Санкт-Петербург 2017
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный гидрометеорологический университет"
Кафедра Экологии и Биоресурсов
Курсовая работа
По дисциплине "Биология"
На тему: "Земноводные: приспособления к жизни в двух средах. Особенности физиологии и жизненных циклов"
Исполнитель: Торокулов Дастан Улукбекович гр. Э-Б16-5-8
Руководитель: Старший преподаватель Глушковская Н.Б
Оглавление
1. Введение
Темой моей курсовой работы являются Класс Земноводные (Amphibia). Так как Земноводные живут как на суше, так и в воде, то я бы хотел написать об приспособлениях к жизни в двух средах и особенностях физиологии и жизненных циклов. Они занимают особое место среди других животных, так как представляют собой первых и наиболее просто организованных наземных позвоночных. Земноводными, или амфибиями, зоологи называют класс позвоночных животных, к которому относятся всем знакомые лягушки и жабы. Само название "амфибии" в переводе с греческого языка означает "живущие двойственной жизнью", что показывает на важную особенность этих животных. Они ведут наземный образ жизни, но вместе с тем сохраняют тесную связь с водной средой. Амфибии, как и рыбы, откладывают яйца, которые, как и у рыб, называются икрой. Во время весенних "концертов" обычно и откладывается икра.
Класс Земноводные объединяет примерно 2600 видов животных. Своё происхождение они ведут от одной из групп земноводных - стегоцефалов, обитавших около 300 млн. лет тому назад в заболоченных водоёмах. Стегоцефалы дышали лёгкими, имели развитые конечности, с помощью которых переползали из пересыхающих водоёмов в другие. Тёплый, влажный климат того времени, достаточное количество пищи, отсутствие конкурентов способствовали закреплению предков земноводных на суше. Так появились первые наземные позвоночные на суше. Наличие двух пар пятипалых конечностей указывает на способность животных передвигаться по твёрдой поверхности. У хвостатых земноводных конечности развиты слабо, поэтому они плохо ходят по суше. В воде они плавают, подобно рыбам, изгибая вытянутое тело и длинный хвост и прижимая конечности к телу.
земноводный жизненный цикл позвоночный
2. Разнообразие земноводных
Земноводные - самый малочисленный класс позвоночных, включающий лишь около 2100 современных видов, представленных тремя отрядами:
1. Безногие земноводные (Apoda) объединяют примерно 55 видов тропических червяг, большинство из которых ведет подземный образ жизни
2. Бесхвостые земноводные (Anura) содержат наибольшее число - около 1800 - видов, приспособившихся к передвижению по суше прыжками при помощи удлиненных задних конечностей.
a. Представители: лягушки, жабы, чесночницы, жерлянки, квакши и т.п.
b. Место обитания: по всем материкам, кроме Антарктиды.
3. Хвостатые земноводные (Caudata, или Urodela) более примитивны; их всего около 280 видов.
a. Представители: всевозможные саламандры и тритоны.
b. Место обитания: в северном полушарии.
3. Строение и жизнедеятельность организма земноводных в двух средах
3.1 Дыхательная система
Условия обитания в воде и на суше земноводных резко отличны, и организация амфибий глубочайшим образом отличается от организации их водных предков. Влажность, постоянная для водной среды, на суше резко изменяется, и на большей части земной поверхности она мала. Так как газообмен между организмом и средой возможен только через водную пленку, жабры, легко высыхающие на воздухе, оказываются непригодными как органы дыхания для наземных животных. Они заменяются у амфибий легкими. В отличие от жабр легкие расположены глубоко внутри тела и защищены от высыхания. Легкие земноводных представляют собой парные мешки, полые внутри. Их тонкие стенки на внутренней поверхности имеют развитое ячеистое строение. Однако поверхность легких у земноводных еще мала. У большинства лягушек отношение ее к поверхности кожи равно 2: 3, а млекопитающих поверхность легкого в 50-100 раз больше поверхности кожи. Незначительное развитие легких у земноводных характеризует их как примитивных обитателей суши. Дыхательные пути у амфибий развиты слабо. У хвостатых они представлены в виде трахеи; у бесхвостых - короткая трахейно-гортанная камера, переходящая в полость легких. Из-за преобразованию органов дыхания у наземных позвоночных животных меняется и механизм дыхания. У земноводных он еще примитивного нагнетательного типа. Механизм дыхания отличает земноводных не только от рыб, но и от других наземных позвоночных, дыхание которых осуществляется при помощи изменения объема грудной клетки. У земноводных относительная поверхность легких мала и они слабо вентилируются, насыщение крови кислородом происходит через легкие и через кожу. Сложнее обстоит дело с удалением из организма углекислого газа. Из-за недостаточной вентиляции легких углекислый газ скопляется в них и затрудняет дальнейшую диффузию этого вещества из крови. Основная масса углекислого газа диффундирует в окружающую среду через кожу. У высших наземных позвоночных кожное дыхание ничтожно мало.
