Алексей Пахневич

Увлекательная анатомия

Серия «Простая наука для детей»

© Пахневич А. В., 2020

© Кравченко Т. В., ил., 2020

© Макаров К. В., ил., 2020

© Проказина Т. С., ил., 2020

© Румянцев А. А., ил., 2020

© Станишевский Ю. А., ил., 2020

© ООО «Издательство АСТ», 2020

* * *

Введение

Анатомия занимается изучением внутреннего строения всех живых существ, в том числе человека. В переводе с греческого слово «анатомия» означает «рассечение», «расчленение». Как наука она зародилась много веков назад – в далёкой Античности. Уже тогда знания анатомии были нужны первым врачам и естествоиспытателям, пытавшимся понять устройство Природы и место каждого её творения.

Но интерес к тому, как устроены животные и человек, возник ещё у первобытных людей. Прежде всего, конечно, анатомические знания требовались охотникам, для них они были просто жизненно необходимыми: лишь зная расположение внутренних органов, можно было быстро и безопасно поразить животное на охоте. Например, носорог и без того очень свирепый зверь, а получив ранение, он сметает всё на своем пути. Поэтому в интересах людей было сделать поединок со зверем как можно более коротким, сразу нанеся ему смертельную рану. А если животное всё же ранило кого-то из охотников, спасти его можно было, если первобытный лекарь знал строение человеческого тела. Но, думается, даже у первобытных людей, непрерывно боровшихся за выживание, интерес к строению животных и самих себя был не только практическим: во все времена находились люди-исследователи, жаждавшие знаний просто потому, что им было «интересно».

Степень интереса к изучению анатомии человека и животных менялась. В античное время он был высок. В темное Средневековье этот интерес пошел на спад, тем более что вскрытия трупов (а как ещё изучать внутреннее строение?!) были запрещены. В эпоху Возрождения анатомия испытала новый расцвет, и интерес к этой науке не ослабевает до сих пор. Подробное знание анатомии необходимо современным врачам и ученым для выяснения важнейших особенностей организации живого, разработки способов лечения тяжелых заболеваний, постановки правильного диагноза и массы других полезных и интересных вещей.

Обычно, говоря «анатомия», мы подразумеваем строение человека. Но анатомия есть и у животных, в том числе таких примитивных, как черви или медузы. Есть и анатомия растений – ведь их строение тоже нужно изучать. В этой книге мы предлагаем вам познакомиться со строением человека и животных и посмотреть, откуда произошли многие особенности нашего организма, как совершенствовалось строение животных в процессе эволюции и какие удивительные превращения и приключения происходили с различными органами.

В нашем путешествии мы обязательно совершим экскурс в мир генов, клеток, отдельных тканей и органов, а также некоторых способностей человеческого тела. Ведь анатомия связана с такими науками, как цитология (наука о клетках), гистология (наука о тканях), физиология (наука о процессах, происходящих в клетках, тканях и органах), биохимия (наука о химических веществах, из которых состоят живые организмы), генетика (наука о наследственности) и так далее.

Мы обязательно постараемся узнать, как палеонтологи пытаются реконструировать строение вымерших животных. А строение, например, скелета динозавра часто подсказывает его образ жизни и питание.

Некоторые считают, что анатомия – довольно сухая наука. Действительно, большинство вещей в ней приходится просто зазубривать. Но многие считают её необыкновенно увлекательной. Хотя бы потому, что ответов в анатомии по-прежнему гораздо меньше, чем вопросов, и что строение нашего организма хранит множество тайн, – некоторые из них, быть может, никогда не будут раскрыты. Но это, пожалуй, делает анатомию только более увлекательной.

Анатомия на службе палеонтологии

Кости динозавров

Иногда, чтобы понять особенности поведения вымершего животного или определить уровень его обмена веществ, приходится использовать имеющиеся данные анатомии и гистологии.

Много лет идет спор о том, какими были динозавры – теплокровными, как млекопитающие, или же холоднокровными, как все прочие рептилии? Как же узнать это, если единственное, что сохранилось от этих животных, – их кости?

Оказывается, и кости могут многое сказать об уровне обмена веществ ископаемого животного. Для этого кость динозавра распиливают, шлифуют и рассматривают под микроскопом.

Оказалось, что у некоторых динозавров в костях было очень много гаверсовых каналов, по которым проходят кровеносные сосуды и нервы. Чем богаче кость сосудами, тем выше уровень обмена веществ у её обладателя. Строение костей этих динозавров было очень схоже с устройством костей млекопитающих, а значит и обмен веществ был почти столь же высоким, как у зверей.

Строение костной ткани: 1 – твердое вещество (минеральные соли и органические волокна); 2 – остеоциты (живые клетки кости); 3 – гаверсовы каналы; 4 – кровеносные сосуды; 5 – остеон – структурно-функциональная единица костной ткани.

