Zoologiia-1

11

разнообразие генетическое – составляющие один биологический вид особи отличаются друг от друга генетически, а это нередко проявляется в их внешнем облике – размерах, окраске, рисунке покровов, форме листьев или цветков и т. п.

Задачи запомнить внешние признаки всех организмов, познать их свойства и образ жизни не ставит перед собой ни одна из биологических наук. Достаточно разобраться в том, что объединяет это разнообразие. Затем необходимо уяснить специфические черты организации отдельных царств, которые изучаются уже специалистами – протистологами, микологами, бота- никами, зоологами и т. д.

Точную цифру, отражающую видовое разнообразие животного мира нашей планеты, назвать нельзя. Одна из последних (1996) попыток подсчета выглядит следующим образом. Явно преобладают членистоногие, особенно насекомые. Много МОЛЛЮСКОВ, червей и мало пластинчатых, погонофор и представителей многих других классов. Это результат исторического развития органического мира пашей планеты. В разные геологические периоды возникали, развивались и господствовали одни группы животных, затем они угасали и их место занимали другие, в свою очередь уступившие место следующим, и т. д. Процесс эволюции неостановим, он будет идти, пока существует жизнь на Земле.

1.3 Свойства, подтверждающие единство органического мира

Несмотря на огромное разнообразие живых организмов, можно найти общие основные черты их строения и функционирования.

Высокая упорядоченность строения. Живые организмы состоят из атомов тех же элементов, что и неживые компоненты биоcферы. В живых организмах обнаружены: кислород, водород, углерод, азот, натрий, магний, фосфор, сера, хлор, калий, железо, кальций, медь, иод, цинк и др. Около 75 % массы всех животных составляет вода, 50 % сухой массы – углерод с небольшим количеством кремния или без него, (в земной коре более 20 % кремния и менее 0,1 % углерода).

Однако химические элементы в живых организмах образуют сложные молекулы, которые в неорганическом мире не встречаются. Эти молекулы очень разнообразны как по своей структуре, так и по функциям: атомы углерода способны соединяться друг с другом в разнообразные цепочки и кольца. К специфическим для живых организмов сложным молекулам относятся, например, белки, нуклеиновые кислоты, ферменты, жиры и ряд других соединений. Химическая организация отражается в упорядоченности структуры и функций живых существ.

Обмен веществ и поток энергии. Представляя собой открытые системы, организмы постоянно обмениваются веществом и энергией с окружающей средой. Из внешней среды они получают энергию (зеленые растения – солнечную, гетеротрофы – энергию химических связей).

12

Растения с помощью энергии синтезируют питательные вещества и частично используют их сами, затем эти вещества получают через цепи питания и все другие организмы биосферы.

Энергия, усваиваемая живыми организмами, очень незначительна. Из общего ее количества, падающего на поверхность земли, растения поглощают не более 1 %. И на других уровнях (растительноядные животные, хищники и сапрофаги) используется примерно столько же энергии. Поэтому вдоль пищевой цепи происходит непрерывная и прогрессирующая ее убыль.

В отличие от энергетического потока, который, пронизывая биосферу, уходит в космическое пространство, вещество биосферы совершает циклические превращения, или круговорот.

Живые организмы биосферы участвует в так называемом малом, или биологическом, круговороте. Животные как потребители готовых органических соединений принимают прямое участие в трансформации энергии и вещества. Они не только потребляют и разрушают органическое вещество, но и способствуют перемещению различных химических элементов, которые в них накапливаются.

Клеточная организация. Все живые организмы, кроме вирусов, состоят из клеток. Клеточная организация является лучшим и бесспорным доказательством единства, мира живых существ и их общего эволюционного происхождения.

Клетка – это единая функционирующая система со сложным молекулярным структурным аппаратом. Клетке в целом присущ цикл развития и самовоспроизведения в ряду поколений. Можно сделать вывод о том, что жизнь начинается с живой клетки, имеющей сложную внутреннюю молекулярную структуру, разнообразные мембраны и клеточное ядро, в котором содержится записанная в ДНК информация.

