Доклад: Понятие губки. Губки - описание, типы, признаки, питание, примеры и классификация
Губки, которые продаются в магазинах и используются для мытья посуды или уборки на кухне, не настоящие. Они сделаны из синтетических материалов, хотя очень напоминают настоящую губку и удобны в употреблении.
Но настоящие губки появляются в море, а не в химической лаборатории. Долгое время многие были уверены, что знают все о губках. Считалось, что это растение, пока в 1825 году один человек по имени Роберт Грант не доказал, что губки когда-то были животными!
Он рассмотрел губки в воде через микроскоп. И увидел струйки воды, которые входили через одни отверстия и выходили через другие. Но все-таки много лет ученые еще не знали, что это за животное. Полагали, что это крошечные одноклеточные создания, которые живут вместе в одной большой колонии.
Сейчас мы знаем, что губки — это высохшие скелеты морских животных, относящиеся к классу «пористых». Это довольно значительная группа животных. И хотя губки — это одна из низших форм в животном мире, их структура довольно сложна.
Верхний слой их состоит из плоских ячеек, чем-то напоминающих лестницу. Каналы, образуемые этими ячейками, не похожи на те, которые есть у других животных. Они имеют форму колонн, каждая из которых заканчивается большим «водосливом». Эти водосливы всасывают воду в губку, а затем выпускают ее. Таким образом губки добывают кислород и пищу (миллионы крошечных организмов, которые всасываются вместе с водой). Отходы также выбрасываются вместе с отработанной водой. Вот почему свежие губки, в которых еще осталась вода, плохо пахнут. Но надо заметить, что это защищает губки, потому что запах отбивает у других животных желание их есть!
В центре губки находится светлая желеобразная масса, в которой содержатся перемещающиеся ячейки. Они, вероятно, участвуют в процессах переваривания пищи, дыхания и удаления отходов. Губки могут иметь различную форму и цвет. Вообще они очень разнообразны, наиболее ценные виды губок можно встретить на большой глубине на расстоянии 80-130 км от берега.
Несмотря на то, что современная промышленность выпускает много заменителей морских губок из пористой резины и поролона, ценность природного материала нисколько не снизилась. Дело в том, что по нежности и гигроскопичности все искусственные изделия этого рода значительно уступают натуральным губкам. Около 50 лет назад мировая добыча морских губок равнялась 300 тоннам в год и оценивалась примерно в 4 миллиона долларов. Более поздних данных о промысле туалетных губок не имеется, цена их на мировом рынке по-прежнему высока.
Губки относятся к самым низко организованным представителям многоклеточных. Пористое тело морской губки пронизано системой каналов, выстланных жгутиковыми клетками, которые гонят по каналам морскую воду и извлекают из нее пищевые частицы. Пространство между каналами заполнено студнеобразной массой и заключенным в нее опорным скелетом — эластичными нитями рогоподобного вещества спонгина либо же иглами из кремнезема или углекислого кальция. Ценность представляет только скелет.
Наиболее широкое применение с древнейших времен до наших дней имеют туалетные губки, скелет которых лишен минеральных игл. Промысел туалетных губок ведется в умеренных, субтропических и отчасти тропических морях на небольшой глубине. Ныряльщик отрывает губку от камня или другого субстрата и укладывает ее в сетку, которую затем поднимают с помощью веревки в лодку. Иногда применяют драгу или железную кошку, но при таком способе добычи много губок повреждается. Добытые губки вымачивают в пресной воде, а затем долго переминают ногами, чтобы отделить от скелета все мягкие ткани. Промытые и высушенные губки сортируют по величине, форме и мягкости, после чего они поступают в продажу.
Скелеты глубоководной губки «корзиночка Венеры» продаются в Японии в качестве украшений-безделушек и стоят довольно дорого. Добыть с глубины нежную губку, не повредив ее, можно только с помощью специального орудия лова из тонких бамбуковых стволов с крючками. Чтобы погрузить снасть на дно, ее утяжеляют камнями. Поднятые губки развешивают на ветвях деревьев, где под воздействием дождей и солнца они очищаются от мягких тканей.
Как питаются губки?
Может быть, в это трудно поверить, но губки — животные! Это одни из самых странных представителей животного мира и больше походят на растения, чем на животных.
Существует более пяти тысяч различных видов губок. Они могут быть всевозможных цветов, начиная с зеленого, коричневого, желтого, красного и оранжевого и кончая белым. Они могут иметь форму веера, купола, шара и раструба.
Некоторые губки ветвятся подобно деревьям. Другие распростерты плоскими массами губчатой ткани по поверхности подводных скал, больших раковин и кусков дерева. Некоторые из них совсем маленькие, меньше двух сантиметров в длину. Другие, напротив, большие: до метра в высоту или в ширину.
Взрослые губки никогда не передвигаются с места на место. И несмотря на то, что губка — животное, она никак не прореагирует на ваше прикосновение. У губки нет ни головы, ни рта. У нее нет ни глаз, ни ушей, ни каких-либо других органов чувств. Также у губок отсутствует сердце, желудок, мышцы и нервная система. Если живую губку разрезать пополам, то все, что вы увидите, это слизистая масса с дырками, или каналами, пронизывающими ее насквозь.
