Беспозвоночные животные

Беспозвоночные (лат. Invertebrata) – первые животные на планете, группа живых существ, у которых отсутствует внутренний скелет. На сегодняшний день обнаружено около миллиона видов беспозвоночных, но это лишь малая часть их общего числа. Зоологи ежегодно описывают тысячи новых видов. Виды беспозвоночных были обнаружены в окаменелостях, датируемых более 600 миллионов лет назад, причем многие из этих видов существуют в наши дни. В настоящее время беспозвоночные составляют более 97% всех видов животных, при этом большинство видов животных являются беспозвоночными.

Улитка – беспозвоночное животное

Интересный факт! В 1809 году французский натуралист и биолог Жан Батист Ламарк совершил открытие одной группы животных без позвоночника. В эту группу были включены все организмы, не обладающие позвоночником, включая человека, других млекопитающих, птиц, рыб, рептилий и земноводных.

Типы беспозвоночных животных

К беспозвоночным относятся губки, кишечнополостные, плоские, круглые и кольчатые черви, моллюски, членистоногие, иглокожие и т.д., включая все простейшие и многоклеточные  животные. Всего существует 13 видов беспозвоночных (по некоторым данным 22 вида). Каждый вид характеризуется особым планом строения.

Эволюция беспозвоночных животных

Губки считаются наиболее примитивными из многоклеточных организмов. В их организме существует пять различных типов специализированных клеток, однако связь между этими клетками остается слабой.

Интересный факт! Считается, что массы, которую можно образовать, раздавив губку и протерев ее через сито, достаточно для регенерации организма в целом, включая отдельные клетки и их группы. Губки, несмотря на наличие основной пищеварительной системы, способны к размножению половым и бесполым путем (путем почкования).

Кишечнополостные животные также являются двуслойными, но их организм содержит 6 – 7 типов специальных клеток. Помимо внутриклеточной системы пищеварения, у них развивается пищеварение в кишечной полости. Кишечнополостные обладают разветвленной нервной системой; их основными органами чувств являются статоцисты и простые глаза, которые предназначены для обнаружения света и темноты до того, как произойдет движение. Эпителиальные мышечные клетки обладают системой актин-миозиновых волокон, которая позволяет им двигаться. Кишечнополостные, подобно губкам, размножаются половым и бесполым путем.

Переход к активному движению сопровождался появлением передней части тела, через которую животное встречает препятствия и добычу. На этом конце начинают формироваться нервные клетки и органы чувств, образуя головку и приобретая двустороннюю симметрию. Такая симметрия тела наблюдается у плоских червей, которые перешли от плавания к ползанию по земле. Несмотря на это, они до сих пор сохранили черты, присущие радиально-симметричным предкам кишечнополостных: например, у плоских червей рот все еще расположен в центре тела, кишечник не имеет заднего прохода и расположен по бокам, и глотки идут во все стороны. Однако структура плоских червей гораздо лучше организована, чем у кишечнополостных.

Плоские черви (паразиты) – беспозвоночные животные

Плоские черви, также известные как плоские глисты, обладают трехслойной структурой. В отличие от губок и кишечнополостных, у них формируются три зародышевых листка в процессе онтогенеза, включая мидодерму. Одной из важных особенностей строения плоских червей является наличие кожно-мускульного мешочка. Этот мешочек представляет собой сочетание эпителия и сложной системы дифференцированных мышечных волокон, расположенных непосредственно под ним.

Интересный факт! У плоских червей впервые в истории эволюции появилась выделительная система.

Мигрирующие клетки с сломанными ресничками создают потоки воды, которые перемещают метаболические отходы в сборные трубки, которые направляют их на поверхность животного. У плоских червей нервная система состоит из парного мозгового узла и нервных стволов, которые соединены кольцеобразными перемычками и выступают наружу. Тело плоских червей может быть удлиненным, но уплощенным в верхнебрюшном направлении, поскольку у них отсутствуют системы дыхания и кровообращения, а кислород поступает в организм червя путем диффузии через поверхность тела. Важно отметить, что плоские черви являются гермафродитами, но некоторые из них также способны размножаться без полового акта путем перекрестного деления.

