Текст книги "Сотворенная природа глазами биологов"

Целесообразность кожного покрова

Кожный покров амфибий имеет ряд своих особенностей, необходимых для их жизнедеятельности.

• Кожа обладает системой слизистых желез, которые поддерживают ее влажность, что имеет особо важное значение для кожного дыхания. Она буквально пронизана кровеносными сосудами, поэтому через нее непосредственно в кровь поступает кислород и выделяется углекислый газ.

• В коже расположены и специальные железы, выделяющие бактерицидные, едкие, неприятные на вкус, слезоточивые, ядовитые либо другие вещества. Такое уникальное устройство кожи позволяет земноводным с голой и постоянно влажной кожей успешно защищаться от микроорганизмов, нападения комаров, москитов, клещей, пиявок и др. Благодаря своей коже амфибии успешно избегают встреч со многими хищниками.

• Кожа земноводных обычно содержит множество различных пигментных клеток, от которых зависит общая, приспособительная и защитная окраска тела. Так, яркая окраска, характерная для ядовитых видов, служит предупреждением для нападающих.

• У представителей некоторых видов земноводных в коже образуются объемные полости для хранения зародышей.

Универсальная дыхательная система. Земноводные, будучи обитателями воды и суши, наделены универсальной дыхательной системой, которая позволяет им дышать кислородом не только на воздухе, но и в воде, хотя там его количество приблизительно в 10 раз меньше. Такая универсальность организма земноводных возможна благодаря целому комплексу дыхательных органов для извлечения кислорода из той среды, где они находятся в конкретный момент. Это – легкие, жабры, слизистая оболочка рта и кожный покров.

Наибольшее значение для жизнедеятельности большинства видов амфибий имеет кожное дыхание. При этом поглощение кислорода через пронизанную кровеносными сосудами кожу возможно лишь в случае, если кожа находится во влажном состоянии. Чем суше окружающий воздух, тем активнее работают кожные железы, выделяя все новые и новые порции влаги. Чувствительные «приборы» кожи вовремя включают аварийные системы и режимы дополнительной выработки спасительной слизи.

А вот некоторые лопатоноги из семейства американских чесночниц обеспечены кожным дыханием для пребывания не в воде, а под землей. Там, зарывшись, они проводят большую часть жизни. На поверхности земли эти амфибии, как и все другие бесхвостые земноводные, вентилируют легкие за счет движений ротовой полости и раздуваний боков. Но после того как лопатоноги зароются в землю, у них автоматически отключается система вентиляции легких и включается управление кожным дыханием.

Универсальность системы дыхания земноводных выражается и в возникновении специальных дыхательных устройств в определенный период их жизнедеятельности. Так, гребенчатые тритоны не могут долго находиться в воде и, чтобы запастись воздухом, время от времени поднимаются к поверхности. Особенно трудно им дышать в период размножения, так как при ухаживании за самками они выполняют под водой брачные танцы. Для такого сложного ритуала у тритона именно в брачный период вырастает дополнительный дыхательный орган – кожная складка в виде гребня, богато снабженная кровеносными сосудами, что значительно повышает долю кожного дыхания. Систему организма по воспроизводству такого важного органа приводит в действие пусковой механизм репродуктивного поведения.

Хвостатые и бесхвостые амфибии наделены и дополнительным уникальным устройством для обмена бескислородного типа. Им с успехом пользуется, например, леопардовая лягушка. Она может прожить в лишенной кислорода холодной воде до семи суток.

Покровительственная окраска. Кожа земноводных обеспечивает и покровительственную окраску, которая является их важнейшей защитной мерой. К тому же и успех охоты часто зависит от умения спрятаться.

Обычно окраска повторяет какой-то определенный рисунок объекта окружающей среды. Так, окраска с разводами у многих квакш прекрасно сливается с фоном – стволом покрытого лишайником дерева. Причем квакша способна менять свой цвет в зависимости от общей освещенности, яркости и цвета фона, от климатических параметров. Ее окраска темнеет при отсутствии освещения или на холоде и светлеет на ярком свету.

Представительниц стройных квакш легко принять за поблекший лист, а чернопятнистых – за кусочек древесной коры, на которой она сидит. Практически все тропические амфибии имеют покровительственную окраску, часто чрезвычайно яркую. Ведь среди разноцветья и буйной зелени тропиков именно яркая окраска делает животное более незаметным.

Наиболее часто встречаются такие окраска и рисунок, которые создают иллюзию разорванности сплошной поверхности тела. В то же время при состыковке частей рисунка, находящихся на туловище и лапках (при их прижимании друг к другу), образуется кажущаяся непрерывность составного узора.

