Текст книги "Биология. Животные. 7 класс"

Строение, индивидуальное развитие, эволюция

Глава 3. Эволюция строения и функций органов и их систем

Из этой главы вы узнаете,

• как менялись отдельные черты строения,

• в каком направлении шла эволюция строения животных,

• о взаимосвязи строения и функций организма,

• о жизнедеятельности животных,

• как происходит размножение и развитие животных,

• какова продолжительность жизни различных животных.

Вы научитесь

• выявлять сходства и различия в строении тела животных,

• распознавать стадии развития животного,

• определять возраст некоторых животных.

Вы познакомились с многообразием животного мира, при изучении которого перед вами разворачивалась картина постепенного развития животных от низших к высшим: они становились все более сложными по строению, образу жизни, поведению. Вместе с совершенствованием их строения развивались и функции тканей, органов, систем органов, организма в целом.

1. Для чего нужны покровы тела?

2. Каково строение кожи хордовых животных?

Все животные, как простейшие, так и многоклеточные, имеют покровы тела, которые предохраняют организм от проникновения в него инородных тел и веществ, других организмов, излишков влаги, а также от механических повреждений. Защитная функция покровов проявляется и в регулировании температуры тела, и в предохранении его от потери воды. У многоклеточных животных покровы тела участвуют в обмене веществ. Одноклеточные организмы, имеющие постоянную форму тела, снаружи покрыты прочной оболочкой.

У многоклеточных организмов внешние покровы тела усложняются и представляют собой слой удлиненных клеток. Такие покровы называют плоским эпителием.

Покровы тела у свободноживущих плоских червей, например турбелярий, представлены плоским эпителием с мерцательными ресничками, принимающими участие в движении (рис. 143). Плоский эпителий большинства ленточных, круглых и кольчатых червей не имеет ресничек (рис. 144).

Рис. 143. Покровы тела плоского червя-турбелярии: 1 – реснички; 2 – эпителий; 3 – кольцевые мышцы

Рис. 144. Покровы тела

У более сложных беспозвоночных животных, например членистоногих, покровная ткань выделяет на своей поверхности хитинизированную многослойную кутикулу – плотное неклеточное образование, выполняющее защитную и опорную функции (рис. 144). Панцирь ракообразных образовался в результате пропитывания кутикулы известью; раковина моллюсков – в результате накопления извести в поверхностных слоях кутикулы. Под кутикулой в эпителии находятся железы: слюнные, паутинные, ядовитые, пахучие.

Покровы позвоночных животных имеют сложное строение. Кожа состоит из двух слоев – эпидермиса и собственно кожи (рис. 145). Эпидермис – это наружный слой, он многоклеточный. В нем образуются роговые чешуи, перья, когти, копыта, полые рога, волосы. В эпидермисе располагаются многочисленные железы, пигментные клетки, придающие коже определенный цвет. Нижний слой эпидермиса составляют постоянно делящиеся клетки, в верхнем слое клетки отмирают и снашиваются.

Рис. 145. Покровы тела хордовых животных. А – многослойный эпидермис; Б – собственно кожа: 1 – роговой слой; 2 – потовая железа; 3 – проток потовой железы; 4 – волос; 5 – сальная железа

Собственно кожа обладает наибольшей прочностью. В ней развиваются корни волос, кожные роговые образования, сальные и потовые железы.

У млекопитающих подкожная жировая клетчатка – самый глубокий слой кожи. В нем находятся в основном жировые клетки, откладываемые организмом про запас. Кроме того, слой жира смягчает внешние удары и сохраняет тепло.

Таким образом, эволюция покровов тела шла по пути увеличения числа их слоев и появления в них все новых и новых образований: ресничек, жгутиков, желез, известковых и хитиновых покровов, чешуи, когтей, перьев, волос, рогов, копыт, ног.

Лабораторная работа № 9

Изучение особенностей покровов тела

Оборудование:

животные из уголка живой природы (червь дождевой, моллюск, ракообразное, насекомое, рыба, черепаха, птица, млекопитающее); лупа, спички, препаровальная игла; чешуя карпа, перо, шерсть, кожа, волос, рог.

Ход работы

1. Внимательно рассмотрите предложенных вам животных, вначале невооруженным глазом, затем – с помощью лупы.

Выявите сходство и различия в покровах различных животных.

