Естествознание и основы экологии

Человек много веков назад приручил тутового шелкопряда, из кокона которого получает шелковое волокно. В природе это животное жить уже не может. Служат людям и пчелы. Почвенные насекомые рыхлят почву, способствуют ее аэрации, накоплению органических веществ. В целом насекомые являются важным звеном в сложных цепях питания и являются неотъемлемой частью различных биоценозов.

§61. Моллюски и иглокожие

Моллюски. Это достаточно большой тип животных, насчитывающий около 100 тыс. видов. Обитают они как в воде, так и на суше (рис. 83). Тело их не сегментировано и делится на три отдела: голову, туловище и ногу. Голова у сидячих форм может редуцироваться. Нога представляет собой мускулистое образование, с помощью которого моллюск передвигается.



Рис. 83. Моллюски: 1 - лесная улитка; 2 - морской гребешок; 3 - устрица; 4 - осьминог

Тело моллюска снаружи окружено кожной складкой - мантией. На брюшной стороне она неплотно прилегает к телу, образуя мантийную полость. В мантии находится много желез, выделяющих слизь и образующих раковину моллюсков. Раковина, защищающая тело моллюска, состоит из трех слоев. Наружный слой построен из эластичного органического вещества, похожего на рог. Средний слой известковый, состоит из карбоната кальция. Внутренний слой тоже известковый, может быть перламутровым или фарфоровидным. Моллюск растет, вместе с ним растет и раковина. У некоторых массивных морских раковин известковый слой очень толстый и мощный. Органический слой предохраняет известковый от воздействия кислот.

Моллюски дышат жабрами, которые расположены в мантийной полости. У наземных форм жабры редуцировались, такие моллюски дышат через стенки мантийной полости, которые превратились в легкие. Интересно, что у прудовика и катушки дыхание вторично легочное. Они вторично вернулись в воду, сохранив дыхание атмосферным кислородом. В мантийную полость открываются выводные протоки почек, половых органов и анальное отверстие. Нервная система моллюсков значительно проще, чем у членистоногих, и напоминает таковую у плоских червей. Кровеносная система незамкнута. Моллюски бывают раздельнополые и обоеполые. Оплодотворение внутреннее.

В типе выделяют несколько классов.

Брюхоногие моллюски имеют спирально закрученную раковину, куда в случае опасности они втягивают тело. Устье раковины закрывается слизью. У некоторых брюхоногих моллюсков раковина утрачена.

Представителями являются виноградная улитка, рапана, большой и малый прудовики, катушки, слизни (безраковинные). Растительноядные наземные моллюски - улитки и слизни являются вредителями сельского хозяйства.

Двустворчатые моллюски населяют соленые и пресные водоемы. Их раковина имеет две створки, которые смыкаются специальными мышцами-замыкателями. Часто створки имеют выступы - зубы, способствующие более плотному смыканию. У обитателя нашего пресного водоема беззубки такого замка на створке нет. У двустворчатых моллюсков голова редуцирована. Гигантским представителем этого класса является тридакна. Она обитает в Тихом и Индийском океанах. Размер ее раковин достигает 1,35 м, вес - 250 кг. К этому классу относятся мидии, гребешки, устрицы.

Головоногие моллюски - кальмары, каракатицы, осьминоги, самые высокоорганизованные из моллюсков. Все головоногие - хищники. Для захвата добычи у них имеются хорошо развитые щупальца с присосками - это видоизмененная нога. Раковина сильно редуцирована, частично сохраняется в виде пластинки под мантией. У головоногих хорошо развиты глаза. Перемещаются они за счет реактивных толчков при выбрасывании воды из мантийной полости.

Иглокожие. Тип иглокожих насчитывает около 5 тыс. видов. Его представители обитают исключительно в морях. Это достаточно высокоорганизованные животные, по внешнему виду напоминающие шары, звезды и даже цветки растений. В зависимости от формы тела их разделяют на морские звезды, змеехвостки, морские ежи, морские кубышки, морские лилии (рис. 84).



Рис. 84. Иглокожие: 1 - морская звезда; 2 - морской еж; 3 - офиура; 4 - лилия стебельчатая; 5 - морской огурец (кукумария)

Характерный признак иглокожих - наличие подкожного известкового скелета, состоящего из пластинок с шипами-иглами (отсюда и название типа). Известковые пластинки часто образуют сплошной панцирь с большим количеством выростов - игл, которые выступают наружу. У морских звезд и ежей некоторые иглы сидят на подвижных ножках. Иногда они снабжены ядовитыми железами и выполняют защитную функцию.

Все иглокожие радиально-симметричные животные, как правило, они имеют по пять лучей. Лучевая симметрия приобретена вторично в результате перехода к малоподвижному или сидячему образу жизни. В центре тела находится ротовое отверстие. Характерной особенностью иглокожих является наличие водно-сосудистой системы, которая представляет собой кольцевой канал с разветвленными радиальными лучами-каналами. Она выполняет функции дыхания, газообмена, выделения.

Иглокожие - раздельнополые животные. После наружного оплодотворения из яйца развивается личинка, которая свободно плавает и претерпевает изменения. Для иглокожих характерна регенерация частей тела. Отрезанный луч морской звезды способен восстановить на поврежденном конце новую звезду. У некоторых видов при неблагоприятных условиях происходит самопроизвольный распад тела на отдельные части с последующей регенерацией. Иглокожие в изобилии встречаются в соленых водоемах на всех широтах и на самых больших глубинах. Пресной воды они не переносят.

Морские звезды распространены в морях от Северного Ледовитого океана до побережья Антарктиды, но преимущественно в тропических и экваториальных зонах.

Тело их имеет от 5 до 17 лучей и по форме напоминает звезду. Звезды могут достигать больших размеров: до 70 см в диаметре. Эти животные часто имеют яркую пеструю окраску. Морские звезды - хищники, а их самих другие животные поедают редко из-за острых шипов и ядовитости.

Морские лилии - это наиболее древняя группа иглокожих. Они похожи на изящные цветы, сидящие иногда на стебельке, а иногда прямо на грунте, ярко, великолепно окрашенные в нежные цвета от белоснежного до красного.