Не правда ли, это вовсе не делает ее похожей на животное? И вы вполне можете понять, почему даже ученые очень долго не могли распознать в ней животное.
Так что же делает губку животным? То, как она питается. Губка отлавливает свою пищу. Она не производит, подобно зеленым растениям, пищу для самой себя, а питается маленькими растениями и животными, обитающими в воде рядом с ней.
Как же она это делает? Губчатые стенки напоминают сито, или фильтр, который отцеживает маленькие растения и животные из воды. Вода загоняется и выводится из губки при помощи постоянно двигающихся маленьких, похожих на хлыстики нитей, называемых жгутиками. Жгутиковые клетки захватывают пищу. Вокруг основания жгутика располагается липкая поверхность, к которой и пристает пища. Какая-то часть пищи переваривается там, а оставшуюся пищу «путешествующие» по губке клетки разносят по другим участкам.
Губки (porifera, или spongia) относятся к типу беспозвоночных, образуя слепую ветвь в основании филогенетического древа многоклеточных. Это исключительно своеобразные животные. Их внешний вид и строение столь необычны, что долгое время не знали, куда отнести эти организмы - к растениям или животным. Лишь во второй половине XVIII века, когда подробнее познакомились с жизнедеятельностью губок, не осталось сомнений в их принадлежности к миру животных . Среди многоклеточных животных они, несомненно, являются наиболее примитивно организованными существами, о чем свидетельствуют простота строения их тела и значительная самостоятельность образующих его клеток. Это неподвижные животные, прикрепленные ко дну или различным подводным предметам. Среди губок встречаются одиночные и колониальные виды. В благоприятных условиях губки образуют иногда сплошные обрастания на подводных предметах. Большинство губок относится к морским животным. Из 5000 видов губок лишь около 150 видов обитают в пресных водоемах.
Пресноводные губки относятся к классу обыкновенных губок, отряду кремнероговых. В этом отряде три семейства: потамолипиды, представители которого обитают в некоторых африканских озерах, космополитное семейство спонгиллиды (или бадяги), обитающие во всех пресноводных водоемах мира, в том числе и в Байкале и эндемичное семействолюбомирскииды, представители которого живут лишь в озере Байкал. Любомирскииды составляют одну из главных достопримечательностей озера Байкал, привлекая внимание исследователей своей непохожестью на другие пресноводные формы губок.
Внешний вид и места обитания губок. Внешний вид губки очень характерен. Кроме ветвистой формы байкальские губки могут быть корковыми, шарообразными, грибовидными (вид сварчевская папирация имеет форму маленьких беловатых изящных "шапочек", диаметром 1-4 см). Размеры губок варьируют в широких пределах: от 1-2 см в диаметре у плоских форм и до 1 м высотой у древовидных. Все байкальские губки более прочные и жесткие, чем бадяги. Ткань губки очень плотная и упругая, разрывается с некоторым усилием. Для всех губок, как пресноводных, так и морских, характерен своеобразный резкий и неприятный запах.
Почти всем пресноводным губкам, выросшим на свету, свойственна ярко-зеленая окраска. Она зависит от симбиотических одноклеточных водорослей зоохлорелл, обитающих в их теле. У губок, выросших на глубине или в тени, зеленая окраска отсутствует. Такие губки могут быть грязно-белого, бурого, голубоватого или красноватого цвета. Иногда лишь часть колонии оказывается зеленой. Различные виды, растущие в прибрежной зоне Байкала, отличаются оттенками зеленого.
Губки поселяются на очень разнообразном субстрате. Бадяги в пресных водоемах пышно развиваются на деревянных сооружениях, дамбах, сваях мостов, облюбовывают затонувшие коряги и хворост. В Байкале они населяют, в основном, прибрежные мелководные заливы и соры, прикрепляясь с отрицательной стороны камней. Любомирскииды предпочитают воды открытого Байкала и колонизируют практически весь спектр глубин (от 1,5 до 900 м и, возможно, ниже). Наиболее массовые поселения встречаются на глубинах от 1,5 до 40 м, где колонии самой крупной ветвистой губки любомирскии байкальской образуют подводные леса.
Внутреннее строение губок. Рассматривая губку, разрезая ее, мы не находим в ней каких-нибудь заметных простым глазом органов, а видим только шероховатое на ощупь вещество, пронизанное пустотами и каналами. При изучении губки под микроскопом при слабых увеличениях в ней можно различить два элемента: скелет и паренхиму. Скелет состоит из кремниевых игл или спикул, склеенных между собой в пучки прозрачным веществом - спонгином. Пучки спикул образуют более или менее правильную сеть или пространственную решетку в теле губки . Форма спикул и архитектоника скелета, т.е. расположение спикульных пучков, имеют диагностическое значение и являются характерными для каждого вида. Спикулы с закругленными концами носят название стронгилей, спикулы с заостренными концами называются оксы. В отличие от бадяг, байкальские губки имеют очень прочный скелет, т.к. их спикулы спаяны большим количеством спонгина.