Обнаружилась ещё одна интересная особенность. Линии нарастания костной ткани внутри костей (они выглядят как кольца древесины на спиле дерева) некоторых динозавров нечеткие, плохо заметные. Это также свойственно млекопитающим. Отсутствие колец нарастания свидетельствует о том, что кость многократно перестраивалась: минеральные вещества рассасывались и вновь откладывались живыми клетками костной ткани. Постоянная перестройка костей свойственна только животным с постоянной высокой температурой.

Что же, вопрос, кажется, решён? К сожалению, не совсем так. Во-первых, у многих групп динозавров кости пока не изучены. Во-вторых, некоторые другие факты не подтверждают гипотезу о теплокровности древних ящеров. Кроме того, у некоторых хищных динозавров кости по внутреннему строению все-таки больше похожи на кости рептилий. Возможно, у разных групп динозавров уровень обмена веществ отличался?..

Сердце ящера

Если динозавры действительно были теплокровными, их кровеносная система должна была перегонять значительный объем крови, обогащенной кислородом. В таком случае объем сердца у них должен был быть куда больше, чем у их холоднокровных сородичей, и кровь почти наверняка должна была циркулировать по двум полностью изолированным кругам кровообращения. Благодаря такой системе кровообращения обогащенная кислородом кровь циркулировала бы под большим давлением и с большой скоростью. К сожалению, мягкие органы динозавров, в том числе сердце, крайне редко сохраняются в виде окаменелостей. Тем не менее в 2000 году ученые обнаружили среди ископаемых остатков тесцелозавра орган, очень похожий на сердце. Обследовав окаменелость с помощью медицинского сканирующего оборудования, исследователи выяснили, что у тесцелозавра, очевидно, были полностью разделены два круга кровообращения, из чего следует, что он вполне мог быть теплокровным.

Но далеко не все ученые согласны с таким выводом. Некоторые считают, что это всего лишь так называемая «игра природы». Ведь известно, как однажды нашли большой кремень, по форме очень напоминавший головной мозг человека. Иные «искатели истины» даже обнаруживали на его поверхности какие-то определенные извилины и борозды.

Настоящая сенсация

Настоящей удачей для ученых был найденный в 1988 году в Италии маленький динозавр сципионикс. К сожалению, собственно «открытия» сципионикс ждал 10 лет, потому что описан и изучен он был только в 1998 году! Поразительно, но некоторые внутренние органы динозавра оказались мумифицированы. Изучив анатомию ящера с помощью ультрафиолетового излучения, палеонтологи смогли сделать некоторые выводы об особенностях строения его тела.

Прежде всего, сохранились органы пищеварения. Печень выглядит красноватым сгустком в районе грудной полости. Не исключено, что это всего-навсего её отпечаток. Окраску, вероятно, определяет прижизненное повышенное содержание в ней железа, так как печень является органом, в котором происходит процесс разрушения старых эритроцитов.

Рядом с шеей находится не очень четкий отпечаток, который итальянские ученые интерпретировали, с некоторыми сомнениями, как отпечаток трахеи.

На месте брюшной полости сохранились остатки кишечника. Причем некоторые палеонтологи отмечают, что хорошо сохранилась внешняя поверхность кишечника, словно вскрыли только что умершее животное. Полость кишечника была диаметром немногим больше 5 мм – ведь динозавр был крошкой, тем более что нашли не взрослого ящера, а детеныша. Особенно хорошо заметен толстый кишечник, можно даже различить несколько его петель. На некоторых участках скелета ученым удалось проследить его расположение и реконструировать прижизненное положение. Считается, что сципионикс питался мелкими ящерицами.

Хорошо сохранились некоторые мышцы сципионикса, особенно грудной клетки и основания хвоста, а также тончайшие брюшные ребра. Нетронутыми процессом разложения остались и крохотные коготки малютки.

Смерть ящера произошла, вероятно, мгновенно. Тело сципионикса было быстро погребено в иле теплой мелководной лагуны. В отсутствие кислорода или при малой его концентрации тело животного разлагается очень медленно, поэтому кости, мышцы и некоторые внутренности успели окаменеть. Интересно отметить, что кости в скелете сципионикса располагаются в прижизненном положении, это является признаком того, что труп ящера был захоронен в иле на месте гибели и никуда более не переносился.

Такие уникальные находки единичны, но за счет них наука узнает такую информацию, которая, казалось, никогда не будет доступна.

Кожа динозавров

Палеонтологи, как правило, имеют дело с окаменевшими костями и раковинами вымерших организмов, то есть с теми органами, в составе которых преобладают неорганические вещества. Это различные, в основном содержащие кальций или фосфор, соли. Поэтому, когда мягкие части тела (мышцы, внутренние органы) разрушаются, сохраняется только то, что имеет в своем составе хоть какой-то неорганический компонент.

