Локомоция, полости тела
1. Способы активного передвижения
Что такое локомоция? Локомоция – это активное перемещение животных. Почему именно активная? Животное может двигаться и не само, а, например, по воле ветра или течения. Такое перемещение пассивное, к локомоции оно не относится, вспомните, например, зоопланктон.
Вообще, движение – это одно из основных свойств живых организмов. Какими способами осуществляется локомоция? Их великое множество, но, несмотря на все разнообразие, их можно разделить на три основные группы.
Амебоидное движение присуще корненожкам и некоторым отдельным клеткам многоклеточных животных.
Например, у нас это лейкоциты крови. Клетка образует выросты цитоплазмы, число и величина которых постоянно меняется, меняется и форма самой клетки. Пока у биологов нет единого мнения о механизмах амебоидного движения.
Движение при помощи жгутиков и ресничек характерно не только для жгутиконосцев и инфузорий (рис. 1, 2), но также присуще и некоторым многоклеточным животным.
Рис. 1. Эвглена
Рис. 2. Инфузория-туфелька
У высокоорганизованных животных клетки, имеющие жгутики и реснички, встречаются в дыхательной, пищеварительной, выделительной и половой системах (рис. 3).
Рис. 3. Личинки моллюска
Строение жгутиков и ресничек всех эукариотических организмов сходно. Вращаясь или взмахивая, жгутики и реснички создают движущую силу, толкающую клетку вперед или назад, также она может закручивать тело вокруг собственной оси. Увеличение числа ресничек ускоряет передвижение.
Простейшие, которые движутся быстро или обитают в плотной среде, часто имеют множество жгутиков или ресничек. При помощи множества жгутиков или ресничек могут перемещаться и мелкие многоклеточные животные, обитающие в воде.
Движение при помощи мышц (рис. 4) осуществляется только у многоклеточных животных, мышцы есть только у них. Главная особенность мышечной ткани – это способность сокращаться. Именно за счет сокращения мышц в этом случае осуществляется движение.
Рис. 4. Мышцы
А как осуществляется движение в конкретных группах простейших и животных?
Солнечники и фораминиферы (рис. 5) способны образовывать очень длинные тонкие выросты клетки, сама клетка при этом может оставаться неподвижной, а к выростам прилипают частички детрита и мелкие живые существа, которыми клетка простейшего и питается.
Рис. 5. Фораминифера
Клетка жгутиконосца часто имеет не один, а сразу несколько или даже множество жгутиков. Часто встречается ситуация, когда у каждой клетки жгутика два, причем один из них движущий (он создает движущую силу), а второй рулевой (он служит для перемены направления движения) (рис. 6).
Рис. 6. Хламидомонада
Иногда бывает, что жгутик большей частью своей длины прикреплен к оболочке клетки. Жгутик и оболочка в этом месте образуют своеобразную мембрану. Жгутиконосец передвигается при помощи волнообразных движений этой мембраны. Такие жгутиконосцы обычно обитают в довольно плотных средах.
У подвижных инфузорий ресничек обычно множество. Реснички распределены по поверхности клетки крайне неравномерно. Часть из них сближается, образуя своеобразную структуру, внешне напоминающую гребни, щетинки или шипы. Раньше ученые считали, что реснички срослись и действительно образовали шипы и гребни. В настоящий момент времени считается, что эти реснички просто сближены друг с другом.
Для простейших характерны не только амебоидное и жгутиковое движение, споровики и некоторые жгутиконосцы способны медленно ползти по субстрату, выделяя слизь – это так называемое скользящее движение, его механизм пока почти не изучен.
Взрослые губки сами по себе неподвижны, однако в их жизненном цикле имеется личинка, с помощью которой они расселяются. Личинка плавает за счет биения ресничек. Специальные клетки губок способны к амебоидному движению в пределах тела животного (рис. 7, 8).
Рис.7. Грегарина
Рис.8. Подвижная личинка губки
Кишечнополостные – уже настоящие многоклеточные животные, у них есть примитивные мышечные клетки. При помощи их сокращения подвижные полипы медузы ползают и плавают (рис. 9).
