Естествознание. Модуль 3

Животные

(Zoa)

Тема 1: Введение

Зоология – это наука, изучающая разные стороны организации и жизнедеятельности животных.

Животные – это организмы, обладающие:

1. специфическим составом органических веществ (хотя элементарный химический состав такой же как и у других живых организмов), белков у них больше – до 50-70%, вода служит растворителем и средой электролитов в биохимических реакциях;

2. специфическое питание – это потребление не готовых органических веществ, а пищу в виде других организмов или их частей, которые расщепляются в пищеварительных органах специальными ферментами; простые вещества усваиваются клетками, а непереваренные остатки выводятся из организма;

3. в клеточной структуре тканей животных в отличие от растений, отсутствуют органоиды фотосинтеза и клеточная целлюлоидная оболочка (оболочка животных клеток представлена трехслойной белково-липидной мембраной);

4. животный организм – это открытая живая система, где обмен веществ и энергии с окружающей средой происходят под строгой координацией и «надзором» со стороны нервной и гуморальной систем;

5. раздражимость, психические функции, научение, опыт, память, элементы рассудочной деятельности – свойство животных;

6. непрерывность видовой специфики обеспечивается генетическим кодом родительской пары;

7. индивидуальное развитие (онтогенез) из одной оплодотворенной клетки путем ее дробления, образования зародышевых листков и дальнейшего органогенеза;

8. виды животных организмов – исторические существа, они живут в определенном историческом отрезке, видоизменяются, дают начало новым видам (филогенез);

9. наряду с другими живыми организмами животные населяют биосферу Земли, вступают во взаимодействие с ними, формируют живые сообщества;

10. в системе живых организмов биосферы они занимают определенное положение, структурируются по степени родства в систематические группы.

А сколько вообще в природе животных, каков их видовой состав? На этот вопрос точно ответить невозможно. Например, видовой состав крупных животных уже наиболее точен, а вот мелких, таких как почвенные клещи, мелкие насекомые, далеко не полон, все еще продолжаются активные их открытия и описания, поэтому и цифра числа видов определяется как 1,5-2 млн. из них 1-1,5 млн. относятся к типу Членистоногие.

Подсчет количества особей животныхразных видов также дело неблагодарное. Если количество амурского тигра около 250 штук, стадо бизонов в Северной Америке 30000 штук, то устриц на 1 м² морского дна 10-15 тыс., одноклеточных в 1 г почвы от 150000 до 1000000, на 1 га их биомасса составляет 150-400 кг, а в 1 м³ воды Иваньковского водохранилища их может быть более 100 млн. особей. Подсчитано также, что на одного землянина приходится до 250 тыс. штук насекомых.

Каких только животных не встретишь в природе: среди них есть гиганты (синий кит до 150 т – это 30 слонов или 400 быков; лягушка голиаф 2,5 кг, 30 см) и пигмеи (собачка чи-хуа-хуа – 2 спичечных коробка, лягушка чесночница – 2 см, малярийный плазмодий – 0,2 микрона). Самые высокие – жираф 5,8 м, может заглянуть в окно третьего этажа. Самый сильный – короед, поднимает груз (древесная труха) в 850 раз больше собственной массы, если бы слон поднимал соответственно своей массе груз, то это был бы эскадренный миноносец. Самый быстроходный – гепард, известен случай, когда он пробежал 650 км за 20 сек, за 2 сек он наращивает скорость от 0 до 72 км. Спринтеры спортсмены показывают 9,93 сек на 100 м. Самая прыгучая – блоха в высоту прыгает в 60 раз больше своей длины, для человека ростом в 2 м, это было бы 120 м. Самые быстроходные пловцы – меч-рыба 136 км/час, кит – 40 км/час, кальмар – 54 км/час, человек – 7,2 км/час. Самые горластые: крокодил – I место, бегемот – II место, тигр – III место. Долгожители: зеленая черепаха – 300 лет, африканский слон – 80-100 лет, сом, лосось – 100лет, щука – 70-80 лет (зарегистрирован случай – 276 лет), беркут, ворон 80-100 лет, свинья, корова, лошадь – 20 лет. Одноклеточные – 15-20 мин. до несколько часов, рак 20-30 лет, перловица – 100 лет, взрослый майский жук – 1 месяц.