Покровы земноводных, функционирующие как дополнительный орган дыхания. Кожа у земноводных голая, что способствует свободному газообмену в кровеносных сосудах, образующих в ней густую сеть. Кожа земноводных постоянно увлажняется слизью, вырабатываемой многочисленными железами, так как обмен газами между организмом и средой идет только через водную пленку. В коже земноводных помещаются еще и ядовитые железы, секрет которых защищает животное от врагов и различных микроорганизмов. С развитием наземного органа дыхания тесно связана и перестройка системы кровообращения.
3.2 Кровеносная система
Сердце земноводных состоит из двух обособленных предсердий, общего желудочка и артериального конуса, от которого отходит общий ствол аорты, разделяющийся затем на три пары артериальных сосудов. Передние из них - сонные артерии - несут кровь к голове. Следующие за ними сосуды носят название системных дуг аорты. Правая и левая дуги аорты, отсылая каждая по мощной артерии к передним конечностям, соединяются ниже сердца в непарную спинную аорту. Последняя тянется вдоль позвоночника, отсылая от себя артерии к различным органам. От общего ствола аорты отходят также легочно-кожные артерии, которая несет кровь к легким и коже. Венозная кровь от передних отделов тела собирается в парные передние полые вены, куда открываются также очень характерные для земноводных большие кожные вены, несущие артериальную кровь от кожи. Передние полые вены и непарная задняя полая вена, впадают в правое предсердие. В заднюю полую вену собирается кровь из задних отделов тела. Она принимает в себя и печеночную вену, собирающую кровь от кишечника. В левое предсердие впадает общая легочная вена, образующаяся при слиянии парных легочных вен. В отличие от рыб, у земноводных возникает типичный для всех наземных позвоночных второй круг кровообращения, по которому кровь из сердца по легочным артериям поступает в легкие и возвращается в него по легочной вене. При одном круге кровообращения у рыб в сердце попадает только венозная кровь, а у наземных позвоночных и венозная и артериальная. Из-за этого возникает разделение сердца на два отдела: правый - венозный и левый - артериальный. У земноводных это разделение лишь частичное и выражается в существовании двух предсердий. Но уже в правом предсердии кровь смешивается, так как верхние полые вены приносят в него не только венозную кровь, но и артериальную. В желудочке к этой смешанной крови добавляется еще порция артериальной крови из левого предсердия. Отсутствие перегородки в желудочке приобретает исключительно важную роль тогда, когда животное находится под водой и дышит только кожей. В связи с исчезновением жаберного дыхания артерии жаберных дуг изменяются и приобретают новую функцию. Как показывает эмбриональное развитие земноводных, их легочные артерии формируются за счет артерий четвертой жаберной дуги, артерия третьей жаберной дуги у взрослых бесхвостых земноводных исчезает, из второй - развиваются дуги аорты, а из первой - сонные артерии. Передние и задние кардинальные вены, свойственные рыбам, остаются еще у некоторых хвостатых земноводных, а у бесхвостых их целиком заменяют типичные для наземных позвоночных передняя и задняя полые вены.
С примитивностью органов дыхания земноводных теснейшим образом связаны и особенности строения их органов выделения.
3.3 Выделительная система
Голая кожа земноводных не способна противостоять поступлению в организм воды по законам осмотического давления. Подобно рыбам, они "пьют" непроизвольно, всей поверхностью тела. Избыток воды удаляется из организма органами выделения. Они представлены, как и у рыб, двумя туловищными почками, каждая из которых состоит из клубочков и канальцев. В клубочках происходит фильтрация мочи из крови. По мере прохождения ее по канальцам часть веществ, в том числе и вода, всасывается обратно. Моча в окончательном виде из канальцев попадает в мочеточники и выделяется наружу. Отличительная особенность туловищной почки состоит в том, что клубочки здесь велики, а канальцы коротки. Такое строение почки приспособлено к выведению из организма большого количества воды. Особенности строения легких определяют у земноводных своеобразие строения кожи, выполняющей роль важного дополнительного органа дыхания, которые в свою очередь, определяют тип органов выделения, остающихся на уровне развития, свойственном рыбам. Но избыточное поступление воды в организм не грозило бы земноводным, если бы они не собирались для размножения в водоемы. Характер органов выделения находится в связи и с особенностями размножения.