Рис. 9. Гидра
Полипы могут медленно ползти по субстрату при помощи движений подошвы или как бы перекатываясь, используя при этом подошву и ротовую сторону тела.
Медузы передвигаются, реактивно выталкивая воду из сокращающегося купола (рис. 10).
Рис. 10. Медуза
У плоских и круглых червей поочередное сокращение продольных мышц вызывают характерные изгибы тела, за счет этих телодвижений червь двигается вперед. Наблюдать этот процесс, конечно, легче у длинных круглых червей, мелкие плоские черви двигаются, в основном, за счет ресничек покровного эпителия (рис. 11, 12).
Рис. 11. Турбелярия (плоский червь)
Рис. 12. Нематода (круглый червь)
У кольчатых червей помимо продольных имеются и поперечные мышцы, а еще у них часто есть нечленистые конечности – параподии. Поэтому движение может осуществляться как за счет мускулатуры тела, так и за счет мускулатуры параподий (рис. 13).
Рис. 13. Кольчатый червь
Полихеты, или многощетинковые черви, имеют параподии и используют их для движения (рис. 14). Естественно, чем крупнее червь, тем важнее для его движения червеобразное изгибание тела.
Рис. 14. Полихета
У малощетинковых червей и пиявок параподии не развиты, они передвигаются исключительно за счет работы мускулатуры тела. Поочередно сокращая поперечные и продольные мышцы, малощетинковый червь раздвигает частички субстрата и постепенно движется вперед.
Пиявки освоили шагающие движения, они используют для прикрепления присоски на обоих частях тела.
Членистоногие, как ни странно это прозвучит, используют для передвижения свои членистые конечности. Причем это могут быть не только ноги, но и, например, антенны или околоротовые придатки.
Многие ракообразные для передвижения по грунту используют ходильные ноги, а для плаванья им служит хвостовой плавник (рис. 15).
Рис. 15. Лангуст
У некоторых ракообразных и насекомых задние ноги плоские, веслообразные – это так называемые плавательные ноги. Ветвистоусые ракообразные (например, дафния) передвигаются при помощи движений антенн. Личинка ракообразных наутилус гребет антеннами и придатками верхних челюстей.
У многих насекомых есть специальный орган передвижения – крылья. Их, как вы помните, две пары (кроме двукрылых). У членистоногих вообще все органы являются производными конечностей, но крылья насекомых никакого отношения к ногам не имеют.
Любопытно, что у многих паукообразных и некоторых насекомых в движении участвует гидравлика, то есть часть движений осуществляется с помощью жидкости, находящейся под давлением. Например, у пауков ноги сгибаются под прямым действием мышц, а разгибаться им помогает давление жидкости.
У большинства моллюсков, в том числе брюхоногих, имеется мускулистая нога. Они двигаются благодаря волнам сокращения, пролегающим по подошве ноги. Обильно выделяемая слизь облегчает скольжение и ускоряет движение.
Двустворчатые моллюски могут отталкиваться от субстрата, высовывая ногу, или передвигаться реактивно, резко схлопывая стенки раковины.
Головоногие моллюски в высшей степени освоили реактивный способ передвижения, но они выталкивают воду из мантийной полости.
Иглокожие передвигаются при помощи амбулакральной системы. Это сеть каналов, заполненных жидкостью, по составу близкой к морской воде. От амбулакральных каналов отходит множество амбулакральных ножек, у основания каждой из них находится ампула – мышечный пузырек, при его сокращении ножка удлиняется. На конце ножки находится присоска (рис. 16).
Рис. 16. Строение морской звезды
При помощи совместной работы множества амбулакральных ножек, например, морская звезда может ползать по субстрату даже по вертикальным стеклам или раскрывать раковины двустворчатых моллюсков.
У позвоночных движение осуществляется за счет взаимодействия их внутреннего скелета и мышц. У рыб основную движущую силу производят мышцы туловища и хвоста. У амфибий и рептилий мышцы хвоста и конечностей. У млекопитающих и птиц, в основном, мышцы конечностей.
