Підручник з Біології і екології. 10 клас. Шаламов - Нова програма

§ 10. Безхребетні тварини

Тварини — це рухливі багатоклітинні гетеротрофи

Тварини, мабуть, є однією з найуспішніших груп еукаріотів. Вони захопили всі можливі місця існування й набули найрізноманітніших форм. Проте тварини мають спільні властивості: усі вони є багатоклітинними гетеротрофами. Через відсутність у їхніх клітинах твердої клітинної стінки, вони здатні активно рухатися навіть тоді, коли ведуть прикріплений спосіб життя. Також тваринам властиве особливе різноманіття типів клітин, які утворюють організм. Вони формують складні ансамблі — тканини, що складаються з різноманітних клітин і міжклітинного простору. Так, саме міжклітинна речовина багато в чому визначає механічні властивості таких структур, як кістка, хрящ і сухожилля. Усіх тварин об'єднують у монофілетичну групу, якій традиційно надають ранг царства. Еволюційні зв’язки різних груп тварин між собою складні та постійно переглядаються, залишаючись предметом запеклих дискусій між ученими. В зоології виділяють до тридцяти типів тварин у складі царства. У цьому параграфі ми коротко ознайомимося лише з деякими з них.

Губки — найпростіші за будовою тварини

Одними з найпростіших за будовою тваринами є губки. Здебільшого вони мешкають у морських водах, де ведуть прикріплений спосіб життя, фільтруючи воду (рис. 10.1, А, Б). Тіло губок складається з мережі каналів і камер, вистелених клітинами з джгутиками, які й створюють потік води через тіло губки та захоплюють поживні частинки з води (рис. 10.1, В). Тіло губки шорстке на дотик, бо має внутрішній скелет із голок і волокон різного хімічного складу. Губки беруть участь у очистці водойм від забруднення: одна губка за годину може пропускати крізь себе понад сотню літрів води!

Рис. 10.1. Губки

А. Порошок із губки бодяги використовується в медицині для пришвидшення розсмоктування синців і пігментних плям. Б. Гігантська діжкоподібна губка мало того, що є однією з найбільших губок, уважається рекордсменом із довголіття серед тварин: вік деяких представників перевищує 2000 років! В. Будова тіла губки. Стрілками показано напрямок потоку води, що забезпечуються рухом джгутиків.

Кишковопорожнинні мають єдину порожнину тіла, жалкі клітини й переважно радіальну симетрію

Тіло кишковопорожнинних нагадує двошаровий мішок, що складається зі зовнішнього шару клітин, — ектодерми і внутрішнього — ентодерми. Простір між цими шарами заповнений желеподібною міжклітинною речовиною — мезоглеєю (рис. 10.2, А, Б). Ентодерма обмежує кишкову порожнину, що може мати різну будову, але відкривається назовні єдиним отвором, який традиційно називають ротовим. Варто зауважити, що окрім травлення, кишкова порожнина також виконує опорну й транспортну функції1. Ротовий отвір використовується як для прийому їжі, так і для видалення неперетравлених решток. У кишковопорожнинних є клітини, що відповідають за передачу збудження й рухову активність — нервові та шкірно-м’язові клітини. В ектодермі наявні особливі жалкі клітини (рис. 10.2, В), які під час подразнення вистрілюють отруєними жалами. Вони слугують для захисту від хижаків і нападу на жертв. Важкі опіки, що отримують люди у воді під час контакту з деякими медузами, — наслідок роботи жалких клітин.

У більшості випадків тіло кишковопорожнинних має радіальну симетрію, тобто крізь нього можна провести одразу кілька площин симетрії, що розділять його на ідентичні сегменти, подібно до торта. Однак інколи радіальна симетрія порушується, як, наприклад, у коралових поліпів. Вони мають видовжений рот, що спрямовує струмінь води крізь кишкову порожнину. Корали відіграють важливу роль у сучасних морських екосистемах і утворюють рифи, які слугують місця-

1 У значної кількості великих кишковопорожнинних: медуз і коралових поліпів, кишкова порожнина має дуже складну будову й утворює багато каналів, що галузяться й зливаються між собою. Цими каналами поживні речовини розподіляються по всьому організму. У такому випадку говорять про кишково-судинну (гастроваскулярну) систему.