Отметьте особенности окраски, эластичности, подвижности покровов различных животных.

2. Поместите на стекло или лист бумаги дождевого червя или брюхоногого моллюска.

Обратите внимание на влажный след, оставляемый этими животными при движении; покрытую слизью кожу; раковину моллюска, ее прочность, внешнюю и внутреннюю поверхность, окраску.

3. Возьмите в руки ракообразного или насекомого (лучше, если это рак или жук), рассмотрите их покровы невооруженным глазом и с помощью лупы.

Отметьте прочность хитинового покрова; особенности покровов членистоногих по сравнению с червями и моллюсками.

4. Рассмотрите тело рыб, покрытое чешуей, панцирь черепахи.

Отметьте сходство в строении чешуйки рыбы и щитка панциря черепахи; наличие годичных колец, плотность и прочность этих покровов; различия в покровах тела у рыб и черепахи.

Плоский эпителий. Кутикула. Эпидермис. Собственно кожа.

1. Что общего у покровов всех животных?

2. Можно ли утверждать, что покровы тела эволюционно усложняются?

Знаете ли вы, что:

Толщина кожи у позвоночных весьма различна. На спине слона она 2,8 см, на перепонках летучих мышей 0,02–0,075 мм.

Красивые покровы тела часто становятся причиной резкого сокращения численности животных. Мода на шляпы с птичьими перьями, на шубы и шапки из натурального меха, на изделия из кожи крокодилов и змей способствует браконьерскому отлову и отстрелу животных в обход всех законов.

1. Каковы функции опорно-двигательной системы?

2. Почему организму необходима опорная система?

В процессе эволюции животные осваивали все новые и новые территории, виды пищи, приспосабливались к изменяющимся условиям жизни. Эволюция постепенно меняла облик животных. Для того чтобы выжить, необходимо было активнее искать пищу, лучше прятаться или защищаться от врагов, перемещаться быстрее. Изменяясь вместе с организмом, опорно-двигательная система должна была обеспечивать все эти эволюционные изменения.

Самые примитивные простейшие – корненожки, которые еще не имеют опорных структур, медленно передвигаются, перетекая с помощью ложноножек и постоянно меняя форму тела.

Первая появившаяся у животных опорная структура – оболочка клетки. Она не только отграничила организм от внешней среды, но и позволила ему повысить скорость перемещения за счет жгутиков и ресничек (выростов на оболочке). Например, эвглены, инфузории (рис. 8, 12).

Многоклеточные животные имеют большое разнообразие опорных структур и приспособлений для движения.

Внешние растяжимые покровы плоских, круглых и кольчатых червей выполняют опорную функцию скелета. Хитиновый панцирь насекомых, паукообразных, пропитанные известью покровы ракообразных служат прочным наружным скелетом. К наружному скелету беспозвоночных прикрепляются мышцы, что обеспечивает передвижение этих животных.

Появление наружного скелета значительно повысило скорость передвижения за счет развития специализированных групп мышц. Членистоногие – не случайно самая многочисленная группа животных. Наружный скелет позволил им освоить новые способы перемещений, например прыжки и полет. Возможность быстро расселяться приводила животных в места с новыми условиями среды, а это вновь меняло их облик, так как для того, чтобы выжить, надо было быстро приспосабливаться к изменившейся обстановке в природе.

Наружный скелет помимо достоинств имеет и существенные недостатки. Например, он не растет вместе с животным: для роста тела необходимо сбросить жесткий наружный покров, быстро подрасти и образовать новый наружный скелет. Так происходит линька. Во время роста животное, лишенное скелета, совершенно беззащитно и может стать легкой добычей даже для своих сородичей (например, раки, крабы, креветки). Кроме того, наружный скелет ограничивает размеры тела, особенно у сухопутных животных.

Внутренний скелет лишен этих недостатков, он растет вместе с животным и позволяет еще более специализировать отдельные мышцы и их группы, достигая при этом рекордных скоростей перемещения тела (рыба-меч, сокол-сапсан, гепард). У всех хордовых внутренний скелет.