Плоские черви не имеют полости в своем теле. Полость тела, которая отличается от пищеварительной, появилась впервые у круглых червей. Внутренняя полость тела, когда она содержит жидкость, выполняет различные функции:

• Обеспечение эластичности тела червя (гидроскелет);
• Транспортировка веществ из кишечника к мышцам и половой системе через полости тела;
• Доставка продуктов обмена к органам выделения, служащим специальными кожными железами. Таким образом, полость тела играет роль внутренней среды организма. Кроме того, у плоских червей есть задний отдел кишечника и задний проход, а кишечник у них непрерывный. Их внешний вид отличается сложной многослойной кутикулой, которая, в сочетании с гидроскелетом, обеспечивает опору для мышц. Рост червя сопровождается линькой из-за жесткости кутикулы. В отличие от плоских червей, круглые черви изолированы и не способны к регенерации.

Круглый червь

Кольчатые черви обладают значительной структурной сложностью. Одной из их общих особенностей является сегментация тела, состоящая из большого числа повторяющихся сегментов одинаковой структуры. Кольчатые многощетинковые черви являются наиболее сложными в своей организации. Их тела характеризуются наличием парных боковых наростов, называемых параподиями, на каждом сегменте тела. Параподии представляют собой короткие, мускулистые и подвижные наросты на теле червя, оканчивающиеся пучком волос. Движение параподий однообразно — они перемещают животное вперед, карабкаясь спереди назад и цепляясь за волоски на поверхности субстрата. Хотя параподии являются первыми конечностями, они очень примитивные.

Полихеты кольчатых червей первыми в эволюционном контексте развили систему кровообращения и органы дыхания, что ознаменовало первые шаги на пути к развитию этих органов. Видоизмененные параподии, например, превращаются в жабры. Кровь, циркулирующая через параподии, представляет собой замкнутую систему, состоящую из дорсальных и вентральных сосудов, соединенных кольцеобразными сосудами, проникающими в жабры параподий.

Движение крови осуществляется за счет сужения стенок кровеносных сосудов. В крови присутствует гемоглобин, но нет эритроцитов, а гемоглобин растворен прямо в крови. У червей этого вида есть пара выделительных трубок в каждом сегменте тела, один конец которых открывается в полость тела, а другой — наружу.

Нервная система кольчатых червей представлена кольцами нервных оболочек и брюшной нервной цепью. Вопреки своей незначительной внешней схожести с червями, несколько новых видов животных, включая моллюсков, происходят от примитивных кольчатых червей. Личинки и внутреннее строение некоторых кольчатых червей указывают на эволюционную связь между этими двуми видами животных.

По мнению исследователей, происхождение моллюсков объясняется дополнением биогенетического закона Мюллера-Геккеля теорией Северцова: в ходе онтогенеза могут быть проложены новые филогенетические пути. Предполагается, что личинки некоторых кольчатых червей отходят от стандартного пути развития, в результате чего возникают новые виды животных.

Моллюски состоят из трех основных частей: головы, туловища и ног. Туловище представляет собой внутренний мешок, находящийся на спинной стороне, а нога является мышечным выступом на брюшной стороне тела, предназначенным для передвижения. К телу прилегает обширная кожа, образующая мантию. Между мантией и телом находится мантийное пространство, в котором располагаются жабры, некоторые органы чувств, отверстия в задней части кишечника, почки и репродуктивная система. На спинной стороне моллюсков обычно имеется известковая корка, которая позволяет брать из воды и пищи углекислый газ, а затем выделять его специальными железами, находящимися на поверхности мантии.

Моллюски имеют незамкнутую систему кровообращения и представляют собой сердце с желудочком (например, венами, сосудами) и 1-4 предсердиями (кардиями/артериями) в сердце. Выделительная система представлена почками, а нервная система состоит из рассредоточенных узлов. Моллюски классифицируются на три основных класса: брюхоногие, двустворчатые и головоногие.

Для ранних брюхоногих характерны головы с 1 – 2 щупальцами и парой глаз, а также нога с широкой ползущей подошвой и твердым панцирем. Характерной особенностью этих моллюсков является асимметричная организация внутренних органов: правая половина печени, правое предсердие и правая почка удваиваются, что компенсируется развитием левых аналогов. Внешняя строение раковины данных моллюсков практически неискривлено и всегда закручено по часовой стрелке.

У плавающих форм моллюсков, таких как птероподы, нога может быть модифицирована для плавания, а в некоторых случаях раковина полностью отсутствует (например, у улиток). Брюхоногие моллюски сумели освоить сушу: у наземных представителей этого класса развились легкие для дыхания вместо жабр.

Некоторые брюхоногие моллюски перешли в пресноводные водоемы, при этом утратили свои жабры (правило необратимой эволюции) и теперь способны дышать атмосферным воздухом, поглощая его по мере необходимости.