Кожа утконосого динозавра (окаменевший отпечаток)

Но иногда условия захоронения организмов таковы, что сохраняются даже мягкие ткани вымерших животных. Например, в вечной мерзлоте. Особые условия искусственно создаются для сохранения египетских и других мумий. Но иногда сама природа словно бальзамирует мягкие ткани погибших организмов. Так произошло с кожей некоторых динозавров.

Она была довольно толстой, покрытой мощными роговыми чешуями, иногда имевшими форму бляшек. Именно такая кожа попала в руки к ученым. Много интересных находок на счету американских палеонтологов, среди них – окаменевшие мумии утконосого динозавра – анатозавра – с частично сохранившейся кожей. Исследования этих мумий показали, что кожа утконосых динозавров была толстой и покрытой костными бляшками, предохранявшими от солнечного перегрева. Кроме того, в области желудка анатозавра палеонтологи обнаружили остатки его последней трапезы: хвою, семена и шишки сосен.

В руки палеонтологов попала также кожа рогатого динозавра моноклона – толстая, состоящая из множества неправильных многоугольных полей.

В некоторых случаях кожа не сохраняется, но в породе остаются её отпечатки – такое встречается чаще. Но это уже тема для другого рассказа.

Уникальная сохранность

Палеонтологи уже очень много знают об анатомическом строении вымерших животных. В первую очередь по ископаемым остаткам можно сделать заключение о строении скелета, о взаимном расположении костей, их числе, соединении друг с другом. По костям скелета и раковинам ученые реконструируют некоторые признаки того, как располагались мышцы, сухожилия и некоторые внутренние органы. Есть уникальные находки отпечатков кожи, окаменевших органов и их слепков.

Но гораздо больше информации ученые получили, когда в их руках оказались целые или почти целые туши вымерших животных. Как смогли сохраниться эти животные, умершие миллионы или тысячи лет назад? Это происходило в том случае, если тело животного не разлагалось, то есть оно не было доступно ни гнилостным бактериям и грибам, ни насекомым, не позвоночным животным-падальщикам.

Целые туши сохранялись в отложениях каменной соли – галита. Здесь соль пропитывала все тело животного. А среди такого количества соли многие бактерии жить не могут, да и падальщики насквозь просоленную тушу есть не будут. То же самое происходило, когда животные попадали в озокерит, или горный воск, который также пропитывал все тело. Так была найдена туша шерстистого носорога.

Ещё одно местонахождение вымерших животных – это вечная мерзлота. Животные погибали, попадали в воду и быстро замерзали. Ледяные глыбы сохранялись тысячи лет, храня внутри себя удивительную тайну. Так в вечной мерзлоте были обнаружены фрагменты и целые туши животных – древние лошади, бобр, волк, другие хищники – псовые и кошачьи, а также лев, бурундук, бизон, мускусный бык, шерстистый носорог, мамонт.

В замерзшем состоянии сохраняются шерсть, кожа, кости, мышцы и внутренние органы. Наиболее известны и хорошо изучены туши мамонтов, оттаявших из вечной мерзлоты.

Мамонты

На сегодняшний день известно не менее 15 находок мамонтов, у которых в той или иной степени сохранились или мышцы, или кожа, а иногда и внутренние органы. Наиболее известны останки взрослого мамонта, найденного на реке Березовке (это приток Колымы) на северо-востоке Сибири в 1900 году, хотя находки туш с кожей и мягкими тканями были и раньше (одно из первых описаний датируется 1692 годом). Этот 50-летний самец погиб около 44 тысяч лет назад, провалившись в полынью или промоину.

Раскапывая, а точнее, вырубая из вечной мерзлоты мамонта, ученые были удивлены ярко-розовым цветом его мышц, словно животное погибло только что. Не случайно песцы, волки и собаки не брезговали мясом мамонта и в результате отгрызли хобот и сильно повредили голову животного.

Ученые смогли изучить шкуру, кости, мышцы, внутренности и кровь мамонта. Кстати, в желудке и во рту сохранились остатки последней пищи гиганта. Сейчас чучело Березовского мамонта хранится в экспозиции Зоологического музея при Зоологическом институте РАН в Санкт-Петербурге.

Мамонтята открывают секреты

Когда старатели нашли тело 7– или 8-месячного мамонтенка недалеко от ручья Киргилях, важно было как можно оперативнее изъять его из мерзлоты и доставить туда, где тушу можно было бы заморозить и подробно исследовать, ведь тридцатиградусная жара не способствовала сохранению уникальнейшей находки. К счастью, все прошло благополучно, и мамонтенок, которого назвали Димой, был транспортирован в Санкт-Петербург. В Зоологическом музее тушка мамонтенка была подробнейшим образом изучена. Исследовались немногочисленные обрывки шерсти, скелет, внутренние органы, ткани и ДНК. Ученые сделали рентгеновский снимок, на котором можно было увидеть прижизненное положение костей животного. Позже в Японии палеонтологи изучили тушку с помощью томографа. Ученые выяснили положение внутренних органов.

