменением отдельных органов или деталей их строения. Глубокие и своеобразные изменения позволяли освоить среду, недоступную другим. В среде, где много пищи, но нет врагов, происходило общее упрощение строения. Другой путь - общее усложнение строения - мы встречаем тогда, когда новая адаптация позволяет повысить эффективность жизнедеятельности в целом, а значит, и жизнеспособность -практически в любых условиях. Это бывает, как правило, при возникновении новых органов или систем органов. Подобные адаптации означают повышение уровня организации. Они выводят эволюцию на новую, более высокую ступень, на которой снова возможно развитие частных приспособлений. Так формируется новый тип или класс животных. Эволюция функций организма Перед любым организмом стоят три главные задачи: жизнеподдержание, связь с внешней средой и воспроизведение. В каком направлении менялось решение этих задач в ходе эволюции? Жизненные процессы в клетках наиболее эффективны только в очень узком диапазоне условий: температуры, содержания воды, солей, кислорода, питательных и других веществ. Поэтому вся система жизнеобеспечения совершенствовалась в направлении увеличения постоянства внутренней среды организма. В процессах клеточного обмена вырабатываются энергия и необходимые вещества. Кровеносная система отвечает за их правильное распределение по организму. Обмен газов происходит через систему дыхания. Питательные вещества поступают из пищеварительной системы, а органы выделения обеспечивают очистку крови от вредных примесей. Развитие каждой из этих систем повышает постоянство условий внутри организма. Связь между внешней и внутренней средой обеспечивается нервной системой и связанными с ней гормональными железами, опорно-двигательной системой и покровами. Они в наибольшей степени предназначены для «животных» функций: чувствовать, двигаться, добывать пищу, реагировать на изменения среды. Их § 65. Развитие животного мира | 351 развитие направлено на то, чтобы уменьшить зависимость организма от изменений в окружающей среде. Особенно значительные результаты достигаются через поведение, с помощью инстинктов и высшей нервной деятельности. Развивались различные стороны репродуктивной функции. Бесполое размножение постепенно вытеснялось половым, при котором потомки обладают большей изменчивостью. Система органов размножения обеспечивала всё большую защищённость потомства от изменений внешней среды. Наконец, высшие формы стали направлять больше усилий на заботу о потомстве после рождения. Таким образом, в ходе эволюции возрастал родительский вклад в жизнеспособность каждого потомка. Животные в экосистемах Животные возникли как потребители - члены экосистемы. Потребляя только часть органического вещества, производимого растениями, они создали пищевые (трофические) цепи из многих звеньев и оказывают сильное влияние на всю экосистему. Вместе с грибами и бактериями они участвуют в разрушении органики, переводя её в доступную для растений форму, и тем самым поддерживают круговорот веществ. В процессе эволюции возникали всё новые жизненные формы животных. Структура экосистем усложнялась. Каждый вид животных связан со многими членами своей экосистемы трофическими (пищевыми) и нетрофическими связями. Животные выступают в роли хищников и жертв, паразитов и хозяев, разрушителей и опылителей, симбионтов и конкурентов, переносчиков болезней и преобразователей ландшафтов. Через экологические связи они влияют на численность всех элементов экосистемы. Каждый шаг эволюции животных приводил к изменению связей и перестройке экосистем. Животные служат мощным фактором естественного отбора для всех членов экосистемы и создают разнообразие экосистем на Земле. Животные - регуляторы экосистем; в ходе эволюции эта их роль возрастала. Чему нас учат животные? Животные служат нам постоянным самовозобновляющимся источником пищевых и технических продуктов. Лабораторные животные используются как модель человека, для изучения особенностей работы тканей и органов, для получения и испытания медицинских препаратов. Многие дикие животные являются 352 Глава 3. Позвоночные и их «родня». Тип хордовые объектом промысла. Другие виды стали основой для домашнего разведения и сильно изменены для нужд человека. Среди животных немало паразитов, возбудителей и переносчиков заболеваний человека, вредителей сельского и лесного хозяйства. Зоология даёт нам знания о том, как уменьшить вредные воздействия животных и использовать их полезные свойства. Вместе с тем природа - неисчерпаемый источник технических изобретений. У животных мы переняли способы создания лёгких и надёжных конструкций, тонких и прочных покрытий, обтекаемых двигательных аппаратов. У них мы скопировали устройство «дополнительных органов чувств», таких, как фотоаппарат, эхолот или современные средства навигации. Строение нервной системы животных подсказывает, как можно усовершенствовать компьютер. Природные «изобретения» пока значительно превосходят человеческие. «Двигателям», обеспечивающим движение животных, пока нет равных по компактности и экономичности. А экосистемы, в которых нет вредных отходов и ничего не пропадает зря, намного совершеннее нашего хозяйства. Поэтому изучение животных, безусловно, ожидает большое будущее. Кроме непосредственных, практических знаний зоология даёт нам возможность глубже понять устройство мира. Она снабжает конкретными данными общебиологические науки: биохимию, генетику, эмбриологию, теорию эволюции, экологию и другие. Она позволяет нам убедиться в единстве всего органического мира, его происхождения и развития. Ещё не узнав, сколько видов животных обитает на нашей планете, мы точно знаем, что их разнообразие сокращается. Давайте же сделаем всё возможное, чтобы остановить этот процесс. ФОРМУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДА Животные - царство органического мира, сформировавшееся в результате длительного исторического развития подвижных организмов, избравших особый способ гетеротрофного питания. Животные - источник разнообразия и равновесия в экосистемах. М ПРИМЕНЕНИЕ ЗНАНИИ Постарайтесь найти примеры из животного мира, чтобы проиллюстрировать каждый абзац этого параграфа. 