Текст книги "Увлекательная анатомия"

Полости тела

Уже довольно давно было замечено, что у одних животных внутри тела есть полость, а у других – нет. У самых примитивных животных, например губок, ещё нет ни тканей, ни органов, поэтому говорить о полости тела даже не приходится. У более высокоорганизованных животных – кишечнополостных – полость есть, но это полость пищеварительной системы. Других полостей в теле кишечнополостных нет, они устроены довольно просто: два слоя клеток разделены студенистой неклеточной мезоглеей.

У плоских червей тело уже трехслойное, но полости внутри тела все ещё нет. Промежутки между органами заполнены рыхлой тканью – паренхимой.

Первая настоящая полость тела появляется только у круглых червей – у них исчезают клетки паренхимы в пространстве между органами. Такая полость называется первичной, или схизоцелью. Пространство, ранее заполненное паренхимой, теперь заполняется полостной жидкостью, находящейся под давлением. Она поддерживает форму тела червя, и она же транспортирует различные вещества по телу животного.

Зачем же понадобилась полость тела, чем плохо, что промежутки между органами заполнены клетками? А чем было бы плохо, если бы промежутки между домами в городе были бы заполнены другими зданиями? Представьте, сколько времени у вас занял бы путь до школы или в магазин, а уж поездка на другой конец города и вовсе превратилась бы в многолетнее путешествие с приключениями. Если же говорить научно, то учеными давно доказано, что диффузия, то есть распространение различных веществ, идёт гораздо быстрее в жидкости, чем между клетками. Теперь, я думаю, вам понятно, почему плоские черви именно плоские: даже крупные их представители, шириной до 10 см, не превышают в толщину 2 мм! Ещё бы, ведь и кислород из кожи (они дышат всей поверхностью, ни жабр, ни лёгких у них нет), и питательные вещества из кишечника должны попадать к нуждающимся в них органам, проникая через клетки паренхимы. Если червь будет толще, его внутренние органы просто задохнутся, а кожа – умрет от голода.

Схема строения первичной и вторичной (целом) полости тела: 1 – стенка тела; 2 – внутренние органы; 3 – кишечник; 4 – выстилка целома; 5 – первичная полость; 6 – целом; 7 – слой кишечных мышц

Таким образом, первичная полость тела стала первой транспортной системой, переносящей кислород, питательные вещества и отходы обмена веществ. Конечно, эта транспортная система ещё очень примитивна, но и она существенно расширила возможности животных – по крайней мере, они смогли стать толще двух миллиметров!

У более продвинутых животных возникает вторичная полость, или целом. Внутреннюю поверхность стенки целома выстилает специальный слой клеток – целомический эпителий, а наполнена вторичная полость целомической жидкостью. Она выполняет не только транспортную и выделительную функции, но и опорную, и дыхательную, и половую. Именно с появлением вторичной полости связано появление кровеносных сосудов – эффективной транспортной системы.

У первичнополостных животных жидкость, переносящая кислород и питательные вещества, просто заполняла щели между органами, оставаясь почти неподвижной. При образовании целома транспортные пути оказались заключенными в оболочки и превратились в трубковидные сосуды, в которых жидкость уже не стояла, а двигалась благодаря толчкам сердца. Естественно, это ещё больше повысило эффективность транспортной системы. Убедиться в этом мы можем хотя бы на примере того, что среди кольчатых червей, первых «изобретателей» целома, есть настоящие гиганты – австралийские дождевые черви толщиной в несколько сантиметров.

Целом есть у кольчатых червей, иглокожих и у хордовых, в том числе и у человека. Наши грудная и брюшная полости – это и есть отсеки целома.

Образование целома у личинки морской звезды: 1 – кишечник; 2 – целомические мешки; 3 – зачаток каменистого канала; 4 – клетки мезенхимы (предшественники мезодермы)

Некоторых животных нельзя назвать первично– или вторичнополостными, например моллюсков и червей-немертин. У них первичная и вторичная полость сливаются. В этом случае полость тела называется миксоцелью, то есть смешанной полостью. Но функции её остаются всё теми же.