Скелет большинства позвоночных животных образован костями, хрящами, сухожилиями. Кости состоят из органических и неорганических веществ и обладают большой прочностью. Кости скелета могут соединяться либо неподвижно – срастаясь, либо подвижно – с помощью сустава. Кости скелета позвоночных имеют специальные места для прикрепления мышц. Прикрепляясь к двум костям скелета, соединенным через сустав, мышца приводит их в движение. Скелет состоит из следующих частей: осевого скелета, скелета конечностей и черепа. Осевой скелет низших хордовых, например ланцетника, представляет собой вытянутый, упругий стержень – хорду. Она расположена на спинной стороне и тянется от головы до хвоста (рис. 146). У более высокоорганизованных позвоночных животных – рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих – достаточно хорошо развит позвоночник, состоящий из хрящевых или костных позвонков. Каждый позвонок состоит из тела, верхних и нижних дуг. Концы верхних дуг позвонков, срастаясь между собой, образуют канал, в котором располагается спинной мозг. К концам нижних дуг, направленным в стороны, прикрепляются ребра (рис. 147). Хорда сохраняется в течение всей жизни лишь у некоторых видов рыб, например у белуги, осетра. У большинства рыб остаток хорды сохраняется между телами позвонков. Позвоночник рыб состоит из двух отделов: туловищного и хвостового (рис. 148).

У земноводных в связи с водно-наземным образом жизни осевой скелет усложнился и представлен шейным отделом, состоящим из одного позвонка, туловищным – из семи позвонков с ребрами, оканчивающимися свободно. Крестцовый отдел состоит из одного позвонка с прикрепленными к нему костями таза (рис. 149). Хвостатые амфибии имеют несколько позвонков в хвостовом отделе.

Позвоночник пресмыкающихся имеет пять отделов – шейный, грудной, поясничный, крестцовый, хвостовой. В шейном отделе позвонки соединены подвижно. Они обеспечивают подвижность головы – необходимое условие наземного существования.

Рис. 146. Поперечный разрез ланцетника: 1 – хорда; 2 – мышцы

Рис. 147. Позвонки позвоночных животных: 1 – тело позвонка; 2 – верхние дуги; 3 – нижние дуги; 4 – канал спинного мозга; 5 – ребра

Рис. 148. Скелет рыбы: 1 – череп; 2 – позвоночник; 3 – спинные плавники; 4 – хвостовой плавник; 5 – анальный плавник; 6 – грудной плавник; 7 – брюшной плавник

Рис. 149. Скелет лягушки: 1 – череп; 2 – шейный отдел позвоночника; 3 – туловищный отдел позвоночника; 4 – крестец; 5 – тазовые кости; 6 – кости передних конечностей; 7 – кости задних конечностей

Рис. 150. Скелет змеи: 1 – череп; 2 – туловищный отдел позвоночника; 3 – хвостовой отдел позвоночника

Грудные и поясничные позвонки несут ребра. У некоторых пресмыкающихся ребра соединяются с грудиной, образуя грудную клетку, защищающую внутренние органы и обеспечивает лучшее поступление воздуха в легкие. Крестцовый отдел состоит из двух позвонков. Хвостовой отдел достаточно хорошо развит, число позвонков в нем различно. У змей все отделы позвоночника, кроме хвостового, несут ребра, концы которых заканчиваются свободно, что позволяет змеям заглатывать крупную добычу (рис. 150).

Позвоночник птиц имеет пять отделов, как и у пресмыкающихся. В шейном отделе от 9 до 25 позвонков, соединенных подвижно. Сросшиеся грудные позвонки и ребра, соединенные с грудиной, образуют грудную клетку. Грудина многих птиц имеет особый выступ – киль, к которому прикрепляются грудные мышцы, активно работающие при полете. Конечный грудной позвонок, поясничные, крестцовые и первый хвостовой позвонки срослись, создав мощный крестец, служащий для опоры задних конечностей (рис. 151). Это повышает прочность скелета, что особенно важно в связи с приспособлением к полету. Кости птиц легкие, многие из них полые внутри.

Позвоночник млекопитающих также состоит из пяти отделов – шейного, грудного, поясничного, крестцового и хвостового (рис. 152).

Скелеты парных конечностей позвоночных животных имеют сходное строение. Передние конечности состоят из плеча, предплечья, кисти. Задние конечности состоят из бедра, голени, кисти (рис. 152). Плечевая кость передней конечности прикрепляется к грудной клетке с помощью пояса передних конечностей, у некоторых животных он состоит из ключицы и лопаток (приматы), у других только из лопаток, так как ключицы отсутствуют (собаки, копытные, китообразные). При помощи пояса задних конечностей, состоящего из тазовых костей, сросшихся с крестцовым отделом позвоночника, задние конечности прикрепляются к позвоночнику.