Оказалось, что у мамонтенка был желудок объемом в 1 литр. Органы, которые участвовали в кровообращении и формировании клеток крови, имели темный цвет. Например, печень была бурой из-за накопившихся в ней соединений железа. В ней удалось даже обнаружить губчатую ткань – остатки когда-то живого органа. Но восстановить или оживить эти клетки было невозможно.

К легким вела трахея, утолщенная по всей длине 20 хрящевыми кольцами. Легкие были также темными, так как в них находится множество сосудов, в которых происходит обогащение крови кислородом и её очистка от углекислого газа. Сохранились также некоторые бронхи и альвеолы легких.

Черное сердце сохранилось очень неплохо. В его желудочках были обнаружены темные сгустки массой всего лишь в полтора грамма – все, что осталось от крови, которая попала в сердце перед самой смертью животного. Хорошо сохранились некоторые сосуды сердца и выходящая из него аорта.

Неожиданные результаты появились после осмотра кишечника Димы. В нем в некоторых местах присутствовали остатки слизистой оболочки. Можно было различить также гладкие мышцы и коллагеновые волокна соединительной ткани. Но самое интересное то, что в кишечнике удалось обнаружить структуры, очень похожие на нервные волокна.

Удивительно, но в некоторых органах, например, в легких и кишечнике, удалось найти целые, но нежизнеспособные клетки крови – лейкоциты, эритроциты, фибробласты и тромбоциты.

Обязательным анализом ещё на месте раскопок было бактериально-эпидемиологическое исследование. Ученые проверяли, не умер ли мамонтенок от какой-то инфекции, например, очень живучей сибирской язвы. При соприкосновении с тушкой этой или другой инфекцией могли заразиться люди. Ведь обнаружили же в льдах Антарктиды бактерий, которые оказались жизнеспособными после тысяч лет заморозки. Бактерии в теле мамонтенка нашли, но, к счастью, среди них не было опасных для человека.

Анатомия в камне

Известны случаи, когда внутренние органы животных сохраняются в ископаемом состоянии. Минеральные соли замещают мягкие ткани, сохраняя форму органов. Как правило, внутреннее строение органов не сохраняется, хотя иногда некоторые структуры различить все же можно. Чтобы окаменение произошло, необходимы особые условия, при которых мягкие ткани, с одной стороны, сохраняются неразрушенными, а с другой – быстро пропитываются минеральными солями – окаменевают.

В ряд учебников палеонтологии XX века попал рисунок, на котором была изображена раковина брюхоногого моллюска. Она была неполной, часть передней стенки самого широкого завитка отсутствовала. А внутри нее находился жгут, состоящий из какого-то минерала (какого именно, по рисунку понять было невозможно). Зная внутреннее строение современных брюхоногих моллюсков, палеонтологи определили, что этот жгут является не чем иным, как фрагментом пищеварительной системы, замещенным минералом.

Известны многочисленные случаи, когда внутри черепов позвоночных животных находили окаменевший естественный отлив головного мозга с отпечатком внутренней поверхности черепной коробки. Череп заполнялся через имеющиеся в нем отверстия осадком (илом или песком), который со временем затвердел и окаменел. Иногда мозговую полость в черепной коробке искусственно заполняли гипсом, воском или пластиком, чтобы сделать слепок внутренней поверхности. Конечно, тонкие внутренние структуры мозга не сохранялись, но доли, борозды, извилины, кровеносные сосуды и отдельные нервы можно увидеть, а также определить степень развития тех или иных частей головного мозга. На исследуемых образцах не всегда можно наблюдать все извилины и борозды, иногда видны только отделы мозга.

В связи с изучением естественных отливов головного мозга ископаемых животных известным французским естествоиспытателем Ж. Кювье было основано направление в палеонтологии – палеоневрология. Наиболее активным продолжателем дела великого француза стал известный советский палеонтолог Ю. А. Орлов.

Палеонтологи обнаружили естественные слепки мозга летающих ящеров. Оказалось, что те доли головного мозга, которые ответственны за координацию движений, у этих рептилий были хорошо развиты. Значит, летающие ящеры были именно летающими, а не планирующими животными, как предполагали некоторые ученые.