Строение тела головоногих моллюсков отличается особыми адаптациями и уникальными органами чувств. Их туловища и ноги имеют специальные функции – они не предназначены для ползания, а используются для рытья песка или грязи. Панцирь головоногих моллюсков состоит из двух частей, причем края мантийной полости срастаются, образуя входные и выходные сифоны.

У двустворчатых моллюсков голова уменьшена, а тело прикрыто по сторонам двумя створками раковины.

Двустворчатые моллюски – беспозвоночные животные

Однако, в отличие от других моллюсков, головоногие моллюски являются активными хищниками и имеют рудиментарный или отсутствующий панцирь. Их ноги видоизменены и образуют 8 – 10 щупалец с присосками, которые помогают удерживать добычу. Кроме того, из одной модифицированных ног головоногий моллюск, например, кальмар, создает сифон. С помощью этого сифона вода из мантийной полости сильным напором выталкивается наружу, заставляя животное отскакивать.

У головоногих моллюсков развиты сложные органы чувств, включая глаза, которые очень похожи на человеческие. Однако у этих моллюсков адаптация происходит не за счет изменения кривизны хрусталика, как у людей, а за счет приближения и удаления хрусталика от сетчатки.

Головоногие моллюски – беспозвоночные животные

Даже у древних кольчатых червей начался процесс дифференциации структуры некоторых сегментов, в зависимости от выполняемых функций. Передние параподии стали служить для движения, а передние части наклонились вперед и стали поднимать и раздавливать пищу. Таким образом, из передних ног параподов образовались несколько пар челюстей и ног членистоногих. Остальные параподии тела вытянулись, раскололись и стали ногами. Благодаря появлению мощного хитинового панциря эти членистоногие получили надежную защиту от обезвоживания и смогли освоить сушу. Внешний скелет также привел к разделению кожно-мышечного мешка на голову, грудь и живот. У паукообразных и насекомых брюшные сегменты потеряли конечности и сохранились только на заднем конце в виде придатков.

У членистоногих органы дыхания представлены разнообразно. Ракообразные имеют жабры, паукообразные – легочные мешочки и трахеи, а у насекомых – трахеи. Легочные мешочки у паукообразных возникли как приспособление к жизни на суше, чтобы жаберные выступы не высыхали. Трахея у насекомых, в свою очередь, является системой трубок, которые доставляют кислород во все части тела. Насекомые впервые развили крылья, но не из конечностей, а из кожистых складок. Эти складки изначально использовались только для планирования, но затем приобрели подвижность. Благодаря этим адаптациям членистоногие, особенно насекомые, смогли широко расселиться и приспособиться к различным средам обитания.

Структура беспозвоночных животных

У беспозвоночных нет ни внутреннего, ни внешнего костного скелета. У многих есть гидростатические скелеты, заполненные жидкостью, такие как медузы или черви. У других есть жесткие экзоскелеты, внешние оболочки, как у насекомых и ракообразных.

Последовательность беспозвоночных животных

Одной из важнейших особенностей эволюции беспозвоночных является их разнообразие форм и способов существования. Они населяют самые разные экологические ниши – от морских глубин до пустынь, от пресноводных водоемов до лесов. Это разнообразие позволяет им успешно адаптироваться к различным условиям и выполнять различные функции в экосистемах.

Основные этапы эволюции беспозвоночных:

• Одноклеточные;
• Многоклеточны;.
• Кишечнополостные;
• Плоские черви;
• Круглые черви;
• Кольчатые черви;
• Моллюски;
• Членистоногие (древние трилобиты занимают промежуточное положение между современными членистоногими и древними кольчатыми червями).

Характеристика и признаки беспозвоночных животных

Беспозвоночные населяли почти все среды обитания, доступные живым организмам на Земле. Среда обитания – это та часть природы, с которой животное непосредственно взаимодействует. Существует четыре основных места обитания беспозвоночных: водные животные (например, простейшие, кишечнополостные, различные черви и ракообразные); наземные животные (в основном преобладают насекомые, паукообразные, многоножки и двуногие моллюски); наземные личинки (многие личинки насекомых, мелкие черви, нематоды, коллемболы, некоторые клещи); специфическая среда обитания представлена другими живыми организмами (паразитарные формы наиболее распространены у нематод, плоских червей, большое количество паразитов встречается в классе насекомых).