Сочетание характера окраски и рисунка часто создает удивительный камуфляж. К примеру, большая жаба наделена способностью создавать обманчивый, маскирующий узор с определенным оптическим эффектом. Верхняя часть ее тела напоминает лежащий тонкий лист, а нижняя – подобна глубокой тени, отбрасываемой этим листом. Иллюзия оказывается полной, когда жаба притаится на земле, усыпанной настоящими листьями.

Можно ли себе представить, что такая окраска возникла в результате случайных мутаций? Ведь речь идет не о грубой имитации – приблизительном сходстве, а о тонком, можно сказать, художественном подражании цвету и окраске опавших листьев.

И могли ли в организме всех предыдущих, пусть даже многочисленных, поколений амфибий постепенно появиться какие-то механизмы создания камуфляжного эффекта на теле? Причем для точного подражания природному аналогу – побуревшему листу с четко очерченной тенью под его краем – должны были быть учтены законы цветоведения и оптики.

Свето– и цветоощущение. У земноводных некоторых видов окраска может меняться, как у хамелеонов, хотя и гораздо медленнее.

Так, разные особи травяных лягушек в зависимости от различных факторов могут постепенно приобретать соответствующие преобладающие цвета – от красно-коричневого до почти черного. При этом окраска земноводных зависит от освещенности, температуры, влажности воздуха и даже от эмоционального состояния животного.

И все же главной причиной изменения цвета кожи, зачастую локального, рисунчатого, является подстраивание его под цвет фона или окружающего пространства. Для этого в работу включаются сложнейшие системы свето– и цветоощущения, а также система координации структурными перестройками цветообразующих элементов.

Амфибиям дана замечательная способность сравнивать количество падающего света с количеством света, отраженного от фона, на котором они находятся. Чем это соотношение меньше, тем светлее делается животное. При попадании на черный фон разница в количестве падающего и отраженного света будет велика, и кожа амфибии становится темнее.

Информация об общей освещенности фиксируется в верхней части сетчатки глаз земноводного, а об освещенности фона – в ее нижнем отделе. При этом происходит постоянное сравнение полученной информации о том, соответствует ли окраска особи характеру фона. И тогда принимается решение, в каком направлении ее следует изменять.

Эксперименты с лягушками это легко доказали. Их светоощущение вводилось в заблуждение. Если им закрашивали роговицу и перекрывали попадание света в нижнюю часть зрачка, то у животных создавалась иллюзия, что они находятся на черном фоне, и лягушки становились темнее.

Чтобы поменять цветовую гамму окраски своей кожи, амфибиям нужно не только сравнивать интенсивность освещения, но и оценивать длину волны отраженного света, то есть определять цвет фона. О том, как это происходит, ученые пока знают очень мало.

Защита от хищников. Самым действенным оружием против различных врагов у многих земноводных являются их кожные выделения. Причем это могут быть как яды, так и безопасные для жизни, но неприятные хищникам вещества.

Например, кожа квакш одних видов выделяет жидкость, которая обжигает подобно крапиве. У квакш других видов кожа образует едкую и густую смазку. Даже самые неприхотливые животные, коснувшись ее языком, выплевывают схваченную добычу. Кожные выделения жерлянок, обитающих в России, издают неприятный запах и вызывают слезотечение, а при попадании на кожу животного – жжение и боль. Хотя бы один раз отведав жерлянку, хищник хорошо запоминает данный ему урок и больше не решается трогать представительниц этого вида амфибий.

По утверждению зоологов, вовсе не змеям принадлежит пальма первенства в создании наиболее сильных ядов. Так, кожные железы тропических лягушек вырабатывают настолько сильный яд, что он представляет опасность для жизни даже крупных животных.

То, что земноводные способны вырабатывать столь эффективный яд, вполне оправданно. Ведь его впрыскивание происходит без специальных устройств (зубов, гарпунов, колючек и т. п.), которыми обеспечены другие я довитые животные, чтобы отравляющее вещество попадало в кровь врага. А яд земноводных выделяется из кожи в основном при сдавливании амфибии в зубах хищника. Он всасывается преимущественно через слизистую оболочку рта напавшего на нее животного.

Наряд ядовитых амфибий и безвредных обманщиков. Яркая окраска амфибий обычно указывает на то, что их кожа может выделять защитные ядовитые вещества.