Скелет пронизывает мягкое слизистое вещество - паренхиму и служит ей опорой. Паренхима состоит из мезоглеи и рассеянных в ней клеточных элементов, для которых мезоглея играет ту же роль, что и плазма крови для кровяных телец. В состав губки входит несколько типов клеток. Снаружи губка покрыта дермальными клетками. Внутренние полости, так называемые жгутиковые камеры, выстланы хоаноцитами, имеющими постоянно движущийся длинный жгут. Силикобласты и спонгиобласты участвуют в работе по образованию кремниевых спикул. Амебоциты находятся в мезоглее и обладают потенциальной возможностью производить все остальные клеточные элементы, в том числе гонады. Нервные клетки у губок отсутствуют, соответственно, нет раздражимости.
Полости, которыми пронизано все тело губки , образуют важнейшую, так называемую ирригационную систему, которая делится на две части - приводящую и отводящую. Приводящая система начинается многочисленными порами на поверхности губки и разветвляется в приводящие каналы и полости. Каналы отводящей системы, постепенно сливаясь друг с другом в более крупные протоки, подходят также к поверхности губки и впадают в оскулярные отверстия или оскулюмы. Тонкие стенки всюду отделяют приводящую систему каналов от сходной с ней отводящей, и между ними нигде нет непосредственной связи. Такое сообщение происходит лишь в жгутиковых камерах. Движение жгутов в жгутиковых камерах представляет тот двигатель, который создает непрерывный ток воды через все тело губки . Жгуты совершают постоянные винтообразные движения. Таким образом, каждая из бесчисленного множества камер выполняет роль насоса. Их соединенные усилия заставляют воду входить в поры, проходить всю сложную систему каналов и выбрасываться через оскулярные отверстия.
Жизнедеятельность губок. Сидячий образ жизни губок делает их похожими на растения. Однако отдельные их клеточные элементы обладают поразительной подвижностью. Скорость передвижения некоторых клеток варьирует от 0,6 до 3,5 микрон в минуту (1 мк =1/1000 мм). Если кусочек живой губки протереть через мелкое сито и несколько капель такой выжимки разболтать в небольшом количестве воды, то под микроскопом можно рассмотреть массу живых клеток, которые движутся, выпуская псевдоподии. Особо подвижны силикобласты, принимающие участие в построении кремниевых спикул, которые образуются внутри материнской клетки. Вначале возникает осевая нить, к которой подходят силикобласты и отлагают на ее поверхности слои кремнезема до тех пор, пока спикула не достигнет необходимой толщины. Готовая спикула затем перемещается в мезоглею другими клетками, которые ставят ее на нужное место в скелетном пучке. Приклеить ее к пучку - задача спонгиобластов, выделяющих спонгин.
Губки питаются взвешенными в воде частицами. Вода, проходя через поры, попадает в жгутиковые камеры, где мелкие частицы захватываются хоаноцитами, а затем выбрасываются в мезоглею, где вторично поглощаются другими клетками - амебоцитами, которые их переваривают и разносят питательные вещества по всему телу. Губки лишены избирательности и захватывают как питательные, так и непитательные вещества. От несъедобных частиц губка постепенно освобождается, выводя их через оскулюмы. Таким образом, пищей для губок служат взвешенные в воде вещества, если величина частиц позволяет проходить им через поры. Но количество взвешенной твердой пищи недостаточно для питания губок, и дополнительным источником являются растворенные в воде органические вещества. Вместе с током воды в тело губки поступает кислород.
Размножение губок. Все губки являются раздельнополыми. Одни особи продуцируют только яйца, другие сперматозоиды, хотя внешне мужские и женские особи ничем не различаются. Сперматозоиды проникают через поры вместе с водным током внутрь женских особей и оплодотворяют яйца. Образование личинки происходит внутри материнского тела. Когда личинка созреет, она покидает его и становится на некоторое время свободноплавающей. Вращаясь, личинка оживленно плавает в поисках подходящего субстрата. Прикрепление личинки происходит обыкновенно в течение первых 12 часов после выхода из материнского тела, но иногда может запаздывать и до двух суток. Осевшая личинка уплощается, превращаясь в маленькое беловатое пятнышко, в котором очень скоро уже можно узнать маленькую губочку. При развитии губки из яйца до свободноплавающей личинки наблюдается полное сходство с эмбриональным развитием других животных. Но метаморфоз личинки, начинающийся после ее прикрепления, представляет характерный для всех губок процесс, отличающий их от всех остальных многоклеточных животных. Зародышевые слои меняются местами, по этой причине губок называют животными "вывернутыми наизнанку".
У всех пресноводных губок, кроме байкальских, имеется также процесс бесполого размножения, результатом которого является образование геммул. Это покоящиеся стадии, предназначенные для сохранения вида в течение неблагоприятных сезонов (холодных или засушливых). Также геммулы спонгиллид выполняют функцию расселения по другим водоемам, куда они могут заноситься ветром, водяными птицами или другим путем. Геммулы сохраняют жизнеспособность в течение нескольких лет, способны переносить замораживание и высыхание.
Очень важным отличием байкальских эндемичных губок от космополитных спонгиллид является отсутствие у них способности к размножению с образованием геммул. Постоянство температурного режима глубоководного озера способствовало исчезновению этой стадии из их цикла развития. Интересно, что и некоторые космополитные спонгиллиды, живущие в Байкале, также утратили способность к геммулообразованию.
