Хладнокровность земноводных связана с чем
Химия, Биология, подготовка к ГИА и ЕГЭ
Земноводные или амфибии
ну поцелуйте, хоть кто-нибудь!
Земноводные (или амфибии) — считаются переходным звеном между водными и наземными животными, между рыбами и пресмыкающимися. В школьном курсе биологии их изучают на примере лягушек, но амфибии гораздо разнообразнее… Еще их называют холоднокровными — температура их тела соответствует температуре окружающей среды.
Тело Амфибий (или земноводных) : голова, туловище, хвост и суставные конечности
4 отдела позвоночника:
Конечности образуют пояса конечностей и свободные конечности. Очень хорошо развиты и удлинены.
У земноводных есть очень характерная особенность — кожа выступает в роли дополнительного органа дыхания — она тонкая, газопроницаемая, защищена от пересыхания слизистыми выделениями (много кожных желез).
Внутреннее строение земноводных (или амфибий)
Кровеносная система: система кровообращения замкнутая — большой круг + малый круг, сердце трехкамерное — в желудочке кровь смешивается.
Земноводные — холоднокровные животные, т.к. в органы тела поступает смешанная кровь, уровень обмена веществ низкий.
Хладнокровность — эволюционная адаптация вида или (в медицине и физиологии) состояние организма, при котором температура тела живого существа меняется в широких пределах в зависимости от температуры внешней среды.
Механизмы терморегуляции у холоднокровных несовершенны, что объясняется пониженным уровнем обмена веществ, который примерно в 20—30 раз медленнее, чем у теплокровное животных, и особенностями их нервной системы. Температура тела обычно на 1—2 °C выше температуры окружающей среды или равна ей. Повышение температуры происходит в результате поглощения солнечного тепла, тепла нагретых поверхностей (поведенческая терморегуляция) или работы мышц.
На выход температуры внешней среды за пределы предпочтительного диапазона (оптимума) холоднокровные реагируют вхождением в состояние анабиоза, и за счет снижения энергозатрат переживают температурный стресс.
Недостатком пойкилотермности является медлительность животных при температуре ниже оптимума.
Дыхание:
Легкие представляют собой полые мешки с крупно ячеистыми стенками
Система пищеварения:
Во-первых, все земноводные — хищники, т.е они являются консументами >1 порядка
ротовая полость (язык (используется для ловли добычи), слюнные железы, зубы,) → пищевод → желудок → двенадцатиперстная кишка (протоки печени и поджелудочной железы) → тонкий кишечник → прямая кишка → клоака
Органы выделения амфибий:
Нервная система земноводных:
В сравнении с рыбами вес головного мозга земноводных больше.
Головной мозг состоит из 5 отделов:
передний мозг относительно крупный; разделён на 2 полушария; имеет крупные обонятельные доли;
промежуточный мозг хорошо развит;
мозжечок развит слабо в связи с несложными, однообразными движениями;
продолговатый мозг является центром дыхательной, кровеносной и пищеварительной системы;
средний мозг относительно невелик, является центром зрения, тонуса скелетной мускулатуры.
Органы чувств: хорошо развито зрение, органы обоняния, неплохо развит слух, орган осязания — кожа, у головастиков, как и у рыб, есть боковая линия.
Орган слуха — среднее ухо, внешнее ухо (наружное слуховое отверстие) закрыто перепонкой.
Среднее ухо представлено впервые появившейся барабанной перепонкой и барабанной полостью (в ней находится одна слуховая косточка — стремечко). Есть евстахиева труба, соединяющая полость среднего уха с ротовой полостью. Внутреннее ухо состоит из полукружных каналов, содержащих слуховые рецепторы
Размножение земноводных: все амфибии раздельнополы, оплодотворение внешнее.
Сезонная и суточная активность земноводных
Во влажных тропических лесах земноводные активны круглый год, в умеренном поясе они активны лишь в теплое время года, а на зиму впадают в спячку: например, остромордая лягушка и обыкновенный тритон зимуют на суше (под листьями, в закрытых ямах, норах грызунов); травяная лягушка зимует на дне водоемов. В полупустынях и саваннах земноводные впадают в спячку во время засушливого сезона. Суточная активность тесно связана с особенностями обитания: преимущественно наземные животные активны в основном ночью; водные формы активны в течение всех суток или днем.
Это доказывается наличием в строении таких черт, как легочное дыхание, особенности конечностей (отделы конечностей кистеперых рыб похожи по строению на соответствующие отделы конечностей амфибий).