В пределах среды обитания для беспозвоночных выделяются определенные зоны локализации, в которых они находят наиболее благоприятные условия для своего существования. Эти области, называемые местами обитания, во многом определяют характер взаимодействия организмов с окружающей средой. Адаптация основных жизненных функций к окружающей среде определяет морфологические адаптации и в конечном итоге приводит к появлению определенных форм жизни беспозвоночных. Форма жизни относится к морфологическому типу адаптации животного к основным факторам среды обитания и определенному образу жизни. С экологической точки зрения фауна определенных мест обитания состоит из ряда форм жизни. Таким образом, фауна морских беспозвоночных включает виды, адаптированные к среде обитания в толще воды, на дне водоема, на водной растительности, на пленке поверхностного натяжения и т.д.

Развитие беспозвоночных животных

История беспозвоночных берет свое начало от простейших одноклеточных организмов, которые произошли от общего ствола с растениями в докембрийскую эпоху. Однако у первых примитивных представителей животного мира было мягкое тело, поэтому их останки плохо сохранились в геологической летописи. Простейшие, такие как радиолярии и глобусы, составляют значительную часть планктона морей и океанов и играют важную роль в отложении океанических осадков.

Все основные виды беспозвоночных возникли в докембрии и дали начало очень разнообразному миру водных и наземных форм на Фанезисе. Появление животных на фоне их растительных предков было естественным результатом перехода от автофильного к гетеротрофному типу питания. Этот переход, вероятно, происходил постепенно в течение длительного геологического периода. В докембрийскую эпоху развились различные водоросли, которые служили основной пищевой базой для морских животных.

Размножение и развитие наземных беспозвоночных

Адаптация к жизни на суше в условиях недостатка влаги сопровождалась значительными изменениями в репродуктивной биологии по сравнению с водными животными. Эти изменения проявлялись в особенностях оплодотворения, осеменения, ухода и защиты в эмбриональный и личиночный периоды развития, а также в различных типах постэмбрионального развития.

У наземных беспозвоночных половое размножение характеризуется только внутренним оплодотворением. Улитки сохранили гермафродитную репродуктивную систему, и их размножение происходит путем перекрестного оплодотворения. У членистоногих, когда нарушается нормальное соотношение самцов и самок, в популяциях большого числа видов насекомых происходит партеногенез (девственное размножение). В условиях изоляции самок — это может происходить спонтанно. Однако, в этом случае самки не теряют способности к спариванию. После восстановления нормальной структуры популяции эти виды размножаются половым путем.

У тли, ореховых червей и галлов развивается циклический партеногенез, который заключается в регулярной смене генитального и партеногенетического репродуктивных поколений. У галлицы это осложняется способностью нескольких поколений к девственному размножению на личиночных стадиях (почкование). Эти механизмы гарантируют, что популяции сохраняются в неблагоприятных условиях и что продуктивность исходных особей повышается. Часто смена разных поколений сопровождается сменой кормовых культур.

Существует особый тип расщепления яиц паразитическими перепончатыми крыльями и веерными крыльями, который позволяет многим дочерним организмам развиваться из зиготы. Это явление полиэмбрионии, безусловно, можно рассматривать как механизм поддержания численности популяции в условиях узкой пищевой специализации. Паразитов чаще называют монофагами. Когда трудно найти хозяина, вероятность откладывания яиц невелика, и полиэмбриония сформировалась как компенсаторный механизм. Аналогичное явление наблюдается у некоторых червей-паразитов в полости рта.

Адаптивные изменения в механизмах оплодотворения обычно обусловлены сокращением времени пребывания семян в открытой среде. У наземных членистоногих существует три основных типа оплодотворения. Некоторые примитивные низшие энтогнатальные насекомые и акариформные клещи сохранили внешневнутренний неизбирательный способ оплодотворения, который не сопровождается спариванием. При этом самцы откладывают сперматофоры на субстрат, а самки, обнаружив их, захватывают их своими половыми придатками (некоторые клещи, тиксопатия). Метод внешнего и внутреннего оплодотворения, сопровождающийся встречей самца и самки, следует считать более совершенным (селективный тип). При этом сперматофор также откладывается на субстрат, но время полового размножения в открытой атмосфере значительно сокращается (ложные тельца, щетинистые хвосты). Следующим этапом в развитии методов оплодотворения является оплодотворение сперматофоров во время спаривания, характерное для прямокрылых, стрекоз и ряда других древних групп членистоногих. Оплодотворению предшествует спаривание, при котором самец прикрепляет сперму к гениталиям самки (прямокрылые) или к ее оболочкам (стрекозы). У пауков развился особый способ оплодотворения. У их самцов есть вторичный копулятивный аппарат, расположенный в конце педипальпарного сегмента. Во время брачного сезона самцы выделяют капли из кист спермы и отторгают их копулятивными придатками. Во время спаривания семенная жидкость вводится непосредственно в каналы семенных ловушек.