Вынашивают потомство: мышь – 21 день, слон – 21 месяц. Животные могут быть индикаторами, например, при загрязнении окружающей среды у остромордой лягушки в популяции преобладают самки. Сверчок может сообщить о температуре воздуха. Надо сосчитать число свистков за 15 сек., прибавить 8, результат умножить на 5/9, получаются довольно точные показания. Например, мы за 15 сек. насчитали 14 свистков. (14 + 8) х 5/9 = 22 х 5/9 = 110/9 = 12,2^о.

Современные виды животных, представленные столь многообразно не всегда существовали на земле. Также многообразно в разные периоды развития биосферы были представлены вымершие виды. Например, среди беспозвоночных животных это чаще были морские гиганты, моллюски и ракообразные. Так, в роде плеуротомарии (класс Брюхоногие) в современной фауне насчитываются единицы видов, а вымерших установлено более 300. Палеонтологами известно более 11 тысяч ископаемых видов головоногих моллюсков. Среди них есть такие, раковина которых в диаметре составила 3м (пахидискус), эндоцерас жил в раковине похожей на пятиметровую шишку. Белемниты, предки кальмаров и каракатиц жили в океане 200 млн лет назад. Окаменевшие остатки конической раковины древних белемнит называют «чёртов палец». Гигантские ракоскорпионы до 2 м длины известны в ископаемых остатках с силурского периода. Палеонтологи находят окаменелые скелеты в более поздних слоях литосферы гигантских мамонтов, саблезубых тигров, пещерных медведей.

Многообразие видов и форм животных обусловливает конкуренцию между ними за места обитания, пищу. В связи с этим необходимо, чтобы выжить виду искать свою экологическую пищу, т.е. место обитания, обеспечивающее все необходимые требования данного вида. Эти ниши животные находят в 4 средах обитания, которые им биосфера предоставляет – водная, почвенная, наземно-воздушная, живой организм. В каждой из них многочисленные виды находят свою нишу. Так, например, в водоёмах на плёнке натяжения находят свою добычу (упавшие на воду насекомые) клоп, водомерка и жук-вертячка; в толще воды пассивно висят и фильтруют воду планктонные речки, на дне охотятся скорпионы, в данной им живут личинки комаров-звонцов и т.д. Так же в почвенной и наземно-воздушной среде. К своей нише у всех животных развиваются специфические приспособления. Если почвенное животное крот питается личинками насекомых и червями, которых нужно искать, то он обладает отличным обонянием, компактным заострённым телом, копательными ногами. Наземные млекопитающие, которых, которых в полном смысле слова «ноги кормят», имеют две пары удлинённых ног, расположенных под туловищем и обеспечивающих активное движение. Живой организм любой также является средой обитания некоторых беспозвоночных, которых называют паразитами. У паразитов всегда достаточно пищи и стабильные условия обитания, поэтому им необходимы приспособления защиты от агрессивной химической среды организма хозяина и возможности заражать новых особей хозяина.

Такое многообразие знаний о животных необходимо систематизировать по изучению разных сторон строения жизнедеятельности и поведения животных. Так, морфология животных изучает морфологические признаки внешнего строения клеток, тканей, систем; физиология животных изучает процессы жизнедеятельности, экология животных – взаимоотношения животных между собой и с условиями окружающей среды, экология – наука о поведении животных. Систематик расставляет животных по степени родства по систематическим категориям, где господствует бинарная номенклатура (название рода и вида) – крыса серая. Сходные рода объединяются в семейства, семейства в отряды, отряды в классы, классы в типы. Объединение типов – это царство животные. Например, синица большая, относится к семейству синицевые, отряду воробьинообразные классу птицы, типу хордовые царству животные. В систематику животных внесли свой вклад в разные периоды её истории разные учёные. Аристотель (384-322 г. до н.э.) трудами «История животных» и «О частях животных», поделил животных на лишённых крови и обладающих кровью. В первую вошли раки, моллюски, черви, насекомые, во вторую рыбы, рептилии с амфибиями, птицы, млекопитающие. Плиний старший (79-27 г. до н.э.) опубликовал 37 книг «Естественной истории» принципиально к систематике Аристотеля ничего не добавил.