Тело морской лилии состоит из чашечки с отходящими пятью «руками», которые могут раздваиваться, а иногда и ветвиться. Ротовое отверстие у морских лилий располагается на верхней стороне тела, в отличие от морских звезд, у которых оно расположено на нижней стороне. Морские лилии ведут в основном сидячий образ жизни, хотя некоторые бесстебельчатые могут плавать, но на очень короткие расстояния - до 3-5 м.

Морские ежи чаще имеют шаровидную, но иногда округлую сплюснутую или сердцевидную форму тела. Их панцирь весь усажен иглами, причем нередко величина игл в 2-3 раза превышает размеры тела. Тропические виды достигают размеров детской головы. Ротовое отверстие находится внизу. В отличие от морских звезд они всеядны, но чаще питаются растительной пищей. Во многих странах морских ежей употребляют в пищу, они являются объектом промысла.

Змеехвостки, или офиуры, похожи на морских звезд, но их лучи значительно длиннее, постоянно изгибаются и напоминают хвост змеи. Кроме того, они четко отделены от центральной части. У офиуры Голова Горгоны лучи многократно ветвятся, действительно напоминая голову древнегреческого мифического чудовища. Окраска их тела яркая и разнообразная. Многие из них способны испускать яркий зеленовато-желтый свет.

Голотурии, или морские кубышки, имеют сильно редуцированный скелет с двусторонней симметрией. Тело вытянутое, червеобразной формы. Потревоженная голотурия сжимается, принимая форму огурца. Ротовое отверстие, окруженное щупальцами, находится сбоку, т. е. они лежат на боку. Это донные ползающие животные, иногда они зарываются в илистый грунт. Некоторые виды можно употреблять в пищу - это трепанги и кукумарии.

§62. Хордовые. Рыбы

Хордовые. Численность типа хордовых невелика - 45 тыс. видов и составляет всего 3 % общего числа видов животных. Это наиболее высокоорганизованная группа, и ее представителей можно встретить во всех средах, где есть жизнь.

Все хордовые животные обладают тремя отличительными признаками.

1. Они имеют внутренний осевой скелет - хорду, которая у высших форм заменяется позвоночником. Центральная нервная система в виде нервной трубки располагается над осевым скелетом и подразделяется на головной и спинной мозг.

2. У всех хордовых во взрослом, эмбриональном или личиночном состоянии имеются глоточные жаберные щели, находящиеся с обеих сторон глотки. Через эти щели вода, поступающая в глотку, проходит в жабры и выводится наружу.

3. Все хордовые - двусторонне-симметричные животные.

Кроме перечисленных признаков, для них характерны замкнутая кровеносная система и сердце - мышечный орган, обеспечивающий движение крови по сосудам в теле. Эволюция кровеносной системы шла по пути образования двух кругов кровообращения и увеличения сердечных камер с 2 до 4 (рис. 85). Совершенствование нервной системы шло по пути увеличения головного мозга, в частности его переднего отдела, развития органов чувств. При переходе от водного к наземному образу жизни значительно изменились кожные покровы, дыхательная система, органы передвижения. Все позвоночные животные раздельнополые.

Подтип Позвоночных получил наибольшее значение и распространение, включает в себя несколько основных классов: Хрящевые рыбы, Костные рыбы, Земноводные, Пресмыкающиеся, Птицы, Млекопитающие.

Рыбы подразделяются на два класса: хрящевые и костные (рис. 86). Средой обитания рыб является вода, поэтому они имеют обтекаемую форму тела. Органами передвижения им служат плавники. Для всех рыб характерны двухкамерное сердце и один круг кровообращения. Дыхание осуществляется с помощью жабр (см. рис. 85).

1. Хрящевые рыбы - наиболее примитивные из современных рыб. Они имеют хрящевой, неокостеневающий скелет. Парные плавники расположены горизонтально. Плавательный пузырь отсутствует. Для них характерно внутреннее оплодотворение. Самки откладывают оплодотворенные яйца в роговой оболочке или рождают живых детенышей. К этому классу рыб относятся акулы, скаты, химеры.

Типичные представители хрящевых рыб - акулы имеют веретеновидную форму тела. Парные грудные и брюшные плавники и асимметричный хвостовой плавник позволяют им быстро плавать.

Акулы имеют хорошо развитый зубной аппарат, многие являются хищниками. Среди них есть крупные виды. Это гигантская акула (до 15 м), китовая акула (до 20 м), голубая акула (до 4 м). В Черном море водится акула катран (до 1 м). Распространены акулы по всему земному шару. Многие из акул, обитающих в тропических морях, опасны для человека. Крупные акулы, гигантская и китовая, питаются планктоном и опасности не представляют.

Скаты - это придонные рыбы. Их тело сплюснуто в спинно-брюшном направлении. Они малоподвижны, питаются донными животными. У скатов-хвостоколов, обитающих в Черном море, на хвосте имеется длинная игла с зазубриной, выделяющая яд. Особенно ядовиты уколы тропических скатов. Электрические скаты имеют с боков электрические органы - видоизмененные мышцы, создающие электрические разряды до 200 В. Электрическим током они поражают рыб и других животных, которыми питаются. Обитают такие скаты в теплых водах, например в Средиземном море.

Группа химер - самая немногочисленная. Они имеют некоторые черты сходства с костными рыбами. В основном это глубоководные рыбы, питающиеся моллюсками.

2. Костные рыбы - это самая многочисленная группа. Их скелет построен из костной ткани, жабры прикрыты жаберными крышками. Появляется плавательный пузырь, который снижает плотность тела и помогает держаться на воде.

К костным рыбам относится большая часть современных рыб. Их скелет состоит из настоящих костей, тело покрыто чешуей. Среди костистых рыб есть растительноядные, хищники и всеядные.

Для костных рыб характерно наружное оплодотворение. Самка откладывает икру, а самец поливает ее семенной жидкостью. Однако имеются виды с внутренним оплодотворением и живородящие.

Среди костных рыб есть представители древних групп - двоякодышащие и кистеперые. Эти рыбы способны дышать атмосферным воздухом, а их плавники превратились в лопасти, служащие для переползания по грунту. Именно из подобных плавников развились конечности наземных позвоночных. Двоякодышащие и кистеперые рыбы немногочисленны, они процветали более 380 млн лет назад. Их предки дали начало земноводным животным. В настоящее время наиболее известна латимерия - крупная рыба, в длину до 180 см, вместо плавников развиты лопасти, позволяющие передвигаться по грунту.

