Сайт учителя биологии и географии Лотоцкой Е. Г.

Блок 3. Система, многообразие и эволюция живой природы

Царство Животные

ТИП ЧЛЕНИСТОНОГИЕ

Вершина ветви беспозвоночных занята членистоногими. Это высокоорганизованные животные. Они сохранили многие черты своих предков – их тело сегментировано, каждый сегмент содержит повторяющиеся органы. И приобрели новые черты. Конечности членистоногих специализированы, то есть «научились» выполнять различные функции от обнаружения и перетирания пищи, бегания, плавания до вынашивания потомства и выработки паутины. Для защиты тела животным служит органическое вещество – хитин.

Это единственный тип беспозвоночных, некоторые представители которого освоили полёт.

Членистоногие – самый многочисленный тип царства Животные. Представители членистоногих заселили не только морские и пресные водоёмы, но и наземную поверхность, почву и воздушную среду. Всего их – более 1,5 млн. видов (это составляет примерно 70% всех, на сегодняшний день известных науке видов животных). Далёкими предками членистоногих считаются кольчатые черви. Учёные до сих пор не установили, произошли ли все членистоногие от общего предка или каждая группа животных этого типа произошла независимо от других групп.

Членистоногие – двусторонне-симметричные животные с сегментированным телом, имеющим снаружи плотный покров из хитина (выполняющим функцию наружного скелета), и членистыми конечностями (ножками), которые устроены по принципу рычага. Оболочка состоит из нескольких слоёв и у большинства видов водонепроницаема, что позволило членистоногим заселить сушу.

В теле членистоногих обычно можно различить 3 отдела — голову, на которой находятся основные органы чувств, служащие для ориентировки в пространстве (глаза, усики и др.) и органы захватывания пищи. Сегменты головы у членистоногих слитные. Далее следует грудь — тот отдел тела, на котором располагаются основные двигательные придатки — ноги, а у насекомых и крылья. Задний отдел тела называется брюшком. У некоторых членистоногих (например, у многоножек, а из ископаемых — у трилобитов) все туловищные сегменты более или менее однородны, и тогда в теле животного различают только 2 отдела — голову и туловище. У многих членистоногих (у паукообразных, десятиногих раков) сливаются головной и грудной отделы, образуя головогрудь. А у клещей вообще утрачиваются границы между отделами тела, тело слитное.

Передвигаются членистоногие с помощью конечностей. Число пар ног, которые служат для передвижения, неодинаково у разных членистоногих. Для насекомых характерно развитие трёх пар двигательных конечностей, для паукообразных — четырёх пар, а у некоторых многоножек число ног превышает сотню. Нередко туловищные конечности служат не только как ноги, но и как жабры или присоски

Некоторое количество пар конечностей на голове у всех членистоногих превращается в ротовые органы — челюсти, использующиеся хотя бы частично для захватывания или размельчения пищи.

Поскольку конечности у них, как и все тело, покрыты кутикулой, их движение возможно тоже только при разделении ног на членики. По строению конечностей, на которые опираются членистоногие при движении по твердой поверхности или с помощью которых они плавают, весь тип и получил свое название.

Развивающиеся у животных этого типа в эмбриональный период парные целомические полости впоследствии разрушаются, сливаясь с остатками первичной полости; в результате формируется смешанная полость тела, содержащая внутренние органы и наполненная гемолимфой. Кровеносная система не замкнута, артерии и вены отсутствуют. Сердце перекачивает по сосудам кровь из полости тела и обратно. Органы дыхания – жабры, лёгочные мешки либо трахеи. Органы выделения – видоизменённые железы (почки) или мальпигиевы сосуды (у наземных форм).

Нервная система состоит из головного мозга (слившихся надглоточных нервных ганглиев) и брюшной нервной цепочки. Мозг членистоногих достигает высокой степени развития, что связано со сложным поведением. Из органов чувств характерны фасеточные глаза, чувствительные органы обоняния и вкуса.

Членистоногие раздельнополы; у некоторых видов наблюдается партеногенез. Развитие часто сопровождается метаморфозом. Рост происходит периодически во время линек, в то время, когда старая кутикула сброшена, а новая ещё не затвердела.

Тип членистоногие обычно делят на 4 подтипа: трилобитообразные, хелицеровые, жабродышащие и трахейнодышащие, каждый из которых (в свою очередь) распадается на классы. На нашем сайте рассмотрены три наиболее многочисленных и разнообразных класса – Ракообразные, Паукообразные и Насекомые. Трилобитообразные представлены единственным вымершим классом трилобиты. Это были морские животные длиной 0,5–70 см с обособленными головой, туловищем и хвостом.