Биологическое значение губок. Являясь активными биофильтраторами и благодаря массовому распространению в Байкале, губки составляют важное звено в экосистеме озера и играют существенную роль в его гидробиологическом режиме. Роль губок определяется их участием в трофических цепях, поскольку они являются важнейшими потребителями зоо- и фитопланктона, развивающегося в толще прибрежных вод, а также кремния, необходимого для постройки скелета.
Систематика губок. Эндемичное семейство любомирскииды представлено в Байкале 14 видами, относящимися к четырем родам. Род любомирския, куда входит наиболее известная ветвистая губка любомирския байкальская, характеризуется хорошо дифференцированными продольными и поперечными пучками скелетных игл или спикул, заостренными с обоих концов и покрытых шипиками. Кроме ветвистой формы сюда входят еще 3 вида корковых губок. Виды рода байкалоспонгия не ветвятся, а образуют массивные корки, желваки, твердые, жесткие наросты или имеют глобульную, грибовидную форму. Скелетная решетка менее упорядоченная; среди спикул преобладают стронгили. Род сварчевския включает в себя один вид - сварчевския папирусная. Это губки в виде маленьких беловатых "шапочек", часто с одним оскулярным отверстием на вершине. Недавно открытый новый род резинковия включает два вида.
Е.В.Вейнберг
Губки. Это самые простые многоклеточные организмы (рис. 78). Примитивность их организации подтверждается отсутствием тканей и органов, хотя тело простейших состоит из различных типов клеток. Это неподвижные животные, часто образующие колонии. Живут они, прикрепившись к субстрату, в морях и океанах, реже - в пресных водоемах. Форма тела губок разнообразна, но чаще всего оно напоминает мешок или бокал, пронизанный многочисленными отверстиями - порами. Тело губки образовано двумя слоями клеток, между которыми располагается студенистая масса - мезоглея. В ней образуется известковый или кремниевый скелет губки, поэтому на ощупь тело твердое. Но иногда скелет образуется полностью из эластичного органического вещества. После смерти организма в этом случае остается упругая пористая масса, которую называют туалетной губкой. Через поры и каналы тела идет постоянная фильтрация воды, вместе с которой в полость попадают пищевые частицы. Они захватываются жгутиковыми клетками внутреннего слоя и перевариваются. Непрерывная работа жгутиков обеспечивает ток воды.
Живые губки напоминают сырую печенку и имеют резкий специфический запах. Иногда они содержат токсичные вещества, поэтому другие животные редко используют их в пищу. Губки часто сожительствуют с другими организмами, в их полостях и пустотах обитают мелкие ракообразные, черви, моллюски. В свою очередь, губки сами могут поселяться на панцире крабов, раков-отшельников, раковинах моллюсков.
Рис. 78. Губки: 1 - сифон; 2 - пресноводная бодяга. Кишечнополостные: 3 - гидра (1 - рот; 2 - пищеварительная полость; 3 - клетки эктодермы; 4 - клетки энтодермы; 5 - подошва; 6 - щупальца; 7 - яичник; 8 - семенники); 4 - медуза корнерот; 5 - коралловый полип (колония)
Губкам свойственно как бесполое, так и половое размножение. При бесполом размножении у них образуются внутренние почки. Губки в большинстве случаев обоеполы. Из оплодотворенной яйцеклетки развивается личинка, из которой развивается новый организм.
Бодяга - это пресноводная губка, обитающая в заросших водоемах, богатых органическими остатками. У бодяг роговой скелет соединен с мельчайшими известковыми иголками. Сухие растертые бодяги употребляют для шлифовки металлов в качестве абразивного материала. Иногда их используют в медицине и как косметическое средство.
В природе губки выполняют роль фильтров, но в загрязненной воде они жить не могут.
Кишечнополостные. Как и губки, кишечнополостные относятся к низшим многоклеточным (см. рис. 78). Насчитывается около 20 тыс. видов кишечнополостных. Для большинства из них характерна прикрепленная форма - полип. Это гидры, коралловые полипы, морские анемоны (актинии). Но есть и свободно плавающие - медузы. Некоторые виды на разных стадиях развития могут иметь как полипоидную, так и медузовидную форму, причем полип представляет собой бесполое поколение, а медуза - половое.
Все кишечнополостные имеют единый план строения. Это двухслойные животные с полостью внутри. Дифференциация клеток более высокая, чем у губок. У кишечнополостных появляются нервные клетки, образующие нервную систему диффузного типа. Кишечнополостные имеют лучевую симметрию тела. У сидячих форм полипов тело имеет цилиндрическую форму, на переднем конце ротовое отверстие, окруженное щупальцами. Количество щупалец различно. У плавающих медуз тело имеет форму зонтика, а ротовое отверстие и щупальца находятся на нижней стороне, под зонтиком. У всех видов на щупальцах расположены стрекательные клетки, служащие для защиты и нападения. При раздражении чувствительного волоска клетка выстреливает нить с гарпуном на конце и поражает жертву ядовитой жидкостью. Парализованные мелкие животные становятся пищей полипа или медузы, которые с помощью щупалец отправляют их в рот. Проглоченная добыча переваривается в кишечной полости и клетках энтодермы. Непереваренные остатки выбрасываются через рот. Размножаются полипы почкованием, иногда образуя целые колонии. Но возможен и половой процесс. Половые клетки созревают на одной особи, но оплодотворение перекрестное. Из оплодотворенного яйца образуется личинка - планула, которая свободно плавает, покрывается плотной оболочкой и может переносить неблагоприятные условия. Прикрепляясь к субстрату, она образует новый полип. У видов со сменой поколений на полипе образуются медузоидные формы, которые отделяются от полипа и свободно плавают. Гаметы созревают только у медуз, а из личинки образуется вновь стадия полипа. Так происходит чередование поколений.