К глубоководным рыбам относятся удильщики, к придонным - камбала, имеющая сплюснутое тело и деформированный, асимметричный череп.

Многие из костных рыб имеют большое промысловое значение. Это лососеобразные (лосось, семга, горбуша, нерка), сельдеобразные (сельдь атлантическая, салака, килька, сардина, анчоусы), карпообразные - обитатели пресных водоемов (сазаны, карпы, язи), трескообразные и многие другие.

У переходной группы - костно-хрящевых рыб сохраняются хрящи, тела позвонков не развиты. К ним относятся осетровые рыбы: белуга, осетр, калуга, севрюга, стерлядь и др.

Рис. 85. Эволюция систем органов позвоночных животных: головной мозг (П - передний; С - средний; Пд - продолговатый; Пр - промежуточный; М - мозжечок); кровеносная система (П - предсердие; Ж - желудочек)



Рис. 86. Рыбы. Хрящевые: 1 - акула сельдевая; 2 - электрический скат; костно-хрящевые: 3 - осетр; 4 - стерлядь; костистые: 5 - сельдь атлантическая; 6 - горбуша; 7 - сайра; 8 - сом; 9 - пиранья; 10 - летучая рыба

§63. Земноводные и пресмыкающиеся

Земноводные (амфибии). Это немногочисленная группа наиболее примитивных наземных позвоночных (рис. 87). В зависимости от стадии развития часть жизни большинство из них проводит в воде. Предками земноводных были кистеперые рыбы, жившие в пресных пересыхающих водоемах.



Рис. 87. Земноводные: 1 - тритон; 2 - пятнистая саламандра; 3 - протей; 4 - аксолотль (личинка амбистомы); 5 - прудовая лягушка; 6 - пипа; 7 - червяга

В личиночной стадии (головастики) земноводные имеют большое сходство с рыбами: у них сохраняется жаберное дыхание, имеются плавники, двухкамерное сердце и один круг кровообращения. Для взрослых форм характерны трехкамерное сердце, два круга кровообращения, две пары конечностей. Появляются легкие, но развиты они слабо, поэтому дополнительный газообмен происходит через кожу (см. рис. 85). Земноводные обитают в теплых, влажных местах, особенно распространены в тропиках, где для них подходящие климатические условия.

Это раздельнополые животные. Для них характерны наружное оплодотворение и развитие в воде. Из икринки бесхвостой амфибии, например лягушки, выходит хвостатая личинка - головастик с длинными плавниками и ветвистыми жабрами. По мере развития появляются передние конечности, затем задние, начинает укорачиваться хвост. Ветвистые жабры исчезают, появляются жаберные щели (внутренние жабры). Из переднего отдела пищеварительной трубки формируются легкие, по мере развития которых исчезают жабры. Происходят соответствующие изменения в кровеносной, пищеварительной и выделительной системах. Хвост рассасывается, и молодая лягушка выходит на сушу. У хвостатых амфибий жабры сохраняются значительно дольше (порой всю жизнь), хвост не рассасывается.

Питаются земноводные животной пищей (червями, моллюсками, насекомыми), но личинки, обитающие в воде, могут быть растительноядными.

Существует три группы земноводных: хвостатые (тритон, саламандра, амбистома), бесхвостые (жабы, лягушки), безногие, или червяги (рыбозмей, червяг).

Хвостатые амфибии наиболее примитивны. Они обитают в воде и около воды, конечности у них, как правило, развиты слабо. У некоторых перистые жабры сохраняются всю жизнь.

Личинка амбистомы - аксолотль даже приступает к размножению, не достигая взрослой стадии. Наиболее многочисленны саламандры.

Червяги - очень немногочисленное семейство. У них отсутствуют конечности, тело вытянуто, напоминает червя или змею.

Наиболее процветающая группа - бесхвостые амфибии. У них короткое туловище, хорошо развиты конечности. В сезон размножения они «поют» - издают различные звуки (квакают).

Пресмыкающиеся (рептилии). Пресмыкающиеся относятся к наземным позвоночным. Они хорошо приспособились к жизни на суше и вытеснили многих своих предков земноводных. Сердце у рептилий трехкамерное. У них начинается разделение артериальной и венозной крови за счет появления неполной перегородки в желудочке сердца; лучше, чем у земноводных, развита нервная система: полушария головного мозга значительно больше (см. рис. 85). Поведение пресмыкающихся значительно сложнее, чем у амфибий. Кроме врожденных безусловных, у них формируются и условные рефлексы. Пищеварительная, выделительная и кровеносная системы открываются в клоаку - часть кишечника.

Тело пресмыкающихся покрыто чешуей. Она образуется в толще кожи - эпидермиса - и предохраняет тело от высыхания. Некоторые виды в процессе линьки сбрасывают чешую (змеи, ящерицы). Легкие у пресмыкающихся значительно больше и объемнее, чем у земноводных, за счет ячеистости.

Рептилии - раздельнополые животные. Оплодотворение у них внутреннее. Самка откладывает в песок или в почву в небольшие углубления яйца, покрытые кожистой оболочкой. Даже у водных обитателей развитие яйца идет на суше. Для некоторых видов характерно живорождение.

Наибольшего расцвета пресмыкающиеся достигли в мезозойскую эру, около 100-200 млн лет назад, поэтому эту эру называют эрой рептилий. Их существовало огромное количество и разнообразие: динозавры - на суше, ихтиозавры - в воде, птерозавры - в воздухе. Среди них были виды громадных размеров, а также довольно небольшие формы, размером с кошку. Почти все они вымерли около 70 млн лет назад. Причина вымирания до сих пор до конца не выяснена. Существует несколько гипотез: внезапное резкое изменение климата, падение гигантского метеорита и др. Но все они не объясняют до конца эту загадку.

В настоящее время существует четыре основные группы: черепахи, змеи, ящерицы и крокодилы (рис. 88).

