Реферат: Земноводные. Особенности организма
Земноводных считают вездесущими животными, поскольку этим практически голым созданиям дана возможность обитать и производить потомство в самых различных водных средах и, как ни удивительно, почти во всех частях света (кроме Антарктиды). Амфибиям «подвластны» невероятно сложные условия проживания, в том числе в соленых водоемах, в засуху и мороз. Их можно обнаружить в Гималаях на высоте 4500 м и под землей, в пустынях и за Полярным кругом. Конечно, больше всего видов земноводных обитает в тропических странах, где тепло, влажно и изобилует пища. В холодных и сухих районах на суше проживают представители совсем немногих видов. Но именно они с особой наглядностью демонстрируют, какими феноменальными возможностями наделены такие, казалось бы, совсем беззащитные животные, для успешной жизнедеятельности в широчайшем диапазоне природных условий. При этом амфибии именно не «выживают», как принято считать, в среде, сложной для большинства животных, а живут той полноценной жизнью, особенности которой записаны в их генетической программе. Пример врожденной способности сохранять жизнедеятельность после разного рода «критических» воздействий демонстрируют хвостатые амфибии. Можно заморозить в воде саламандру или тритона, но стоит только растопить лед, и животные преобразятся, проявляя полную готовность продолжать жизнь. Однако следует иметь в виду, что эти генетически обусловленные возможности отнюдь не безграничны. Они имеют свою специфику, заданные конкретные пределы, характерные для каждого вида и сообщества земноводных. Рассмотрим подробнее удивительные возможности организма этих «земно»-«водных» животных.
Специфичность организма амфибий
В строении организма и поведении любых живых существ учтены все особенности условий обитания в своей экологической «нише». Особи каждого вида необходимо и дано именно ее специфичное устройство организма. Это в полной мере относится и к земноводным, которые на стадии личинок или взрослых особей призваны жить в условиях и суши, и воды (или влажной среды). Причем, если возрастная смена водной среды на сушу связана с целенаправленной, зачастую глубочайшей перестройкой организма амфибий, то при периодической смене среды происходит автоматическое переключение с одних органов и систем жизнеобеспечения на другие, необходимые в данный момент. Например, весной, в период размножения, большинство сухопутных видов, используя водоемы для икрометания, переходит к образу жизни, свойственному водным амфибиям. Или же осенью зимующих на суше водные амфибии сближаются по поведению с сухопутными видами. Они покидают воду и, спрятавшись на зиму в защищенных местах суши, впадают в длительную спячку.
Как известно, характеристики воды и суши резко отличаются. Эти отличия касаются всех факторов среды. В водной среде условия влажности постоянны, а на суше они имеют резкие суточные и сезонные колебания. Причем, на большей части земной поверхности влажность сравнительно невелика. Эти условия очень существенны для амфибий, являющихся влаголюбивыми животными. Значительны и температурные колебания. Если в воде они не превышают 25-300, то на суше сезонные колебания могут быть свыше 1000 С. Очень большое значение для дыхания земноводных имеет разница в количестве кислорода среды их обитания. В воздухе оно примерно в 10 раз больше, чем в воде. В водной среде требуются небольшие усилия для поддержания тела, а с выходом на сушу эти усилия значительно возрастают. Изменяется и положение точки опоры. На суше – это земля, расположенная внизу. Плотная же среда воды, от которой можно оттолкнуться, окружает амфибию со всех сторон. В водной и воздушной средах различны и законы распространения звука и света.
Судя по приведенным показателям сред, быть обитателями двух стихий, то есть находиться то в одной среде, то в другой совсем не просто. Однако активная жизнедеятельность амфибий возможна благодаря специфичности анатомии, физиологии и всех четко координируемых сложнейших систем организма. Одним из многочисленных примеров может служить универсальная система «включения» и «выключения» нужных органов при дыхании лягушки в момент перемены среды. Пока амфибия находится в воде, она дышит кожей, но как только оказывается на суше – включается система дыхания легкими и слизистой оболочкой рта. Эта удивительная система действует так, что при каждом нырянии «включенные» органы лягушки автоматически отключаются.