Гораздо лучше исследован головной мозг млекопитающих. Известны естественные отливы головного мозга древних хоботных, газелей, лошадей, китов, носорогов и куниц. Палеонтологам хорошо известен прекрасно сохранившийся естественный отлив головного мозга гигантской медведеобразной куницы перуниума. Выяснилось, что, несмотря на то, что мозг перуниума в общем сходен с головным мозгом современных куниц, у него есть много черт строения, которые характерны для головного мозга других хищных млекопитающих. Например, сильно развиты височные доли больших полушарий, что свойственно головному мозгу медведей. Это может быть связано с хорошим слухом животного или с высоким уровнем высшей нервной деятельности. Крупный мозжечок с хорошо развитыми извилинами и бороздами – признак того, что перуниум был ловким и проворным животным.

Данное направление исследований очень перспективно, так как оно позволяет не только узнать строение внутренних органов, но и судить о некоторых чертах поведения, развитии органов чувств и т. д. у вымерших животных. Так, выполнены искусственные отливы головного мозга различных динозавров, которые всесторонне изучаются.

Мозг хищных динозавров

Исследуя головной мозг различных млекопитающих, палеонтологам, конечно, хочется так же заглянуть под черепную коробку динозавров, рептилий, правивших Землей на протяжении мезозойской эры, в течение почти 180 миллионов лет. Прежде всего, объектом таких исследований стали хищные динозавры, такие, как тираннозавр или тарбозавр. Ведь давно ведутся споры: были ли эти динозавры активными хищниками или питались исключительно падалью?

Для выяснения строения мозга ученые проводили исследование черепов хищных динозавров на томографе и делали слепки с мозговых коробок.

Как мы уже выяснили, у пресмыкающихся головной мозг покрыт плотно прилегающими мозговыми оболочками, поэтому узнать точное его строение, не сняв эти оболочки, невозможно – ни при помощи томографа, ни снимая самые точные слепки. Тем не менее, проведя тщательное изучение и сравнив их головной мозг с мозгом современных пресмыкающихся, палеонтологам удалось получить очень интересные результаты.

В первую очередь стоит отметить, что головной мозг в соотношении с размером всего тела или хотя бы черепа был мизерным. Кроме того, оказалось, что в головном мозге тираннозавра были хорошо развиты обонятельные доли и, соответственно, обонятельные луковицы. Значит, обоняние ящера было очень хорошо развито. Мозжечок был очень необычной формы: он имел вид конуса, приподнятого над мозгом. Надо сказать, что такое строение мозжечка характерно и для современных рептилий.

У хищных динозавров был сильно развит гипофиз. Он имел шишковидную форму и был гигантского размера. Это значит, что в регуляции тела ящера имела значение не только нервная составляющая, за счет нервных импульсов, но и гуморальная, за счет гормонов.

Вообще, как оказалось, головной мозг тираннозавра не имел каких-либо необычных черт строения.

Ученые сделали вывод, что тираннозавр, имея огромную массу тела, не в одну тонну, навряд ли быстро бегал. И вообще скорее всего предпочитал искать жертву по запаху, так как обоняние его было развито хорошо. Напрашивается вывод, что тираннозавры питались падалью.

О чем может рассказать кость или раковина

Чаще всего ученые-палеонтологи сталкиваются в своей работе с раковинами и костями. Это все, что остается от ушедших в небытие животных. Но даже кости и раковины могут рассказать о строении давно вымершего животного. Нужно только уметь читать те следы, которые сохраняются на ископаемом материале.

Рассмотрим сначала пример с раковиной. Очень часто можно отыскать окаменевшую раковину морских животных брахиопод, или плеченогих. Они очень похожи на двустворчатых моллюсков. Особенно хорошо видны элементы внутреннего строения мягкого тела животных на толстых раковинах. Вот внутри брюшной створки брахиоподы-гигантопродуктуса мы видим симметричные отпечатки, одни из них выглядят наклонно исчерченными, другие представляют собой эллипсовидные ветвистые образования. И те и другие являются отпечатками мускулов. Первые – это следы прикрепления к раковине мускулов-открывателей, а вторые – мускулов-закрывателей толстой раковины. Они хорошо видны ещё потому, что раковины этих брахиопод были самыми большими и толстыми среди всех известных вымерших и современных представителей типа. И вот теперь, спустя почти 340 миллионов лет, мы можем сказать, где прикреплялись мышцы и как они располагались в раковине.

Некоторые элементы строения мягкого тела можно увидеть внутри раковины двустворчатого моллюска, как ископаемого, так и современного. На внутренней поверхности так же, как у брахиопод, хорошо видны отпечатки мускулов-закрывателей и открывателей. Ближе к краю створки проходит линия, которая будто повторяет очертания раковины животного, только в уменьшенном виде. Это тоже следы мускулов, а именно мускулов мантийного поля. Но все же повторить изгиб раковины линии не удается. Она впячивается внутрь створки, словно огибает какую-то преграду. Эта выемка называется мантийным синусом. Синус является признаком хорошо развитого сифона, который засасывает воду в раковину или выталкивает её.