Рис. 151. Скелет птицы: 1 – череп; 2 – шейный отдел позвоночника; 3 – грудной отдел; 4 – пояснично-крестцовый отдел; 5 – хвостовой отдел; 6 – ребра; 7 – грудина; 8 – киль; 9 – кости верхних конечностей; 10 – кости нижних конечностей

Рис. 152. Скелет кролика. Скелет головы (череп): 1 – лицевой отдел; 2 – мозговой отдел. Отделы позвоночника: 3 – шейный; 4 – грудной; 5 – поясничный; 6 – крестцовый; 7 – хвостовой. Грудная клетка: 8 – ребра. Скелет конечностей: 9 – лопатка; 10 – плечо; 11 – предплечье; 12 – кисть; 13 – тазовые кости; 14 – бедро; 15 – голень; 16 – стопа

Череп состоит из мозгового и лицевого отделов. В мозговом отделе располагается головной мозг.

Несмотря на значительные различия в строении опорно-двигательных структур у разных животных, их скелеты выполняют сходные функции: опоры тела, защиты внутренних органов, перемещения тела в пространстве.

Наружный скелет. Внутренний скелет. Осевой скелет. Позвоночник. Позвонок. Скелет конечностей, пояса конечностей. Сустав.

1. Что лежит в основе эволюционных изменений опорно-двигательной системы?

2. У каких животных наружный скелет?

3. У каких позвоночных животных нет костного скелета?

4. О чем говорит сходный план строения скелетов разных позвоночных животных?

5. Какой вывод можно сделать, познакомившись с общими функциями опорно-двигательной системы у всех животных организмов?

Знаете ли вы, что:

Чем крупнее животное, тем большую часть от его массы тела составляет скелет. У мелких млекопитающих, например бурозубки, масса скелета составляет 8 %, а у слонов и бегемотов – 20 % массы тела.

Опорно-двигательные системы разных позвоночных удивительно сходны, а различия их связаны в основном со средой обитания – водной, наземной или воздушной.

Сходные образ жизни и условия среды обитания приводят к тому, что в скелетах разных животных появляются сходные образования, например киль у летающих птиц и костный гребень на грудной кости у летучих мышей.

1. Как двигаются животные?

2. Чем различаются первичная и вторичная полости тела?

Способы передвижения животных. Движение – одно из основных свойств живых организмов. Несмотря на многообразие существующих способов передвижения, их можно разделить на 3 основные группы.

Амебоидное движение присуще корненожкам и некоторым отдельным клеткам многоклеточных животных (например – лейкоцитам крови). Пока у биологов нет единого мнения о том, что является причиной амебоидного движения. У клетки образуются выросты цитоплазмы, число и величина которых постоянно меняются, как меняется и форма самой клетки (рис. 153 А).

Рис. 153. Схемы движения беспозвоночных: А – амебы; Б – жгутиков и ресничек простейших; В – червя дождевого

Движение при помощи жгутиков и ресничек (рис. 153 Б) характерно не только для жгутиконосцев и инфузорий, оно присуще некоторым многоклеточным животным и их личинкам. У высокоорганизованных животных клетки, имеющие жгутики или реснички, встречаются в дыхательной, пищеварительной, половой системах.

Строение всех жгутиков и ресничек практически одинаково. Вращаясь или взмахивая, жгутики и реснички создают движущую силу и закручивают тело вокруг собственной оси. Увеличение числа ресничек убыстряет передвижение. Такой способ движения свойствен обычно мелким беспозвоночным животным, обитающим в водной среде.

Движение с помощью мышц осуществляется у многоклеточных животных. Мышцы образованы мышечной тканью. Главная особенность мышечной ткани – способность сокращаться. За счет сокращения мышц и осуществляется движение.

У круглых червей поочередное сокращение продольных мышц вызывает характерные изгибы тела. За счет этих телодвижений червь двигается вперед. Кольчатые черви освоили новые способы движения в связи с тем, что в их мускулатуре, помимо продольных мышц, появились поперечные мышцы. Поочередно сокращая поперечные и продольные мышцы, червь, используя щетинки на сегментах тела, раздвигает частички почвы и движется вперед (рис. 153 В).