Около 300 млн. лет назад в пресных водоемах появились первые амфибии — ихтиостеги, которые были переходной формой между кистеперыми рыбами и земноводными. У них имелись рудименты жаберной крышки и настоящий рыбий хвост, кожа была покрыта рыбьей чешуей. Наряду с этим они имели парные пятипалые конечности.
От них возникли стегоцефалы, просуществовавшие до мезозоя и давшие начало всем современным группам амфибий, которые появились в конце мезозоя (конец юры — начало мела)
Земноводные – это внушительная группа позвоночных животных, которые занимают промежуточное положение между хордовыми наземными животными и рыбами. Их также называют амфибиями. Греческое слово Amphibia дословно переводится как «две жизни» или «двоякая жизнь», что отлично иллюстрирует суть земноводных. Они рождаются в воде практически рыбами, потом превращаются в наземных существ, но при этом большинство из них навсегда привязаны к водоемам. Поразительные метаморфозы, происходящие при развитии земноводных, длятся несколько месяцев и похожи на ускоренную съемку эволюционных процессов, занявших десятки миллионов лет.
Происхождение
Биологическая эволюция земноводных началась примерно 400 миллионов лет назад, их прародителями стали кистеперые рыбы. Постепенно эволюционирующие существа приобретали необходимые для жизни на земле признаки: каркас из костей и мышц, способный удерживать вес животного; кости передних и задних конечностей; ноздри; легкие, пригодные для дыхания на воздухе, и прочее.
Новые признаки земноводных помогли им не только выжить и освоить прибрежную территорию, но и стать главенствующим видом на планете. Примерно 60 миллионов лет назад амфибии царствовали на Земле, пока не уступили доминирующее место рептилиям. Правда, в те времена земноводные были гораздо крупнее их современных потомков, их габариты измерялись метрами.
Классификация
Ученые спорят о количестве видов земноводных, называются цифры от 2000 до 7700 видов. Зато их классификация полемики не вызывает. Ныне живущий на земле класс Земноводные делится на три отряда:
Среда обитания
Амфибии обладают кожным покровом, который нуждается в постоянном смачивании, без воды они буквально высыхают и быстро умирают. Поэтому около 60% земноводных – это животные, обитающие на суше рядом с теми водоемами, где они родились. Некоторые амфибии никогда не появляются на суше и живут только в воде. Немногие виды обосновались на деревьях. Безногие червяги предпочитают подземную жизнь во влажной почве, подобно обычным червям.
Домом для земноводных становятся места рядом пресными водоемами с достаточно теплой водой. В соленой воде амфибии жить не могут, кроме очень редких видов, например, крабоядной лягушки и жабы аги, которые встречаются в солоноватых устьях рек, впадающих в моря. Для других земноводных соленая вода смертельна, что объясняет практически полное отсутствие этих животных на далеких океанических островах.
Хладнокровные земноводные, система терморегуляции которых устроена таким образом, что при низких температурах они впадают в оцепенение или умирают, при высоких быстро погибают от перегрева, весьма зависимы от температуры окружающей среды и в жаркие дни нуждаются в прохладных водоемах. Некоторые виды обрели полезную способность закапываться в мягкую почву, прячась от иссушающего солнца.
Распространение
Большая часть амфибий обитает в субтропиках и тропиках. Чем дальше от экватора, тем меньше встречаются земноводные. Это опять же объясняется их зависимостью от внешних условий, в первую очередь – от температуры. Существуют уникальные виды, живущие за Полярным кругом, однако это лишь исключения, которые подтверждают общее правило: амфибиям нужно тепло, высокая влажность и теплые водоемы. Для примера: на частично тропическом, частично субтропическом Мадагаскаре насчитывается почти 250 видов земноводных, а в России — всего 28 видов.
Основные признаки земноводных
Амфибии одновременно являются обладателями признаками своих водных предков и наземных позвоночных, вот основные из них:
Строение земноводных
Червяги по праву относятся к амфибиям, но кардинально отличаются от представителей других отрядов амфибий, напоминая внешним видом и строением всем знакомых червей. Большинство же известных земноводных обладают небольшим вытянутым телом с четырьмя конечностями и хвостом в случае с отрядом хвостатых. У хвостатых сирен задние лапы отсутствуют, а у червяг вообще нет конечностей.
Кожа амфибий покрыта железами и сложной системой кровеносных сосудов. Железы выделяют увлажняющую и защищающую от микробов слизь, которая активно участвует в дыхании земноводных, помогая коже впитывать кислород и избавляться от углекислого газа. Слизь амфибий зачастую содержит токсичные вещества и защищает не только от микроорганизмов, но и от хищников. Большая часть амфибий безвредна для человека, но встречаются и чрезвычайно опасные виды. Так, мировой рекорд по ядовитости среди позвоночных принадлежит лягушке листолазу, обитающей в колумбийских лесах.
