Лекція 1 "Зоологія як наука. Підцарство одноклітинні тварини"

Зоологія – наука про тварин.

Зоологія – наука про тварин – є одним із розділів біології. Вона вивчає видовий склад тварин, їхню морфологію, життєдіяльність, поширення, індивідуальний та історичний розвиток, взаємовідносини з середовищем існування, поведінку і т. д. Одним із завдань зоології є розробка способів охорони і перетворення тваринного світу в напрямку задоволення потреб людства.

У ХХ ст. із зоології виділились окремі дисципліни: протозоологія, яка вивчає найпростіших, гельмінтологія – паразитичних червів, або гельмінтів, арахнологія – павукоподібних, ентомологія – комах, іхтіологія – риб, орнітологія – птахів, теріологія – ссавців і багато інших.

На земній кулі немає такого місця, де б не жили ті чи інші представники тваринного світу. Вони пристосувались жити на поверхні Землі і в її верхніх, у повітрі і воді. Багато видів тварин пристосувались паразитувати в організмі або на організмі рослин, тварин і людини.

Тварини відрізняються своїм способом життя і будовою. Одні з них великих розмірів (на приклад, довжина деяких видів китів досягає 30 м), а інші - мікроскопічні організми (різні види найпростіших).

Значення тварин у природі і житті людини.

Як у природі, так і в житті людини тварини мають величезне значення. Від них отримують продукти живлення і сировину для промисловості. Тварин використовують як робочу худобу, вони служать моделями для вивчення хвороб і лікування їх, від них отримують імунну сироватку. Багато видів комах запилюють рослини, підвищуючи урожай сільськогосподарських культур. Птахи знищують комах – шкідників лісу, парків, полів. Тварини очищають водойми, беруть участь в утворенні ґрунту, знищенні трупів тварин і решток рослин. Серед тварин багато шкідників сільського господарства (членистоногі, гризуни), збудників хвороб і переносників їх.

При створенні нових систем, механізмів і приладів використовуються принципи будови і функції тварин (а іноді і рослин), які вивчає наука біоніка (гр. bios - життя).

Для раціонального використання різних корисних тварин і ефективної боротьби зі шкідниками необхідно вивчати особливості їхньої біології конкретних умовах зовнішнього середовища. Наприклад, до останнього часу вважалось, що всі хижаки завдають шкоди людині, і їх знищували. На підставі ретельного вивчення поведінки різних хижаків було встановлено, що вовки перш за все знищують слабких і хворих тварин, а птахи – гризунів, що приносять багато шкоди лісовому і сільському господарству. Тому певний рівень чисельності хижаків необхідний для нормального існування біоценозів.

Подібність та відмінність тварин і рослин

У зв’язку з тим, що тварини і рослини виникли від одного предка, між ними є багато схожих рис як у морфології, так і в життєдіяльності. Організми тварин і рослин складаються із клітин, які формують тканини, органи і системи органів. До складу клітин як тварин, так і рослин входять білки, жири, вуглеводи та інші складні органічні речовини. Для рослин і тварин характерні: обмін речовин, що приводить до самооновлення, живлення, дихання, ріст, розмноження, подразливість, рух.

Особливе місце займають ті організми, які здатні живитися змішано (міксотрофно). Наприклад, евглена зелена на світлі живиться як рослина, а в темряві – як тварина. Деякі комахоїдні рослини, а також рослини-напівпаразити та інші можуть живитися не лише автотрофно, а й гетеротрофно. Такий спосіб живлення свідчить про велику подібність рослинних і тваринних організмів. Про це ж свідчить схожий гетеротрофний тип живлення у різних груп живих організмів (людина і тварина, з одного боку, і більшість бактерій, грибів – з другого.) Проте між рослинами і тваринами є суттєві відмінності, які подані в табл.

На Землі налічується близько 1,5 млн видів тварин, які об'єднуються в царство Тварини. До нього входить більше 20 типів, які об'єднуються в два підцарства: Одноклітинні і Багатоклітинні. Кожне з цих царств поділяється на типи, класи, ряди, родини, роди і види.

Таблиця. Основні відмінності тварин від рослин

Тварини Переважна більшість видів живиться гетеротрофно. Окремі види – міксотрофно (евглена зелена та інші джгутикові, що мають хлорофіл). Пластиди в клітинах відсутні Клітинний сік відсутній. У найпростіших є лише більш дрібні вакуолі, які виконують травну і видільну функції У переважної більшості випадків захоплення їжі відбувається активно; їжа перетравлюється в травній системі або в травних вакуолях внутрішньоклітинно. Активно рухаються. Якщо прикріплені до субстрату, то це є вторинним пристосуванням. Є амебоїдний, джгутиковий, війчастий і м'язовий рухи. Подразливість у вигляді таксисів і рефлексів (безумовних і умовних). Тканини: епітеліальна, сполучна, м'язова, нервова. Є клітинна мембрана Мінеральні солі в цитоплазмі знаходяться в розчиненому стані. Запасні вуглеводи у вигляді глікогену. Перетинка між дочірніми клітинами після мітозу виникає шляхом кільцеподібної перетяжки.