В настоящее время членистоногие встречаются во всех природных экосистемах: от высокогорных пустынь до глубоководных впадин. Особенности организации сделали этот тип одним из наиболее приспособленных к жизни на Земле.

КЛАСС РАКООБРАЗНЫЕ

Ракообразные — класс  членистоногих. Преимущественно водные обитатели, населяющие пресные и морские воды. Некоторые группы адаптировались к наземной жизни: сухопутные крабы и раки-отшельники, мокрицы. Большинство представителей способны к самостоятельному передвижению, некоторые ведут сидячий образ жизни — морские жёлуди, или балянусы, которые активно передвигаются только на личиночных стадиях. Ряд представителей характеризуется паразитическим образом жизни. Описано около 52 000 современных видов. Ракообразным посвящена наука карцинология.

Размеры — от 150—300 мкм (паразитические) до 80 см в длину (размах ног — до 2 метров). Камчатский краб достигает веса 10 кг, а гигантский тасманийский краб — до 14 кг.

Внешний покров ракообразных — кутикула — содержит хитин, а у многих видов также и карбонат кальция, что делает его у крупных десятиногих ракообразных невероятно прочным. Кутикула является внешним скелетом и защищает организм от внешних механических воздействий. У планктонных форм толщина кутикулы небольшая, часто около 1 мкм. По мере роста ракообразные, как и все членистоногие, линяют.

Тело ракообразных состоит из многих сегментов, которые группируются: например, у речного рака в головогрудь и брюшко.

Ракообразные отличаются от других членистоногих наличием двух пар головных усиков (так называемые антенуллы и антенны), которые обычно являются органами чувств (иногда также служат для движения — например, антенны ветвистоусых, а у паразитов — для прикрепления к хозяину).

Образ жизни

Ракообразные, в основном, ведут водный образ жизни, но есть также и сухопутные формы из числа равноногих ракообразных, десятиногих и амфипод. Среди ракообразных встречаются как свободноживущие, так и паразитические формы.

Внутреннее строение ракообразных на примере речного рака

Мускулатура. Сплошной кожно-мускульный мешок, характерный для червей, у рака заменяется мускулатурой, образующей отдельные пучки мышц, которые приводят в движение строго определённые части тела. Мышцы рака прикрепляются к панцирю.

Пищеварительная система. Размельчённая ротовыми органами пища через глотку и короткий пищевод поступает в обширный желудок, разделённый на две части. В передней имеются три острых хитиновых зубца - пропитанные углекислым кальцием жерновки, которые, сходясь друг с другом, дробят пищу. В задней части желудка расположены две пластинки со щетинками, образующими цедильный аппарат, пропускающий только хорошо разжёванную пищу. От желудка к концу брюшка тянется кишечник. Большую роль в переваривании и всасывании пищи играет пищеварительная железа («печень»), которая впадает в средний отдел кишечника. Непереваренные остатки выводятся наружу через анальное отверстие, расположенное на средней лопасти хвостового плавника. Раки питаются моллюсками, живущими в воде личинками насекомых, разлагающимися трупами животных, растениями.

Кровеносная система. Главным органом кровеносной системы является пульсирующее сердце, способствующее движению крови. Из сердца кровь через сосуды вытекает в полость тела (кровеносная система незамкнутая). Омывая внутренние органы, кровь передаёт их клеткам питательные вещества и кислород и уносит продукты обмена.

Органами дыхания у рака являются жабры. В них расположены кровеносные капилляры и осуществляется газообмен. Жабры имеют вид тонких перистых выростов и располагаются на отростках ногочелюстей и ходильных ног. В головогруди жабры лежат в особой полости. Движение воды в этой полости осуществляется за счет очень быстрых колебаний особых отростков второй пары челюстей.

Нервная система образована надглоточным нервным узлом, окологлоточным кольцом и брюшной нервной цепочкой, узлы которой есть в каждом сегменте груди и брюшка. От нервных узлов отходят нервы к разным частям тела.

Органы чувств. Глаз рака состоит из большого количества мелких «глазков». Иногда этот большой глаз располагается на стебельке, иногда – непосредственно на поверхности головы. Обычно у ракообразных есть пара таких сложных глаз. Однако у некоторых ракообразных (например, веслоногих) оба больших глаза сливаются в один непарный глаз. У глубоководных и подземных видов глаза и вовсе исчезают.