Рис. 10.2. Кишковопорожнинні

А. Будова медузи. Зверніть увагу на значну кількість желеподібної мезоглеї, а також на кишкову порожнину, яка проникає в щупальця. Добре видно, що статеві залози також розташовані в кишковій порожнині. Б. Аурелія — медуза, яка мешкає в Чорному морі. В. Жалка клітина в спокої й після вистрілювання. Зазвичай нитка, що вистрілює, порожниста всередині й сполучається з міхурцем із отрутою. Г. Коралові поліпи є основою коралових рифів. Ви можете подивитись в:ідео про корали й інших мешканців коралових рифів за посиланням ми проживання для величезної кількості організмів (рис. 10.2, Г). Рифи складаються зі скелетів живих і відмерлих коралів.

Плоскі черви мають унікальну здатність до регенерації

У плоских червів досить проста будова: у плоскому тілі міститься замкнений кишківник, що відкривається назовні лише ротом. Класичним прикладом плоских червів є молочно-біла планарія (рис. 10.3, А), яка мешкає в прісних водоймах і вологих місцях суходолу. Вона має унікальну здатність до регенерації: якщо розрізати тіло планарії на більше ніж 200 однакових шматочків, то з кожного з них із часом відновиться повноцінний організм черва! Чимало плоских червів є паразитами, наприклад, сисуни і стьожкові черви (рис. 10.3, Б). Зазвичай у паразитів складний життєвий цикл зі зміною хазяїв і кількома личинковими стадіями. У стьожкових червів редуковані нервова й травна системи — вони всмоктують поживні речовини поверхнею тіла. Проте статева система надзвичайно розвинена: ці паразити утворюють сотні тисяч яєць щодня із надією, що хоча б деякі з них дадуть початок новому дорослому паразиту.

10.3. Плоскі черви

А. Молочно-біла планарія. Б. Свинячий ціп’як є представником стьожкових червів. Він живе в кишківнику ссавців. Його тіло складається з багатьох сегментів, кожен з яких мас власну статеву систему. У міру дозрівання сегменти заповнюються яйцями, відриваються й виводяться в довкілля.

Нематоди е усюдисущими багатоклітинними тваринами

Якщо уявити, що з поверхні Землі водночас зникли всі тварини, рослини, об’єкти рельєфу й водойми, але залишилися нематоди, то контури земної поверхні й усього, що на ній розташовується, разом із найвищими горами й найглибшими морськими западинами, будуть усе ще добре помітними, оскільки будуть густо вкриті тілами нематод, бо в одному кубометрі морської води може мешкати 1,0—1,5 млн особин, і приблизно така ж щільність цих тварин у ґрунті. Навіть у зубці часнику може жити до 30 тисяч нематод! Дійсно, нематоди — усюдисущі створіння! Зазвичай це маленькі червоподібні істоти, округлі в поперечному зрізі, за що їх раніше називали «круглі черви» (рис. 10.4, А). їхнє тіло вкрите щільним хітиновим покривом, який не росте разом із хазяїном, тому нематоди змушені періодично линяти. Чимало нематод веде паразитичний спосіб життя та спричиняють різні захворювання людини й тварин. Разом із тим значна кількість паразитичних нематод мають доволі великі розміри (рис. 10.4, Б). Аскарида й гострик живуть у тонкому кишківнику людини. Багато видів кореневих нематод викликають захворювання в рослин та завдають значних збитків урожаям.

Рис. 10.4. Нематоди

А. Мікроскопічна фунтова нематода ценорабдітіс є одним із найбільш вивчених організмів — це перший багатоклітинний організм, що його геном був повністю розшифрований. І зараз ценорабдітіс є важливим модельним організмом у біології. Б. Багато нематод, як-от: аскариди, живуть у тонкому кишківнику людини. Вони можуть викликати ряд захворювань. Іноді для їх видалення необхідне навіть хірургічне втручання.

Кільчасті черви мають сегментоване тіло

Кільчасті черви мають тіло, поділене на сегменти (рис. 10.5, А), кожен з яких несе більш-менш повний набір органів. Нервова система має вигляд ланцюжка, який залягає на черевному боці тіла, під кишківником. Кільчасті черви мають розвинену кровоносну систему, що містить дихальні пігменти, такі як гемоглобін (рис. 10.5, Б).

Більшість із вас знайомі з дощовими черв’яками, які відіграють колосальну роль у ґрунтоутворенні. Дощові черв’яки переміщуються в ґрунті, використовуючи порожнину тіла, як гідравлічний бур. Вони переганяють рідину в порожнині тіла між сегментами і при цьому збільшують або зменшують тиск у передній частині, поступово проштовхуючись крізь ґрунт. Чимало морських кільчастих червів мають голову, яка містить щелепи, очі та інші органи чуття. Сегменти тіла таких червів несуть парні придатки, що нагадують кінцівки і зябра. П’явки також належать до кільчастих червів. Вони ведуть хижацький спосіб життя: харчуються дрібними тваринами й кров’ю великих тварин.