Рис. 88. Пресмыкающиеся: 1 - степной геккон; 2 - агама; 3 - ушастая круглоголовка; 4 - плащеносная ящерица; 5 - серый варан; 6 - очковая змея; 7 - гремучая змея; 8 - уж

Характерной особенностью черепах является наличие панциря, состоящего из костных пластинок и покрытого роговым веществом. Представители этой группы могут жить как на суше, так и в воде. Гигантские и слоновые черепахи (длиной до 110 см) - самые крупные из обитающих на суше. Они распространены на Галопогосских островах Тихого океана, на Мадагаскаре, островах Индийского океана.

Морские черепахи значительно крупнее (до 5 м), имеют ластообразные ноги. Они всю жизнь обитают в воде, но яйца откладывают на суше.

Ящерицы очень разнообразны. Это наиболее процветающая группа. К ним относятся хамелеоны, гекконы, игуаны, агамы, круглоголовки, вараны и настоящие ящерицы. Для большинства ящериц характерны вытянутое тело, длинный хвост, хорошо развитые конечности. У некоторых (желтопузика) конечности утеряны, они напоминают змей.

У змей основным признаком является длинное, лишенное конечностей тело. Это ползающие животные. Все змеи - хищники, они заглатывают добычу целиком или душат, сжимая в кольцах своего тела. Ядовитые железы (видоизмененные слюнные) открываются протоком в основании ядовитого зуба. К змеям относятся: гадюка, гюрза, кобра, питон, удав, а также ужи - неядовитые представители этой группы.

Крокодилы из всех пресмыкающихся ближе всего стоят к млекопитающим. Их сердце можно назвать четырехкамерным, имеется костное нёбо, воздух поступает через ноздри в заднюю часть рта. По структуре ротовой полости и расположению языка они ближе к млекопитающим, чем к остальным рептилиям. Это довольно крупные хвостатые животные, обитающие в воде, по берегам рек. На суше они передвигаются медленно, но зато прекрасно плавают. Самки откладывают покрытые известковой скорлупой яйца на суше в небольшие ямки. Для них характерна забота о потомстве: самка охраняет кладку и заботится о детенышах.

Пресмыкающиеся обитают в основном в теплом климате: тропиках, субтропиках, во влажных и сухих местах: пустынях, болотах, лесах. Питание их также разнообразно: растения, насекомые, черви, моллюски, а крупные особи поедают птиц и млекопитающих. Все пресмыкающиеся заглатывают пищу целиком. Многие виды, питаясь вредителями сельского хозяйства (насекомыми, грызунами), приносят большую пользу человеку. Яд змей используется для приготовления многих лекарственных препаратов. Из кожи змей и крокодилов изготовляют обувь, дамские сумочки, что приводило раньше к массовому истреблению животных. В настоящее время многие виды находятся под охраной, их выращивают на фермах и в питомниках.

§64. Птицы

Птицы - это высшие позвоночные животные, приспособившиеся к полету. Распространены они по всему земному шару и насчитывают до 9 тыс. видов. Тело птиц покрыто перьями, передние конечности превращены в крылья.

В связи с тем что они проводят значительную часть жизни в воздухе, у птиц появились некоторые особенности. Их полые кости заполнены воздухом, что позволяет облегчить вес тела. У летающих видов хорошо развита грудина - киль, к которому прикрепляются мощные мышцы. Это теплокровные животные с интенсивным обменом веществ. Температура тела доходит до 42 °C. Дыхательная система, кроме хорошо развитых ячеистых легких, представлена еще воздушными мешками, позволяющими вентилировать легкие на вдохе и выдохе (двойное дыхание) (см. рис. 85). При вдохе воздух поступает в легкие и легочные мешки. При выдохе крылья опускаются, сдавливая мешки, и воздух вторично проходит через легкие. Это способствует лучшему усвоению кислорода и высокому обмену веществ. Сердце у птиц четырехкамерное. Артериальная и венозная кровь полностью разделены. Пищеварительная, выделительная и половая системы у птиц и рептилий сходны. Однако, в отличие от последних, у птиц отсутствуют зубы, мочевой пузырь, а у самок - второй яичник и яйцевод, что связано с приспособлением к полету.

Пища птицами заглатывается целиком и поступает по длинному пищеводу в зоб, где предварительно подвергается воздействию пищеварительных соков. Желудок состоит из двух отделов: железистого и мускулистого. За счет большого количества мелких камней, заглоченных с пищей, в мускулистом отделе идет перетирание пищи. Нервная система птиц развита значительно лучше, чем у рептилий, особенно передний мозг и мозжечок. Поэтому поведение птиц сложнее, у них вырабатывается много условных рефлексов.

Оплодотворение у птиц внутреннее. Самка откладывает яйца в построенные гнезда. Для них характерны насиживание яиц и забота о потомстве.

Птицы делятся на выводковых и гнездовых (птенцовых).

У выводковых птиц птенцы вылупляются более приспособленными к жизни: они зрячие, покрыты пухом, способны передвигаться и питаться самостоятельно. Это куры, утки, гуси, тетерева. Гнезда они, как правило, строят на земле.

У гнездовых птиц птенцы вылупляются беспомощными и слепыми, их тело не опушено, они выкармливаются родителями. Это вороны, голуби, скворцы, дятлы, орлы, ястребы и многие другие. Гнездятся они высоко на деревьях, в дуплах, в норках по берегам рек (ласточки), на скалах, в труднодоступных местах.

По способу питания птиц делят на растительноядных (щеглы, чижи, клесты, дрозды), насекомоядных (дятлы, поползни, синицы), хищных (соколы, ястребы, орлы, совы). Кроме того, многие водные птицы питаются рыбой (утки, пингвины, цапли, пеликаны). Есть среди птиц и падальщики, которые питаются трупами животных, например грифы.

Всех птиц объединяют в три крупные группы: бескилевые, плавающие (пингвины) и килегрудые (рис. 89).

1. Бескилевые, или бегающие, птицы обитают в Африке, Австралии, Южной Америке. Это наиболее примитивная группа: грудина у них плоская, киль отсутствует, крылья развиты слабо. К ним относятся африканские и американские страусы, эму и казуары, населяющие Австралию. Это довольно крупные птицы, хорошие бегуны, достигающие в высоту 2,5 м. У эму и казуаров крылья еще более недоразвиты, чем у страусов, но имеются хорошо развитые сильные ноги. Наиболее мелкие бескилевые птицы - киви, населяющие леса Новой Зеландии (высота до 55 см). Крылья у них сильно редуцированы, практически исчезли, ноги широко расставлены, поэтому передвигаются они медленно. У бескилевых птиц яйца обычно насиживает самец.