Чудо-камешек

Многие животные по-разному перемещаются в пространстве. Одни из них имеют органы зрения и могут увидеть, в какую сторону они двигаются. Другие же не видят ничего или почти ничего. Каким образом они узнают о своем положении в пространстве? И у лишенных зрения, и у тех, кто видит, есть особые органы – органы равновесия. У низших беспозвоночных они весьма просты. Например, у сцифоидных медуз есть небольшие глазки, которые ощущают наличие или отсутствие света.

Сцифоидная медуза корнерот

Но по всему краю зонтика медузы расположены особые органы – ропалии, которые представляют собой укороченные и видоизмененные щупальца животного. На их поверхности находятся два глазка, внутри же расположен статоцист – небольшой сферический пузырек, наполненный жидкостью, в которой находится камешек, называемый статолитом. В зависимости от положения тела камешек перемещается и соприкасается с внутренней стенкой пузырька, которая выстлана клетками эпителия со жгутиками. Статолит касается жгутиков, раздражает их, и к нервным ганглиям, расположенным рядом с ропалиями, идет сигнал – например, что тело медузы расположено зонтиком вниз, а щупальцами вверх.

Ропалий медузы: 1 – глазное пятно; 2 – бокаловидный глазок; 3 – статоцисты (слияние клеток); 4 – статолиты

Статолит образуется клетками самого животного и состоит из карбоната кальция. Статоцисты есть у многих животных. В более сложном виде они есть и у позвоночных животных, в том числе у человека. Только у нас органы равновесия называются вестибулярным аппаратом, а камешки, содержащиеся в нем, – отолитами.

А где же кишечник?

Пищеварительная система – одна из самых древних в царстве животных. Даже у инфузорий и амеб есть пищеварительные вакуоли, которые расщепляют сложные органические вещества на более простые – то есть переваривают их. Хорошо развита эта система у кишечнополостных. У медуз, гидр и кораллов значительное пространство внутри тела занимает гастральная (в буквальном переводе «желудочная») полость, выстланная пищеварительными клетками. У некоторых кишечнополостных гастральная полость значительно усложнена. Например, у коралловых полипов она разделена перегородками-септами на камеры. У паразитических плоских червей сосальщиков пищеварительная система ещё сложнее. Она разветвляется на две крупные ветви и на множество более мелких веточек, таким образом, увеличивая объем кишечника и площадь поверхности, которая всасывает питательные вещества. Кстати, у нас с вами кишечник изнутри тоже не гладкий: он, конечно, не ветвится на отростки (за исключением слепой кишки и аппендикса), но зато покрыт изнутри мелкими выростами – ворсинками, в десятки раз увеличивающими площадь поверхности.

Пищеварительная система плоских червей: А – сосальщика; Б – турбеллярии отряда многоветвистых; 1 – ротовое отверстие; 2 – ротовая присоска; 3 – брюшная присоска; 4 – ветви кишечника

У сородичей сосальщиков – свободноживущих плоских червей планарий пищеварительная система устроена довольно просто: ротовое отверстие, потом глотка и ветвистая средняя кишка.

Но могут быть вариации строения, например, кишка может состоять из одной, трех или же множества ветвей.

Пищеварительная система бескишечных планарий: 1 – ротовое отверстие; 2 – глотка

А у некоторых планарий кишки может не быть вовсе. Рот у них переходит в глотку, которая заканчивается… ничем. Далее располагается только скопление пищеварительных клеток, переваривающих проглоченную пищу. Этих планарий называют бескишечными. Хотя такое строение кишечника явно проще кишечника остальных планарий, вероятно, оно возникло вторично, и пищеварительная система бескишечных червей упростилась в ходе эволюции, возможно, потому, что эти планарии стали очень мелкими.

Всё для продолжения рода

Паразитическим животным жизненно важно как можно лучше приспособиться к существованию внутри тела хозяина или на его поверхности. Не менее важно произвести на свет как можно больше отпрысков. Ведь далеко не каждая личинка сумеет стать взрослым животным. Ей нужно проделать трудный и опасный путь: сначала яйцо должно попасть в тело промежуточного хозяина, там при оптимальных условиях из него выведется личинка, и лишь потом она должна очутиться в пищеварительной системе окончательного хозяина. Именно поэтому ленточные черви так плодовиты: только высокая плодовитость дает им шансы на выживание.