Рослини Величезна кількість видів зелених рослин живиться автотрофно – фототрофи і деякі види бактерій – хемотрофи. Клітини мають пластиди У клітинах значні за об'ємом вакуолі, заповнені клітинним соком. Органи травлення відсутні, а їжа надходить в організм рослини осмотичним шляхом. За невеликим винятком (бактерії і деякі інші види рослин) до активного руху не здатні і частіше прикріплені до субстрату. Є ростові і тургорні рухи Подразливість у вигляді тропізмів і настій. Епітеліальна, твірна, основна, провідна і механічна Крім клітинної мембрани є товста і щільна оболонка, що складається із целюлози (клітковини) Мінеральні солі можуть знаходитись в цитоплазмі і у вигляді кристалів Запасні вуглеводи у вигляді крохмалю. Перетинка виникає шляхом розростання її від центру клітини.

Багатоклітинні є двошарові (губки, кишковопорожнинні) та тришарові (решта). У двошарових у зародковому розвитку утворюється два шари (зародкові листки): ектодерма і ентодерма. У тришарових – три зародкові листки: ектодерма, ентодерма і мезодерма. Губки та кишковопорожнинні мають променеву симетрію тіла; решта багатоклітинних – двобічну (білатеральну) симетрію. Через тіло променево-симетричних можна провести кілька площин симетрії, а через тіло двобічно-симетричних – лише одну площину, яка поділяє їхній організм на дві частини, що дзеркально відбивають одна одну. Деякі двобічно-симетричні тварини в зв'язку з особливостями способу життя втрачають двобічну симетрію тіла (черевоногі молюски, голкошкірі).

Двобічно-симетричні тварини за характером утворення рота в період ембріонального розвитку поділяють, на первинноротих (плоскі і кільчасті черви, молюски, членистоногі) і вторинноротих (голкошкірі, хордові). Тварин можна поділити і за порожнинами тіла. До первиннопорожнинних відносять круглих червів, до вториннопорожнинних – кільчастих червів, голкошкірих та хордових. У молюсків вторинна порожнина редукована, у членистоногих – зливається з залишками первинної порожнини тіла, утворюючи порожнину двоякого походження – міксоцель.

Загальна характеристика типу Найпростіші.

Найпростіші тварини поширені по всій земній кулі – в морях, океанах, у прісних водоймах, грунті або в організмах тварин, рослин і людини. Зараз відомо приблизно 25 тис. видів одноклітинних організмів. Маючи морфологічну схожість у будові клітин з багатоклітинними організмами, найпростіші відрізняються від них у функціональному відношенні. Якщо клітини багатоклітинної тварини виконують спеціальні функції, то клітина найпростіших є самостійним організмом, здатним до обміну речовин, подразливості, руху і розмноження.

Найпростіші – це організми на клітинному рівні організації. В морфологічному відношенні окремий організм рівноцінний клітині, а в фізіологічному являє собою цілісний самостійний організм. Переважна більшість їх – мікроскопічно малих розмірів (від 2 до 150 мкм). Проте, деякі з них досягають 1 см, а раковини викопних корененіжок мають діаметр до 5-6см.

Будова найпростіших надзвичайно різноманітна, але всі вони характеризуються рисами, властивими для організації і функцій клітини. Як і у інших клітин, основними компонентами клітини найпростішого є цитоплазма і ядро. Цитоплазма обмежена зовнішньою мембраною, яка регулює надходження речовин у клітину; у багатьох видів вона ускладнюється додатковими структурами, що збільшують товщину і механічну міцність зовнішнього шару. Таким чином виникають утвори типу пелікули і оболонки.

Цитоплазма найпростіших звичайно складається з 2 шарів – зовнішній більш світлий і щільний – ектоплазма і внутрішній, в якому розташовані органоїди і включення клітини,– ендоплазма. Крім загальноклітинних органоїдів у цитоплазмі найпростіших можуть бути різноманітні спеціальні органели. Особливо представлені тут різні фібрилярні утвори – опорні і скоротливі волоконця, скоротливі вакуолі, травні вакуолі тощо. У найпростіших є одне або кілька типових клітинних ядер. Ядро найпростіших має типову двошарову ядерну оболонку. В ядрі розсіяний хроматиновий матеріал і ядерця. Ядра найпростіших характеризуються винятковою морфологічною різноманітністю за розмірами, числом ядерець, кількістю ядерного соку і т. д.