Многообразие водных сред
Большинство земноводных использует в качестве водной среды обитания и размножения пресные водоемы. При этом особи различных видов пользуются именно теми водными ресурсами Земли, на которые «настроен» их организм. Одни из них занимают тихие заводи, непроточные озера, пруды и даже лужи и канавы. Другие способны жить только в бурных горных реках. Третьим дано занимать все ярусы тропического леса – от заболоченных низин до микроводоемчиков в пазухах древесной листвы, заполняемых водой в период тропических ливней. Четвертые – обитатели сухих прерий и пустынь, полностью обустроены для активной жизнедеятельности там в «сезон дождей».
Проживание земноводных вблизи водоемов в условиях относительно влажной атмосферы обеспечивает их кожное дыхание и сохранение влаги в организме. Удаленные от воды, они быстро худеют, но остаются жизнеспособными при потере до 50 % массы и даже больше. Такая лабильность в отношении содержания воды в организме – чудесный дар вездесущим амфибиям. Благодаря этому они способны выживать в условиях с резкими колебаниями влажности. А если к изнуренной от сухости коже земноводного приложить что-либо влажное, животное быстро «приходит в себя». Ведь амфибии «пьют» воду именно кожей. В одном из опытов древесная лягушка массой 95 г, после укутывания мокрой тряпкой увеличила массу до 152 г.
Но не только пресная вода – колыбель вездесущих земноводных. Среди них есть представители некоторых видов, которые наделены способностью обитать в солоноватой и даже в соленой воде. Например, зеленые жабы, жабы-ага, травяные лягушки и некоторые виды саламандр могут успешно размножаться в слабосоленой воде. Выведение из организма излишков солей у этих амфибий происходит за счет специальных физиологических процессов. А наилучшим образом для жизни в соленой воде обустроена филиппинская лягушка. Она обитает в зоне прибоя и прячется в норах крабов. Ее головастики свободно плавают в воде, более соленой, чем в Черном море.
Возможности для сохранения воды в организме
Многие земноводные наделены прекрасными возможностями предохранения организма от потери влаги в засушливую пору. При этом для каждого вида существуют как свой специфический способ, так и индивидуальные устройства для сохранения воды в организме. Например, при высыхании родного водоема инстинкт самосохранения сирена – хвостатой амфибии одного из видов, включает сложный комплекс прекрасно координируемых поведенческих актов, различных органов и физиологических процессов. Во-первых, сирен с помощью своих органов движения глубоко зарывается в прибрежный грунт. Во-вторых, специальные устройства в его организме начинают вырабатывать и выделять на поверхность кожи особую слизь. В смеси с глиной она покрывает все тело хвостатой амфибии, «предусмотрительно» оставив свободной только ротовое отверстие. Образуемый защитный кокон, подсохнув, предохраняет животное от дальнейшего высыхания. В-третьих, в работу включаются процессы окисления жира, который запасен заранее у более упитанных, а потому достаточно жизнеспособных, особей. При окислении образуется углекислый газ, вода и высвобождается энергия. В-четвертых, эта вода целенаправленно направляется организмом в органы, которые наиболее страдают от ее недостатка. В-пятых, освобожденная энергия не исчезает, а тотчас включается в работу по поддержанию сердечной деятельности и работающих в экономном режиме процессов жизнедеятельности. Все эти меры и четко координируемые процессы, предназначенные для сохранения жизни амфибии в критической ситуации, позволяют ей провести в состоянии оцепенения больше года и дождаться спасительной влаги.