1. Гидроидные. Наиболее известное кишечнополостное наших пресных водоемов из этого класса - гидра. Это небольшое, величиной не более 1 см, животное имеет форму стебелька и ведет прикрепленный образ жизни. На переднем конце у ротового отверстия располагается 6-12 щупалец, с помощью которых гидра захватывает пищу. Размножается она почкованием и половым путем. Летом преобладает почкование, оно идет весьма активно. Оформившиеся молодые особи отделяются от материнского организма. Осенью гидра приступает к половому размножению. Взрослые гидры зимой погибают, а образовавшаяся в результате полового процесса личинка перезимовывает на дне водоема и весной дает начало новому полипу. У гидры развита регенерация - способность восстанавливать утраченные части тела. Если полип разрезать на несколько частей, то из каждой части может возникнуть новый организм.
У морских полипов почка не отделяется от материнского организма, а остается на нем, образуя колонию в виде кустика. Иногда на колонии образуются особые почки, в которых развиваются медузы - половые особи. Они отпочковываются от полипа, и течение переносит их на большое расстояние. Это способствует лучшему расселению вида. Поскольку медузы плавают и ведут активный образ жизни, их нервная система устроена сложнее, а в основании щупалец имеются примитивные глаза и органы равновесия. Поэтому медузы различают свет и тьму, верх и низ в воде. У медуз образуются половые клетки. Оплодотворение происходит в воде, а образующаяся планула дает начало полипоидной стадии.
2. Сцифоидные. Для этих кишечнополостных характерно слабое развитие полипа, но образование сложных и крупных медуз. Размеры видов сцифоидных могут достигать 1-2 м в диаметре, а многочисленные щупальца свисают на 10-12 м. Так, например, у медузы наших морей ушастой аурелии диаметр зонтика составляет 40 см, а у северной цианеи - до 2 м. Многие медузы опасны для человека. Своими стрекательными клетками они могут вызвать ожоги, отравления, а в некоторых, особо тяжелых случаях - даже смерть.
3. Коралловые полипы наиболее многочисленны и разнообразны. Название класса дословно переводится с греческого как животные-цветы. Они живут в морях, образуя целые колонии, и действительно похожи на яркие цветы. Пищеварительная полость у колониальных полипов единая, но поделена на камеры, что увеличивает поверхность, на которой происходит пищеварение. Размножаются они как половым, так и бесполовым путем, но чередование поколений у них отсутствует.
Мягкое нежное тело полипа защищено известковым скелетом, который наращивается от основания вверх. Хотя сами полипы невелики (около 1 см в длину и до 2 мм в диаметре), но колонии из миллиардов живых существ создают мощные известковые сооружения в тропических морях - рифы.
Различают береговые рифы, барьерные рифы и коралловые острова - атоллы. Береговые рифы - результат деятельности кораллов в непосредственной близости от берега. Барьерные рифы расположены в удалении от берега и тянутся на большие расстояния. Большой барьерный риф вблизи Австралии имеет длину в полторы тысячи километров.
Атоллы - это коралловые острова кольцевидной формы, диаметр которых достигает 10 км. В центре атолла обычно находится озеро с морской водой, а берега образованы коралловым известняком. Такой коралловый риф обычно появлялся вокруг вулканического острова, если потухший вулкан постепенно погружался в воду. Кораллы, требовательные к свету, пище и кислороду, нарастали верхней частью, а на глубине около 30 м части колонии отмирали, оставляя свой известковый скелет.
Постройки кораллов со временем прессуются в сплошной плотный коралловый известняк. Коралловые рифы изобилуют многочисленными рыбами, моллюсками, ракообразными и прочими животными.
Среди представителей этого класса есть и одиночные формы, не образующие скелета. Это актинии, или морские анемоны. Они малоподвижны или неподвижны. Некоторые из них поселяются на панцирях рака-отшельника. Рак перетаскивает актинию по дну моря и обеспечивает пищей, а актиния защищает его от врагов, парализуя стрекательными клетками мелких рыб и других животных.
| |
§ 57. Царство животных. Простейшие
§ 59. Плоские, круглые и кольчатые черви
Есть животные, которым везет. Без них не обходится ни один учебник зоологии.
Их все знают. Инфузория-туфелька, гидра, паук-крестовик, речной рак, майский жук, лягушка... А остальные? Что, они менее важны? Или не так интересны? Да нет. Просто учебник, как бы ни хотелось авторам, не может объять необъятное.
А ведь мир животных необъятен. Среди «неучебниковых» животных множество удивительно интересных. С разных точек зрения: с эволюционной, из-за своего поведения, практической значимости, связанных с ними легенд и предрассудков. Вот о них мы и поведем речь.
