В этом разделе вы найдете интересные вопросы повышенной сложности для предметных олимпиада и работы с одаренными учениками.

 

ВОПРОСЫ «НА СИСТЕМАТИЗАЦИЮ»

1. Сколько ног у домашней мухи?

2. Сколько артерий отходит от сердца у осетра, снегиря, лося, жабы, живородящей ящерицы? 

3. Как устроены органы выделения тропической стрекозы?

4. Чем отличается живорождение у кролика и у гадюки? 

5. Чем Вы объясните тот факт, что осы-парализаторы, охотящиеся на жуков, всегда жалят жертву с нижней стороны?

6. Расположите следующих животных — собака, жираф, курица, лягушка — в порядке снижения кро­вяного давления. Ответ поясните. 

7. Чем отличается жало комара от жала пчелы? Что происходит при укусе комара и пчелы?

8. Как отличить тритона от ящерицы и безногую ящерицу от змеи?

 

 

ВОПРОСЫ НА НАБЛЮДАТЕЛЬНОСТЬ

1. На рисунке изображена серая ворона. У нее двухцветная окраска — серая и черная. Заштрихуйте на рисунке те места, где оперение должно быть чер­ным. 

2. Подчеркните название самой черной птицы: 

а) кулик-черныш; 

б) черный аист; 

в) черный дятел; 

г) тетерев-черныш; 

д) грач. 

А что у каждой из них не черное? 

3. Есть ли разница в том, как пьют воду собака и лошадь? 

4. Из воспоминаний известного путешественника В. Горюнова о его поездке в Индию в 1953 г.:

«...Я пробирался между колючими кустами стре­лолиста, с ветвей которого свешивались хищные ана­конды, готовые загрызть очередную жертву. Под но­гами у меня шуршал папирус. На фоне общего одно­образия выделялись яркие цветы венериного пояса — хищного тропического папоротника. Пару раз тро­пинку пересекали следы тигра или гориллы — страш­ных врагов лесных бизонов. Из гнилого болота в за­рослях бодяги выбежал косматый броненосец и с то­потом устремился в чащу. Начало припекать« За плечо меня больно укусила пиявка, и я понял, что пора возвращаться...»

Какие биологические неточности найдете Вы здесь? Объясните, в чем они состоят. 

 

 

ЗООЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ НА ПЕРЕЧИСЛЕНИЕ

1. Какие беспозвоночные обитают на поверхнос­ти пруда в Вашей местности?

2. Назовите животных разных систематических групп, участвующих в процессе образования почвы. 

3. Какие насекомые — переносчики болезней че­ловека Вам известны?

4. У каких животных одна, две, три, четыре, пять и больше пар ног?

5. Впишите в кружок на карте номер тех трех ви­дов птиц, которые характерны для данного района:

1) белобрюхий рябок, бегунок, дрофа-красотка;

2) широкорот, голубая сорока, мандаринка;

3) глу­харь, рябчик, кукша;

4) улар, большая чечевица, краснобрюхая горихвостка. 

6. Какие функции могут выполнять кровь и гемо­лимфа у разных животных? 

7. У многих певчих птиц есть сложная видовая песня и, кроме того, набор простых коротких сигна­лов, зачастую сходных у разных видов. Какова роль того и другого типа сигнализации в жизни птиц? 

8. Какие функции выполняет хвост у разных ви­дов позвоночных животных? Дайте классификацию этих функций и приведите примеры. 

 

 

ВОПРОС 1

Зачем паукам паутина? 

 

Ответ. 

Слишком краткую формулировку этого вопро­са мы будем понимать так: «Как и в каких целях исполь­зуют пауки паутину?» Прежде всего многие виды пауков используют паутину для строительства убежищ, жилищ. Одни виды делают из паутины выстилку норки и кры­шечку, закрывающую вход в нее; другие строят логовища разнообразной формы. Логовища служат для укрытия от врагов и неблагоприятных условий; обычно они же ис­пользуются и как гнезда при выведении потомства. Не­которые виды строят специальные логовища в виде замк­нутого мешка из паутины, в котором укрываются во время линьки и зимовки. Подводный паутинный «коло­кол» паука-серебрянки содержит запас воздуха для дыхания.

Все пауки сооружают из паутины коконы, в которые помещают свои яйца (иногда в коконе первое время сидят и вылупившиеся паучата). Кокон защищает их от пе­регрева, высыхания, болезнетворных микроорганиз­мов, хищников и паразитов и т. п. Кроме того, самки бродячих пауков могут таскать с собой яйца в ко­коне.