Мускулатура земноводных обеспечивает разнообразные движения животного, отлично развита и частично сегментирована. Группы мышц крепятся сухожилиями к костям и делятся на приводящие и отводящие, сгибатели и разгибатели. Внутренние органы земноводных довольно просты и включают в себя мозг, сердце, легкие, пищеварительную систему. Самый значительный объем в теле амфибии занимают органы пищеварения.
Дыхание и кровеносная система
Легкие земноводных имеют простое строение и малый объем. Его не хватает, чтобы обеспечить тело животного нужным количеством кислорода. Поэтому природа оснастила амфибий способностью одновременно дышать через легкие и кожу, которая впитывает кислород и разносит его по организму с помощью густой сети капилляров. Дыхание земноводных через легкие осуществляется нагнетанием воздуха постоянными движениями дна ротовой полости.
Кровеносная система состоит из трехкамерного сердца и двух кругов кровообращения. Как и у рыб, у головастиков лишь один круг. Второй появляется вместе с легкими и предназначен для перекачки, обогащенной кислородом, крови из легких к сердцу.
Нервная система и органы чувств
Мозг земноводного – это весьма усовершенствованный по сравнению с рыбьим мозгом орган. В нем имеется пять отделов: продолговатый мозг, мозжечок, промежуточный, средний и передние отделы. Особенно развит передний отдел, который разделен на полушария и больше по размеру, чем у рыб. От мозга амфибии отходит десять пар нервов к органам и конечностям.
Амфибии обладают следующими органами чувств:
Питание
Пищеварительная система земноводных несложная и эффективная. Амфибии ловят пищу мускулистым и липким языком, причем только движущуюся добычу. Если рядом будет неподвижно сидеть съедобное насекомое, лягушка не обратит на него внимание. Безногие виды питаются червями или личинками насекомых, которых находят для еды с помощью обоняния или на ощупь.
Земноводные не умеют жевать, несколько зубов используются лишь для удержания добычи. Слюнные железы помогают сформировать пищевой комок, который по короткому пищеводу отправляется в желудок. Между желудком и кишечником находится двенадцатиперстная кишка, которая активно участвует в пищеварении. Отходы удаляются через толстую кишку и клоаку.
Желудок, помимо своих прямых функций, используется земноводными в качестве гидростатического органа. Подобно плавательному пузырю у рыб, желудок, сжимаясь и разжимаясь, меняет удельный вес животного, что облегчает его погружение и всплытие.
Несмотря на то что личинки земноводных едят растительную пищу, все взрослые амфибии являются хищниками и питаются в основном насекомыми, их личинками, мелкими моллюсками, хотя некоторые виды не прочь поживиться мальками рыб, упавшими в воду грызунами, птенцами и даже себе подобными. Подобный рацион обусловлен тем, что растительная еда не подходит для очень вялого метаболизма, которым обладают хладнокровные земноводные. Млекопитающие существа в этом плане имеют преимущество, легко переваривая растительную пищу, но зато амфибиям нужно значительно меньше еды, чтобы насытиться.
Размножение и развитие
Амфибии – раздельнополые существа. Самки имеют парные яичники, из них яйцеклетки через яйцеводы и клоаку выпускаются наружу. У самцов есть пара семенников, которые соединены семяпроводами с мочеточниками и клоакой. Важным отличием земноводных, роднящих их с рыбами, является наружное оплодотворение: икра и сперма амфибий выделяются непосредственно в воду, где и зарождается новая жизнь.
Развитие личинки происходит с удивительными метаморфозами. Из оплодотворенной икры вылупляются личинки, которые слабо напоминают породивших их взрослых особей. У них нет конечностей, но есть присущие рыбам признаки: жабры, боковая линия, хвост для плавания, один круг кровообращения, двухкамерное сердце.
Постепенно развитие земноводного вступает в фазу метаморфозы: дыхание через жабры сменяется на легочное дыхание, появляется дополнительный круг для циркуляции крови, преобразуется сердце, появляются конечности, исчезает хвост, значительно видоизменяется мозг, органы чувств. За 2-3 месяца происходит поистине магическое превращение рыбообразной личинки во взрослую особь, способную жить на суше.