На свете существует около 5000 видов губок, более 300 из которых обитает в морях России. До морей большинству из нас далеко, но найти губок не так трудно. В реках и ручьях обитают пресноводные губки – бадяги, представители родов Spongilla и Ephydatia . Они любят чистую воду и могут служить индикатором чистоты водоема.
Много ли мы знаем о губках? Если вопрос адресовать школьнику, ответ будет однозначен – ничего, если учителю – ну, так, что-то слышал, в свое время сдавал, потом забыл за ненадобностью. Да и большинство учебников упоминает губок как-то вскользь, не очень подробно и, похоже, не очень охотно. В чем же дело, почему так не повезло целому типу животных, довольно многочисленному и широко распространенному?
Наиболее вероятный ответ состоит в следующем. Не только авторы учебников, но и все зоологи до сих пор не знают точно, куда, в какое место животного царства поместить губок. То ли это колонии простейших, то есть одноклеточных организмов, то ли примитивные, но все же многоклеточные животные. Да и статус животных организмов губки получили только в 1825 г., а до этого их вместе с некоторыми другими сидячими животными относили к зоофитам – полуживотным, полурастениям.
Внешне губки не особенно привлекательны. В большинстве своем они похожи на неподвижные корки, комки, иногда ветвящиеся (рис. 1–3), чаще всего невзрачно окрашенные (хотя некоторые имеют очень яркую окраску). Они абсолютно неподвижны. Вы можете рвать их руками, резать ножом, словом, делать с ними все что угодно. Никакой реакции со стороны губки не последует. Иначе говоря, у них отсутствуют два существенных признака, которые отличают животных от растений и грибов: подвижность и относительно быстрая реакция на внешнее воздействие. Почему же мы все-таки относим их к царству животных?
Рис.
2.
Эта огромная (до 1,5 м в высоту) губка называется
Нептунова чаша и
обитает в тропических морях
Для того чтобы ответить на этот вопрос, попробуем детально разобраться в строении губок. Как и кишечнополостные, они устроены наподобие двуслойного мешка, который сверху открывается отверстием – устьем, или оскулумом . Противоположный конец тела губки прирастает к субстрату – камням, водорослям, поверхности тела других животных. Полость внутри «мешка» называется атриальной, или парагастральной . Хотя она напоминает гастральную (кишечную) полость кишечнополостных, сходство это чисто внешнее, поскольку никакого пищеварения в ней не происходит.
Рис.
3.
Скелет глубоководной стеклянной губки Euplectella
aspergillum
,
которая встречается у берегов Японии, не только удивительно
красив,
но и представляет собой чрезвычайно прочную конструкцию
Наружный слой тела губок образован плоскими покровными клетками – пинакоцитами, среди которых имеются крупные цилиндрические клетки, пронизывающие тело насквозь, – пороциты . Каналы пороцитов соединяют внешнюю среду с внутренней полостью. Внутренний слой тела образуют жгутиковые клетки – хоаноциты , замечательные тем, что жгутик у них окружен плазматическим воротничком. Такие воротнички встречаются еще только у одной группы простейших-жгутиконосцев – хоанофлагеллят. У большинства губок хоаноциты образуют слой не непосредственно в атриальной полости (хотя бывает и так), а в особых ее карманах или в камерах, расположенных между наружным и внутренним слоями и соединенных с внешней средой и внутренней полостью каналами (рис. 4).
Между двумя слоями клеток (я не решаюсь назвать их тканями; чуть позже объясню, почему) располагается слой бесструктурного студенистого вещества – мезоглеи . В ней тоже есть клетки. Это клетки-скелетообразователи – склеробласты , звездчатые клетки – колленциты , которые вместе со склерами (иглами) выполняют опорную функцию, подвижные амебоциты и, наконец, недифференцированные археоциты , способные превращаться в другие типы клеток, в том числе в половые (рис. 5). Как же работает вся эта система?
Синхронные движения жгутиков хоаноцитов создают ток воды, направленный извне внутрь атриальной полости, а из нее – к устью. Убедиться в этом просто. Если в аквариум с живой губкой насыпать тонко растертый порошок кармина или туши, через некоторое время мы увидим красные или черные струйки, выходящие через устья.
Ток воды обеспечивает все клетки губки кислородом. Кроме того, с током воды мимо хоаноцитов проплывают мелкие (не более 10 мкм) пищевые частицы, взвешенные в воде. Эти частицы захватываются хоаноцитами и потом частично передаются подвижным клеткам-амебоцитам. Таким образом, губки гетеротрофны, как и все животные.
Но... Но пищеварение у них исключительно внутриклеточное (фагоцитоз). По сути дела каждая клетка кормится сама по себе, что сближает их с простейшими и отличает от большинства настоящих многоклеточных. Кроме того, клетки одного типа могут при необходимости превращаться в клетки другого. Стало быть, говорить в этом случае о настоящих экто- и эндодерме по меньшей мере рискованно. Так все-таки кто же они: колониальные простейшие или многоклеточные? Как и от кого произошли?