При размножении паутина используется несколькими разными способами. Самцы большинства видов пауков, прежде чем набрать сперму в копулятивные органы, рас­положенные на педипальпах, выделяют капельку спермы на специальные нити или сеточку из паутины. Полово­зрелые самки привлекают самцов запахом своей паутины. Самец, приближаясь к самке, особым образом подерги­вает нити ее сети, что позволяет самке отличить самца от добычи и повышает ее готовность к спариванию. Самцы некоторых видов плетут специальную «брачную сеть», на которую «заманивают» самку ритмическими подерги­ваниями. Иногда самец при спаривании опутывает сам­ку паутиной, видимо, чтобы обезопасить себя от съеде­ния.

Разнообразными способами используется паутина и при ловле добычи. Многие виды пауков по колебанию осо­бых сигнальных нитей узнают, что жертва попала в сеть или пробегает мимо норки. Некоторые пауки (в том числе и бродячие) опутывают добычу паутинными нитями или приклеивают к специальной подстилке, чтобы обездви­жить. Многие пауки для ловли добычи используют сети. При этом часть нитей в сети сухая и по ним движется паук; остальные нити покрыты липким секретом, к кото­рому приклеивается добыча. Есть пауки, которые ловят добычу, отпуская растянутую за отдельную нить сеть или набрасывая растянутую ногами сеточку на жертву. Часть пауков использует для ловли добычи и отдельные нити: забрасывают жертву пучками паутинных волокон, разма­хивают паутинкой с липкой капелькой на конце, к кото­рой приклеивается пролетающая жертва. Наконец, пауки одного из родов выбрызгивают через хелицеры на добычу жидкость из особого отдела ядовитых желез, которая застывает на воздухе в виде зигзагообразной нити, при­клеивая жертву к земле (правда, эта «паутина» негомоло­гична паутине остальных пауков, но по составу близка к ней).

Некоторые пауки сооружают в своих сетях особые плотные ленты из паутины — стабилименты. Ученые по­лагают, что стабилименты заставляют птиц избегать этих сетей и таким образом защищают паука от нападения, а сеть от порчи. Есть пауки, плетущие на листе паутин­ный покров, помещаясь в центре которого они при­обретают сходство с птичьим пометом. Это сходство мо­жет служить как для защиты, так и для привлечения добычи (такие пауки издают запах помета, привлекаю­щий мух).

Пауки используют паутину и для передвижения. Не­которые виды при охоте спускаются на паутинной сети к поверхности почвы и хватают добычу. Потревоженные пауки многих видов падают из сети на паутинной нити, по которой потом поднимаются обратно. Наконец, молодые паучки могут выделять легкую паутинную нить и, при­крепляясь к ней, расселяются с помощью ветра.

 

 

ВОПРОС 2

Какова роль жира в организме животных?

 

Ответ. 

Жиры, или триацилгликоцеролы, выполняют множество функций в организме животных. Пожалуй, наиболее распространенная из них — функция запаса­ния энергии. Как запасные вещества триацилгликоцеро­лы обладают преимуществами перед углеводами и белка­ми. Они не растворяются в воде и в клеточном соке и поэтому не меняют существенно физико-химических свойств цитоплазмы, до омыления не вступают ни в какие реакции в водной среде. В силу своего восстановлен­ного и обезвоженного состояния жиры представляют со­бой высококонцентрированные резервы метаболической энергии. Выход энергии в результате полного окисления жирных кислот составляет около 9 ккал/г, а для углево­дов и белков эта величина равна примерно 4 ккал/г. Жи­ры (в отличие, например, от гликогена) могут запасаться в почти обезвоженном виде, при этом на их долю прихо­дится меньший процент веса тела. Конечные продукты обмена жиров — СО2 и Н2О — безвредны для организма, их избыток легко выводится.

У многих теплокровных животных жир играет важ­ную роль в терморегуляции. Подкожный жировой слой выполняет теплоизолирующую функцию, уменьшая поте­ри тепла. Особенно важное значение это имеет для вод­ных млекопитающих, живущих при низких температурах. Кроме того, у ряда животных существует «бурый жир» — особый вид жировой ткани, прижизненно имеющей бурый цвет. Специальная функция этой ткани — теплопродук­ция. Она осуществляется в результате разобщения в ми­тохондриях процесса окисления и образования АТФ, из- за чего основная доля энергии выделяется в виде тепла. Способность «бурого жира» к теплопродукции чрезвычай­но важна для выживания новорожденных детенышей и согревания животных при выходе из зимней спячки.

У многих животных жировая ткань выполняет меха­нические функции. Она служит отличным заполнителем полостей между органами и образует «подушки», на кото­рых лежат различные внутренние органы. Подкожная жировая клетчатка предохраняет внутренние органы от ударов (например, некоторые ластоногие могут прыгать с высоких утесов) и от ран, в частности, наносимых сопер­никами во время брачных боев.