Жизненный цикл широкого лентеца: 1 – окончательный хозяин (человек) со взрослым червём в кишечнике; 2 – яйца; 3 – вылупление личинки; 4 – личинка корацидий; 5 – первый промежуточный хозяин (рачок) с личинками в полости тела; 6 – второй промежуточный хозяин (рыба) с личинками в мышцах

Напомним, что тело ленточного червя состоит из головки, или сколекса, и члеников, число которых может варьировать от двух до нескольких тысяч. В сколексе и в каждом членике все системы органов этих животных дублируются. Впрочем, дублировать там особенно нечего: у ленточных червей полностью отсутствуют дыхательная, пищеварительная и кровеносная системы. Кислород им не только не нужен, но даже вреден – они получают энергию при бескислородном расщеплении гликогена, который запасается в каждом членике. Переваривать пищу им также нет никакой необходимости: достаточно всосать уже переваренную хозяином пищу через покровы. Транспортировать питательные вещества тоже не надо – каждый членик способен их впитывать самостоятельно. А вот протоки выделительной, половой систем и тяжи нервной системы проходят от сколекса до последнего членика – без этого даже паразитам не обойтись.

Но вернемся к размножению этих пренеприятных созданий. Ленточные черви – гермафродиты, то есть в каждом членике животного есть органы и мужской, и женской половых систем. Такое явление, когда у паразитических животных развиваются оба типа половой системы, встречается нередко. За счет этого они гарантируют себе продолжение рода, даже если в кишечнике поселится только одна особь (а так обычно и бывает, недаром их называют солитерами, то есть, в переводе с латинского, «единственными»), а не пара – самец и самка.

Половые продукты созревают в члениках постепенно, соответственно в члениках, расположенных на конце тела, старых, они уже развитые, а в тех, что находятся около головной части, молодых, пока зачаточные. Оплодотворение у солитеров, которые живут в кишечнике хозяина поодиночке, происходит между различными сегментами тела одного животного. Оплодотворенные членики отваливаются от тела червя и вместе с экскрементами хозяина попадают во внешнюю среду.

За год некоторые солитеры производят сотни миллионов яиц.

Верх паразитизма

Достаточно давно учеными было открыто существо, названное саккулиной. Что это за создание, было непонятно, возникали даже сомнения в том, что это животное, настолько необычно было его строение. Весь организм саккулины состоит из бесформенных тяжей клеток, соединяющихся с мешковидным телом. Саккулина паразитирует на десятиногих ракообразных, например крабах. Тяжи клеток находятся внутри тела жертвы, а мешковидное тело снаружи, на нижней части тела краба. В этом мешке нет никаких органов, кроме половой системы.

Саккулина: 1 – тяжи клеток внутри тела краба; 2 – мешковидное тело, выступающее наружу

Пока у саккулины не созрели половые клетки, мешковидное тело – резервуар для яиц – не образуется. В этот период тело саккулины представлено только тяжами клеток в теле хозяина.

Свободноплавающая личинка саккулины на разных стадиях развития

Разобраться, что же это за животное, ученым помогло изучение его развития. Из яйца выходит личинка, у которой есть тело, две пары усиков и конечности. По своему строению она ничем не отличается от личинки усоногих раков – к ним относятся, например, морские жёлуди, или балянусы, и морские уточки. Затем личинка меняется, у нее появляются грудь и брюшко. Она плавает в воде до тех пор, пока не найдет будущего хозяина – краба. Встретив краба, она прикрепляется к нему и прокалывает его мягкие покровы. После этого в тело краба через особый хоботок впрыскиваются неспециализированные клетки, из которых впоследствии образуются тяжи. Грудь и брюшко отпадают – они больше не нужны. Из попавших внутрь краба неспециализированных клеток позже образуются разветвленные, как дерево, тяжи клеток.

Саккулина сильно выделяется на фоне других ракообразных. Если сравнивать ракообразных, например, с губками, нет никаких сомнений, что ракообразные – более высокоразвитые животные. У губок нет настоящих тканей, у ракообразных же развиты не только ткани, но и целые системы органов. Они подвижны и обладают хорошо развитыми многофункциональными конечностями. Поведение ракообразных может быть очень сложным, а о поведении губок даже и говорить не приходится. Но саккулина упростила своё строение настолько, что выглядит более примитивным животным, чем губки. Даже у губок специализация клеток достигает более высокого уровня, чем у клеток в тяжах саккулины.