Интересно, что у некоторых видов саламандр ядовитыми и наиболее окрашенными являются представители определенных рас. У аппалачских лесных саламандр кожа особей выделяет ядовитые вещества, а у других родственных саламандр кожные выделения яда не содержат. При этом именно ядовитые амфибии наделены яркой окраской щек, а особо опасные – и красными лапками. Птицы, которые питаются саламандрами, знают об этой их особенности. Поэтому амфибий с красными щеками они трогают редко, а с окрашенными лапками – вообще избегают.

С краснобрюхими американскими тритонами, которые ярко окрашены и совсем несъедобны, связан интересный факт. Живущие рядом с ними горные неядовитые красные тритоны, называемые «безвредными обманщиками», имеют ту же яркую окраску (мимикрия). Однако ложные красные тритоны обычно значительно обгоняют в росте своих ядовитых собратьев, отчасти утрачивая схожесть. Может быть, по этой причине яркая расцветка умышленно дана им только на первые 2–3 года. После этого срока у подросших «обманщиков» начинается синтез пигментов для темной коричнево-бурой окраски, и они становятся осторожнее.

Эксперименты с цыплятами наглядно продемонстрировали явное действие на них предупреждающей окраски. Цыплятам предложили в качестве пищи ярко окрашенных краснобрюхих ложных красных и ложных горных тритонов, а также неярких безлегочных саламандр. Цыплята съели только «скромно одетых» саламандр. Поскольку цыплята опыта встречи с амфибиями до того не имели, то напрашивается вопрос: откуда у цыплят знание об опасной окраске?

Может быть, родители цыплят, получив неприятный урок при встрече с ярко окрашенной ядовитой добычей, передали его по наследству своему потомству? Конечно, нет. Известно, что развития, совершенствования инстинктивных механизмов поведения не происходит. Имеются лишь последовательные возрастные стадии их реализации, которые в заданный момент сменяют друг друга.

Страх перед яркими существами, несущими в себе потенциальную опасность, изначально заложен в сложный комплекс защитных инстинктивных поведенческих реакций птиц.

Анализирующие системы

Эксперименты с земноводными и наблюдение за их поведением в природных условиях показали, какой высокой чувствительностью наделен их организм.

Амфибии отлично видят и слышат, ощущают в окружающей среде даже минимальное присутствие химических веществ и самых слабых полей, а их живые приборы способны предсказывать предстоящую погоду.

Глаза для работы в двух стихиях. Глаза этих «земно»-«водных» созданий специально рассчитаны на работу и в воде и на суше. Оптической частью глаза амфибий являются роговица, хрусталик и стекловидное тело. В задачу этой «оптики» входит фокусирование изображения на световоспринимающих элементах сетчатки. В воздухе световые лучи преломляются в основном роговицей, а в водной среде – хрусталиком. При этом изображение фокусируется, как и в фотоаппаратах. Хрусталик передвигается вдоль оптической оси глаза, то приближаясь к сетчатке, то отодвигаясь от нее.

Работе в обеих средах соответствуют и фоторецепторы. У животных, проживающих на суше, светочувствительным элементом в них является пигмент родопсин, а у обитателей водоемов с пресной водой – порфиропсин. Последний предназначен для работы именно в стоячих желтоватых водах. Сюда плохо проникает коротковолновая часть светового спектра, поэтому порфиропсин обеспечивает чувствительность в его длинноволновой части.

Исследования показали, какими удивительными свойствами обладают глаза у тритонов и саламандр. При погружении этих амфибий в водоем для нереста большая часть родопсина в фоторецепторах автоматически заменяется на порфиропсин. А летом, при выходе животных на сушу, родопсин также автоматически возвращается на место. Порфиропсин обнаружен и в фоторецепторах головастиков. Однако как только они подрастают, к моменту выхода на сушу фоторецепторы перестраиваются на пигмент родопсин.

Эти примеры свидетельствуют об универсальности зрительной системы и устройства глаз земноводных, равно как и об уникальности происходящих в них процессов, а именно:

• их глаза наделены сложными технологиями производства пигментов на оба случая жизни, зрительная система решает и всю совокупность проблем по организации и управлению их производством;

• они имеют автоматизированную систему включения в нужный период времени производства того или иного светочувствительного элемента;

• зрительная система под руководством генетической программы обеспечивает подачу в рабочую зону необходимого в данное время пигмента и утилизацию уже ненужного.

Остается только выразить восхищение тем даром, которым наделены амфибии – универсальным устройством глаз и автоматической системой для их целесообразного применения.