Для некоторых животных жиры важны как запасной источник «метаболической» воды (например, жир в горбе перблюда). Что жиры — хороший источник воды, видно из уравнения окисления пальмитиновой кислоты: СН₃(СН₂)14С00Н-|-2302=16С02+16Н20.

В ряде случаев жиры используются в качестве смазки. Гак, они входят в состав смазки кожи у млекопитающих и придают коже эластичность; жиром смазывают свои перья водоплавающие птицы, что делает их несмачиваемыми; несмачиваемость лапкам водомерки тоже придает жировое вещество.

У некоторых водных планктонных животных жир вы­полняет гидростатическую функцию, поскольку удельный пес жира меньше, чем воды, его накопление в организме увеличивает плавучесть и облегчает передвижение.

У наземных членистоногих заполненные жиром клет­ки жирового тела служат почками накопления; вредные метаболиты изолируются внутри таких клеток от раство­ри гемолимфы и остаются там до конца жизни.

Иногда жир выполняет специфические функции. На­пример, заполненная жиром полость в голове китообраз­ных, вероятно, выполняет роль линзы, фокусирующей издаваемые животным ультразвуки при эхолокации.

Надо сказать, что под словом «жиры» часто подра­зумевают большую и разнородную в химическом отноше­нии группу веществ — липидов. В организме животных липиды выполняют ряд очень важных функций: являются структурными элементами клеточных мембран и определяют многие их свойства, участвуют в клеточной рецеп­ции, обеспечивают гидрофобное окружение для протека­ния реакций, играют регуляторную роль, обеспечивают изоляцию нервных волокон (подробнее мы не рассмат­риваем здесь данные функции, так как это относится к компетенции биохимиков).

Подчеркнем, что, как и в предыдущем случае, нами дана лишь одна из возможных классификаций функций жира. Можно было бы, например, рассмотреть функции изоляции (теплоизоляция, механическая изоляция, намачиваемая смазка/изоляция нервных волокон) как дну группу.

 

 

ВОПРОС 3

Какими способами животные защищаются от хищников? 

 

Ответ. 

Дадим лишь краткую схему ответа на этот воп­рос с некоторыми комментариями. Как «способ защиты» мы будем рассматривать любое приспособление (особен­ность образа жизни и т. п.), которое, на наш взгляд, сни­жает вероятность гибели особей данного вида от хищни­ков. Мнение о том, что данное приспособление дей­ствительно помогает при защите, часто основано на кос­венных данных, хотя во многих случаях могло бы быть проверено и экспериментально или путем сравнения с близкими видами, которые лишены такого приспособле­ния. При ответе мы не подразумеваем, что тот или иной признак обязательно специально предназначен для защи­ты от хищников (т. е. возник под влиянием этой опас­ности и не имеет другого приспособительного значения).

Разделим все способы на три большие группы. В скобках после описания каждого способа укажем номера тех из них, с которыми он чаще всего сочетается.

1) Избегание встречи с хищником до его обнаруже­ния:

а) обитание в необычной среде, недоступной для боль­шинства хищников (например, в очень сильно засолен­ных водоемах, в нефти, в смоле и т. п.), или короткий популяционный цикл, заканчивающийся в тот период, когда хищников нет, тогда как остальное время пережи­вается в виде покоящихся форм, обычно снабженных средствами пассивной защиты (З.б);

б) использование естественных укрытий (к этому спо­собу отнесем также случаи симбиоза с защищенными животными, например обитание среди игл морского ежа или щупалец актинии и паразитизм) и сооружение укры­тий;

в)  миграции; например, многие планктонные рачки мигрируют днем на большую глубину, где темно и где они недоступны для хищников-рыб, использующих для охоты зрение;

г)  неподвижность (1.д);

д) малозаметность из-за мелких размеров; покрови­тельственная окраска и форма (миметизм); маскировка с помощью различных предметов; отсутствие запаха, бес­шумность; запутывание следов (1.г).