Активная реакция на окружающую среду . Живые организмы способны отвечать на внешние воздействия специфическими реакциями, иначе говоря, им свойственна раздражимость. У животных и растений это выражается не одинаково. Если первые реагируют активно и большей частью немедленно (убегают, приближаются и т. д.), то реакции растений в норме замедленные. Примером может служить поворот листьев и стебля к свету, заметный только через некоторое время. Впрочем, такие примитивные животные, как губки, также реагируют на раздражение почти незаметно для глаза.

Развитие (онтогенез). В течение жизненного цикла живые организмы изменяются сложным упорядоченным образом. Эти изменения называют развитием. У растений из семени возникает проросток, формируются листья, ветви, затем цветки и другие генеративные органы. У животных из оплодотворенной яйцеклетки (иногда и без оплодотворения, т. е. партеногенетически) образуется зародыш, развиваются ткани и органы, отличающиеся по строению от породивших их структур, а при метаморфозе

13

организм проходит несколько фаз развития (например, у насекомых это яйцо, личинка, куколка, взрослый организм).

Индивидуальное развитие, или онтогенез рассматривается как реализация наследственной программы. Жизнь любого организма ограничена во времени и кончается естественной смертью.

Размножение. Способность размножаться – неотъемлемое свойство живых организмов. Новые организмы – представители любого царства – возникают исключительно в результате размножения других особей того же вида. Формы и способы размножения при этом могут быть различными. Генетическая информация переходит от родителей к потомкам, причем отдельные признаки, как правило, передаются в неизменном виде с помощью носителей информации – макромолекул ДНК. Тем не менее, генетическая информация несколько варьирует, поэтому родители и потомки сходны, но не идентичны.

Эволюционное развитие (филогенез). Систематические категории

(виды, роды, семейства и т. д.) имеют свою историю. Существующие в определенное геологическое время виды возникают из других видов, которые были ранее и отличались от своих потомков уровнем организации и специализации, а главное – наследственными признаками.

Перечисленных свойств достаточно, чтобы подтвердить единство органического мира, несмотря на его разнообразие.

1.4 Общие черты организации и функционирования представителей царства животные

В отличие от живой материи мертвое органическое вещество легко разрушается под действием механических и химических факторов окружающей среды.

Живые существа обладают встроенной системой саморегуляции, которая поддерживает процессы жизнедеятельности и препятствует неуправляемому распаду структур и веществ и бесцельному выделению энергии. Такая регуляция направлена на поддержание гомеостаза на всех уровнях организации живых систем от молекул до целых сообществ.

Различают следующие признаки живой материи.

Питание. Пища нужна всем живым существам – источник энергии и веществ, необходимых для роста и других процессов жизнедеятельности. Растения и животные различаются главным образом по тому, как они добывают пищу. Почти все растения способны к фотосинтезу, т. е. они сами создают питательные вещества, используя энергию света. Фотосинтез – одна из форм автотрофного питания. Животные и грибы питаются по- иному: они используют органическое вещество других организмов, расщепляя с помощью ферментов это органическое вещество и усваивая продукты расщепления. Такое питание называют гетеротрофным. Гетеротрофами являются многие бактерии, хотя некоторые из них автотрофны.

14

Дыхание. Для всех процессов жизнедеятельности нужна энергия. Поэтому основная масса питательных веществ, получаемых в результате автотрофного или гетеротрофного питания, используется в качестве источни- ка энергии. Энергия высвобождается в процессе дыхания при расщеплении некоторых высокоэнергетических соединений. Высвобождаемая энергия за- пасается в молекулах аденозинтрифосфата (АТФ), который обнаружен во всех живых клетках.

Раздражимость. Все живые существа способны реагировать на окружение внешней и внутренней среды, что помогает им выжить. Например, кровеносные сосуды кожи млекопитающих при повышении температуры тела расширяются, рассеивая избыточное тепло и тем самым снова восстанавливая оптимальную температуру тела. А зеленое растение, которое стоит на подоконнике и освещается только с одной стороны, тянется к свету, потому что для фотосинтеза нужна определенная освещенность.