На відміну від соматичних клітин багатоклітинних найпростіші характеризуються наявністю життєвого циклу. Він складається із ряду послідовних стадій, які в існуванні кожного виду повторюються з певною закономірністю. Частіше всього цикл розпочинається стадією зиготи, що відповідає заплідненій яйцеклітині багатоклітинних. За цією стадією іде одноразово чи багаторазово повторюване безстатеве розмноження, яке здійснюється шляхом клітинного ділення. Потім утворюються статеві клітини (гамети), попарне злиття яких знову дає зиготу.

Важливою біологічною особливістю багатьох найпростіших є здатність до інцистування. При цьому тварини заокруглюються, скидають або втягують органели руху, виділяють на свою поверхню щільну" оболонку і переходять у стан спокою. В стані цисти найпростіші можуть переносити різкі коливання умов зовнішнього середовища, зберігаючи життєздатність. При настанні сприятливих для життя умов цисти розкриваються і найпростіші виходять з них у вигляді активних, рухливих особин. Найпростіші досить поширені. Багато із них живе в морі. Деякі входять до складу прісних водойм. Існують види, які живуть у вологому грунті. Широкого розповсюдження набули паразитичні форми найпростіших. Багате з них викликають тяжкі хвороби людини, домашніх промислових тварин, рослин.

За будовою органоїдів руху і особливостями розмноження тип Найпростіші ділиться на 6 класів. Нижче будуть розглянуті представники 4 класів: Саркодові, Джгутикові, Споровики і Інфузорії. Разом з тим варто звернути увагу на те, що питання класифікації найпростіших ще не завершене. Зараз існує кілька систем найпростіших: деякі учені традиційно розглядають їх як тип, інші (їх більшість) – як підцарство, яке включає різну кількість типів – 5, 7 або 9. Відповідно підпорядковані таксони отримують в різних системах не одні й ті ж ранги і часто не збігаються за об'ємом. Міжнародний комітет по систематиці найпростіших у 1980 р. виділив 7 типів: Саркомастікофори (Саркоджгутиконосці), Лабіринтули, Апікомплекси, Мікроспоридії, Асцетоспорові, Міксоспоридії, Інфузорії (Війчасті). Ця класифікація є найбільш загальноприйнятою, вона поступово витісняє стару.

Клас Саркодові

Саркодові налічують близько 10 тис. видів найпростіших (Саркоджгутиконосців за новою класифікацією), 80 % яких живе в морях. Деякі пристосувались жити у прісних водоймах, у грунті і мохах, на торф'яних болотах і в лісах. До паразитичного способу життя пристосувались приблизно 1,3% видів цього класу. Тіло саркодових складається із цитоплазми, вкритої однією тонкою мембраною. В дорослому стані саркодові пересуваються завдяки несправжнім ніжкам (псевдоніжкам), або псевдоподіям.

Амеба звичайна (рис. 1) – живе в прісній воді канав, невеликих ставків і боліт. Може жити в акваріумі. Культуру амеби звичайної можна легко розводити в лабораторних умовах. Це найбільша із вільноживучих амеб, що досягає 50 мкм у діаметрі і видима неозброєним оком.

Під мікроскопом видно, що амеба звичайна утворює псевдоніжки, в які переливається цитоплазма тварини. В момент утворення псевдоніжки в неї прямує цитоплазма, яка на периферичних ділянках ущільнюється і перетворюється на ектоплазму. А в цей час на протилежній частині тіла ектоплазма частково перетворюється на ендоплазму. Таким чином, в основі утворення псевдоніжок лежить зворотне явище перетворення ектоплазми в ендоплазму і навпаки.

Пересуваючись, амеба наштовхується на різні дрібні об'єкти: одноклітинні водорості, бактерії, дрібніші найпростіші і т. п. Якщо об'єкт малий, амеба обтікає його з усіх боків і він разом з невеликою кількістю води виявляється всередині цитоплазми найпростіших.

Рис. 1. Амеба:

а – схема будови: 1 – ендоплазма; 2 – ектоплазма; 3 –псевдоподії, що охоплюють їжу; 4 – травна вакуоля; 5 – пульсуюча вакуоля; 6 – ядро; 7 – псевдоподії; б – захоплення (фагоцитоз) харчових часток; 8–11 – амеба поглинає цисту; 12–14 – амеба поглинає нитчасту водорость.