2. Избегание контакта с хищником после его обнару­жения:

а) бегство (1.6); часто «укрытием» служит недоступ­ная для хищника среда — птица взлетает, бобр ныряет и т. п.; это придает данному способу сходство со способом 1 одним из способов бегства может служить реакция «мнимой смерти», при которой, например, жук падает «замертво» на землю (1.г, 1.д), этот способ близок к спо­собу 2.6;

б)  затаивание (способ аналогичен способу (1.г);

в) выбрасывание защитных веществ — чернильного облака (отбивает обоняние хищника и отвлекает его вни­мание от намеченной жертвы), светящегося облака (ис­пользуется глубоководными креветками, ослепляет хищ­ника), ядовитых, едких или обжигающих аэрозолей или жидкостей, липких веществ, затрудняющих движения хищника (2.а; способ отчасти сходен с З.а и в значитель­ной степени — с З.г);

г) предупреждающие окраска, запах, звук (З.а); от­пугивающая окраска; мимикрия (при последнем способе неважно, чтобы хищник был обнаружен);

д) сигнал тревоги (оповещение других особей о при­ближении хищника) (2.а; 2.6; З.г).

Сюда же могут быть отнесены и приспособления, по­зволяющие заблаговременно обнаружить хищника (хо­рошее зрение, слух, обоняние и т. п.), которые полез­ны в сочетании с большинством других способов за­щиты.

3. Способы, действенные при непосредственном кон­такте с хищником:

а)  несъедобность, ядовитость «при съедении» (2.г); на самом деле до «непосредственного контакта» дело здесь доходит редко, так как большинство хищников от рождения или вследствие опыта избегают ядовитых жертв;

б) панцирь, раковина, неперевариваемые оболочки, шипы, иглы, скользкость (2.а) — «бегством» здесь мо­жет считаться принятие защитной позы, например замы­кание створок раковины; способ в значительной мере ана­логичен способу 1.6;

в) крупные размеры (З.б, З.г); в ряде случаев разме­ры эффективны и сами по себе: хищник просто не может проглотить крупную жертву; часто он даже не нападает на чересчур крупную добычу, так что этот способ можно отнести и к первой группе;

г) «активная защита»; жертва «дерется» с хищником, стремясь нанести ему повреждения; при этом чаще всего используются механические средства (зубы, когти, ко­пыта ит. п.) и химические (стрекательные клетки, ядовитые зубы и др., способы впрыскивания яда), ре­же — другие, например электрические органы (З.в); час­то эффективность активной защиты повышается ее кол­лективным характером (2.д);

д)  автотомия (например, отбрасывание хвоста яще­рицей), жертвование частью тела (например, отвлекаю­щая окраска или форма, когда хищнику «подставляется» менее уязвимая часть тела) (2.а).

 

 

ВОПРОС 4

Какие особенности характерны для прикреп­ленных водных животных? Как связаны эти особен­ности с их образом жизни? Ответ подтвердите приме­рами.

 

Ответ. 

Для начала нужно вспомнить, какие водные животные ведут прикрепленный образ жизни. Мы будем считать прикрепленными и таких животных, которые по­стоянно живут внутри прикрепленной трубки или домика, но исключим из рассмотрения наружных паразитов, а также простейших (их сейчас чаще относят не к живот­ным, а к другому царству — протистам). Итак, из много­клеточных прикрепленный образ жизни ведут губки, большинство кишечнополостных на полипоидной стадии, некоторые коловратки, камптозои, часть полихет, немно­гие брюхоногие и довольно многие двустворчатые мол­люски, усоногие раки, мшанки, плеченогие, погонофоры и вестиментиферы, часть полухордовых (крыложаберные), некоторые иглокожие (морские Лилии и ряд вымерших классов иглокожих), асцидии. Пожалуй, не найдется ни одного признака, который был бы настоящей особен­ностью столь различных животных, то есть был свойствен им всем и в то же время отсутствовал у всех неприкреп­ленных видов. Поэтому в ответе речь пойдет о таких при­знаках, которые широко распространены среди прикреп­ленных животных и, как кажется, имеют отношение к их «сидячести» (независимо от распространенности этих признаков среди других животных).

Рассмотрим характерные признаки прикрепленных животных в порядке убывания их «всеобщности».

Наличие средств «пассивной защиты». Почти все прикрепленные животные либо строят убежища, либо имеют различные образования, служащие (наряду с про­чим) для защиты от хищников. Неподвижность способ­ствует использованию таких приспособлений, ведь тас­кать скелет на себе (или в себе) не приходится. Кроме того, многие прикрепленные животные малосъедобны или ядовиты (губки, кишечнополостные, асцидии).