Значение
Интересные факты
Земноводные очень привязываются к родному водоему и территории вокруг него. Оказавшись по воле случая вдали от дома, они стремятся вернуться к нему, следуя природному инстинкту. Известны факты, когда амфибия преодолевала огромные для нее расстояния (до 800 метров), чтобы оказаться в знакомых с детства водах.
Особенность земноводных с одинаковым комфортом жить на суше и в воде общеизвестна, но есть одна амфибия, которая покушается и на третью стихию – воздух. Яванская лягушка способна буквально парить. При длине в 12 сантиметров она преодолевает по воздуху до 12 метров. Для этого она максимально растопыривает пальцы, используя перепонки между ними как паруса, ловящие потоки воздуха.
Заботливая лягушка, ее научное наименование Rheobatrachus Silus, сильно отличается от других земноводных необычным способом вынашивания потомства. Она проглатывает оплодотворенные икринки, которые развиваются внутри нее. Когда приходит срок, лягушка просто выплевывает лягушат, уже подготовленных к жизни в окружающей среде.
Paedophryne Amauensis — такое имя носит самое миниатюрное земноводная. Длина этой лягушки составляет порядка 8 миллиметров.
Гребенчатый тритон – чемпион по регенерации и выживаемости среди земноводных. Он способен отращивать себе любую конечность или хвост, переносить суровые морозы, оживать из практически засушенного состояния.
Существует целое семейство стеклянных лягушек, кожные покровы которых полупрозрачны и почти не скрывают от постороннего взора внутренние органы.
Червяги очень отличаются от других амфибий. Эти червеобразные существа не имеют глаз и конечностей, плохо слышат, но зато обладают отменным обонянием и осязанием. Живут в основном во влажной почве, в которой прорывают сложные тоннели, используя свой массивный и крепкий череп. Размножаются они тоже по-особенному: самка-червяга около полугода вынашивает в себе яйца, из них вылупляются детеныши, похожие на родителей. Еще одной необычной чертой этих амфибий является забота о потомстве, которое мать кормит собственной омертвелой кожей.
Класс земноводные
Для успешного изучения земноводных предлагаю начать с их классификации. Помните, что классификации это именно то, что раскладывает знания в голове «по полочкам», относитесь к ним с должным вниманием.
Давайте перечислим ароморфозы, которыми сопровождалось появление земноводных.
Ароморфозы земноводных
У ранее обсуждаемой нами рыбы латимерии (целаканта) плавники напоминали конечность пятипалого типа. У земноводных они преобразовываются в скелет передней и скелет задней конечностей, которые мы обсудим в данной статье подробно.
Мышцы дифференцируются (делятся) на мышечные пучки, становятся возможны более сложные и точные движения.
Легкие земноводных представлены в виде тонкостенных мешков, относительно небольшого объема.
Благодаря появлению шейного отдела становится возможным движение головой вверх-вниз, что было невозможным для рыб. Однако, подвижность головы значительно ограничена, и поворот головы из стороны в сторону невозможен.
Лягушка озерная
Покров двуслойный, состоит из эпидермиса и дермы. Эпидермис снабжен густой капиллярной сетью, благодаря которой у лягушки возможен газообмен через кожу. Кожа голая, содержит большое количество желез: она должна быть постоянно увлажнена для интенсивного газообмена.
Около 65% всего кислорода поступает через увлажненную кожу. Увлажнение кожи крайне важно, рекомендую запомнить следующий факт: при пересыхании кожи лягушки газообмен в ней прекращается, и лягушка погибает от недостатка кислорода (гипоксии).
Тело состоит из головы, туловища и двух пар конечностей. Передние конечности короче и слабее задних. Задние конечности служат для плавания, они удлинены и имеют плавательные перепонки между пальцами. Хорошо развита мышечная система: мышцы дифференцированы на отдельные пучки. В теле амфибий насчитывается до 350 мышц.
Скелет лягушки состоит из скелета головы, туловища, поясов конечностей и свободных конечностей. Скелеты поясов конечностей малоподвижны, в отличие от скелета свободной конечности, построенного по типу рычагов.
Имеются туловищный (7 позвонков) и хвостовой отделы позвоночника, доставшиеся земноводным еще от рыб. Однако появляются и новые отделы: крестцовый и шейный, оба содержащие по одному позвонку. Благодаря возникновению шейного отдела, у земноводных становится возможным поворот головы, что было невозможным для рыб.
Скелеты поясов конечностей служат опорой для конечностей. В состав плечевого (переднего) пояса входят: лопатки, ключицы, вороньи кости (коракоиды), хрящи. Ребер нет, вследствие чего грудная клетка отсутствует, передний пояс лежит свободно в толще мышц, грудина не соединена при помощи ребер с позвоночником.