10.5. Кільчасті черви

А. Пурпуровий австралійський морський черв є хижаком, що нападає з засідки та хапає своїми щелепами риб, які пропливають повз. Поспостерігати за полюванням цього черва можна, подивившись відео за посиланням. Б. Будова дощового черв’яка. Зверніть увагу на положення нервового ланцюжка — він розташований на черевному боці тіла.

Молюски розвинули особливий орган — мантію, що здатний утворювати зовнішню черепашку

Молюски є різноманітною групою організмів, що поступається за числом видів лише членистоногим. У молюсків на спинному боці тіла є особлива складка покривів тіла — мантія, що утворює черепашку. Зазвичай у тілі відсутня виражена сегментація. Проте тіло поділене на відділи: голову, ногу й тулуб. Нога забезпечує переміщення молюсків, і інколи вони можуть мати кілька ніг. Черепашка часто зникає, однак у всіх випадках це вторинна втрата: види-предки безчерепашкових молюсків мали черепашку.

У типі Молюски виділяють кілька класів (рис. 10.6). Найбільш звичні вам — черевоногі молюски, представником яких може слугувати виноградний слимак. Мушля двостулкових молюсків розділена на дві стулки, а голова повністю редукована. Найчастіше двостулкові молюски є фільтраторами. Окреме місце посідають представники класу Головоногі молюски. їхня нога видозмінилася та перетворилася на набір рухомих щупальців, які вони використовують як для переміщення, так і для захоплення їжі. У більшості сучасних головоногих молюсків черепашка або зникла взагалі, або є дуже зменшеною.

Членистоногі — найчисленніша й найрізноманітніша група тварин

Серед усіх організмів, які населяють нашу планету, найбільшим різноманіттям відрізняються саме членистоногі. їхнє тіло вкрите щільною хітиновою оболонкою, поділеною на сегменти. Вона не росте разом із тілом, тому членистоногі змушені линяти та скидати стару оболонку, що зближує їх із нематодами. Деякі сегменти тіла несуть парні кінцівки, поділені на членики суглобами, за що членистоногі й отримали свою назву. Нервова система членистоногих має вигляд ланцюжка, розташованого на черевному боці тіла.

Рис. 10.6. Молюски

A. Виноградний слимак є не лише поширеним черевоногим молюском помірних широт, але й відомим делікатесом. Б. Слизняки об’єднані в поліфілетичну групу черевоногих молюсків, які втратили черепашку. B. Жабурниця є прісноводним представником двостулкових молюсків. Г. Найвідоміші головоногі молюски — восьминоги — відрізняються розвинутим мозком і складною поведінкою. Вони легко можуть вирішувати важкі задачі. Поспостерігати, як восьминіг розв’язує запропоновані йому завдання, ви можете, переглянувши відео за посиланням.

Серед усього різноманіття варто зупинитися на ракоподібних, павукоподібних і комахах. Ракоподібні зараз об’єднані в підтип, що включає 6 класів. Як правило, це водні організми, які дихають за допомогою зябер (рис. 10.7, А).

Друга група членистоногих — комахи — є найчисленнішим класом тварин: на сьогодні описано більше мільйона видів комах — більше, ніж усіх інших видів тварин разом узятих. При цьому ймовірна кількість видів комах оцінюється як 4—8 мли. їхнє тіло поділено на три відділи: голову, груди й черевце, до грудей прикріплені три пари ніг (рис. 10.7, Б). Комахи — це єдині безхребетні, які освоїли політ. У крилатих комах є 1-2 пари крил, що прикріплені до грудей. Своєрідну будову має дихальна система комах: вона становить мережу численних тонких трубочок — трахей, які пронизують усе тіло й допроваджують кисень практично до кожної клітини. При цьому кров (точніше, гемолімфа) не бере участі в транспортуванні кисню.

Рис. 10.7. Членистоногі

А. Частини річкового рака. Б. Частини тіла комахи. В. Частини тіла павука.

Іще одна вкрай чисельна група членистоногих — павукоподібні. Тіло більшості представників павукоподібних поділено на два відділи: головогруди й черевце. До головогрудей прикріплено чотири пари ніг, а також ротові кінцівки (рис. 10.7, В). Органи дихання різняться: це можуть бути легені (як у скорпіонів), легені та трахеї (як у більшості павуків), лише трахеї (як у сольпуг). Павуки, завдяки своїй здатності плести павутину, мають неабиякий екологічний та еволюційний успіх. Таким чином, саме безхребетні тварин є найпоширенішою на Землі групою тварин. Тож майже усюди на поверхні Землі й у воді ви зможете зустріти якогось безхребетного! Й, зазвичай, далеко не одного!