Органы осязания и обоняния представлены особыми чувствительными волосками на коротких и длинных усиках.

Весьма интересный орган можно обнаружить в начале усиков рака. Это так называемые статоцисты (т.е. мешочки с чувствительными волосками). Они заполнены водой с песчинками. По положению песчинок чувствительные волоски передают раку информацию о положении его тела. Интересно, что, обновляя своё тело в процессе линьки, рак высыпает из мешочков также и эти песчинки. А потом начинает засовывать их туда снова, работая клешнями или елозя головой по песку. У ракообразных статоцисты служат органами равновесия.

Выделительная система представлена парными зелёными железами. Они расположены в передней части головогруди и открываются наружу у основания длинных усиков. Через эти отверстия удаляются продукты обмена веществ.

Половая система. У самцов главные органы половой системы – семенники, у самок – яичники.

Размножение. Раки обычно раздельнополы, но встречаются и формы с разными формами гермафродитизма. У некоторых наблюдается партеногенетическое размножение.

Речному раку свойственно половое  размножение. Оплодотворение внутреннее. Яйца, отложенные самкой (от 60 до 200 штук), прикрепляются к ее брюшным ногам. Откладка яиц происходит зимой, а молодые рачки появляются весной. Вылупившись из яиц, они продолжают держаться за брюшные ноги матери, а затем покидают ее и начинают самостоятельную жизнь. Первое время рачки питаются только растительной пищей.

Значение

Ракообразные — важный объект промысла, включая добычу креветок, крабов, лангустов, лангустинов, раков, омаров (лобстеров), разнообразных балянусов, включая морскую уточку (или персебеса), который является самым дорогим из деликатесных ракообразных. На рыбоводных заводах разводят рачков в качестве корма для рыб. Кроме того, мелкие рачки являются одним из основных видов пищи многих промысловых рыб. Важна роль ракообразных в биологической очистке вод, они представляют одну из самых многочисленных групп биофильтраторов и детритофагов.

КЛАСС ПАУКООБРАЗНЫЕ

Паукообразные – наиболее процветающая группа хелицеровых животных, насчитывающая 60 000 видов. К ней относятся пауки, скорпионы и ложноскорпионы, сольпуги, сенокосцы, клещи и другие животные. Наука, изучающая паукообразных, называется арахнологией.

Представители паукообразных – это восьминогие сухопутные членистоногие, у которых тело разделено на головогрудь и брюшко, соединенные тонкой перетяжкой или слитые. У паукообразных нет усиков. На головогруди располагаются шесть пар конечностей – хелицеры, ногощупальца и четыре пары ходильных ног. На брюшке ног нет. Органами дыхания у них являются легкие и трахеи. Глаза у паукообразных простые. Паукообразные – раздельнополые животные.

Длина тела различных представителей этого класса от 0,1 мм до 17 см. Они широко распространены по земному шару. Большинство их – наземные животные. Среди клещей и пауков есть вторичноводные формы.

Внешнее строение и образ жизни пауков

Пауков-крестовиков (названных так за крестообразный рисунок на спинной стороне тела) можно обнаружить в лесу, саду, парке, на оконных рамах пригородных и деревенских домов. Основную часть времени паук сидит в центре своей ловчей сети из клейкой нити – паутины.

Тело паука состоит из двух отделов: небольшой вытянутой головогруди и более крупного шарообразного брюшка. Брюшко отделено от головогруди узкой  перетяжкой. На переднем конце головогруди сверху находятся четыре пары глаз, а снизу крючкообразные твердые челюсти – хелицеры. Ими паук хватает свою жертву. Внутри хелицер имеется канал. По нему яд из ядовитых желез, расположенных у основания хелицер, поступает в тело жертвы. Рядом с хелицерами расположены короткие, покрытые чувствительными волосками органы осязания – ногощупальца (педипальпы). Четыре пары ходильных ног расположены по бокам головогруди. Тело покрыто легкой, прочной и довольно эластичной хитиновой кутикулой. Как и раки, пауки периодически линяют, сбрасывая хитиновый покров. В это время они растут.

На нижнем конце брюшка расположены три пары паутинных бородавок, вырабатывающих паутину, – это видоизмененные брюшные ножки.

Внутреннее строение паука-крестовика

У паука, как и у других ракообразных, полость тела имеет смешанную природу – в ходе развития она возникает при соединении первичной и вторичной полостей тела.