Способ питания. Неподвижность накладывает на способ питания очень серьезные ограничения. Практи­чески единственным доступным источником пищи оказы­ваются взвешенные в воде частицы или организмы. Большинство прикрепленных животных добывают эту пищу путем фильтрации (или близкими к ней способа­ми) . Исключение составляют только кишечнополостные, из которых большинство ловят добычу с помощью щупа­лец. Для питания путем фильтрации обычно нужны водо- движущие приспособления, которые имеются у подав­ляющего большинства прикрепленных животных и обра­зованы чаще всего ресничным эпителием. При подобных способах питания часто оказывается выгодной сложная, разветвленная форма тела или наличие сложных вырос­тов, так как это позволяет собирать пищу с большой площади. Такая форма тела, в свою очередь, создает бла­гоприятные условия для сожительства с симбиотическими фотосинтезирующими микроорганизмами, частично обеспечивающими хозяина пищей. (Нужно заметить, что среди активно подвижных организмов симбиоз с микро­организмами-фотосинтетиками встречается намного ре­же, так как большая поверхность, благоприятствующая фотосинтезу, плохо совместима с активным движением; такой симбиоз широко распространен именно среди сидя­чих форм — губок, кишечнополостных, асцидий и др.) Из общей картины выпадают погонофоры и вестиментиферы, питающиеся, видимо, частично за счет продукции симбиотических хемоавтотрофных бактерий, а частич­но за счет всасывания растворенной в воде органики.

Наличие расселительных стадий. В большинстве случаев расселение осуществляют выходящие из яиц ли­чинки. Они встречаются у всех перечисленных групп животных. Часто личинки не питаются (у губок, кишеч­нополостных, асцидий), то есть служат только для рас­селения. Важная роль этих стадий состоит в поиске и выборе наиболее подходящего субстрата.

Способ оплодотворения. Почти у всех прикреп­ленных животных сперматозоиды (а нередко также и яйцеклетки) выметываются в воду (только у усоногих раков оплодотворение внутреннее). Для многих групп характерен гермафродитизм, но самооплодотворение используется редко, лишь как запасной вариант.

Колониальность особенно важна при ограниче­ниях, которые накладываются на размеры отдельных особей из-за отсутствия совершенной кровеносной и ды­хательной систем. Образование колоний позволяет под­ниматься над субстратом, более эффективно собирать пищу, успешнее защищаться от хищников и конкури­ровать за пространство, уменьшается зависимость от­дельных особей от случайных колебаний локальных условий. (Подвижные колонии встречаются в очень не­многих группах — сифонофоры, сальпы; видимо, коло­нии с трудом достигают степени интеграции, необхо­димой для активного движения.) Почти всегда образо­вание колоний связано с наличием бесполого размно­жения. Характерна для сидячих животных (особенно колониальных) и способность к регенерации, которая служит средством выживания при повреждениях хищ­никами.

6) Отсутствие сложных органов чувств. Главную роль органы чувств играют при активных поисках пищи и при ориентации в пространстве. У сидячих животных они обычно отсутствуют (лишь у сидячих полихет бывают хорошо развитые глаза, позволяющие вовремя заметить хищника).

Может быть, этот ответ можно и дополнить, но ду­мается, что план его ясен. Составляя ответ на подобный вопрос, разумно не просто выписать линейную последо­вательность «особенностей», но и проанализировать связь разных признаков между собой, хотя в данном случае формулировка вопроса этого прямо и не требует.

 

 

ВОПРОС 5

Какие преимущества дает насекомым обще­ственный образ жизни?

 

Ответ. 

Семьи общественных насекомых обычно стро­ят крупные жилища, создание которых не под силу оди­ночным видам. Наличие такого жилища, иногда к тому же весьма прочного (термитники), повышает защищенность как самих насекомых, так и, что намного важнее, их потомства и запасов пищи, которые можно в таком жи­лище хранить. За счет совместной деятельности обще­ственные насекомые (пчелы, муравьи) могут поддер­живать в своих жилищах оптимальный микроклимат (температуру, влажность), что недоступно одиночным видам.

Важные преимущества дает возможность совместных действий. Вместе можно защищаться от более крупных врагов, овладеть более крупной добычей, недоступной для одиночного насекомого такого же размера (мура­вьи). Пчела или муравей, обнаружив богатый источник пищи, может сообщить своим собратьям о его место­нахождении, и те не тратят времени и сил на поиски пищи.

Всем настоящим общественным насекомым свойствен полиморфизм: имеются размножающиеся особи (матки и самцы) и бесплодные рабочие. Матка большую часть своей жизни избавлена от добывания пищи, охраны по­томства и т. п. (у некоторых термитов матка не спо­собна даже самостоятельно передвигаться), поэтому ве­роятность ее гибели резко снижается, а плодовитость может быть очень высокой. Между рабочими особями тоже часто существует «разделение труда». Одни из них охраняют жилище, так что потомство и запасы пищи не остаются без защиты (правда, это не мешает многим видам паразитов и комменсалов жить в муравейниках); другие ухаживают за потомством; третьи в это же время заняты поисками и сбором пищи. Нередко имеется раз­деление бесплодных особей на касты (например, «рабо­чих» и «солдат»): специализированное строение позво­ляет им лучше справляться с определенными функциями.