Рис. 89. Птицы бескилевые: 1 - киви; 2 - африканский страус; 3 - казуар; 4 - пингвин; килегрудые: 5 - зяблик; 6 - сокол; 7 - тетерев; 8 - дятел; 9 - аист; 10 - сова; 11 - дрофа

2. Пингвины - также нелетающие птицы, но у них на грудине есть киль. Самый крупный вид - императорский пингвин достигает в высоту 1 м. Все пингвины прекрасные пловцы, крылья их превратились в ласты, под водой они «летят», взмахивая крыльями и руля ногами, как другие птицы в воздухе, а на суше передвигаются неуклюже, переваливаясь. Перья у них плотно прилегают друг к другу, хорошо смазаны жиром копчиковой железы, что предотвращает намокание. Живут пингвины на побережье Антарктиды, питаются рыбой, моллюсками, ракообразными. Гнездятся на земле. Яйца насиживают самцы, зажимая их между лапами и нижней частью живота. Самки в это время кормятся в море. К концу срока развития перед вылупливанием они возвращаются, выхаживают и кормят птенцов.

3. Килегрудые - наиболее распространенная группа птиц. Они разделяются на 34 отряда. Большинство из них летающие. В зависимости от среды обитания и питания их можно разделить на следующие экологические группы: лесные, степно-пустынные, болотно-луговые, водные, садово-парковые, хищные.

Лесные птицы гнездятся и питаются в лесу, как на деревьях, так и в нижнем ярусе, на земле. Это дятлы, щеглы, чижи, зяблики, вьюрки, райские птицы, обитающие в Австралии. А также тетерева, глухари, куропатки, фазаны, обитающие на лесных полянах, опушках.

К болотно-луговым птицам относятся журавли, аисты, кулики, коростели, цапли. У птиц этой группы длинные ноги, питаются они мелкими животными. К птицам открытых пространств относятся жаворонки, высоко парящие в небе. Но гнездятся и питаются насекомыми на земле.

Степно-пустынные птицы обычно хорошие бегуны. Наряду со страусами это дрофы, бегунки.

В группу водных объединяют тех птиц, большая часть жизни которых проходит на воде. Это чайки, утки, гуси, пеликаны, лебеди и др. Питаются они в основном рыбой.

Хищные птицы обитают повсюду, делятся на дневных и ночных хищников. Дневные хищники - это ястребы, соколы, орлы, канюки, орланы, кречеты, пустельги, а также грифы. К ночным хищникам относятся совы и филины.

Птицы, имеющие большое хозяйственное значение, - это куры, утки, гуси, индейки. Многие из них служат объектом промысла и охоты. Птицы приносят огромную пользу, уничтожая вредителей-насекомых, особенно в период выкармливания птенцов.

§65. Млекопитающие, или звери

Млекопитающие - это наиболее высокоорганизованный класс позвоночных животных. Для них характерны высокоразвитая нервная система (за счет увеличения объема больших полушарий и образования коры); относительно постоянная температура тела; четырехкамерное сердце; наличие диафрагмы - мышечной перегородки, разделяющей брюшную и грудную полости; развитие детенышей в теле матери и вскармливание молоком (см. рис. 85). Тело млекопитающих часто покрыто шерстью. Появляются молочные железы как видоизмененные потовые. Своеобразны зубы млекопитающих. Они дифференцированы, их число, форма и функция существенно различаются у разных групп и служат систематическим признаком.

Тело разделяется на голову, шею и туловище. У многих имеется хвост. У зверей наиболее совершенный скелет, основой которого является позвоночный столб. Он подразделяется на 7 шейных, 12 грудных, 6 поясничных, 3-4 крестцовых сросшихся и хвостовых позвонков, число последних различно. У млекопитающих хорошо развиты органы чувств: обоняния, осязания, зрения, слуха. Имеется ушная раковина. Глаза защищены двумя веками с ресницами.

За исключением яйцекладущих, все млекопитающие вынашивают детенышей в матке - специальном мышечном органе. Детеныши рождаются живыми и вскармливаются молоком. Потомство млекопитающих в большей степени нуждается в дальнейшей заботе, чем у остальных животных.

Все перечисленные признаки позволили млекопитающим завоевать господствующее положение в животном мире. Они встречаются по всему земному шару.

Внешний облик млекопитающих очень разнообразен и определяется средой обитания: водные животные имеют обтекаемую форму тела, ласты или плавники; обитатели суши - хорошо развитые конечности, плотное тело. У обитателей воздушной среды передняя пара конечностей преобразована в крылья. Высокоразвитая нервная система позволяет млекопитающим лучше приспособиться к условиям окружающей среды, способствует развитию многочисленных условных рефлексов.

Класс млекопитающих делится на три подкласса: яйцекладущие, сумчатые и плацентарные.

1. Яйцекладущие, или первозвери. Эти животные наиболее примитивные млекопитающие. В отличие от других представителей этого класса они откладывают яйца, но детенышей вскармливают молоком (рис. 90). У них сохранилась клоака - часть кишечника, куда открывается три системы - пищеварительная, выделительная и половая. Поэтому их также называют однопроходными. У остальных зверей эти системы разделены. Яйцекладущие встречаются только в Австралии. К ним относится всего четыре вида: ехидны (три вида) и утконос.

2. Сумчатые млекопитающие более высокоорганизованные, но и для них характерны примитивные признаки (см. рис. 90). Они рождают живых, но недоразвитых детенышей, практически эмбрионов. Эти крохотные детеныши заползают в сумку на брюхе матери, где, питаясь ее молоком, завершают свое развитие.



Рис. 90. Млекопитающие: яйцекладущие: 1 - ехидна; 2 - утконос; сумчатые: 3 - опоссум; 4 - коала; 5 - карликовая сумчатая белка; 6 - кенгуру; 7 - сумчатый волк

В Австралии обитают кенгуру, сумчатые мыши, белки, муравьеды (намбаты), сумчатые медведи (коала), барсуки (вомбаты). Наиболее примитивные сумчатые обитают в Центральной и Южной Америке. Это опоссум, сумчатый волк.