Пищеварительная система. Паук-крестовик не может питаться твердой пищей. Поймав добычу, например какое-нибудь насекомое, с помощью паутины, он убивает его ядом и впускает в его тело пищеварительные соки. Через некоторое время содержимое пойманного насекомого разжижается, и паук высасывает его. От жертвы остается только пустая хитиновая оболочка. Такой способ пищеварения называется внекишечным.

Пищеварительная система паука состоит из рта, глотки, пищевода, желудка, кишки. В средней кишке длинные слепые выросты увеличивают ее объем и поверхность всасывания. Непереваренные остатки выводятся наружу через анальное отверстие.

Дыхательная система. Органы дыхания у паука – это легкие и трахеи.  Легкие или легочные мешки располагаются снизу брюшка, в передней его части. Эти легкие развились из жабр далеких предков пауков, обитавших в воде. У паука-крестовика две пары неветвящихся трахей – длинных трубочек, имеющих внутри особые спиральные хитиновые утолщения. Располагаются они в задней части брюшка.

Кровеносная система у пауков незамкнутая. Сердце имеет вид длинной трубочки, расположенной на спинной стороне брюшка. От сердца отходят кровеносные сосуды. Как и у ракообразных, у пауков в теле циркулирует гемолимфа.

Выделительная системапредставлена двумя длинными трубочками – мальпигиевыми сосудами. Одним концом мальпигиевы сосуды слепо заканчиваются в теле паука, другим открываются в задний отдел кишечника. Через стенки мальпигиевых сосудов удаляются продукты обмена веществ, которые потом выводятся наружу. В кишечнике происходит всасывание воды. Таким образом пауки экономят воду, поэтому могут жить в сухих местах.

Нервная система паука состоит из головогрудного узла и отходящих от него многочисленных нервов.

Размножение. Оплодотворение у пауков внутреннее. Спаривание крестовиков происходит в конце лета. Самец переносит сперматозоиды в половое отверстие самки при помощи особых выростов, расположенных на передних ногах. Зрение у пауков слабое, с помощью 8 простых глазков они видят плохо. Самцу нужно быть очень осторожным, чтобы самка не приняла его за добычу. Сразу после спаривания паук поспешно удаляется, так как поведение самки может резко поменяться, а нерасторопные самцы нередко убиваются и съедаются. 

Самка к осени откладывает несколько сотен яиц в кокон из паутины. Прячет его под корой, под камнями. К зиме умирает. Весной из кокона выползают паучки, поднимаются по веткам вверх и с порывами ветра улетают на паутине, расселяются. Сложное поведение паука: постройка ловчих сетей, лётных приспособлений, жилищ - это инстинкты, т.е. свойственные каждому виду нормы поведения, которые передаются по наследству.

КЛАСС НАСЕКОМЫЕ

Насекомые — класс беспозвоночных членистоногих животных. Вместе с многоножками относятся к подтипу трахейных. Известно около 1 млн. видов насекомых. Обладают наибольшим разнообразием среди всех остальных животных на Земле; включают бабочек, жуков, мух, муравьёв, пчёл и других. Наука, изучающая насекомых, называется энтомологией.

Краткая характеристика

Это наземные членистоногие, у которых тело явно разделено на голову, грудь и брюшко, а основные, служащие для передвижения, конечности находятся в числе 3 пар на грудном отделе.

Дыхание осуществляется с помощью трахейной системы или кожное — всей поверхностью тела. Те насекомые, которые дышат с помощью всей поверхности тела и имеют проницаемые для дыхательных газов и испарения покровы, ограничены в своём распространении только влажными средами.

Размеры тела 0,2—330 мм (у современных представителей), обычно в пределах 1—50 мм. Покрывающее тело кутикула является частью кожи, образуя плотный наружный панцирь или экзоскелет, но в ряде случаев она мягкая и тонкая. Окраска тела и его частей очень разнообразна, зависит от пигментов. Голова внешне нечлениста. Усики, или антенны первые и 3 пары ротовых челюстей — нечленистые верхние челюсти, или мандибулы,  членистые нижние челюсти, или максиллы  и членистая, внешне непарная нижняя губа, являющаяся второй парой нижних челюстей, слившихся между собой.

Общая характеристика класса

Тело взрослых насекомых разделено на три отдела: голову, грудь и брюшко.

Голова, состоящая из шести слившихся сегментов, отчетливо обособлена от груди и соединена с ней подвижно. На голове расположена пара членистых усиков или сяжков, ротовой аппарат и два фасеточных глаза; у многих имеется также один-три простых глазка.