Может быть, ответить на этот вопрос поможет изучение размножения и развития губок? Бесполое размножение происходит у них путем почкования. Часто результатом этого оказывается образование колоний, в которых иногда можно сосчитать количество устьев и по нему судить о количестве составляющих колонию особей, а иногда их и сосчитать невозможно. Любопытно, что для многих губок характерно внутреннее почкование. Из недифференцированных клеток-археоцитов многих морских и пресноводной байкальской губки образуются внутренние почки – сориты . Каждый сорит возникает из одного археоцита, который, однако, питается за счет других, окружающих его археоцитов, слившихся вместе. Из сорита выходит личинка, которая затем оседает на субстрат и превращается во взрослый организм. У пресноводных губок-бадяг образуются внутренние почки другого строения – геммулы (рис. 6). Они состоят из группы археоцитов, окруженных хитиновой капсулой с воздушным слоем, в котором содержатся скелетные иглы, часто образующие правильный и довольно красивый узор. Геммулы зимуют, переживая даже гибель губки, а при наступлении благоприятных условий скопление живых клеток покидает капсулу через специальную пору и дает начало новой губке.
Любопытно? Да. Но для решения вопроса о месте губок в системе органического мира гораздо более важным оказывается знакомство с их половым размножением. Губки – гермафродиты. Половые клетки у них образуются за счет все тех же недифференцированных клеток-археоцитов в расположенной между двумя слоями клеток студенистой мезоглее. Затем сперматозоиды с током воды попадают во внутреннюю полость, захватываются хоаноцитами и передаются подвижным амебоцитам, а те уже доставляют их к яйцеклеткам. Впрочем, иногда эту доставку осуществляют сами хоаноциты, отбрасывая жгутики и принимая амебоидную форму.
а снаружи – хитиновая оболочка и воздушный слой со спикулами
Дробление оплодотворенного яйца чаще всего происходит внутри организма губки. В результате на свет появляется так называемая целобластула , состоящая из одного слоя клеток, покрытых жгутиками. Некоторые из них мигрируют внутрь, образуя внутренний слой. Получается двуслойный зародыш (личинка-паренхимула), соответствующий следующей стадии развития животных – гаструле . У некоторых губок дело происходит иначе – формируется однослойная амфибластула , которая, однако, тоже состоит из двух сортов клеток: мелких жгутиковых спереди и крупных, лишенных жгутиков, сзади. опять получается как бы два зародышевых листка, только располагаются они не один внутри другого, а друг за другом.
Но... Опять это «но»! Поплавав некоторое время, личинки прикрепляются к субстрату и... выворачиваются наизнанку (рис. 7). У паренхимулы зародышевые пласты меняются местами. Жгутиковые клетки оказываются внутри, превращаясь в хоаноциты, а клетки без жгутиков образуют наружный слой. Подобное путешествие совершают и клетки амфибластулы – жгутиковые оказываются внутри, а безжгутиковые – снаружи. Так где же здесь эктодерма, а где эндодерма? Какой из двух процессов – образование двух слоев клеток или обмен их местами – считать гаструляцией? Поди-ка разбери! Ни у каких других многоклеточных такого «извращения» зародышевых листков не происходит. Зоологи даже придумали для губок нечто вроде специального таксона, не имеющего ранга, – Enantiozoa – «вывернутые наизнанку».
Подцарство (другие считают его царством) многоклеточных животных (Metazoa ) сейчас чаще всего принято делить на два раздела (подраздела): Parazoa , к которому относится тип губок Porifera , и Eumetazoa , к которому относятся все остальные типы. Не вникая в споры систематиков относительно ранга таксонов, отметим, что особое положение губкам среди животных обеспечено.
Рассматривать организм губки просто как колонию простейших тоже несправедливо: слишком различны и специализированы их клетки, слишком сложны их организация, физиология, размножение. Да, у них нет интегрирующей организм нервной системы. Правда, звездчатые клетки окрашиваются на препаратах серебром, как нервные клетки других организмов, но это еще не доказательство их нейропроводящей функции. Да, у губок нет двигательной системы – есть сократимые клетки, но они не имеют миофибрилл, стало быть, их возможности ничтожны. И все же, видимо, губок стоит считать многоклеточными животными. Очень несовершенными, слабо интегрированными, но многоклеточными. Лишним аргументом в пользу этого служит тот факт, что скелетообразующие клетки каждого вида губок вырабатывают специфический для этого вида скелет (рис. 3).
По-разному устроен и образован разными веществами внутренний скелет и в разных классах губок. Скелетные иглы – спикулы – могут состоять из кремнезема или извести. Кроме того, в состав скелета многих губок входит органическое вещество спонгин, из которого образуются причудливые решетки. Скелет – основной признак, по которому губки разделяются на классы. Обычно их выделяют три.
Известковые губки (Calcispongia, или Calcarea ). Исключительно морские, обычно очень некрупные и невыразительные губки. Чаще всего они никак не окрашены, а скелет у них представлен известковыми трехлучевыми, четырехлучевыми и одноосными иглами.