Цікаве життя

Безхребетні моделі

Модельні організми — це ті істоти, яких зручно використовувати для дослідження певних процесів і явищ живого світу. Саме вони є «лідерами» вивчення: над ними проводять багато експериментів, вони є найкраще вивченими, для них розроблено стандартні дослідницькі процедури. Зазвичай модельними стають організми, яких легко розводити в умовах лабораторії.

Однією з найпопулярніших безхребетних тварин, яка використовується в якості модельної, є нематода Caenorhabditis elegans. Ценорабдітіс — дрібний черв довжиною близько 1 мм, що може харчуватися бактеріями в штучному середовищі. Невеликий розмір дозволяє дешево й просто розводити ценорабдітіса в лабораторії. У 1960-х роках цей черв став модельним для вивчення процесу зародкового розвитку нервової системи. Тіло гермафродитних особин містить 302 нейрони, і вченим вдалося прослідкувати за розвитком кожного з них, а також побудувати схему всіх нейронних зв’язків. Це дозволило на новому рівні дослідити процеси нервової регуляції організму. Ба більше, завдяки кропіткій роботі вчених тепер відомо походження й розвиток кожної із 959 клітин цього черва! Саме Caenorhabditis elegans став першим багатоклітинним організмом, чий геном було повністю розшифровано. На сьогодні ця нематода є основним джерелом інформації про індивідуальний розвиток тварин від зиготи до смерті. Переглянути весь процес ембріонального розвитку черва ви можете на відео за посиланням.

Дрозофіла чорночерева швидко розмножується й розвивається, що робить її зручним модельним організмом

Іншим класичним модельним організмом стала плодова мушка дрозофіла. її легко розводити в лабораторії, годуючи манною кашею, при цьому нове покоління розвивається за сприятливих умов усього за 10 днів. Геном дрозофіли, як і ценорабдітіса, розшифровано, й він містить навіть менше генів, ніж геном нематоди. Спочатку дрозофіла була класичним об’єктом генетики, на якому з’ясовано значну кількість закономірностей успадкування. Пізніше вивчення біології розвитку тварин на моделі дрозофіли стало домінувати над генетичними дослідженнями. Понад те, вісім Нобелівських премій із фізіології або медицини, зокрема й у 2017 році, було вручено вченим за дослідження, здійснені саме на дрозофілі. На відео за посиланнями ви можете подивитися процес формування личинки дрозофіли.

Життєві запитання — обійти не варто!

Елементарно про життя

• 1. Яку перевагу організму кільчастого черва дає багатократне дублювання органів у кожному сегменті?

А швидший ріст

Б можливість мати великий розмір тіла

В вищу ймовірність виживання

Г зменшення розміру геному

Д здатність до статевого розмноження

• 2. Для транспортування кисню до кожної клітини тіла комахи використовують

А гемолімфу

Б кров

В гемоглобін

Г зовнішній скелет

Д трахеї

• 3. Серед наведених організмів виберіть той, що не має голови.

А устриця

Б скорпіон

В бабка

Г восьминіг

Д виноградний слимак

• 4. Замкнена травна система, що сполучається з навколишнім середовищем лише одним отвором, характерна для

А медуз і нематод

Б п’явок і планарій

В коралових поліпів і двостулкових молюсків

Г планарій і коралових поліпів

Д нематод і п’явок

• 5. Увідповідніть тварин і особливості будови їхніх тіл.

1. бичачий ціп’як

2. губка бодяга

3. бджола

4. аскарида

А відсутня травна система

Б тіло має радіальну симетрію

В покриви посегментовані й утворені з хітину

Г скелет представлений хордою

Д покриви утворені з хітину й відсутні кінцівки

У житті все просто

• 6. Чим зумовлена велика тривалість життя губок?

• 7. Коралові рифи називають оазами життя в океані. Чому вони отримали таку назву? Яка роль коралів у функціонуванні рифу?

• 8. Усіх багатоклітинних тварин поділяють на первинноротих і вторинноротих. На чому ґрунтується такий поділ? Яких тварин відносять до якої групи?

У житті все не так просто

• 9. Нині вважають, що існує більше 1 млн видів комах. Як їм вдалося досягти такого значного еволюційного успіху?

• 10. Бути паразитом — це зручно для організму чи ні? Проаналізуйте переваги і недоліки паразитичного способу життя безхребетних тварин.

• 11. Однією з основних характеристик тварин є їхня здатність до руху. Але є групи тварин, що не можуть переміщатися. Чому тварини перейшли до такого способу життя? Наскільки він виявився еволюційно вигідним? Як ці тварини поширюються?