Подобная наследственная программа позволяет пережить периода засухи и барашковому лопатоногу – американскому родственнику наших чесночниц. На первом этапе амфибия зарывается в песчаную землю на глубину более 1 метра с помощью лопатообразных выростов задних ног. На следующем этапе организм окружает себя водонепроницаемым коконом, сбрасывая несколько слоев кожи, и впадает в спячку. Обмен веществ у него замедляется до сигнала, который принесут органам чувств долгожданные осадки. Тогда кокон по команде анализаторов лопнет, и спасенное животное выберется на поверхность для активной жизнедеятельности и продолжения рода.
Жабы в основном хорошо переносят засушливую пору благодаря двум чудесным устройствам их организма – защитной коже и достаточно мощным легким. Во-первых, кожа жабы сама по себе малопроницаема и препятствует испарению воды. А во-вторых, жабам даны хорошо функционирующие легкие, что позволяет, в отличие от других бесхвостых амфибий, меньше зависеть от кожного дыхания.
Одна из древесных лягушек тоже наделена влагонепроницаемой кожей, но, что удивительно, генетическая программа построения и функционирования ее организма «знает», когда от такой кожи следует избавиться. Сохраняющая влагу кожа служит лягушке только в сухую погоду, чтобы та без особого вреда для своего здоровья могла проводить несколько часов под жаркими солнечными лучами. При первых же ливнях амфибия начинает линять. На смену защитной коже организм производит обычную для данного вида проницаемую для воды легкую кожу. В нее и «одевается» лягушка до следующей засухи. Тогда «мудрый» организм снова изготовит ей защитную кожу.
Как пополнить влагу?
Когда потеря влаги все-таки переходит допустимые пределы, земноводные целенаправленно отправляются искать более влажный участок почвы. Прижавшись к нему брюшком, животные впитывают в себя влагу, подобно промокашке. Амфибии способны поглощать воду и всей кожей. Для этого представители некоторых видов наделены, например, превосходными устройствами – реберными бороздками. Те образуют тончайшие углубления в коже и работают как мощные капиллярные насосы, обеспечивая высокоэффективный способ извлечения воды. А когда земноводные находятся на суше, организм меняет специализацию этих устройств. Они переключаются на другую работу – транспортировку воды с брюшной стороны в другие части тела для его равномерного увлажнения
Специальным устройством для всасывания воды из чуть влажной почвы (водозаборником) у лягушек и особенно жаб является так называемое «тазовое пятно», пронизанное кровеносными сосудами. У юных норных лопатоногов, американских родственников наших чесночниц, такое тазовое пятно совсем маленькое и занимает всего 5 % всей поверхности тела. Однако его всасывающая способность в 18 раз выше, чем у остальной кожи. Благодаря такому «водозаборному устройству» молодые амфибии способны охотиться днем во время летней жары. Сидя на чуть влажной земле, они всасывают такое же количество воды, какое испаряет остальная часть их тела.
Как недостаток, так и излишки воды вредны для организма амфибий, особенно в юном возрасте. Оказывается, лягушатам прудовой, озерной и дальневосточной лягушек, а также молоди серой и зеленой жабы, чтобы не погибнуть от переизбытка влаги в организме, нельзя оставаться в водоеме, как только они расстанутся с хвостом и жабрами. Только для подросших земноводных вода становится безопасной. Это связано с тем, что у лягушек и жаб появляются те же средства, которые им будут необходимы для предохранения от испарения влаги в сухую погоду. Такими универсальными средствами являются защитная кожа и специальные выделения кожных желез, образующие тонкую поверхностную пленку.
Возможности для обитания в пустыне
Обычно процесс развития головастиков в водоемах длится целый сезон, поскольку он сопровождается очень сложными перестройками всего организма. В некоторых случаях, как у саламандр горных видов и тритонов на севере, детство затягивается на два-три года. А у земноводных – жителей жарких стран, организм «настроен» на ускоренные процессы развития. Это связано с сезонами дождей. Так, головастики некоторых видов пустынных жаб завершают их за 9-11 дней!