3. Плацентарные звери имеют хорошо развитую плаценту - орган, прикрепляющийся к стенке матки и выполняющий функцию обмена питательными веществами и кислородом между организмом матери и эмбрионом. Плацентарные млекопитающие делятся на 16 отрядов. К ним относятся Насекомоядные, Рукокрылые, Грызуны, Зайцеобразные, Хищные, Ластоногие, Китообразные, Копытные, Хоботные, Приматы.

Насекомоядные млекопитающие, в число которых входят кроты, землеройки, ежи и др., считаются наиболее примитивными среди плацентарных (рис. 91). Это достаточно мелкие животные. Количество зубов у них от 26 до 44, зубы недифференцированы.

Рукокрылые - единственные летающие животные среди зверей. Это в основном сумеречные и ночные животные, питающиеся насекомыми. К ним относятся крыланы, летучие мыши, вечерницы, вампиры. Вампиры - это кровососы, они питаются кровью других животных. Летучие мыши обладают эхолокацией. Хотя зрение у них плохое, за счет хорошо развитого слуха они улавливают эхо от собственного писка, отражающееся от предметов.

Грызуны - наиболее многочисленный отряд среди млекопитающих (около 40 % всех видов зверей). Это крысы, мыши, белки, суслики, сурки, бобры, хомяки и многие другие (см. рис. 91). Характерной особенностью грызунов являются хорошо развитые резцы. Они не имеют корней, растут всю жизнь, стачиваются, клыки отсутствуют. Все грызуны растительноядные.

Близок к грызунам отряд зайцеобразных (см. рис. 91). Они имеют сходное строение зубов, также питаются растительной пищей. К ним относятся зайцы и кролики.

Рис. 91. Млекопитающие: насекомоядные: 1 - землеройка; 2 - крот; 3 - тупайя; грызуны: 4 - тушканчик, 5 - сурок, 6 - нутрия; зайцеобразные: 7 - заяц-русак, 8 - шиншилла

К отряду хищных принадлежит более 240 видов животных (рис. 92). Резцы у них развиты слабо, зато имеются мощные клыки и хищные зубы, служащие для раздирания мяса животных. Хищники питаются животной и смешанной пищей. Отряд делится на несколько семейств: собачьи (собака, волк, лисица), медвежьи (белый медведь, бурый медведь), кошачьи (кошка, тигр, рысь, лев, гепард, пантера), куньи (куница, норка, соболь, хорек) и др. Для некоторых хищников характерна зимняя спячка (медведи).

Ластоногие также являются хищными животными. Они приспособились к жизни в воде и имеют специфические особенности: тело обтекаемой формы, конечности превращены в ласты. Зубы слабо развиты, за исключением клыков, поэтому пищу они только схватывают и, не пережевывая, заглатывают. Они прекрасные пловцы и ныряльщики. Питаются в основном рыбой. Размножаются на суше, по берегам морей или на льдинах. К отряду относятся тюлени, моржи, морские котики, морские львы и др. (см. рис. 92).

Рис. 92. Млекопитающие: хищные: 1 - соболь; 2 - шакал; 3 - рысь; 4 - черный медведь; ластоногие: 5 - гренландский тюлень; 6 - морж; копытные: 7 - лошадь; 8 - бегемот; 9 - северный олень; приматы: 10 - игрунка; 11 - горилла; 12 - бабуин

К отряду китообразных также относятся обитатели вод, но, в отличие от ластоногих, они никогда не выходят на сушу и детенышей рождают в воде. Конечности их превратились в плавники, а по форме тела они напоминают рыб. Эти звери вторично освоили воду, и в связи с этим у них появились многие особенности, характерные для водных обитателей. Однако основные черты класса у них сохранились. Дышат они атмосферным кислородом через легкие. К китообразным относятся киты и дельфины. Голубой кит - самое крупное из всех современных животных (длина 30 м, масса до 150 т).

Копытные подразделяются на два отряда: непарнокопытные и парнокопытные.

1. К непарнокопытным относятся лошади, тапиры, носороги, зебры, ослы. Их копыта представляют собой видоизмененные средние пальцы, остальные пальцы редуцированы в разной степени у различных видов. У копытных хорошо развиты коренные зубы, так как они питаются растительной пищей, пережевывая и перетирая ее.

2. У парнокопытных хорошо развиты третий и четвертый пальцы, превращенные в копыта, на которые приходится вся масса тела. Это жирафы, олени, коровы, козы, овцы. Многие из них являются жвачными и имеют сложноустроенный желудок.

К отряду хоботных принадлежат самые крупные из наземных животных - слоны. Обитают они только в Африке и Азии. Хобот представляет собой удлиненный нос, сросшийся с верхней губой. У слонов нет клыков, зато мощные резцы превратились в бивни. Кроме того, у них хорошо развиты коренные зубы, перетирающие растительную пищу. Эти зубы меняются у слонов 6 раз в течение жизни. Слоны весьма прожорливы. Один слон может съесть до 200 кг сена в сутки.

Приматы объединяют до 190 видов (см. рис. 92). Для всех представителей характерны пятипалая конечность, кисти хватательного типа, ногти вместо когтей. Глаза направлены вперед (у приматов развито бинокулярное зрение). Это обитатели тропических и субтропических лесов, ведущие как древесный, так и наземный образ жизни. Питаются они растительной и животной пищей. Зубной аппарат более полный и дифференцирован на резцы, клыки, коренные зубы.

Различают две группы: полуобезьян и обезьян.

1. К полуобезьянам относятся лемуры, лори, долгопяты.

2. Обезьяны подразделяются на широконосых (игрунки, ревуны, коата) и узконосых (макаки, мартышки, павианы, гамадрилы). В группу высших узконосых человекообразных обезьян входят гиббон, шимпанзе, горилла, орангутан. К приматам принадлежит и человек.



9. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

§66. Экология как наука. Экологические факторы

Экология - это область биологии, изучающая взаимодействие организмов между собой и с окружающей средой.

Понятие «экология» произошло от древнегреческих слов oikos - жилище, семья, домашнее хозяйство и logos - наука, учение. В дословном переводе оно означает «наука о доме». Термин «экология» был впервые введен немецким ученым Э. Геккелем в 1866 г. В настоящее время экология рассматривает также и вопросы рационального природопользования, загрязнения окружающей среды, сохранения ресурсов биосферы. Современная экология изучает проявления жизни на уровне отдельных особей, популяций и сообществ. Она исследует факторы неживой природы, воздействующие на организмы, а также влияние живых организмов на природу в целом.