Родоначальником современной систематики стал шведский натуралист Карл Линней (1707-1778), опубликовав в 1735 году книгу “Systema nature”, которая за 43 последующих года переиздавалась 13 раз. В основе систематики он разработал понятие «вид», которое трактовал так: «Это совокупность организмов, сходных между собой как сходны дети одних родителей, и способных давать плодовитое потомство». По Линнею, если родительская пара даёт неплодных потомков, то они, самец и самка, принадлежат разным видам. Например, мул – это потомок кобылицы и осла, лошак потомок ослицы и жеребца, хонорик потомок норки (самка) и хорька (самец). Все они не дают потомства в будущем. Далее Линней предложил двойное название вида (род, вид), например, Canis lupus (собака-волк) и Canis lanailiaris (собака домашняя). Жорж Кювье (1769-1832) вводит понятия тип, семейство. Позднее были предложены промежуточные категории: подцарство, надраздел, подраздел, подтип, надтип и т.д. Параллельно описывались новые виды. Таким образом, от Аристотеля известно 454 видов, Линнея – 4208г. к началу 19 века около 50000, к концу 19 века – 400000, сейчас 1-1,5 млн видов.

Законы эволюции животных. В результате кропотливой работы по анализу современных и палеонтологических данных зоологами сформулировано несколько законов развития животного мира.

1. Э волюционные изменения всегда являются приспособлениями к изменяющимся условиям среды. Особи с вновь появившимися качествами, благоприятно воздействующие на организм отбираются естественным отбором. Изменения крупных жизненно-важных систем организмов – ароморфозу ведут к формированию крупных таксонономических групп (например, классов). Примером может служить переход от водного к наземно-воздушному существованию (рыбы земноводные). Приспособления к разнообразным условиям среды внутри (идиодаптации) ведут к формированию разнообразия внутри класса за счёт освоения новых условий существования. Например, у млекопитающих есть наземные (копытные и др.), почвенные (крот) и водные (китообразные, ластоногие) формы. Эволюция – монофилетический процесс, т.е. от одной предковой формы путём расхождения признаков формируются новые виды (или группы). Например, от общего предка сформировались разные виды синиц: большая, московка, длиннохвостая, хохлатая.

2. Закон конвергенции. Животные разных видов, осваивающих одинаковые условия, развивают черты сходства в строении отдельных органов. Например, ракетное движение характерно грегарине (одноклеточные), медузе (кишечнополостные), кальмару (головоногие моллюски), личинкам стрекоз. Светящиеся формы есть среди жуков-светляков (насекомые), многощетинковых червей, моллюсков (каракатицы), рыб морских глубин.

3. Животный организм – это единое целое, в котором все части и органы взаимосвязаны. Изменение одного органа ведёт к изменению другого (закон корреляции). Например, у насекомых транспорт кислорода идёт через трахеолы дыхательной системы, и сразу же исчезают капилляры кровеносной системы. У хищных птиц лапы с острыми когтями и крючкообразный клюв.

4. Эволюция – процесс необратимый, как и вообще всякое развитие. Если орган редуцировался, то он уже никогда не появится. В силу этого закона человек никогда не превратится в обезьяну. У человека редуцировалась слепая кишка, остался только её рудимент аппендикс, который никогда не станет вновь длинным слепым отростком.

5. На ранних стадиях развития, эволюционно продвинутые животные повторяют стадии развития давних предков (биогенетический закон). Например, у моллюсков есть личиночная стадия трохофора, как у их предков морских кольчатых червей. Зародыш птиц похож на зародыш рыб – давних предков.

Краткие веки истории зоологической науки.

1. Каменный век (палеолит). Человек-охотник изучает повадки, места обитания интересующих его видов. С того времени сохранились наскальные рисунки животных, сцен охоты на них.