2. • Поработайте в паре или группе: пусть каждый по очереди формулирует вопросы по пройденной теме, а другой (другие) отвечает на них. 1 Авторский вариант проблемных вопросов | 353 Авторский вариант проблемных вопросов § 1. Чем занимается наука? § 2. Всякое ли сходство свидетельствует о родстве? § 3. Зачем систематика нужна обывателю? § 4. Как отличить животное по единственной клетке? § 5. Какие свойства наиболее важны для потребителя в экосистеме? Какие органы отвечают за эти свойства? § 6. Почему некоторые животные имеют признаки растений или грибов? Можно ли исключить их из царства животных? § 7-8. Как удаётся одной клетке выполнять все жизненные функции? § 9. Какую роль играет каждый из типов размножения в жизни животных, состоящих из одной клетки? § 10. Могут ли простейшие влиять на экосистему сильнее, чем крупные многоклеточные? § 11. В чём преимущество многоклеточности? § 12-13. Что нужно для охоты на крупную добычу? § 14-15. Как использовать пищу, которая скапливается на дне? § 16-17. Какие преимущества круглым червям даёт сквозной кишечник? § 19. В чём биологический смысл сегментации у животных? § 20. Какие приспособления кольчатых червей обусловливают их роль разрушителей? § 21. В чём преимущество и недостатки наружного скелета? § 22-23. Какой образ жизни доступен моллюскам? § 24-25. Почему ракообразные достигают крупных размеров? § 26-27. Какие приспособления необходимы членистоногим, вышедшим на сушу? § 28. Почему видовое разнообразие насекомых так велико? § 29. В чём особенности роста и развития насекомых? § 30-31. В чём секрет успеха самых многочисленных отрядов насекомых? § 32. Какое значение имеют насекомые для природы и для человека? § 34. Как доказать единство происхождения столь непохожих друг на друга животных? 354 Авторский вариант проблемных вопросов § 35-36. Как приспособления рыб связаны с их образом жизни? § 37. Как увеличить число потомков, чтобы победить в борьбе за существование? § 38-39. Какие существуют группы рыб и как они приспособлены к водным экосистемам? § 40. Как использовать ресурсы морей и рек, не нарушая природного равновесия? § 41 -42. Почему земноводных нельзя назвать настоящими водными и настоящими сухопутными животными? § 43. Почему в тропиках амфибий много, а в нашей стране мало? § 44-45. Как преодолеть зависимость размножения и развития от воды, а дыхания - от высокой влажности? § 46-47. В чём причины разнообразия пресмыкающихся? § 48. Почему один леопард съедает больше, чем 10 крокодилов? § 49-50. Как птицы приспособились к полёту? § 51. Почему вылупившиеся птенцы не умеют летать и кто о них заботится? § 52. Какие новые ресурсы смогли освоить птицы благодаря своей подвижности? В чём биологический смысл перелётов? § 53-54. Насколько условия и образ жизни определяют внешний облик птиц? § 55. Каковы взаимоотношения человека и птиц? § 56-57. Какие биологические особенности млекопитающих позволили им занять господствующее положение в экосистемах? § 58. Как вырастить смышлёное дитя? § 59. Какими способами млекопитающие могут охотиться за насекомыми и какие приспособления для этого требуются? § 60. Какие приспособления позволяют использовать самый обильный источник корма - зелёную массу растений? § 61. Чем питаются хищные звери и какие приспособления они для этого имеют? § 62. В чём преимущество мелких растительноядных зверьков по сравнению с крупными копытными? § 63. Какие особенности строения и образа жизни предков лежат в основе возникновения человеческого разума? § 65. Какие общие выводы позволяет сделать наука о животных? Приложение |355 Приложение Определите, к какому типу и классу относятся эти животные. Где они обитают и как приспособлены к условиям обитания? А может быть, вы знаете и их название? 356 Приложение Приложение (продолжение) Определите, к какому типу и классу относятся эти животные. Где они обитают и как приспособлены к условиям обитания? А может быть, вы знаете и их название? Приложение |357 Приложение (продолжение) Определите, к какому типу и классу относятся эти животные. Где они обитают и как приспособлены к условиям обитания? А может быть, вы знаете и их название? 358 Приложение Приложение (продолжение) Определите, к какому типу и классу относятся эти животные. Где они обитают и как приспособлены к условиям обитания? А может быть, вы знаете и их название? Приложение |359 Приложение (продолжение) Определите, к какому типу и классу относятся эти животные. Где они обитают и как приспособлены к условиям обитания? А может быть, вы знаете и их название? 360 Приложение Приложение (окончание) Определите, к какому типу и классу относятся эти животные. Где они обитают и как приспособлены к условиям обитания? А может быть, вы знаете и их название? Предметный указатель | 361 Предметный указатель Автотрофное питание 28 Гермафродит 85, 87, 111, 121 Агроценоз 173 Гетеротрофное питание 28 Адаптация 259, 348 Гидроидные 77 Аллантоис 239 Гидроскелет 92 Амнион 239 Гипофиз 271 Амфибии 221 Гнездо 268 Аналогия 19 Гнездовой паразитизм 271 Антропоноз 65 Голенастые 281 Артерии 197- -198, 237 Голова 129, 147 Бабочки 1 60, 1 62 Головогрудь 129, 138 Барабанная перепонка 227 Головоногие 123 Бентос 83 Голосовые связки 285 Беспозвоночные 48 Голуби 283 Бесполое размн