Пример ускоренного развития могут продемонстрировать представители одного из видов австралийских земноводных, которые тоже производят потомство в пустыне. Их организм обеспечен наследственной программой по синхронному взаимодействию времени для откладывания икры и развития молоди с периодом дождей в местах обитания этих амфибий. Ведь в пустынях Австралии дождь может выпасть всего раз в два года. Но лишь такое событие произойдет, лягушки активно поднимаются из своих подземных убежищ на поверхность и мечут икру в образовавшиеся лужи. И прежде, чем эти лужи просохнут, головастики успевают не только появиться на свет, но и превратиться в лягушек. А поскольку они не могут жить без воды, то впадают в спячку, предварительно закопавшись в землю (как другие лягушки зарываются в ил к наступлению зимы). Проходит год или два, пока снова пойдет дождь. Тогда молодые лягушки, получив сигнал от своих анализаторов, просыпаются и тотчас выходят на поверхность, как и их родители, чтобы дать начало новому поколению.
Жизнь в условиях бескормицы
Факты говорят, что жаба, посаженная в сырое место, может выдержать без пищи более двух лет. Это связано с тем, что организм амфибий наделен многочисленными возможностями для жизни в таких критических ситуациях, как бескормица.
Для поддержания своей жизнедеятельности земноводным – европейским жителям, нужно совсем немного пищи. Поев один раз в день, представители многих видов удовлетворяют этим свою потребность в энергии. Хороший аппетит у амфибий наблюдается только летом и точно совпадает с периодом наиболее активного размножения потребляемых ими насекомых и других беспозвоночных. Земноводные из теплых стран активны весь год и гораздо прожорливее обитателей мест с умеренным климатом. Ведь многочисленность и воспроизводство их объектов питания не прекращается весь год. Много ест, например, лягушка-бык. Она чувствует себя сытой при массе съеденной пищи до 35 % от своего веса. Известна своей прожорливостью и одна из квакш Австралии. При длине своего тела 10,5 см этот хищник с одинаковым азартом охотится за насекомыми, рыбками, амфибиями, ящерицами, мышами, птицами. А пятипалый свистун – бесхвостая южноамериканская амфибия, отдаленный родственник наших жаб, питается даже летучими мышами.
В неблагоприятные засушливые или холодные периоды насекомых бывает мало, но амфибии не гибнут от голода, а лишь перестают расти. Когда же появляется много пищи, они едят до насыщения и быстро растут. А представители северных видов еще и обеспечены механизмом откладывания жира «про запас», чтобы пережить холодную зиму. За счет чего возможна жизнедеятельность амфибий, например, в бескормицу при похолодании? Как ни удивительно, но в силу того, что земноводные – животные холоднокровные. Ведь амфибиям не уготована участь, как теплокровным, вести постоянную борьбу за поддержание температуры своего тела на определенном уровне. Их организму нужно только чуть-чуть подтапливать свою «печку» пищевым биотопливом. Лишь бы компенсировать небольшие потери при ее остывании. В то же время теплокровные животные вынуждены продуцировать в 30-40 раз больше тепла. При таком экономном расходовании энергии земноводные могут потреблять гораздо меньше пищи и переносить длительные периоды голодания. Во время похолодания, когда беспозвоночный корм амфибий прячется, у земноводных просто пропадает аппетит. И чем холоднее становится, тем на более длительный срок растягиваются процессы выработки энергии. При температуре тела амфибии 150 С они переваривают ужин 4 дня, а при 120 С – 7 дней.
Суточная и сезонная цикличность
Земноводным не даны морфологические и физиологические возможности для поддержания постоянной температуры тела, то есть они относятся к холоднокровным животным. Но холоднокровность – не недостаток, как полагают многие, а необходимое свойство организма земноводных. Оно обеспечивает вездесущим амфибиям свои преимущества перед теплокровными животными, расширяя пределы обитания в сложных и переменчивых условиях. Ведь холоднокровные амфибии не оставлены «на произвол судьбы», а наделены множеством прекрасных, четко и целенаправленно действующих механизмов, позволяющих им проживать в местах, неблагоприятных по температурным и влажностным параметрам, а также с ограниченной обеспеченностью пищей.