2. Древняя история. Аристотель (IV в. до н.э.) дал первую систематику животных на 2 группы: имеющих кровь и не имеющих крови.

3. Средние века значимого следа не оставили.

4. С 15 века возрождается биология вообще и зоология в том числе.

5. На рубеже 16 и 17 века изобретён микроскоп, началось изучение микроскопических животных и тонкое строение тканей, эмбриологии (Антон Ван-Левенгук в Голландии, Мальпиги в Италии, Гарвей в Англии).

6. Конец 17 и начало 18 века – закладываются основы систематики животных. К. Линней в 1735г. выпустил книгу «Система природы» разработал основы бинарной номенклатуры, дал названия 300 родам животных, сгруппировал их в порядки и классы. На основе его работ Бленвиль установил категорию «тип».

7. На рубеже 18 и 19 веков Жорж Кювье (Франция) заложил основы сравнительной анатомии животных (учение о корреляции).

8. В первой половине 19 века француз Сент-Илер развил идею об изменяемости видов под воздействием окружающих условий Жан Батист Ламарк ввёл термин «беспозвоночные животные». Идею об изменяемости видов поддержал проф. Московского университета К.Ф. Рулье. Академик Бэр К.М. в 1834-1862 годах сформулировал учение в зародышевых листках. Большое значение в зоологии имела сформулированная Шлейденом М. и Шванном Т. клеточная теория, которая доказала единство микроскопической структуры животных и растений. Новый этап в развитии зоологии начинается с появлением теории И. Дарвина об эволюции организмов, сформулированная в книге «Происхождение видов» в 1859 году. С позиций дарвинской теории Э. Геккель и Ф. Мюллер формулируют биогенетический закон.

Возникают сравнительная анатомия и сравнительная эмбриология, ведущая роль принадлежит И.И. Мечникову и А.О. Ковалевскому. Как самостоятельная наука возникает экология животных.

10. В 20 веке резко возрастает число фаунистических исследований. Особое значение имели открытия на научно-исследовательских судах «Витязь» (Россия) и «Галатея» (Дания). А.В. Иванов подробно изучил и описал десятки видов погонофор и пластинчатых. Продолжаются работы в систематике животных. Получила развитие и узаконена кариосистематика (акад. А.Н. Белозерский). В выяснении вопроса о происхождении и развитии животного мира большое значение имеют морфо-физиологические закономерности эволюции. В этой области известны акад. А.Н. Северцов, акад. И.И. Шмальгауден (СССР), Б. Ренис (Германия), Ю. Гексли (Англия), В.А. Догель (СССР).

Развитие зоологии в СССР и России с одной стороны связано с мировой наукой, с другой имеет свои специфические особенности. Ещё в курсе общего землеведения обращает на себя внимание тот факт, что все великие русские путешественники С.Р. Крашенинников, Г.В. Стеллер, И.Г. Гмелин, И.И. Лепёхин, П.С. Паллас, К.М. Бэр, Н.М. Проживальский, А.П. Федченко, А.П. Семёнов-Тянь-Шанский и другие по ходу своих экспедиций вели зоологические наблюдения, коллекционирование. В последние полвека наука из столичных городов перемещается в города по всей России. Созданы филиалы РАН на Урале, Сибири, Дальнем Востоке, где выявились зоологи разных профилей. Например, проблемы фиологении разрабатывались В.М. Шимкевичем, В.Н. Беклелишевым, П.П. Ивановым, Н.А. Ливановым и др. В области паразитологии известны имена акад. Е.Н. Павловского, акад. К.И. Скрябина и др. Энтомологию развивали Н.А. Холодковский, А.С. Данилевский, Г.Я. Бей-Биенко, А.А. Истокельберг, А.С. Мончадский и др.

Современную орнитологию представляют основатели Н.А. Гладков, Г.П. Дементьев, А.В. Михеев, С.П. Наумов, Н.П. Наумов, А.П. Кузякин, Л.С. Степанян. Активно пропагандируют достижения современной зоологии Мариковский П.М., Халифман И., Дроздов Н.Н., Гребенников В.С. на научно-популярном уровне, доступном любому человеку.