Слуховая и вкусовая системы. Немало споров в свое время вызвал слух земноводных. Бытовало даже мнение, что они глухи и не слышат собственных звуков. Однако исследования, в том числе нейрофизиологов, доказали обратное. Амфибии обладают слухом, который обеспечивается сложной и целесообразной слуховой системой.

У лягушки, например, она позволяет воспринимать, а затем анализировать звуковые сигналы по трем каналам. Поступающие по воздуху звуковые волны улавливаются клетками внутреннего уха через барабанную перепонку и ушную косточку. Звуки, распространяемые в почве, воспринимаются костями и мышцами конечностей и через кости черепа передаются во внутреннее ухо. В воде звуковые волны легко проникают в тело особи и быстро достигают внутреннего уха без специальных каналов. В то же время у хвостатых амфибий, тесно связанных с водой, барабанная перепонка отсутствует.

Особой чувствительностью наделен звуковой анализатор амфибий. Он фиксирует мгновенные, даже микроскопические сжатия и расширения среды, которые распространяются во все стороны от места их возникновения.

Органы вкуса земноводных представляют собой луковицеобразные тельца, находящиеся в слизистой оболочке неба и языка. Они являются периферической частью сложной системы вкусового анализатора. Казалось бы, зачем амфибиям вкусовые органы? Ведь они потребляют совсем неаппетитную, на наш взгляд, пищу. Однако оказалось, что вкусовые рецепторы земноводных способны не хуже, чем рецепторы других животных, различать четыре типа вкусовых веществ – сладкое, горькое, кислое и соленое. Причем каждая вкусовая луковица отвечает за восприятие двух – четырех их типов. Так, например, лягушка благодаря сложнейшей системе своих вкусовых анализаторов мгновенно и безошибочно отличит попавшего в ее рот жука от сухого листочка или щепочки. И это несмотря на хитиновый панцирь насекомого. Несъедобные предметы лягушка тотчас выплевывает.

Система обоняния. Органы обоняния у животных размещаются по-разному. У червей они находятся на голове, у клещей – на конечностях, моллюски воспринимают запах жабрами, ящерицы и змеи – посредством языка, а амфибии наделены для этого обонятельными мешками, которые находятся в легких. Воздух попадает туда через ноздри. Такая целесообразная обонятельная система является составной частью дыхательной системы, поэтому хеморецепторы анализируют весь воздух, потребляемый при дыхании.

Обонянием амфибии зачастую пользуются для ориентации в пространстве, во время охоты. Представителям отдельных видов оно помогает найти и съесть даже неподвижную добычу. А некоторые саламандры, охраняющие свою икру, способны обнаружить по запаху и съесть неоплодотворенные икринки. Делают они это инстинктивно, повинуясь внутренней врожденной программе. Ведь иначе икринки, не получив жизненного продолжения, погибнут, а развившаяся на них инфекция распространится на новорожденных головастиков.

Как все, что заложено в организм, осмысленно и мудро!

«Язык» запахов. У амфибий, как и во всем мире животных, среди многих способов передачи информации распространен и «язык» запахов. С обонянием связаны процессы коммуникации особей, поиска брачных партнеров, маркировки границ и т. д.

Амфибии пользуются для этого специальными химическими метками – феромонами. Эти биологически активные вещества в нужный момент автоматически выделяются организмом животного. А обонятельная система, например, самки или соплеменника, с помощью своих рецепторов воспринимает информацию об оставленных следах. Затем происходит сравнение полученных данных с находящимися в памяти эталонами запахов. И тогда животное получает команду для определенных целенаправленных действий – скажем, приближения самки к месту, подготовленному самцом для откладывания икры.

Свою территорию метят и охраняют многие земноводные. А некоторые из них, как, например, американская безлегочная амфибия – пепельная земляная саламандра, прекрасно узнают и отличают от других не только собственные метки, но и запаховые следы саламандр своего вида.

Красноспинная саламандра всегда внимательно принюхивается у родного участка. И если ненароком пересечет владение соседей, то старается поскорее возвратиться на свой участок. А вот границы территорий саламандр других видов она просто игнорирует. И защищают саламандры свои владения только от непрошеных гостей своего вида. При их вторжении на участок амфибия тотчас выделяет особое химическое вещество, которое сигнализирует о том, что территория занята.

Способность к ориентации и навигации. Некоторые из интереснейших проблем, касающихся поведения животных, связаны с их миграциями и способностью к ориентации и навигации. Эти удивительные особенности свойственны и амфибиям.