Подвижность. Животные отличаются от растений способностью перемещаться из одного места в другое, т. е. способностью к движению. Животным необходимо двигаться, чтобы добывать пищу. Для растений подвижность необязательна: растения способны сами создавать питательные вещества из простейших соединений, доступных почти повсюду. Но и у растений можно наблюдать движения внутри клеток и даже движения целых органов, хотя и с меньшей, чем у животных, скоростью. Могут двигаться и некоторые бактерии, и одноклеточные водоросли.

Выделение. Выделение, или экскреция, – это выведение из организма конечных продуктов обмена веществ. Такие «ядовитые «шлаки» возникают, например, в процессе питания и их надо обязательно удалять.

Животные потребляют много белков, и, поскольку белки не запасаются, их необходимо расщепить, а затем вывести из организма. Поэтому у животных выделение сводится в основном к экскреции азотистых веществ. Еще одной из форм экскреции можно считать выведение из организма свинца, радиоактивной пыли, алкоголя и массы других вредных для здоровья веществ.

Размножение. Продолжительность жизни у каждого организма ограничена. Однако все живое «бессмертно». Выживание вида обеспечивается сохранением главных признаков родителей у потомства, возникшего путем бесполого или полового размножения. В молекулах нуклеиновых кислот – ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота) содержится закодированная наследственная информация, которая передается от одного поколения к другому.

Рост. Объекты неживой природы (например, кристалл или сталагмит) растут, присоединяя новое вещество к наружной поверхности. Живые существа растут изнутри за счет питательных веществ, которые организм получает в процессе автотрофного или гетеротрофного питания. В результате ассимиляции этих веществ образуется новая живая протоплазма.

15

Специфика животных состоит в том, что они: гетеротрофы, клетки их тела имеют тонкие оболочки, лишенные целлюлозы, их органы находятся внутри тела, они подвижны, их рост ограничен.

Из всех этих признаков только первый, т. е. гетеротрофность, практически не имеет исключений. Остальные признаки не абсолютны. Есть животные неподвижные (сидячие), у некоторых клеточная стенка включает целлюлозу (например, оболочники) некоторые растут до самой смерти (крокодилы и черепахи).

Но, в общем, комплекс всех перечисленных признаков составляет обобщенный ‖портрет― животного.

1.5 Клеточное строение как общий признак животных организмов

Организм животного состоит из специальных функциональных единиц

– клеток. Клетки снаружи ограничены элементарной мембраной (5–10 нм). Два наружные слои образованы белковыми молекулами, а внутренний – двойным рядом фосфолипидных молекул. Функции:

живой барьер, отделяющий внутриклеточное содержимое от внешней среды;

диффузионный рубеж – разграничивает внутриклеточные и межклеточные участки реакций и создает градиенты концентраций веществ;

благодаря избирательной проницаемости для ионов К+, Na+, СLˉ создает электрический градиент;

запасают, преобразовывают и тратят энергию, в них происходят очень сложные реакции;

являются сверхчувствительными приемниками и преобразователями различного рода сигналов, поступающих из внешней среды.

Ядра животных клеток имеют обычно округлую форму и окружены двойной элементарной мембраной с многочисленными порами. Внутри ядра находятся хромосомы. Число их строго определенное для каждого вида. Они состоят из хроматина (ДНК, связанная с белками). Внутри ядра имеется также ядрышко, содержащее РНК и белки – составные части будущих рибосом.

Эндоплазматическая сеть, или ретикулюм, представляет собой множество тонких трубочек, на наружной стенке которых сидят рибосомы. Это место синтеза белков и жиров.

Аппарат Гольджи состоит из стопки канальцев (цистерн), которые отделяются от эндоплазматической сети. В нем происходит синтез сложных углеводов из простых сахаров. Аппарат Гольджи отвечает и за выведение воды.