Пиявки освоили шагающие движения, используя для прикрепления присоски (рис. 154). Брюхоногие моллюски двигаются благодаря волнам сокращения, пробегающим по подошве ноги. Обильно выделяемая слизь облегчает скольжение и ускоряет движение. Двустворчатые моллюски двигаются с помощью мускулистой ноги, а головоногие освоили реактивный способ передвижения, выталкивая воду из мантийной полости.

Многие ракообразные для передвижения по грунту используют ходильные ноги, а для плавания им служит либо хвостовой плавник, либо плавательные ноги. Любой из этих способов передвижения возможен при наличии хорошо развитой мускулатуры и подвижном сочленении конечностей с туловищем.

У большинства членистоногих специальными органами передвижения служат не только ноги, но и (в зависимости от систематической принадлежности) другие образования, например крылья у насекомых.

Движение всех позвоночных животных, имеющих внутренний скелет, также осуществляется с помощью мышц. У рыб это происходит в основном за счет мышц хвоста и туловища, у земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих – за счет мышц конечностей, которые осуществляют такие виды движения, как бег, прыжки, плавание, полет, лазание и т. д. Есть и другие способы перемещения – в зависимости от среды обитания и образа жизни.

Рис. 154. Схема движения пиявок

Лабораторная работа № 10

Изучение способов передвижения животных

Оборудование:

3–5 животных по выбору учителя (все животные в соответствующих садках, чашках, клетках, аквариумах, террариумах).

Ход работы

1. Рассмотрите животных, находящихся перед вами.

Отметьте, как перемещаются животные; каков характер их движений.

Выявите, какие приспособления, органы, части тела участвуют в перемещении животного; как меняется характер движения при испуге или прикосновении.

Оцените приспособленность животных к перемещению в типичной для него среде обитания.

2. Наблюдайте за животными, изменяя условия среды.

Определите характер движения животного; способность менять способы движения; число способов передвижения для каждого объекта.

Полости тела. Полостью тела беспозвоночных и позвоночных животных называют пространство, расположенное между стенками тела и внутренними органами. Впервые полость тела возникает у круглых червей. Полость тела круглых червей называют первичной, она заполнена полостной жидкостью, которая не только поддерживает и сохраняет форму тела, но и выполняет функцию транспортировки питательных веществ в организме, в ней также накапливаются ненужные продукты жизнедеятельности. Внутренние органы круглых червей свободно омываются полостной жидкостью.

Полость тела кольчатых червей так же, как и у круглых, простирается от переднего конца тела до заднего. У кольчатых она поделена поперечными перегородками на отдельные сегменты, а каждый сегмент, в свою очередь, поделен еще на две половины. В каждом сегменте имеется полость тела, заполненная полостной жидкостью, но в отличие от первичной она отграничена от внутренних органов и от стенок тела оболочкой, состоящей из слоя эпителиальных клеток (рис. 155). Такая полость, в которой пищеварительная, выделительная, нервная, кровеносная системы и внутренние стенки тела не омываются полостной жидкостью и отделены от нее стенками, состоящими из одного слоя эпителиальных клеток, называется вторичной полостью тела.

Рис. 155. Схема строения сегментов тела червей кольчатых: А – продольный разрез; Б – поперечный разрез. 1 – полость тела; 2 – поперечная перегородка тела; 3 – слой эпителиальных клеток; 4 – продольная перегородка

У всех хордовых полость тела вторичная. В отличие от кольчатых червей вторичная полость тела хордовых не содержит полостной жидкости, и внутренние органы свободно располагаются в полости.

Движения: амебоидное; за счет биения жгутиков и ресничек; с помощью мышц. Полости тела: первичная, вторичная, смешанная.

1. Какие существуют основные способы передвижения животных? В чем их различие?

2. Какие способы передвижения животных могут использоваться только в водной среде, а какие – в различных?

3. Для каких животных характерно движение с помощью жгутиков и ресничек?

4. Почему нельзя утверждать, что существует универсальный способ движения в любой среде обитания?

Знаете ли вы, что:

Любое движение – это очень сложная, но слаженная деятельность больших групп мышц и биологических, химических, физических процессов в организме.

Когда птица колибри зависает в воздухе у цветка, ее крылья совершают 50–80 взмахов в секунду.