Как видно из этого краткого ответа, он сводится, в сущности, к поиску адаптивных различий между одиноч­ными и общественными насекомыми. Нередко такая за­дача ставится в вопросе и в явном виде.

 

 

ВОПРОС 6

Сравните между собой насекомых и их пред­полагаемых предков — кольчатых червей. Как Вы думаете, какие главные отличия насекомых от коль­чатых червей повлекли за собой другие отличия в их организации? Выдвинете гипотезу, в каком порядке возникали отличия; как появление одних влекло за собой другие; от каких факторов среды или взаимо­связей в организме зависел этот процесс. 

 

Ответ. 

Предполагается, что кольчатые черви, сходные с современными многощетинковыми, могли быть пред­ками всех членистоногих. Насекомые, вероятно, про­изошли не непосредственно от кольчатых червей, а от многоножкоподобных предков уже после их выхода на сушу. Эти посылки при ответе на данный вопрос мы принимаем без доказательств. Ясно, что специфические особенности насекомых возникли позже, чем общие для всех членистоногих признаки, отличающие их от кольче­цов. О таких признаках в первую очередь и пойдет речь.

Весьма характерный для членистоногих признак — наличие хитиновых покровов, достаточно прочных и не­растяжимых. Этот признак возник, несомненно, еще в период жизни в воде (хитиновый наружный скелет имел­ся уже у кембрийских форм, и им обладают почти все современные водные членистоногие). Возможно, появле­ние наружного скелета было связано с возросшей опас­ностью, исходящей от хищников. Появление прочного наружного скелета, часто имевшего у древних членисто­ногих вид панциря, снизило эффективность передвиже­ния за счет изгибаний тела и полностью исключило воз­можность движения за счет перистальтики.

Значительно большую роль при движении стали иг­рать конечности. Изменение способа движения потребо­вало и перестройки мускулатуры. Вместо кожно-мускульного мешка развилась пучковая мускулатура, обеспе­чивающая сложные и разнообразные движения отделов тела и конечностей. Хитиновый покров обеспечивал место прикрепления мышц (вопреки распространенному мнению, у многих членистоногих хорошо развит и внут­ренний хитиновый скелет, также служащий для прикреп­ления мышц). Наличие скелета сделало возможным и появление членистых рычажных конечностей. Для обес­печения быстроты движений конечностей, состоящих из многих члеников, возникли поперечно-полосатые мышцы.

Усложнение строения ног привело к расширению их функций. У кольчатых червей параподии служат для плавания (ползания) и дыхания и никогда не участвуют в захвате пищи. В противоположность этому практи­чески у всех членистоногих захват пищи осуществляется конечностями. Первоначально, видимо, все туловищные ноги участвовали в захвате пищи, проталкивая ее по пи­щевой бороздке ко рту. Однако вскоре ближайшие ко рту ножки, утратив двигательную функцию, специализи­ровались на проталкивании пищи в рот, а затем и на ее захвате и измельчении. Это привело к важным послед­ствиям — к образованию отделов тела, в первую очередь головы! При развитии мощной мускулатуры «скопив­шихся» вокруг рта жевательных конечностей потребо­вался и мощный скелет для прикрепления мышц; в связи с этим несколько передних сегментов сливаются, обра­зуя у части членистоногих (в том числе многоножек и насекомых) цельную, хорошо обособленную головную капсулу. Голова несет и органы чувств — антенны (ве­роятно, также представляющие собой видоизмененные конечности) и глаза. Несколько передних ганглиев, сли­ваясь, образуют головной мозг, более сложный (по составу), чем у кольчатых червей.

Появление наружного скелета и связанный с этим распад кожно-мускульного мешка, видимо, были причи­ной существенных изменений и некоторых других ор­ганов. Прежде всего редуцируется целом (вторичная полость тела), одна из главных функций которого у аннелид — опора для кожно-мускульного мешка. У низ­ших форм целом еще полно представлен во время эмбрио­нального развития и играет важную роль в органогенезе. В разных случаях за счет него формируются мускула­тура (в том числе сердце), клетки жирового тела, клетки гемолимфы, органы выделения, стенки половых желез. (У высших насекомых целом утрачивает и эти функции и как таковой может исчезнуть полностью.) Становится незамкнутой кровеносная система. Видимо, причин здесь несколько. Во-первых, стенки кровеносных сосудов у аннелид формируются за счет стенок целома и кожно- мускульного мешка, так что при их распаде исчезают и сосуды. Во-вторых, в проталкивании крови по капилля­рам у аннелид важную роль играют перистальтические сокращения мускулатуры; у членистоногих такой способ осуществления кровотока становится невозможен. Прав­да, у них появляется сердце, но весьма примитивное. На­конец, рост членистоногих может осуществляться только за счет периодических линек, так как хитиновый покров практически нерастяжим (это еще одно важное отличие членистоногих). Линька регулируется гуморальным пу­тем, а все клетки покровного эпителия (гиподермы) должны омываться гемолимфой.