Не менее важные подробности строения тела животного можно узнать по сохранившимся костям. На поверхности костей существует ряд выступов, гребней или не слишком выдающихся неровностей (иногда их можно назвать даже шероховатостями), которые могут рассказать о многом. Например, на плечевых костях человека находится дельтовидная шероховатость (иногда называемая бугристостью) – место прикрепления дельтовидной мышцы.

Прикрепление мышц к скелету у человека (А) и насекомых (Б): 1 – бедренная кость; 2 – мышца; 3 – место прикрепления мышцы; 4 – крыло; 5 – хитиновый покров; 6 – мышцы; 7 – утолщения хитинового покрова в местах прикрепления мышц

Такой характер поверхности не случаен. Увеличение неровности поверхности кости способствует лучшему прикреплению мышцы. То же касается и отростков и гребней костей. Например, на нижней челюсти с каждой стороны есть парные отростки – суставный и венечный. Основная функция первого – образовать сустав, а второй является местом прикрепления мышц. Он также необходим человеку, когда тот активно двигает челюстью во время пережевывания пищи или разговора. Но если взглянуть на челюсти человекообразных обезьян: орангутана, шимпанзе, гориллы, то окажется, что у человека он не такой уж большой – у человекообразных обезьян он гораздо массивнее.

Челюсти гориллы (1), австралопитека (2) и современного человека (3)

Не менее крупным был он и у вымерших предков человека, таких, как обезьяна-египтопитек и «основатель» человеческого рода – австралопитек. Это совсем не значит, что болтали они больше и лучше, чем мы (тем более, что другие признаки наличия членораздельной речи у них отсутствуют), просто пища их была куда более грубой, чем наша. Поэтому, чтобы прожевать её, необходимы были сильные, более мощные, чем у человека, мышцы.

Костный гребень на черепе гориллы

То же касается и гребней. Например, у представителя племени австралопитеков зинджантропа от уплощенного лба к темени черепа проходил костный гребень, что встречается также у современных горилл. У современного человека и ряда вымерших представителей рода человеческого такого гребня нет, поскольку он сформировался, чтобы стать местом прикрепления мощных мышц.

Зная эти закономерности анатомического строения опорно-двигательного аппарата, ученые по ископаемым костям могут не только обнаружить место прикрепления мышц, но и сказать, насколько те были развиты и, следовательно, какой образ жизни вело животное и чем оно питалось.

Так незамысловатая ракушка или единственная косточка могут рассказать о своем хозяине, не только современном, но и вымершем.

Анатомия беспозвоночных животных

Кто такие беспозвоночные

В начале XIX века французский ученый Жан-Батист Ламарк разделил всех животных на позвоночных и беспозвоночных. В основу деления им был положен один анатомический признак – наличие или отсутствие у животного позвоночника. К беспозвоночным животным были отнесены самые разные типы: кишечнополостные, черви, ракообразные, насекомые, иглокожие и многие другие. А к позвоночным – животные, впоследствии объединенные в тип хордовых, да и то не все – некоторых хордовых Ламарк справедливо отнёс к беспозвоночным.

Беспозвоночные и позвоночные

Дело в том, что общим признаком хордовых является не наличие позвоночника – далеко не у всех из них он есть, – а наличие хорды хотя бы на одной стадии развития животного. Например, у человека хорда есть только у эмбриона, а впоследствии полностью исчезает.

Таким образом, с развитием науки актуальность деления животных на позвоночных и беспозвоночных отпала, но названия эти прижились, и до сих пор мы делим науку зоологию на зоологию позвоночных и зоологию беспозвоночных.

Эта глава посвящена анатомии беспозвоночных – огромному разделу науки. Огромному, потому что в эту группу объединены сильно различающиеся между собой животные. Одни из них устроены довольно просто и не имеют даже тканей и органов, другие же, наоборот, сложны и своеобразны, как, например, членистоногие и иглокожие.

Необычные скелеты

Тело позвоночных животных, в том числе и человека, поддерживает костный или хрящевой скелет, расположенный внутри тела. К нему крепятся мышцы, приводящие кости (или хрящи) скелета в движение, кроме того, некоторые части скелета защищают важнейшие внутренние органы – череп защищает мозг, рёбра (у кого они есть) – лёгкие и сердце, отростки позвонков надёжно скрывают спинной мозг. Скелет выполняет и множество других функций, но наиболее важны эти две, а из них важнейшая – прикрепление мышц. Это, так сказать, то, ради чего скелет был «изобретен».

У беспозвоночных позвоночник отсутствует, отсутствуют и другие элементы скелета. Означает ли это, что у них его в принципе нет? Отнюдь. Как это ни удивительно, скелет есть у каждого животного, будь то амеба или дождевой червь.