Саккулина так приспособилась паразитировать в теле краба, что ей не нужны никакие системы органов: ни лапки, ни брюшко, ни грудь. Жизнь её, должно быть, очень скучна.

Точность – черта коловраток

Можно ли с уверенностью сказать, сколько клеток составляют желудок человека? Нет, поскольку даже после тщательного и кропотливого исследования полученное число было бы весьма приблизительным, а главное – у всех людей оно было бы разным. Более того, и у одного человека оно постоянно меняется: одни клетки отмирают, другие приходят им на смену. Однако есть животные, тело и органы которых всегда состоят из точно определенного числа клеток, – это коловратки.

Раньше их относили к одному типу с аскаридой – к круглым червям. Сейчас же всё чаще высказывается мнение, что это самостоятельный тип специализированных животных.

Коловратка: 1 – коловращательный аппарат; 2 – рот; 3 – глотка с жевательным аппаратом; 4 – пищевод; 5 – желудок; 6 – задняя кишка; 7 – пальцы ноги; 8 – надглоточный ганглий

Коловратки – самые мелкие многоклеточные животные: длина их составляет от 0,04 до 3–4 мм. Передний конец тела, где находятся рот и простые глазки, усеян рядами ресничек. Поэтому внешне они скорее напоминают инфузорий, чем многоклеточных червей. Эти реснички составляют особый орган – коловорот, который помогает животным передвигаться за счет постоянного движения ресничек.

Как и у более сложно устроенных многоклеточных животных, у коловраток есть различные системы органов, за исключением кровеносной. В ней нет необходимости, поскольку клеток, к которым нужно доставлять кислород и питательные вещества, очень мало.

У коловратки эпифанес сента тело состоит точно из 959 клеток – ни больше ни меньше. После дробления оплодотворенной яйцеклетки – зиготы – число клеток остается неизменным всю жизнь. Кожу (гиподерму) образует 301 клетка, нервную систему – 247, мускулатура состоит из 122 клеток, на глотку отводится 165, в средней кишке 76, в выделительной системе – 24, а в половой всего лишь 19 клеток! У других коловраток клеток может быть ещё меньше, например, у аспланхны приодонты их 900.

Интересно то, что клетки могут объединяться в образования, внутри которых они не разделены клеточными мембранами. Такое образование называется клеточным синцитием. Поэтому, чтобы узнать число клеток в теле коловратки, следует считать не столько сами клетки, сколько число ядер в синцитиях.

Позже выяснилось, что такая особенность – определенное число клеток в организме – свойственна не только коловраткам, но также и круглым червям, например аскариде. Погибшая клетка другой уже не заменяется – в этом уязвимость червей.

Коронованные особы

В царстве животных есть свои претенденты на царский трон. Возможно, их самонадеянность связана с тем, что у них есть мантия – атрибут любого монарха.

Это моллюски, мягкотелые, в большинстве своем медлительные животные. Что такое мантия? Мантия – это складка кожи. Она образуется на спине моллюсков и в виде двух листков охватывает тело по бокам. Именно мантия откладывает раковину, соответственно, раковина закрывает мантию снаружи, а внутри мантии заключается мантийная полость. Кроме того, у двустворчатых моллюсков сложенные в виде трубок складки мантии образуют сифоны. С их помощью вода засасывается внутрь раковины и выталкивается наружу. В мантийной полости мантия также участвует в передвижении воды. Её поверхностный слой состоит из мерцательного эпителия. За счет движения его ресничек вода движется внутри полости. Мантия также – это защита от различных чужеродных частиц. Если такая частица попадает в раковину, мантия тут же начинает откладывать вокруг нее слой за слоем карбонат кальция (он же является основой раковины моллюсков), пока, в конце концов, не образуется жемчужина.

План строения моллюсков разных классов: 1 – раковина; 2 – мантия; 3 – туловище; 4 – голова; 5 – нога; 6 – хитоны; 7 – брюхоноге; 8 – двустворчатые; 9 – головоногие

У наземных брюхоногих моллюсков – они ещё называются легочными – мантия играет другую роль. Она образует небольшую полость, стенки которой пронизывает множество сосудов. Таким образом образуется легкое, способное поглощать из воздуха кислород. Благодаря этому брюхоногие моллюски смогли выйти на сушу.