Таким чином, в ендоплазмі утворюються травні вакуолі, всередину яких із ендоплазми надходять травні ферменти і відбувається внутрішньоклітинне травлення. Рідкі продукти травлення всмоктуються в ендоплазму, вакуоля з неперетравленими рештками їжі підходить до поверхні тіла і вони викидаються назовні (екзоцитоз).

Крім травних вакуолей в тілі амеби знаходиться і так звана скоротлива, або пульсуюча, вакуоля. Це – міхурець водянистої рідини, який збільшується в міру надходження в нього продуктів обміну і води, і, досягнувши певного розміру, виштовхує свій вміст назовні. Основна функція скоротливої вакуолі – регуляція осмотичного тиску всередині тіла. В зв'язку з тим що концентрація речовин у цитоплазмі амеби вища, ніж у прісній воді, створюється різниця осмотичних тисків всередині і зовні тіла найпростішого. Внаслідок цього прісна вода проникає в організм амеби, але її кількість залишається в фізіологічних межах, оскільки пульсуюча вакуоля «відкачує» надлишок води із тіла. Це підтверджується тим, що пульсуючі вакуолі є лише у прісноводних найпростіших. У морських вона або відсутня, або скорочується дуже рідко.

Скоротлива вакуоля крім осморегуляційної функції частково виконує і видільну функцію, виводячи разом з водою в навколишнє середовище продукти обміну речо­вин. Проте основна функція виділення здійснюється безпосередньо через зовнішню мембрану. Певну роль відіграє, імовірно, скоротлива вакуоля і в процесі дихання, оскільки вода, що надходить у клітину осмотичним шляхом, містить кисень, а з вмістом пульсуючої вакуолі виводиться вуглекислий газ.

У амеби звичайної є крупне ядро, яке розташоване приблизно в центрі тіла тварини. Воно має ядерний сік, хроматин і вкрите оболонкою з численними порами. Вільноживучі амеби при несприятливих умовах, вкриваючись подвійною оболонкою білкової природи, утворюють цисту,

Розмножуються амеби поділом. При цьому спочатку ядро, а потім цитоплазма поділяються надвоє. Нові, дочірні особини починають рухатись, живитись і швидко досягають розмірів материнської амеби.

Клас Джгутикові

Джгутикові також відносяться до типу Саркоджгутиконосці. Клас включає 8 тис. видів. Пересуваються вони завдяки руху джгутиків, яких у них може бути 1–2 або 4–8. Є тварини, що мають десятки і сотні джгутиків. У колоніальних форм число особин досягає 10–20 тис.

Більшість джгутикових мають постійну форму тіла, яке вкрите пелікулою (ущільнений шар ектоплазми). При несприятливих умовах джгутикові утворюють цисти.

Розмножуються в основному безстатевим шляхом. Статевий процес зустрічається лише у колоніальних форм, (родина вольвоксових). Безстатеве розмноження починається мітотичним поділом ядра. Потім відбувається поздовжній поділ організму.

Джгутикові частіше живуть у прісних водоймах, але зустрічаються і в морях. Багато видів є паразитами людину і тварин (лямблії).

А ) Евглена зелена (рис.2). – типовий представник класу джгутикових. Це вільноживучий організм, що мешкає в калюжах і ставках. Форма тіла евглени видовжена. її довжина становить близько 0,05 мм. Передній кінець тіла тварини звужений і притуплений, а задній розширений і загострений. На передньому кінці тіла евглени є плазматичний виріст – джгутик, за допомогою якого вона пересувається. Джгутик здійснює колові рухи, в результаті чого евглена ніби угвинчується у воду.

Рис. 2. Евглена зелена: 1 – ядро; 2 – зерна вуглеводів; З – хлоропласти; 4 – вічко; 5– пульсуюча вакуоля; 6 – джгутик; 7 – резервуар пульсуючої (видільної} вакуолі.

У цитоплазмі евглени знаходяться. овальні хлоропласти, які надають їй зеленого забарвлення. Завдяки наявності хлорофілу в хлоропластах евглена на світлі, подібно до рослин, здатна до фотосинтезу. В темряві хлорофіл у евглени зникає, фотосинтез припиняється, і вона може живитися осмотичним шляхом. Ця особливість живлення свідчить про спорідненість між рослинними і тваринними організмами.

Дихання і виділення у евглени здійснюються подібно до амеби. Пульсуюча, або скоротлива, вакуоля, розташована на передньому кінці тіла, періодично видаляє із організму не лише надлишок води, а і продукти обміну.

Недалеко від скоротливої вакуолі є яскраво-червоне вічко, або стигма, яка бере участь у сприйнятті світла. Евглени завжди пливуть до освітленої частини водойми, де є найсприятливіші умови для фотосинтезу, тобто для них характерний позитивний фототаксис.