В процессе эволюции живые организмы расселились по всему земному шару и освоили самые различные среды жизни. В результате взаимодействия живых организмов и среды обитания сформировался разнообразный органический мир Земли. Жизнедеятельность организмов, в свою очередь, оказала влияние на неживую природу, которая развивалась и изменялась вместе с живой. В результате сложных взаимоотношений живой и неживой природы сформировались различные сообщества - экосистемы, которые составляют современную биосферу.

Экология как наука изучает закономерности развития экосистем, взаимоотношения организмов в них, эволюцию сообществ и биосферы. Она является основой охраны природы, прогнозирования и управления экосистемами в условиях научно-технического прогресса.

На живые организмы прямо или косвенно влияют различные компоненты окружающей среды, называемые экологическими факторами. Условно их можно разделить на две группы: абиотические и биотические факторы.

Абиотические факторы - это воздействующие на организм компоненты неживой природы: климат, почва, рельеф и т. п. Наиболее важным из абиотических факторов является климат. Климат определяет тип растительности в данной местности, которая, в свою очередь, определяет животный мир и облик сообщества.

Биотические факторы - это совокупность взаимодействия живых организмов и влияние друг на друга. Особое место среди них занимает антропогенный фактор как совокупность воздействия человека и его хозяйственной деятельности на живые организмы и природу в целом.

§67. Воздействие на организмы некоторых экологических факторов

Свет. Солнечная энергия - практически единственный источник света и тепла на нашей планете. Количество солнечного света закономерно изменяется в течение года и суток. Его биологическое действие обусловлено интенсивностью, спектральным составом, сезонной и суточной периодичностью. В связи с этим у живых организмов приспособления также носят сезонный и зональный характер.

Ультрафиолетовые лучи губительны для всего живого. Основная часть этого излучения задерживается озоновым экраном атмосферы. Поэтому живые организмы распространены до озонового слоя. Но небольшое количество ультрафиолетовых лучей полезно животным и человеку, так как они способствуют выработке витамина D.

Свет видимого спектра необходим для растений и животных. Зеленые растения на свету, в основном в красном спектре, фотосинтезируют органические вещества. Многие одноклеточные организмы реагируют на свет. Высокоорганизованные животные имеют светочувствительные клетки или специальные органы - глаза. Они способны воспринимать предметы, находить пищу, вести активный образ жизни днем.

Глаз человека и большинства животных не воспринимает инфракрасные лучи, являющиеся источником тепловой энергии.

Особенно важны эти лучи для холоднокровных животных (насекомых, пресмыкающихся), которые используют их для повышения температуры тела.

Световой режим меняется в зависимости от географической широты, рельефа, времени года и суток. В связи с вращением Земли световой режим имеет отчетливую суточную и сезонную периодичность.

Реакция организма на суточную смену режима освещения (день и ночь) называется фотопериодизмом.

В связи с фотопериодизмом в организме изменяются процессы обмена веществ, роста и развития. Фотопериодичность - это один из главных факторов, влияющих на биологические часы организма, определяющие его физиологические ритмы в соответствии с изменениями в окружающей среде.

У растений суточный фотопериодизм влияет на процессы фотосинтеза, бутонизации, цветения, листопада. Некоторые растения раскрывают свои цветки ночью, их опыляют насекомые-опылители, активные в это время суток.

У животных также существуют приспособления к дневному и ночному образу жизни. Так, например, большинство копытных, медведи, волки, орлы, жаворонки активны днем, тогда как тигры, мыши, суслики, ежи, совы наибольшую активность проявляют ночью. Продолжительность светового дня влияет на наступление брачного периода, миграций и перелетов (у птиц), спячки и т. д.

Большое значение имеет и степень освещенности. В зависимости от способности расти в условиях затенения или освещения различают теневыносливые и светолюбивые растения. Степные и луговые травы, большинство древесных растений (береза, дуб, сосна) относятся к светолюбивым. Теневыносливые растения часто обитают в лесу, в его нижнем ярусе. Это кислица, мхи, папоротники, ландыши и др. Из древесных растений - это ель, поэтому ее крона наиболее пышная в нижней части. Еловые леса всегда более мрачные и темные, чем сосновые и широколиственные. Способность к существованию в различном световом режиме определяет ярусность растительных сообществ.

Степень освещенности в разное время года зависит от географической широты. Продолжительность дня на экваторе всегда одинакова и составляет 12 часов. По мере приближения к полюсам продолжительность дня увеличивается летом и уменьшается зимой. И только в дни весеннего (23 марта) и осеннего (23 сентября) равноденствия продолжительность дня везде равна 12 часам. Зимой за Северным полярным кругом господствует полярная ночь, когда солнце не поднимается над горизонтом, а летом - полярный день, когда оно не заходит круглые сутки. В Южном полушарии - наоборот. В связи с сезонными изменениями освещенности меняется и активность живых организмов.

Сезонные ритмы - это реакция организма на изменение времени года.

Так, при наступлении осеннего короткого дня растения сбрасывают листву и готовятся к зимнему покою.

Зимний покой - это приспособительные свойства многолетних растений: прекращение роста, отмирание надземных побегов (у трав) или листопад (у деревьев и кустарников), замедление или остановка многих процессов жизнедеятельности.

У животных зимой также наблюдается существенное снижение активности. Сигналом к массовому отлету птиц служит изменение длины светового дня. Многие животные впадают в зимнюю спячку - приспосабливание для перенесения неблагоприятного зимнего времени года.

В связи с постоянными суточными и сезонными изменениями в природе у живых организмов вырабатывались определенные механизмы приспособительного характера.

Тепло. Все процессы жизнедеятельности протекают при определенной температуре - в основном от 10 до 40 °C. Лишь немногие организмы приспособлены к жизни при более высоких температурах. Например, некоторые моллюски живут в термальных источниках при температуре до 53 °C, синезеленые (цианобактерии) и бактерии могут обитать при 70-85 °C. Оптимальная температура для жизни большинства организмов колеблется в узких пределах от 10 до 30 °C. Однако диапазон колебания температур на суше значительно шире (от -50 до 40 °C), чем в воде (от 0 до 40 °C), поэтому предел устойчивости к температуре у водных организмов уже, чем у наземных.