Для большинства головоногих моллюсков, не имеющих раковины, мантия важна совсем в другом отношении. Она охватывает вытянутое тело моллюска и защищает его. Животное оказывается как будто действительно одетым в мантию. На брюшной стороне тела края мантии смыкаются, образуя мантийную полость, куда через щель поступает вода. Если головоногому необходимо удрать от преследователя или просто переместиться в пространстве, он с силой выталкивает воду из мантийной полости через воронку. Такой способ движения называется реактивным. Чтобы мантия плотнее примыкала к телу, на ней имеются два хрящевых выступа, а напротив них на теле – хрящевые ямки. Мантия оказывается словно пристегнутой «кнопками» к телу моллюска.

У двустворчатых моллюсков мантия образует трубки-сифоны, через которые вода поступает и выводится из мантийной полости. У головоногих же моллюсков трубкообразная воронка, из которой он выстреливает водной струей и благодаря которой плывет, образована не мантией – это видоизмененная часть ноги.

Но далеко не все моллюски могут похвастаться своей мантией. У некоторых мягкотелых мантия и мантийная полость вообще отсутствуют или представлены в очень редуцированном виде. Это беспанцирные моллюски, или аплакофоры. Они имеют червеобразную форму тела и внешне совсем не похожи на моллюсков.

Конечно, самые достойные претенденты на царский трон – головоногие моллюски, ведь у них голубая кровь. Связано это с тем, что вещество, которое переносит кислород, у них не красный гемоглобин, как у человека, а гемоцианин, голубого цвета.

Придворные интриги

Некоторые животные могут быть очень похожими друг на друга, хотя родство между ними или очень отдаленное, или его нет вовсе. Такие двойники есть и у двустворчатых моллюсков – это плеченогие, или брахиоподы. У них есть и раковина, и нога, и, что важно, мантия, и воду они фильтруют так же, как двустворчатые моллюски. Но если у двустворчатых моллюсков полость тела смешанная, то у брахиопод она вторичная (целом), не сливающаяся с первичной. Надо также отметить, что мантия плеченогих принципиально отличается от мантии двустворчатых моллюсков. Она также образует двустворчатую раковину, но, кроме того, в ней есть мантийные каналы, в которых созревают половые клетки этих морских животных.

Брахиопода: 1 – ножка; 2 – раковина

Моллюски и брахиоподы – не единственные животные, обладающие мантией. Она есть и у сидячих ракообразных, называемых усоногими. Почти всю жизнь они проводят в своем домике, за исключением личиночной стадии, когда они могут свободно перемещаться. Свой домик они также строят с помощью мантии, которая представляет собой видоизмененные покровы тела животного – карапакс. При этом домик состоит не из двух створок, а из нескольких пластин, закрывающих тело ракообразного с боков и сверху. Открыв верхние створки домика, усоногие загоняют воду внутрь раковины при помощи своих видоизмененных конечностей и отфильтровывают из нее все съедобное.

Анатомия брахиоподы (продольный срез, животное вынуто из раковины): 1 – правая «рука»; 2 – спинная складка мантии; 3 – брюшная складка мантии; 4 – левая «рука»; 5 – пищевод; 6 – окологлоточная нервная система; 7 – мускул-размыкатель раковины; 8 – мускул-замыкатель раковины; 9 – задняя кишка; 10 – нефридий; 11 – его воронка; 12 – ножка; 13 – печёночные дольки; 14 – сердце; 15 – желудок; 16 – отверстия протоков «печени»; 17 – мускулы-замыкатели

Что же, если считать мантию признаком королевского достоинства, придётся признать, что «короли» животного царства – как правило, довольно ленивые и тупоумные создания. В самом деле, мантия появляется у раковинных животных, прячущихся в раковине, а раковина почти всегда означает малую подвижность или вообще неподвижный образ жизни. Ну, а малоподвижные или сидячие животные умными быть не могут – незачем. Исключение представляют головоногие моллюски, которые умудрились, избавившись от раковины, сохранить мантию и стать одними из самых интеллектуальных беспозвоночных, и животных вообще.