Одним из таких «мудрых» механизмов, заложенных в организме земноводных, является суточная и сезонная цикличность, основанная на правильно чередующейся смене периодов активности и покоя. В условиях резко меняющихся суточных и годовых температур и влажности, что характерно для большей части суши, амфибии многих видов не могут в любое время добывать себе пропитание. Поэтому их организм «настроен» на активность именно в периоды с наиболее оптимальными условиями среды. Такая цикличность позволяет земноводным проживать в тех географических областях, где благоприятные для них условия существования составляют лишь некоторую, зачастую малую часть времени. Цикличность связана с биоритмами благодаря «встроенным» в организм животных загадочным «биологическим часам». В тропических странах цикличность почти не наблюдается в связи неизменно достаточной влажностью и постоянством температуры.
Организм земноводных, относящихся к холоднокровным животным, для поддержания жизни рассчитан на солнечное тепло и тепло воды. Вода имеет прекрасное свойство его постепенно накапливать и долго, как в термосе, сохранять при похолодании. Когда приближается зимняя пора, температура окружающей среды и воды значительно снижается, в организме, например, лягушек включается механизм подготовки ко сну. Их кровь загустевает, все жизненные процессы замедляются, и амфибии принимаются искать безопасное во всех отношениях место для спячки. Поиски координируются с помощью генетически заложенных знаний и приобретенного опыта. Они направляют лягушек многих видов для зимовки именно в тот водоем, где вода не промерзает до дна. К таким местам зимовки целые популяции амфибий добираются издалека и закапываются глубоко в ил. Наследственная информация «подсказывает» земноводным, что можно забраться и в разлагающиеся бревна или листья, чтобы выделяющееся при распаде тепло спасало их от особо низких температур.
Но если все же какие-либо резкие изменения погодных или других условий приводят к вымиранию большого количества лягушек, то существует таинственный регулирующий механизм сохранения их популяции. В следующем поколении обязательно родится больше самок, чем самцов. А значит в тот период, когда они подрастут и приобретут способность к размножению, будет отложено гораздо больше икры, чем обычно. Этот целенаправленный механизм осуществляет внешний контроль над всей популяцией, в результате чего происходит восстановление численности амфибий.
Возможность обитания за Полярным кругом
Высокая холодоустойчивость некоторых земноводных обеспечивает их нормальную жизнедеятельность в «северной нише». Редкостными показателями отличаются, например, некоторые углозубы. Организму этих сибиряков дана способность обитать даже за Полярным кругом и выдерживать температуры до –160С, а при +20С им достаточно тепло. И даже их нерест начинается при потеплении воды лишь до +4 – +50С. Отмечены случаи, когда найденные после столетнего пребывания в вечной мерзлоте углозубы, благополучно оживали.
Такие бесхвостые амфибии, как лягушки и жабы некоторых видов тоже способны жить за Полярным кругом. Жизненную активность при нулевой и отрицательной температуре им помогают сохранять замечательные добавки к крови на основе глюкозы, напоминающие по своему действию известный автолюбителям «антифриз». Все физиологические процессы организма этих земноводных «настроены» на полноценную жизнедеятельность особи в суровых условиях, включая размножение в прудах, частично покрытых льдом. Как это ни удивительно, но организм представителей одного из американских «северных» видов теплолюбивого семейства квакш также специально вырабатывает «антифриз», в состав которого входит глицерин. Он позволяет амфибиям жить при температурах ниже нуля.
Способность этих животных обитать в самых суровых условиях просто непостижима. Все рассчитано и устроено таким образом, что голые и холоднокровные земноводные живут и производят потомство не хуже укутанных в меха млекопитающих. Из поколения в поколение амфибии передают данное им уникальное устройство организма и удивительные способности!