Таковы основные отличия членистоногих от айнелид, которые свойственны всем группам членистоногих и, вероятно, все развились параллельно на самой заре воз­никновения этого типа, в водной среде. Что же произошло дальше, при выходе предков насекомых на сушу?

Нужно отметить, что многие из вышеописанных при­знаков были важными преадаптациями, позволившими членистоногим освоить сушу. Хитиновый покров доста­точно надежно предохранял тело от высыхания (нужно было только усилить его влагонепроницаемость, покрыв воскоподобным веществом); членистые конечности обес­печивали передвижение; наличие челюстей позволяло питаться иными способами, чем невозможной на суше фильтрацией. И все же первые наземные членистоногие столкнулись с серьезными проблемами, которые надо было решать незамедлительно.

Главная из этих проблем — экономия воды. Хотя хитиновый покров и защищает тело, неизбежны потери воды при дыхании и выделении. Дыхание всегда осу­ществляется через влажную поверхность, причем эта по­верхность должна быть достаточно велика, особенно при активном, подвижном образе жизни. Если дыхательная поверхность «вывернута» наружу (как жабры), то на суше животное существовать не сможет. При выходе на сушу у самых разных членистоногих, в том числе и у предков насекомых, сформировались за счет наружных покровов весьма своеобразные органы дыхания — тра­хеи, имеющие вид узких пронизывающих тело тру­бок.

Водные животные в качестве продукта азотистого обмена обычно выделяют аммиак, который весьма токси­чен и должен быть растворен в большом количестве воды. Наземным животным такая «роскошь» недоступна; наземные членистоногие экскретируют мочевую кислоту (или ее производные), менее токсичную и слабо раство­римую в воде. При этом у большинства наземных чле­нистоногих имеются своеобразные органы выделения — мальпигиевые сосуды. Они впадают в заднюю кишку, где происходит обратное всасывание воды.

Существенно меняются при выходе на сушу и при­знаки, связанные с размножением. Первоначально у вышедших на сушу членистоногих, освоивших почву, вероятно, сохранялось наружно-внутреннее оплодотво­рение, даже более примитивное, чем у современных водных форм. Например, у большинства многоножек и первичнобескрылых насекомых самец откладывает сперматофор на землю (часто даже в отсутствие самки), а самка позднее подбирает сперматофор своим половым отверстием. Но при освоении открытых наземных место­обитаний необходимо внутреннее оплодотворение, кото­рое и характерно для крылатых насекомых. У прими­тивных водных форм из яйца выходит личинка (напри­мер, науплиус), имеющая всего несколько сегментов. Напротив, у примитивных наземных членистоногих из яйца обычно выходит «уменьшенная копия» взрослого организма (возможно, такое эмбрионизированное разви­тие возникло у предков современных насекомых еще до выхода на сушу). По мере освоения суши яйца членисто­ногих приобретают большие запасы желтка и плотные покровы, предохраняющие яйца от высыхания.

Остановимся вкратце на тех отличиях от аннелид, которые возникли при появлении «настоящих», крылатых насекомых. У них тело четко разделено на грудь, несу­щую три пары ног, и брюшко, конечности которого ре­дуцируются или видоизменяются (например, входят в состав полового аппарата). Происходит концентрация брюшной нервной цепочки, и у высших форм все ее ган­глии перемещаются в грудь и даже сливаются в один. Возникают сложные фасеточные глаза, и усовершен­ствуются другие органы чувств. Появляются крылья и ряд адаптаций, связанных с полетом. Наконец, возни­кает (видимо, вторично) непрямое развитие, при котором личинки и взрослые особи часто не имеют ничего общего во внешнем облике и ведут совершенно разный образ жизни. Все эти признаки, видимо, возникли в связи с переходом от жизни в почве к более подвижному об­разу жизни на ее поверхности и на растениях. Предо­ставляем читателю самому подумать, в какой последо­вательности возникали эти признаки и как они взаимо­связаны друг с другом.

Этот вопрос хорош тем, что в явном виде содержит серьезные требования к логике ответа. Однако из приве­денного (весьма краткого!) ответа видно, что затраги­вается слишком обширная тема. Опыт показывает, что этот вопрос даже при возможности пользоваться ли­тературой вызывает у школьников значительные слож­ности.