Обычно земноводные передвигаются не дальше своего охотничьего участка. От родимого места они добираются туда, где достаточно пищи, а затем возвращаются обратно. Но иногда амфибиям, особенно обитателям северных ареалов, приходится совершать дальние переходы – ведь в местах летнего проживания не всегда можно зимовать. В то же время по весне необходимо переходить

в свой постоянный водоем для откладывания икры и продолжения рода.

Миграционное инстинктивное поведение заставляет лягушек, жаб, тритонов, саламандр двигаться в определенное время к заданной цели с огромным упорством. Так, серая жаба, покинув весной зимнее убежище, отправляется к местам нерестилища (где впервые отложила она свою икру), преодолевая расстояние от 6 до 12 километров! Прудовые лягушки также имеют постоянные водоемы для проживания, охоты и выведения потомства, устремляясь к которым они могут проходить до километра в день. Миграции земноводных бывают и необычайно массовыми, что порой трудно объяснимо.

Поражает не только то, как настойчиво устремляются земноводные к освоенным ими ранее участкам для зимовки, охоты, размножения, но и удивительная точность, с какой они находят эти места. Например, королевские квакши, возвращаясь весной к своему пруду, обосновываются не дальше десяти метров от своего прошлого участка, а безлегочные саламандры и того точнее: их поразительная способность к ориентации и навигации позволяет находить свой родной ручей с ошибкой не более десяти сантиметров.

Об этой важной для поведения амфибий способности биологам многое известно, но остается еще и немало загадок.

Ориентация на суше. Так каким же образом ориентируются земноводные?

Во-первых, многие из них прекрасно ориентируются по запаху. Эксперименты показали, что при лишении обоняния лягушки некоторых видов полностью дезориентируются. Самцы многих бесхвостых амфибий в период нереста находят свой родной пруд по знакомым запахам. Эта способность приводит их на нерестилище раньше самок, где они начинают свои брачные песни. Внимая призывным звукам, их будущие подруги устремляются на водоем.

Во-вторых, земноводные наделены способностью ориентироваться по небосводу. Наблюдения за лягушками показали, что они устанавливают правильное направление пути, видя только

Солнце, даже если их перед этим двое суток выдерживали в темноте. Не менее точно они выбирали путь по положению Луны, а в безлунную ночь – по звездам. А если лягушек перемещали в незнакомое место, то спустя некоторое время они осваивали новые небесные ориентиры и по ним прокладывали кратчайший путь к воде.

Подобным образом могут ориентироваться даже юные жабы. Но если малышей долго продержать в темноте, точность их ориентировки нарушается.

Способным астрономом слывет не только лягушка-бык, но и некоторые другие земноводные. Установлено, что они могут ориентироваться и по положению небесных светил, и по магнитному полю Земли. Способность воспринимать магнитное поле обнаруживают и пещерные саламандры. Благодаря этому они легко ориентируются в глубине своих родных подземелий.

Таким образом, каждое живое создание для успешной жизнедеятельности наделено именно своими анализирующими системами и врожденными знаниями по их использованию.

Ориентация в воде. Поскольку амфибии созданы для жизни в воде и на суше, они наделены не только традиционными для позвоночных животных, но и особыми анализаторами, пригодными только для ориентации в воде.

Эти приборы, называемые органами боковой линии, сигнализируют амфибиям о волнообразных колебаниях воды. Они предназначены для активной локации водного пространства, особенно в мутной воде или в ночное время, и полностью заменяют зрение. Являясь органами дистанционного осязания, такие живые приборы чувствуют и колебания, вызванные движениями подводных жителей.

Органы для определения перемещений воды на боках у африканской шпорцевой лягушки представляют собой небольшие ямки, снабженные микроскопическими волосками. При движении воды вдоль тела лягушки волоски сгибаются. При этом возникают и направляются в нервную систему определенные импульсы. Их частота меняется в зависимости от того, куда движется вода: от головы к хвосту или наоборот.

Такая замечательная система оповещает лягушку о едва заметных завихрениях воды, вызванных плывущими насекомыми. Она позволяет даже слепым земноводным правильно ориентироваться относительно движущейся добычи и ловить ее с большой точностью. Исследованиями установлено, что эти особи способны не только обнаруживать различные предметы и подводные объекты, но и хорошо расти и развиваться, не отставая ни в чем от зрячих собратьев.

Органы боковых линий находятся на поверхности кожи земноводных, живущих исключительно в воде, и у каждого вида они имеют свои особенности. А представители тех видов, которые предназначены жить в наземных условиях, наделены такими органами только в личиночную, водную, пору развития. Это относится к безлегочной, черной альпийской и другим видам саламандр.

То есть их мудро созданный организм получил и знания, от каких органов и когда следует избавиться.