Температурные условия обитания в воде и на суше различны. Колебания температуры в воде в различные сезоны года не превышают 25-30°, а на суше они достигают 120°. При этом здесь очень велика не только сезонная, но и суточная амплитуда, доходящая до 60°. Из-за большого разнообразия температур в окружающей среде важным приспособлением для наземных животных оказывается способность поддерживать температуру тела на постоянном уровне. Но и в этом отношении земноводные характеризуются как примитивные обитатели суши, относящиеся, подобно рыбам, к хладнокровным животным. Слабое развитие легких и снабжение клеток и тканей смешанной, недостаточно богатой кислородом кровью приводит к тому, что обмен веществ у земноводных находится на низком уровне и в теле продуцируется мало тепла. Кожа земноводных лишена защитных образований, которые способны удерживать тепло в теле. Постоянное испарение влаги через кожу снижает температуру тела. При низкой влажности воздуха температура тела оказывается ниже температуры окружающей среды почти на 10°. Сохранение у земноводных хладнокровности следствие особенностей строения их органов дыхания, кровообращения, кожных покровов. Выход позвоночных в новую среду обитания сопровождался изменением влажности и температуры.
3.4 Пищеварительная система
Первые наземные позвоночные имели достаточно корма и стимул к дальнейшему прогрессивному развитию пищеварительного тракта, который обеспечивал максимальное переваривание и усвоение пищи, у них отсутствовал. Так же при низком уровне окислительных процессов, непостоянной температуре тела и незначительной подвижности потребность в пище у земноводных невелика. Дифференциация пищеварительного тракта у этих животных осталась приблизительно на том же уровне, что и у их предков - рыб. Земноводные имеют общую ротоглоточную полость, короткий пищевод, переходящий в сравнительно слабо обособленный желудок. Желудок переходит в кишечник, в котором хорошо отграничена только задняя кишка, которая открывается в клоаку. Большая печень снабжена желчным пузырем; поджелудочная железа расположена в первой петле кишечника. Зубы большинства современных земноводных имеют вид простых конусов, приращенных основанием к кости, а вершиной направленных назад. Все зубы однородны и служат лишь для удержания добычи, которая заглатывается целиком. Они очень малы, по мере снашивания выпадают и заменяются другими. Расположены зубы не только на челюстях, но и на сошниках. Присутствие сошниковых зубов характерно только для рыб и земноводных. В ротоглоточную полость у амфибий открываются слюнные железы, отсутствующие у рыб, секрет которых смачивает ротовую полость и пищу. Появление слюнных желез типично для наземных позвоночных и служит приспособлением против иссушающего действия воздушной среды. По сравнению с рыбами у земноводных прогрессивно развивается язык и принимает участие в захватывании пищи, обладая собственной мускулатурой. С выходом на сушу перестраиваются не только те системы органов, которые непосредственно обеспечивают обмен веществ в организме, но и органы чувств, центральная нервная система.
3.5 Органы чувств
В водной среде меньше света, и сравнительно малая прозрачность воды не позволяет видеть далеко, поэтому рыбы близоруки. Воздушная среда не препятствует видимости, и земноводные приспособлены к рассматриванию предметов на более или менее далеком расстоянии. Эти приспособления выражены в выпуклой форме роговицы и в форме хрусталика, имеющего вид двояковыпуклой линзы. Аккомодация у амфибий, так же как и у рыб, достигается лишь перемещением хрусталика путем сокращения ресничной мышцы, которая характерна для наземных позвоночных. Из-за обитанием на суше у земноводных имеются подвижные веки, которые обеспечивают глазам защиту от высыхания и засорения. Кроме внутреннего уха, имевшегося уже у рыб, у амфибий развито среднее ухо, представляющее собой видоизмененную полость брызгальца рыб, отграниченную от окружающей среды барабанной перепонкой. В этой полости помещается слуховая косточка - столбик, представляющая собой видоизмененную подвесочную кость. Одним концом столбик упирается в барабанную перепонку, другим - в истонченный участок перегородки, разделяющей среднее и внутреннее ухо. Столбик передает колебания барабанной перепонки внутреннему уху. Полость среднего уха соединяется с ротовой полостью с помощью узкого канала - евстахиевой трубы оказывается сообщающейся с наружной средой, благодаря чему внутреннее и внешнее давление на барабанную перепонку уравновешивается. Усложнение органов обоняния у земноводных выражается в изменении формы складчатости, увеличивающей обонятельную поверхность. У рыб и личинок земноводных эти складки мелкие и расположены радиально. У взрослых земноводных они крупнее и имеют вид закрученных горизонтальных выростов. У земноводных начинает обособляться часть обонятельного мешка, образующая самостоятельный отдел органа обоняния, характерный для наземных позвоночных - Якобсонов орган служащий для обоняния пищи, которая находится во рту. В стенках обонятельного органа земноводных, как и у всех наземных позвоночных, развиваются многочисленные железы, увлажняющие слизистую оболочку. Орган обоняния расположен вблизи ротовой полости и соединен с ней при помощи внутренних ноздрей. Это включает орган обоняния в состав проводящих дыхательных путей. Акт вдоха служит земноводным и для восприятия запахов. Прогрессивное развитие всех органов чувств у земноводных объясняется и тем, что органы боковой линии у них во взрослом состоянии, как правило, исчезают. Для водных обитателей органы боковой линии имеют главенствующее значение и до некоторой степени компенсируют функцию других органов чувств. [3, с.140]