Рибосомы – глобулярные частицы диаметром около 20 нм. Они содержат рибосомную РНК и либо свободно лежат в цитоплазме, либо связаны с эндоплазматической сетью. На них происходит синтез белка (трансляция).

17

Стадия лептотены – из хроматина конденсируются длинные и тонкие хромосомы.

Стадия зиготены – укладка двух нитей друг подле друга (конъюгация). Конъюгируют между собой только гомологичные хромосомы: они одинаковой длины и идентично окрашены.

Стадия пахитены – перевивание одной вокруг другой. На стадии пахитены присутствуют уже не одиночные хромосомы, а хромосомные пары.

Стадия диплотены – хромосомы, располагавшиеся до сих пор попарно, расходятся и одновременно укорачиваются.

Стадия диакинеза – распадается клеточная мембрана

Вдальнейшем, когда хромосомы соберутся у полюсов, начинается

митоз.

У организмов, размножающихся половым путем, в результате мейоза образуются четыре дочерние клетки, каждая из которых содержит половинное число хромосом по сравнению с родительской клеткой. При оплодотворении ядра двух половых клеток (гамет) сливаются и образуется зигота, которая содержит постоянное для каждого вида число хромосом. У всех организмов это число соответствует диплоидному состоянию.

Врезультате мейоза увеличивается изменчивость, дающая материал для отбора.

1.6Организмы на клеточном и метаклеточном уровнях

По уровню организации все живые организмы классифицируются на 2 группы: одноклеточные и многоклеточные. После применения электронного микроскопа и появления новых методов исследования, возникли вопросы об основных различиях, определяющих уровни развития, а также о планах строения.

Удовлетворительное определение простейших может быть дано после ответов на следующие вопросы: являются ли простейшие только одноклеточными организмами? Всегда ли их размеры микроскопически малы? Являются ли они исключительно животными? Являются ли они организмами только в физиологическом отношении?

Размеры простейших варьируют в той же степени, что и размеры многоклеточных. В среднем они колеблются от 5 до 250 мкм. Наиболее мелки внутриклеточные паразиты, например лейшмании (1–4 мкм). Но уже инфузория-туфелька значительно крупнее – 150–250 мкм, амеба протей – 600 мкм, а современные глубоководные радиолярии имеют диаметр тела 2,5 см. В современную систему простейших входят миксомицеты. Длина плазмодия одного из них доходит до 1,2 м. Короче говоря, различия в размерах простейших равняются 106.

Согласно названию Protozoa, в это подцарство должны входить только животные. Но в современной системе простейших содержатся зеленые жгутиконосцы (ботаники считают их водорослями), миксомицеты и плазмодиофориды (по мнению микологов, это грибы) и т. д. В связи с этим

18

древние простейшие скорее всего могут рассматриваться в качестве исходной группы, давшей начало и грибам, и растениям, и животным. Поэтому в настоящее время должно считаться признанным выделение особого царства протистов и противопоставление его царствам растений и животных. Выделение царства протистов принадлежит знаменитому зоологу и эволюционисту Э. Геккелю (1866). Protozoa же могут быть выделены в системе протистов в качестве подцарства.

Природа простейших долгое время оставалась предметом спора. Одни ученые рассматривали их как живых молекул, или простые комплексы таких молекул, которые способны самозарождаться.

Другие ученые считали простейших весьма сложно организованными существами, которых можно структурно сравнить с высокоорганизованными животными. Основание для этого они видели в том, что в организме многоклеточных есть структуры, не имеющие разделения на клетки, например синцитии.

Простейшие объединяют в себе два плана строения – клеточный и организменный.

Клеточный план, общий для всех Protozoa, состоит в наличии одинаковых органоидов, или органелл, характерных для эукариотной клетки: ядра, митохондрий, рибосом, лизосом, микротрубочек и т.д. Если у отдельных групп простейших появляются свойственные только им органеллы, то они построены из тех же микротрубочек, микрофиламентов и тому подобных субъединиц, которые встречаются и в клетках многоклеточных. Электронно-микроскопические исследования подтвердили клеточный уровень организации простейших.