У одноклеточных простейших опорную и защитную функции – а вы помните, что это две важнейших функции скелета – выполняет ограничивающая клетку двухслойная клеточная мембрана. Такая же мембрана окружает каждую клетку в теле животных и человека. Это своего рода наружный скелет клетки. Кроме того, в клетке есть внутренний белковый скелет, представленный микротрубочками и микрофиламентами (нитями белковых молекул). Клетке такого скелета вполне достаточно, но многоклеточному организму нужна куда более прочная опора и надежная защита.

«Скелет» клетки (цистоскелет): А – общий вид фрагмента клетки; Б – схема строения микротрубочки; В – поперечный срез микротрубочки: 1 – мембрана клетки; 2 – эндоплазматическая сеть; 3 – микротрубочки; 4 – трабекулярные нити; 5 – полисомы в узлах трабекулярных нитей; 6 – тубулиновые единицы микротрубочек и трабекулярных нитей

Скелет животного не должен быть обязательно твердым – даже мягкий скелет способен выполнять свои основные функции. Например, покровы многих червей образованы покровной тканью – эпителием, который подстилает плотная мембрана и слои мышц, идущих в разном направлении. Одни мышцы идут в продольном направлении, другие опоясывают тело вокруг, третьи расположены диагонально. Вместе эпителий и мышцы образуют плотный кожно-мускульный мешок, который выполняет и опорную, и защитную функции, свойственные скелету позвоночных животных. Конечно, у позвоночных опорно-двигательная система работает эффективнее, поскольку мышечные волокна у них расположены отдельными пучками – мышцами, которые позволяют им совершать разнообразные точные движения. У плоских червей мышцы не дифференцированы на пучки, образуя многослойный кокон, поэтому черви могут только «извиваться», более точные и тонкие движения им недоступны. Но этим примитивным созданиям и таких движений вполне достаточно для жизни.

Кожно-мускульные мешки различных червей отличаются друг от друга. У кольчатых червей отсутствуют диагональные, но присутствуют внутренние косые мышцы, которые разделяют сегменты тела на части и, подобно перекладинам, служат опорой. А у круглых червей нематод мышцы только продольные.

Кожно-мускульный мешок плоских червей (срез): 1 – ресничный эпителий; 2 – базальная мембрана; 3 – кольцевые мышцы; 4 – диагональные мышцы; 5 – продольные мышцы; 6 – пучки спинно-брюшных мышечных волокон; 7 – поперечные паренхимные мышечные волокна; 8 – рабдитные клетки в эпителии

У паразитических червей поверхность кожи покрыта плотной кутикулой. Такая же плотная кутикула может встретиться и у свободноживущих червей. Она защищает мягкие ткани червя. Мягкий скелет, возможно не эффективен против хищников (хотя от мелких и он защищает неплохо), однако он позволяет пробираться в узкие щели между частицами почвы или песчинками на дне моря или же в узкие просветы органов животных-хозяев. Все это возможно благодаря тому, что тело червя, снабженное мягким скелетом, способно в различной степени менять свою форму.

Общий вид планарии

Жук-олень – обладатель наружного скелета

Однако многие беспозвоночные все же обзавелись более надежной защитой в виде раковин и панцирей. Трудно сказать, почему их эволюция пошла по такому направлению, – возможно, на заре их эволюционной истории им пришлось столкнуться с крупными и опасными хищниками, от которых можно было укрыться только в раковине. Но, так или иначе, большинство моллюсков прячутся в раковине, а иглокожие и членистоногие щеголяют в латном панцире. При этом панцирь иглокожих состоит из отдельных табличек, а у членистоногих – из более крупных отдельных сегментов. Объединяет их то, что все эти скелеты – наружные, их формируют покровные ткани. Большинство из них образовано неорганическими соединениями – различными солями, или пропитано ими.

Жидкий скелет

У некоторых животных между внутренними органами находится пустое пространство, заполненное жидкостью. Это первичная полость. Жидкость в этой полости находится под высоким давлением, которое поддерживает форму тела и создаёт упругую опору для мышц кожно-мускульного мешка. Получается, что полость тела выполняет основные функции скелета. Поэтому про таких животных говорят, что у них «жидкий» скелет.

Такой гидроскелет свойственен, например, круглым червям. Гидроскелет, естественно, является внутренним, но у круглых червей есть ещё и наружный – толстая кутикула, покрывающая кожу (гиподерму), и кожно-мускульный мешок.

Строение нематод (А – самец; Б – самка): 1 – ротовая полость; 2 – пищевод; 3 – бульбусы пищевода; 4 – окологлоточное нервное кольцо; 5 – средняя кишка; 6 – яичник; 7 – яйцо в матке; 8 – половое отверстие; 9 – анальное отверстие; 10 – семенник; 11 – семяпровод

Полостная жидкость круглых червей выполняет не только опорную функцию.