Наконец, у подавляющего большинства внематочных насекомых внутреннее и физиологически обусловленное оплодотворение осуществляется с помощью копулятивного аппарата самцов. Проще говоря, забота о яйценоскости заключается в поиске мест, благоприятных для эмбриональной и личиночной фаз развития. Откладывание яиц насекомыми, личиночные стадии которых являются фитофагами, приурочено к кормовому растению. Более высокий уровень ухода за потомством проявляется при строительстве специальных нор, выводковых камер, гнезд и т.д. Примеры можно найти в специальных разделах, посвященных биологии отдельных групп. Важны общие поведенческие механизмы – кладка защищена от неблагоприятного воздействия внешних условий и врагов, личиночные стадии часто обеспечиваются пищей.

Одним из видов неполной трансформации является гипоморфоз. Этот тип развития характеризуется упрощенной неполной трансформацией, которая свойственна бескрылым представителям некоторых отрядов. Из-за отсутствия крыльев личиночные стадии (нимфы) очень похожи на взрослых особей. Различия в основном сводятся к меньшим размерам тела и некоторым незначительным деталям строения (меньшее количество сегментов в усиках, окраска тела и т.д.). Гипоморфоз отмечается, например, у бескрылых видов прямокрылых, вшей, пушистиков, постельных клопов.

Одним из видов полной трансформации является гиперметаморфоз. У насекомых, развивающихся по этому типу, метаморфоз усложняется наличием нескольких личиночных форм, которые выполняют различные функции и существенно отличаются по морфологии. При довольно широком разнообразии биологических особенностей отдельных видов, у них есть общие черты: они паразитируют на многих видах перепончатокрылых, прямокрылых, жуков. Первая личиночная стадия с развитыми грудными костями предназначена для расселения и поиска пищи. Следующие личиночные стадии предназначены для активного питания и роста.

Интересный факт! Одна из наиболее вероятных гипотез происхождения многоклеточности была выдвинута выдающимся советским зоологом В. А. Догелем. По его мнению, многоклеточность является результатом полимеризации. Оказалось, что уровень организации живых существ тесно связан с их размерами. Самые мелкие организмы представлены вирусами, а самые крупные – многоклеточными эукариотами.

Питание

Помимо обычных методов добычи пищи, которые свойственны обитателям водоемов, они также используют фильтры. Это связано с наличием в воде взвешенных частиц, таких как планктон и детрит. Двустворчатые моллюски, личинки ручейников, комары и другие животные питаются методом фильтрации. Пищевые органы этих животных часто устроены таким образом, чтобы просеивать пищу. В этом случае животные либо создают поток воды самостоятельно, либо используют естественный сток водоема.

Среди растительноядных водных беспозвоночных многие имеют хорошо развитый грызущий ротовой аппарат, например, личинки и имаго жуков или гусеницы светлячков. Улитки добывают пищу, очищая водоросли или мягкую растительную массу. Личинки некоторых насекомых, например, колокольчиков, совершают различные перемещения в тканях растений. Водные хищники используют разные методы охоты и поглощения добычи. Одни предпочитают поджидать свою добычу в укромных местах, например, личинки стрекоз или водяные скорпионы, другие расставляют рыболовные сети, как паук-серебрянка или некоторые бегунки, третьи активно выслеживают жертву, как большинство водяных жуков и клопов.

Интересные факты

1. Беспозвоночные животные играют важную роль в нашей жизни как источник пищевых ресурсов. Мы употребляем в пищу продукты их жизнедеятельности, такие как пчелиный мед, или самих животных, в основном моллюсков и ракообразных. Некоторые беспозвоночные специально разводятся для производства пищевых продуктов, например, устрицы, или промышленного сырья, такого как шелк, пчелиный воск, перламутр, жемчужины и т.д.;
2. Однако, некоторые беспозвоночные могут быть серьезными вредителями сельскохозяйственных культур и продуктов, хранящихся на складах. Вредные насекомые наносят значительный ущерб сельскому и лесному хозяйству;
3. Многие виды беспозвоночных могут вызывать серьезные заболевания у человека. Особенно патогенными являются некоторые паразитические простейшие, такие как малярийные плазмодии, амебы, трипаносомы и лейшмании. Также опасны плоские и круглые черви, вызывающие глистов, и клещи, вызывающие чесотку. Некоторые беспозвоночные играют роль промежуточных хозяев для патогенных червей;
4. Некоторые беспозвоночные ядовиты, например, некоторые моллюски и ракообразные.