Различают несколько типов ротовых аппаратов, из которых первичным является 

• Грызущий (кузнечики)

• Сосущий (бабочки)

• Колюще-сосущий (комар)

• Лижущий (комнатная муха)

• Лижуще-грызущий (пчела)

Грудь насекомых состоит из трех сегментов (переднегрудь, среднегрудь и заднегрудь), к каждому из которых с брюшной стороны прикрепляется по паре ног, отсюда название класса - шестиногие. Кроме того у высших насекомых грудь несет на себе две, реже одну пару крыльев.

Число и строение конечностей являются характерными признаками класса. Все насекомые имеют 6 ног, по одной паре на каждом из 3 сегментов груди.

Ноги причленены к груди снизу, обычно сидят в тазиковых впадинах и состоят  из тазика, вертлуга, бедра, голени и лапки.

Соответственно образу жизни ноги подверглись разнообразной специализации, поэтому различают несколько их типов конечностей:

• Бегательная (таракан)

• Прыгательная (кузнечик)

• Копательная (медведка)

• Плавательная (жук-плавунец)

Крылья насекомых представляют собой пластинчатые выросты покровов, связанные с мышцами и грудью. В типичном случае их две пары: передняя, прикреплённая к среднегруди, и задняя — на заднегруди. Крылья состоят из тонкой крыловой пластинки, укреплённой на твёрдых жилках, играющих роль прочной основы крыла.

Брюшко насекомых состоит из нескольких (чаще 6-10) сегментов; обычно их 10. В нем находится большая часть внутренних органов. На конце брюшка у самок развит яйцеклад, служащий для откладки яиц. У пчел, ос, муравьев яйцеклад превратился в жало, имеющее внутри проток ядовитой железы. У самца на конце брюшка находится копулятивный аппарат.

Внутреннее строение

Пищеварительная система состоит из ротового отверстия, ротовой полости (сюда впадают протоки слюнных желез), глотки, пищевода, зоба, жевательного желудка (здесь пища перемалывается хитиновыми зубцами), средней кишки (здесь происходит переваривание и всасывание пищи), задней кишки и анального отверстия. Между желудком и средней кишкой лежат особые, оканчивающиеся слепо выросты, в которых происходит всасывание пищи.

Дыхательная система большинства насекомых представлена множеством трахей, пронизывающих всё тело.

Кровеносная система насекомых не замкнутая. Гемолимфа (кровь) свободно циркулирует по полости тела, её приводит в движение мускулистая трубка, разделённая на камеры, — сердце. Функция крови состоит в снабжении органов питательными веществами и переносе продуктов обмена к органам выделения (а также регулирующих веществ, гормонов).

Нервная система построена по типу брюшной цепочки. У высших отрядов насекомых нервная система достигает высокого уровня дифференциации, имеется относительно развитый головной мозг.

Органы чувств разнообразны (фасеточные глаза, обонятельные органы).

Выделительная система представлена мальпигиевыми сосудами.

Жизненный цикл. Насекомые - раздельнополые животные с внутренним оплодотворением. По типу постэмбрионального развития отличают насекомых с неполным (у высоко организованных) и с полным (у высших) метаморфозом (превращением). Полный метаморфоз включает стадии яйца, личинки, куколки и имаго.

У насекомых с неполным превращением из яйца выходит молодая особь, близкая по строению к взрослому насекомому, но отличающаяся от него отсутствием крыльев и недоразвитием половых органов, - нимфа. Нередко их называют личинками, что не вполне точно. Условия обитания ее сходны со взрослыми формами. После нескольких линек насекомое достигает предельных размеров и превращается во взрослую форму - имаго.

У насекомых с полным превращением из яиц выходят личинки, резко отличающиеся по строению (имеют червеобразное тело) и по среде обитания от взрослых форм; так, личинка комаров живет в воде, а имагинальные формы в воздушной среде. Личинки растут, проходят ряд стадий, отделенных друг от друга линьками. При последней линьке образуется неподвижная стадия - куколка. Куколки не питаются. В это время происходит метаморфоз, личиночные органы подвергаются распаду, а взамен их развиваются органы имаго. По завершении метаморфоза из куколки выходит половозрелая окрыленная особь.

Медицинское значение. Медицинское значение насекомых состоит прежде всего в том, что они служат переносчиками опасных, охватывающих большие массы населения (эпидемических) заболеваний, кроме того, среди них широко представлены эктопаразиты и ядовитые формы.

Краткий обзор класса

Класс насекомых разделяется более чем на 30 отрядов. Характеристика основных отрядов приведена в табл. 1.