 

 

ВОПРОС 7

На рисунке изображены по два пред­ставителя каждого из трех подтипов членистоногих: жабродышащих, хелицеровых и трахейнодышащих. Соедините стрелками животных одного подтипа; стрелки направьте от эволюционно древнего предста­вителя к эволюционно молодому. Объясните, какими соображениями Вы руководствовались. Если Вы знае­те изображенных животных, назовите их. 

 

 

Изображены щитень и манящий краб, ра­коскорпион и иксодовый клещ, чешуйница и рого­хвост.

Ответ.

Отметим две особенности данного вопроса. Во-пер­вых, термин «эволюционно древний» неоднозначен, он может означать как время появления данного таксона, так и сохранение им древних, примитивных черт. Поэто­му верное понимание формулировки требует от школьника весьма высокого уровня зоологической культуры (что в данном случае можно расценивать и как недостаток формулировки, так как вопрос предлагался восьми­классникам). Во-вторых, не зная изображенных живот­ных, школьник почти наверняка не сможет дать развер­нутый, аргументированный ответ. Ему придется руко­водствоваться только признаками внешнего строения, по которым даже принадлежность к тому или иному под­типу определить довольно сложно. На самом деле «не­гласное» требование знать конкретных животных содер­жится во многих вопросах подобного типа.

 

 

ВОПРОСЫ ПО ЗООЛОГИИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

1. Какими способами могут защищаться от хищников прикрепленные животные? Какими способами растения защищаются от поедания их животными? Сравните со способами защиты животных от хищников. 

2. Какие сходные приспособления для экономии воды и существования в условиях пониженной влаж­ности позволили разным группам животных освоить сушу?

3. В каких случаях вода может являться препят­ствием для распространения рыб? Приведите при­меры. 

4. Какие Вы знаете органы у разных представи­телей позвоночных животных, функционирующие лишь в определенные периоды жизни? 

5. Известно, что у ряда позвоночных животных на протяжении коротких промежутков времени могут происходить заметные изменения внешнего облика. С чем это может быть связано? Приведите примеры. 

6. Остатки представителей каких групп орга­низмов используются для установления возраста слоев земной толщи? Какими особенностями должны обладать эти организмы? 

7. Какие животные и как используют в своей жизнедеятельности принципы, лежащие в основе использования ниже изображенных предметов?

8. Вы обнаружили новый вид паразитического животного, сильно упрощенного в связи с таким образом жизни. На основании каких признаков Вы будете решать вопрос о его принадлежности к тому или иному типу животных? 

9. И растения, и насекомые выработали разно­образные приспособления к жизни в пустыне. Опишите сходные приспособления растений и насекомых, в также приспособления, которые есть у растений, но отсутствуют у насекомых, и наоборот. Свое мнение о сходстве и различии приспособлений аргументи­руйте и подкрепите примерами.

10. В чем относительные преимущества и недо­статки наружного и внутреннего скелетов?

11. Какие преимущества могут давать членисто­ногим. мелкие размеры?

12. У каких моллюсков нет раковины и почему?

13. У каких насекомых есть бескрылые формы и почему?

14. У каких животных нет желудка и как они без него обходятся? У каких животных два желудка и за­чем они им нужны? 

15. Какие птицы не строят гнезд для насиживания яиц и как они обходятся без гнезд? 

16. На многих океанических островах независимо друг от друга возникали бескрылые виды птиц. Поче­му?

17. Какие животные питаются только жидкой пи­щей? С какими особенностями их образа жизни это связано? 

18. Во втором случае задается определенный образ жизни и требуется назвать приспособления разных животных, связанные с ним. Какие Вы знаете приспособления у рыб, позво­ляющие им обитать в воде при недостатке кислорода? 

19. Какие приспособления к обитанию в толще прибрежного песка могут иметь животные? Если Вы знаете таких животных, назовите их. 

20. Какие приспособления характерны для живот­ных, обитающих в зоне прилива и отлива? Приведите примеры. 

21. Какие функции у разных животных выполня­ют вещества, секретируемые слюнными железами? Если знаете эти вещества, назовите их. 

22. Какие железы наружной секреции (кроме пи­щеварительных) имеются у млекопитающих и какие функции они выполняют? 

23. Как дышат водные насекомые? 

24. Какие насекомые могут добывать пищу, не перемещаясь, и каким образом они это делают? 

25. Благодаря чему икра разных видов рыб и ам­фибий защищена от поедания хищниками? 

26. Многие животные могут передвигаться по вер­тикальным поверхностям. Что это за животные и ка­кие особенности строения позволяют им не падать?