Конечности бывают по-разному видоизменены. Позвоночные могут бегать, прыгать, плавать, летать, лазать и многое другое.
2. Полости тела
Полостью тела животных называется пространство, расположенное между стенками тела и внутренними органами. Кишечная полость – это не полость тела, она считается всего лишь ограниченным участком внешней среды (рис. 17, 18).
Рис. 17. Строение гидры
Рис. 18. Строение медузы
Впервые настоящая полость тела возникает у круглых червей. Полость тела круглых червей – первичная. В отличие от вторичной полости тела она не имеет собственной эпителиальной стенки (рис. 19).
Рис. 19. Нематода (круглый червь)
Полость тела круглых червей заполнена полостной жидкостью, которая находится под давлением. Такая полостная жидкость выполняет функцию гидроскелета, а также транспортировки питательных веществ и накопления ненужных продуктов жизнедеятельности. Внутренние органы круглых червей свободно омываются полостной жидкостью.
У кольчатых червей развита вторичная полость тела, или целом. Она отграничена от внутренних органов и от стенок тела оболочкой, состоящей из слоя эпителиальных клеток (рис. 20). В целоме находится полостная жидкость, но органы не омываются ею, поскольку отделены стенками. Наличие вторичной полости тела также характерно для моллюсков и иглокожих.
Рис. 20. Кольчатый червь
У всех хордовых полость тела также вторичная. В отличие от целома кольчатых червей вторичная полость тела хордовых не содержит полостной жидкости (рис. 21).
Рис. 21. Поперечный срез рыбы
У представителей типа членистоногие фрагменты, оставшиеся от вторичной полости тела, сливаются с остатками первичной полости тела. В результате образуется смешанная полость тела, или миксоцель.
3. Реакция избегания у инфузорий
Если инфузория, к примеру инфузория туфелька, наталкивается на препятствие, она как будто отскакивает назад, затем беспорядочно вращается, а потом плывет в сторону от препятствия. Казалось бы, инфузория как будто испугалась и куда-то уплыла. На самом деле инфузория – это одна клетка, пугаться она не может, у нее вообще нет неровной системы.
Если инфузория не испугалась, то каков же реальный механизм реакции избегания? Когда клетка наталкивается на препятствие, в ней изменяется концентрация ионов кальция. Направление биения ресничек изменяется на противоположное – инфузория плывет назад, затем концентрация ионов кальция постепенно начинает возвращаться к норме. Реснички бьют несогласованно, каждая в разном направлении – в это время клетка инфузории вращается. Когда концентрация ионов кальция вернется к норме, инфузория снова плывет вперед, но уже в новом случайном направлении.
4. Лабораторная работа «Изучение способов передвижения животных»
Возьмите садки с земляным червем, виноградной улиткой или ахатиной, пепельным тараканом, аквариум с гуппи и большую клетку с мышью.
Рассмотрите находящихся перед вами животных. Каков их характер движения, как именно они движутся? Какие органы или части тела участвуют в движении? Сколько способов движения вы способны отметить для каждого из них, как меняется поведение и характер движения, например при прикосновении? Способны ли эти животные изменять способ своего движения?
5. Знаете ли вы, что...
Гидравлический способ движения наиболее хорошо представлен у сенокосца. В некоторых частях ног у них отсутствуют мышцы-разгибатели, то есть нога сгибается за счет усилий мышц, а разгибается только под давлением жидкости (рис. 22).
Рис. 22. Сенокосец
Крылья комаров колеблются с чистотой от 500–600 взмахов в секунду. Комнатная муха делает в секунду 352 взмаха крыльями. Шмель взмахивает всего 220 раз в секунду, а пчела около 440 раз.
Рис. 23. Колибри
Когда медлительная по сравнению с насекомыми птица колибри (рис. 23) зависает в воздухе, ее крылья совершают 50–80 взмахов в секунду.