В то же время крупные группы простейших имеют помимо этого еще и специфическую морфологическую организацию, свой особый план строения, которого у других групп нет. Такую морфологическую организацию и называют планом строения. Примером может служить апикальный комплекс органелл у споровиков, которого нет у других типов простейших. У инфузорий это два ядра с разными функциями и особый тип полового размножения и т. п.

Организменный план строения у простейших является дополни- тельным к их клеточному плану. Он не выходит за его пределы. Все основные эволюционные задачи решаются у них путем перестройки обычных органелл, а если и возникают новые, то все равно за счет комбинаций цитоплазматических стуктур – мембран, микротрубочек или микрофиламентов.

Таким образом, клеточный уровень организации определяется не количеством клеток, входящих в состав организмов, а тем, что эволюция таких организмов осуществляется только за счет умножения и дифференцировки уже имеющихся, а иногда и возникающих органелл. Среди простейших есть и такие, у которых тело состоит из сотен и даже тысяч клеток, но тем не менее они не могут считаться многоклеточными.

19

У многоклеточных эволюция идет благодаря специализации вегетативных клеток, что и привело в конечном счете к образованию тканей и органов. Ткани – это одинаково дифференцированные клетки, образующие функциональные комплексы. У животных широко распространены эпителиальные, соединительные, а также специализированные – мышечные, нервные и железистые ткани.

Итак, эукариоты представлены на нашей планете двумя уровнями организации – клеточным (протисты, в том числе Protozoa) и метаклеточным (многоклеточные животные и растения).

Поскольку среди простейших есть группа зеленых жгутиконосцев, объединяющих в себе признаки животных и растений, их можно рассматривать как определенный этап эволюции живых организмов, дивергировавших в свое время на настоящих животных (Animalia) и настоящие растения (Plantae).

1.7 Современная классификация животных

Наука о классификации животных называется систематика или таксономия. Эта наука определяет родственные связи между организмами. Степень родства далеко не всегда определяется внешним сходством. Например, сумчатые мыши очень похожи на обыкновенных мышей, а тупайи

– на белок. Однако эти животные относятся к разным отрядам. А вот броненосцы, муравьеды и ленивцы, совершенно непохожие друг на друга, объединены в один отряд. Дело в том, что родственные связи между животными определяются их происхождением. Исследуя строение скелета и зубную систему животных, ученые определяют, какие звери наиболее близки друг другу, а палеонтологические находки древних вымерших видов животных помогают установить более точно родственные связи между их потомками. Большую роль в систематике животных играет генетика – наука о законах наследственности.

Основными систематическими категориями в классификации животного мира приняты: царства – Regnum, раздел Divisio (надраздел –

Superdivisio, подраздел – Subdivisio), тип – Phylum, класс – Classis, отряд – Ordo, семейство – Familia, род – Genus, вид – Species.

В основу принимаемой в данном курсе системы животного мира положены следующие систематические категории.

Животный мир (Zoa) подразделяется на царство Простейшие, или

Первое подцарство – Низшие многоклеточные (Phagocytellozoa) – включает самых примитивных многоклеточных со слабой дифференциацией клеток.

низкоорганизованных многоклеточных, с большим разнообразием клеток, однако без оформленных органов и тканей.

3. Подцарство Истинные многоклеточные Eumetazoa

Третье подцарство представляет собой высших многоклеточных с дифференцированными тканями и органами. В пределах последнего надраздела выделяют два раздела – Лучистые (Radiata) и Билатеральные многоклеточные (Bilateria).

Лучистые обладают радиальной симметрией, при которой через тело животных можно провести несколько плоскостей, делящих его на одинаковые участки с повторяющимися органами. Этот тип симметрии характерен для малоподвижных и прикрепленных форм. Все радиальные состоят из двух слоев клеток: эктодермы (наружного) и энтодермы (внутреннего), поэтому их еще называют двуслойными (Diploblastica).