В зависимости от механизмов поддержания постоянной температуры тела организмы делятся на пойкилотермных и гомойотермных.

Пойкилотермные, или холоднокровные, организмы имеют непостоянную температуру тела. Повышение температуры окружающей среды вызывает у них сильное ускорение всех физиологических процессов, изменяет активность поведения. Так, ящерицы предпочитают температурную зону около 37 °C. С повышением температуры ускоряется развитие некоторых животных. Так, например, при 26 °C у гусеницы бабочки-капустницы период от выхода из яйца до окукливания продолжается 10-11 дней, а при 10 °C он увеличивается до 100 дней, т. е. в 10 раз.

Для многих холоднокровных животных характерен анабиоз - временное состояние организма, при котором жизненные процессы существенно замедляются, а видимые признаки жизни отсутствуют. Анабиоз может наступать у животных как при понижении температуры среды, так и при ее повышении. Например, у змей, ящериц при повышении температуры воздуха выше 45 °C наступает оцепенение, у земноводных при понижении температуры воды ниже 4 °C жизненная активность практически отсутствует.

У насекомых (шмелей, саранчи, бабочек) во время полета температура тела достигает 35-40 °C, но с прекращением полета быстро снижается до температуры воздуха.

Гомойотермные, или теплокровные, животные с постоянной температурой тела обладают более совершенной терморегуляцией и в меньшей степени зависят от температуры среды. Способность поддерживать постоянную температуру тела - это важная особенность таких животных, как птицы и млекопитающие. У большинства птиц температура тела составляет 41-43 °C, а у млекопитающих - 35-38 °C. Она сохраняется на постоянном уровне вне зависимости от колебаний температуры воздуха. Например, при морозе в -40 °C температура тела песца 38 °C, а белой куропатки - 43 °C. У более примитивных групп млекопитающих (яйцекладущих, мелких грызунов) терморегуляция несовершенна (рис. 93).

Рис. 93. Зависимость температуры тела различных животных от температуры воздуха

Температурный режим имеет большое значение и для растений. Наиболее интенсивно процесс фотосинтеза идет в диапазоне 15-25 °C. При высоких температурах происходит сильное обезвоживание растений и начинается их угнетение. Процессы дыхания и испарения воды (транспирация) начинают преобладать над фотосинтезом. При более низких температурах (менее 10 °C) могут возникать холодовые повреждения клеточных структур, угнетение фотосинтеза.

Основные приспособления растений к холодным местам обитания - это уменьшение размеров и появление специфических форм роста. На Севере, за Полярным кругом, произрастают карликовые березы, ивы, стелющиеся формы можжевельника, рябины. Даже во время долгого полярного лета, когда освещенность очень большая, отсутствие тепла сказывается на процессах фотосинтеза.

У растений существуют специальные механизмы, позволяющие предотвратить замерзание воды в клетках при низких температурах (ниже 0 °C). Так, зимой в тканях растений находятся концентрированные растворы сахаров, глицерина и других веществ, препятствующих замерзанию воды.

Температура, как и световой режим, от которого она зависит, также закономерно изменяется в течение суток, года и на разных широтах. На экваторе она относительно постоянна (около 25-30 °C). По мере приближения к полюсам амплитуда возрастает, причем летом существенно меньше, чем зимой. Поэтому особенно большое значение приобретает наличие у животных и растений приспособлений к перенесению низких температур.

Вода. Наличие воды - это необходимое условие существования всех организмов на Земле. Все живые организмы не менее чем на 30 % состоят из воды. Поддержание водного баланса является основной физиологической функцией организма. Вода по земному шару распределяется неравномерно. Так как большинство наземных растений и животных влаголюбивы, то ее недостаток часто оказывается причиной, ограничивающей распространение организмов.

Наличие воды - это один из основных экологических факторов, лимитирующих рост и развитие растений. В отсутствие воды растение увядает и может погибнуть, поэтому у многих растений существуют специальные приспособления, позволяющие им переносить недостаток влаги.

Так, в пустынях и полупустынях широко распространены ксерофиты, растения засушливых мест обитания. Они могут переносить временное увядание с потерей воды до 50 %. У них хорошо развита корневая система, в десятки раз превышающая по массе надземную часть. Корни могут уходить в глубину на 15-20 м (у черного саксаула - до 30 м), что позволяет им добывать воду на больших глубинах. Экономное расходование воды обеспечивается и развитием особых приспособлений надземных органов. Для уменьшения испарения воды листья у растений степей и пустынь обычно мелкие, узкие, часто они превращены в колючки или чешуйки (кактусы, верблюжья колючка, ковыль). Кутикула листа утолщена, покрыта восковым налетом или густо опушена. Иногда наблюдается полная потеря листьев (саксаулы, джузгун). Фотосинтез у таких растений осуществляется зелеными стеблями. У некоторых обитателей пустынь (агава, молочай, кактус) в тканях сильно утолщенных, мясистых стеблей запасается большое количество влаги.

Мезофиты - это растения, развивающиеся в условиях, когда воды достаточно. К ним относятся листопадные деревья, кустарники, многие травы лесной и лесостепной зон.

Гигрофиты - растения влажных мест обитания, имеют крупные сочные листья и стебли и значительно хуже развитую корневую систему. Межклетники в листьях и зеленых стеблях хорошо развиты. К числу таких растений относятся рис, калужница болотная, стрелолист, мхи и др.

У гидрофитов - водных обитателей часто плохо развиты или отсутствуют механическая ткань, корневая система (ряска, элодея).

Вода также необходима и животным. Большинство обитателей пустынь - верблюды, антилопы, куланы, сайгаки - достаточно долго способны обходиться без воды. Большая подвижность и выносливость позволяют им совершать миграции на значительные расстояния в поисках воды. Способы регуляции водного баланса у них более разнообразны. Так, например, жировые отложения у верблюда (в горбах), грызунов (под кожей), насекомых (жировая ткань) служат источником метаболической воды, которая освобождается в результате окисления жира. Большинство обитателей засушливых мест ведут ночной образ жизни, тем самым избегая перегрева и избыточного испарения воды.