Пояс задних конечностей (тазовый) образован: подвздошными и седалищными костями, лобковым хрящом.
Скелет передней свободной конечности состоит из: плечевой кости, предплечья (образовано сросшимися лучевой и локтевой костями) и кисти (состоящей из запястья, пястья и фаланг пальцев).
Скелет задней свободной конечности образован бедром, голенью (состоит из сросшихся малоберцовой и большеберцовой костей), стопы (включает предплюсну, плюсну и фаланги пальцев).
Короткий пищевод переходит в желудок, продолжающийся в тонкий кишечник, куда открываются протоки желчного пузыря, а также пищеварительных желез: печени и поджелудочной. Тонкая кишка переходит в толстую кишку, оканчивающуюся клоакой.
Легкие представленные тонкостенными мешками, стенка которых густо оплетена капиллярами, в которых происходит газообмен. Дыхательная поверхность легких невелика, они не способны полностью удовлетворить нуждам организма в кислороде, поэтому жизнь лягушки невозможна без кожного дыхания.
Воздух поступает в легкие и удаляется из них благодаря сокращениям мышц дна ротовой полости.
Осуществляется только при увлажненной коже, на поверхности которой растворяется кислород, после чего он проникает в капилляры кожи. Кожа помогает дышать лягушкам при погружении в воду: кислород поступает в кровь напрямую из воды.
При пересыхании кожи животное погибает, так как слабо развитые легкие не в состоянии обеспечить потребности организма в кислороде.
Также дыхание осуществляется эпителием, покрывающим ротовую полость, но это вносит незначительный вклад в процесс дыхания.
Изменения в кровеносной системе земноводных, по сравнению с рыбами, обусловлены заменой жаберного дыхания на легочное. Сердце имеет 3 камеры: 2 предсердия и 1 желудочек, сердце более крупное. Возникает второй (легочный) круг кровообращения.
Физиологически и анатомически сокращение сердца происходят таким образом, что более насыщенная кислородом артериальная кровь изгоняется из него в последнюю очередь и попадает в сонные артерии, идущие к головному мозгу. Таким образом, к головному мозгу направляется более насыщенная кислородом кровь, чем к остальным органам.
По мере образования в почке мочи, она поступает в мочеточники, ведущие в клоаку. Попавшая в клоаку моча стекает в мочевой пузырь, через стенки которого осуществляется всасывание воды. При сокращении стенок мочевого пузыря концентрированная моча выводится в клоаку, откуда выбрасывается во внешнюю среду.
Головной мозг земноводных отличается от мозга рыб полностью разделенным на два полушария и более развитым передним мозгом.
Мозжечок и средний мозг развиты гораздо слабее, так как земноводные малоподвижны и их движения относительно простые: они передвигаются по плоскости в «2D измерении». Перемещение рыб в таком случае можно обозначить как в «3D измерении». Это упрощенное, но вполне справедливое сравнение.
Свободные конечности земноводных позволяют им совершать более разнообразные движения в отличие от циклических поворотов плавников и тела у рыб.
Меняется форма хрусталика. Если у рыб он был шарообразный, то у земноводных его форма становится более выпуклой (как и форма роговицы). Хрусталик приобретает форму двояковыпуклой линзы. Амфибии видят дальше рыб.
Однако аккомодация, настройка глаза на наилучшее видение объекта, остается на том же уровне, что и у рыб: достигается только за счет перемещения хрусталика вперед и назад. Эти перемещения помогает совершать особая ресничная мышца, возникшая у земноводных.
Наземная среда меняет и характер передачи звуков: теперь он передается через колебания воздуха. Если рыбам в воде было достаточно внутреннего уха для улавливания колебаний воды, то земноводным этого мало. У них впервые возникает среднее ухо, которое снабжено барабанной перепонкой, чувствительной к колебаниям воздуха.
Лягушки раздельнополые животные, оплодотворение наружное. Размножение и начальные этапы развития земноводных происходят в воде, поэтому амфибий крайне редко можно встретить в засушливых местах, где водоемы отсутствуют.
Во время оплодотворения самец удерживает самку сзади и надавливает передними конечностями на ее брюшко, что приводит к выметыванию икры. Эта икра сразу же оплодотворяется семенной жидкостью самца.
Головастики
Значение земноводных
Земноводные, как и все живые организмы, являются звеном в цепи питания (консументами). Они уничтожают многих кровососущих насекомых, а также насекомых, которые наносят вред культурным растениям.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.