Стеклянные губки (Hyalospongia ). Морские, причем чаще всего глубоководные организмы. Бывают они как одиночными, так и колониальными. Живые губки обычно невзрачны, блекло окрашены, хотя и достигают довольно крупных размеров – 50 см в высоту. У некоторых стеклянных губок скелетные иглы срастаются своими концами, образуя удивительно красивые ажурные конструкции, напоминающие Эйфелеву башню. Такое сходство не случайно: и там, и тут мы сталкиваемся с образцом инженерного сооружения с максимальной прочностью при минимальном весе. Некоторые стеклянные губки, вернее, их скелет, после удаления мягких частей используются в Японии как украшения, и говорят, довольно дорогие.
Большинство губок относится к классу обыкновенных губок (Demospongia ). Скелет у них состоит из кремнезема, иногда в сочетании со спонгином, иногда представлен одним спонгином или, что необычно для губок, отсутствует вовсе.
Иглы обыкновенных губок очень разнообразны и подчас причудливы: имеют вид двусторонне заостренных игл, булав, якорьков, звезд и так далее (рис. 8). У тех губок, у которых скелет представлен только спонгином, он образует сложную пространственную структуру. Это, например, туалетные губки (рис. 9). Их скелет очень нежен, и когда-то этих губок действительно высушивали и использовали для мытья тела. Заметьте, что их резиновых и поролоновых наследниц мы по традиции тоже называем губками. Сейчас туалетные губки используются, пожалуй, только для особо тонкой шлифовки оптического стекла*. Поскольку в природе их осталось не очень много, люди научились их разводить, пользуясь способностью губок к регенерации. Маленькие кусочки губки прикрепляют проволочкой к какому-то неподвижному субстрату на дне и оставляют на несколько лет, по истечении которых снимают «урожай».
И те, и другие поражают своей изящностью и причудливостью. Масштаб на рисунке не соблюден
А пресноводные бадяги, также относящиеся к классу обыкновенных губок, в виде порошка, который состоит преимущественно из иголок-спикул, продаются в аптеках и используются как растирание при ревматизме и гематомах. Многие губки, содержащие йод, помогают при лечении базедовой болезни.
Среди представителей класса обыкновенных губок есть и сверлящие организмы. Кто бывал на Черном море, помнит, как часто приходилось выбрасывать ракушку понтийского гребешка из-за того, что она вся была изъедена, пронизана какими-то ходами. Это работа сверлящей губки Clione .
Хотя морские губки предпочитают тропические и субтропические мелководья, они встречаются везде, в том числе и в водах Арктики и Антарктики. Просто видов здесь меньше. Зато на глубине около 100 м губки образуют сплошное ожерелье вокруг антарктического материка.
Губок изучают немногие зоологи. Объясняется это просто – большого практического значения они не имеют, внешне мало привлекательны, не то что, например, птицы, тигры или морские звезды. В то же время имя одного из самых крупных русских специалистов по морским губкам известно каждому. Сейчас мало кто помнит, что великий русский путешественник, этнограф и антрополог Николай Николаевич Миклухо-Маклай был зоологом по образованию. Ученик и ассистент великого Эрнста Геккеля, он много занимался губками наших морей. В конце многих научных названий губок, обитающих в северных морях, мы встречаем имя автора описания вида – Miclucho-Maclay .
Но давайте вернемся к вопросу о происхождении губок, который как-то оставался в стороне. Не вызывает сомнений, что далекими предками всех многоклеточных были одноклеточные жгутиконосцы. Строение хоаноцитов губок, их сходство со жгутиконосцами-хоанофлагеллятами свидетельствуют об этом с полной очевидностью. Следующим этапом возникновения многоклеточных организмов были колониальные жгутиконосцы. Среди современных колоний жгутиковых мы знаем такие, которые состоят из 4, 8, 16, 32, 64–128, 512–1048 клеток. Т.е. 2n – явно, что возникновение колоний происходило из-за нерасхождения делящихся клеток.
Если придерживаться наиболее широко принятой теории происхождения многоклеточности, а именно теории И.И. Мечникова, дальше события развивались так. Некоторые клетки, захватив пищевые частицы, оказывались в невыгодном положении – они должны были и двигаться, и питаться. Удобным выходом в этом случае была миграция, уход под слой жгутиковых клеток. Со временем этот процесс стал обязательным, и так появился двуслойный предок всех многоклеточных. Наружный слой жгутиковых клеток и слой внутренних клеток стали исходными для эктодермы и эндодермы.
Легко заметить, что фагоцителла – так Мечников назвал это гипотетическое существо – практически не отличается от паренхимулы губок, да и от планулы – личинки кишечнополостных. Такое сходство – очень веский аргумент в пользу приведенной теории.
Но при переходе фагоцителлообразных существ к сидячему образу жизни их способ питания оказался крайне неэффективным. Ведь жгутиковые клетки нужны снаружи именно на подвижной стадии – они обеспечивают движение. Именно неподвижность «взрослых» форм «виновата» в том, что у личинок губок при оседании на субстрат происходит «извращение» зародышевых пластов – создавать направленный ток воды жгутиковые клетки могут, только находясь внутри парагастральной полости.
Переход фагоцителлобразных предков многоклеточных животных к сидячему образу жизни привел к появлению двух стволов филогенетического дерева – губок и кишечнополостных. Губки оказались слепой ветвью эволюции, от них никто не произошел. Иначе сложилась судьба других потомков фагоцителлы. Но это уже совсем другой разговор.