Поскольку жидкость омывает практически все клетки тела, то она функционирует ещё и как транспортная система – переносит вещества от одних органов к другим. В нашем организме эту функцию выполняет кровь, доставляя кислород и питательные вещества к органам и тканям.

Таким образом, жидкость первичной полости тела выполняет функции и скелета, и кровеносной системы одновременно.

Спасительный панцирь

Членистоногие – крупнейший тип царства животных. Его представители обитают и в воде – как пресной, так и соленой, и на суше, в том числе в почве. Именно они были первыми животными, которые сотни миллионов лет назад вышли на сушу и распространились во все её пределы. Они смогли сделать это благодаря своему скелету, который появился ещё у древнейших представителей типа – трилобитов и ракоскорпионов. Это был панцирь, состоявший из многослойной кутикулы, которую выделяла кожа-гиподерма. Схожий панцирь сохранился и у современных членистоногих, он состоит из полимерного углевода хитина и неорганических солей.

Древним обитателям морей панцирь обеспечивал надежную защиту от хищников. Но хитиновый панцирь не только прочный, но ещё и очень гибкий. Благодаря этому членистоногие могут сгибать и разгибать конечности, а также изгибать тело. Например, современные мокрицы могут сворачиваться в шар; вымершие трилобиты также умели это делать.

Панцирь плохо пропускает воду, а значит, не дает высыхать коже членистоногих. Возможно, именно благодаря этому его свойству древние членистоногие смогли выйти на сушу. У некоторых наземных членистоногих появилась дополнительная защита от высыхания – эпикутикула, состоящая из липидов. Благодаря липидам испарение воды с поверхности тела членистоногого стало настолько ничтожным, что они смогли проникнуть в самые жаркие безводные пустыни и прекрасно чувствовать себя в таких условиях.

Панцирь членистоногих состоит из плотных участков – склеритов, покрывающих сегменты, и мягких мембран, находящихся между сегментами. Благодаря такому строению панцирь обладает удивительной гибкостью.

Однако мы помним, что более важной функцией скелета является не защита, а опора для мышц. Способен ли наружный хитиновый панцирь членистоногих играть эту роль? Да, и весьма неплохо. Если рассмотреть панцирь изнутри, можно увидеть, что слой хитина, покрывающий поверхность тела животных, не ровный – на внутренней стороне панциря существуют выросты, к ним-то и крепятся мышцы. Кстати, у позвоночных животных мышцы тоже крепятся не к гладким участкам костей, а к шероховатостям, гребням, отросткам, причём чем мощнее мышца, тем больше будет гребень или отросток кости, к которой она прикрепляется.

Наружный скелет членистоногого: А – общий вид брюшка сбоку; Б – разрез кожи (схема); 1 – жесткий склерит; 2 – эластичная мембрана; 3 – наружный слой кутикулы; 4 – средний слой кутикулы; 5 – внутренний слой кутикулы; 6 – чувствительные волоски; 7 – гиподерма; 8 – базальная мембрана; 9 – клетка, образующая волосок

Имея такую хорошую опору для мышц, членистоногие могут быстро передвигаться. Вы сами можете в этом убедиться, если захотите поймать убегающего таракана. Кожно-мускульный мешок такую скорость развить не позволяет – даже очень спешащий дождевой червь не может тягаться в скорости с самыми неторопливыми насекомыми.

Крепление мышц к наружному скелету: 1 – выросты склерита, к которым прикрепляются мышцы; 2 – мышцы

Итак, панцирь членистоногих выполняет обе главные задачи скелета – он защищает внутренние органы и является опорой для мышц. Но, как и всякий скелет, он имеет и дополнительные функции. В частности, хитиновая кутикула очень важна для дыхания – у многих наземных членистоногих (насекомых, например) она образует огромную разветвленную сеть трубочек-трахей, через которые воздух поступает к клеткам тела животного. Эта система хитиновых трубочек напоминает сеть мельчайших кровеносных сосудов человека – капилляров. Они так же сильно ветвятся, чтобы вовремя доставить кислород и питательные вещества каждой группе клеток.

В мире беспозвоночных скелет членистоногих – вершина совершенства. Вполне заслуженно этот тип стал самой многочисленной группой не только царства животных, но и вообще всех живых организмов.

Чертов палец

Итак, среди беспозвоночных к эволюционному успеху ведёт приобретение наружного скелета. Но некоторым группам беспозвоночных показалась привлекательной идея скелета внутреннего. Пример вполне успешной работы внутреннего скелета у беспозвоночных животных известен нам из палеонтологии. Многие миллионы лет назад в морях жили головоногие моллюски, удивительно похожие на современных кальмаров, – белемниты. Сходство их, однако, было исключительно внешним, внутреннее строение белемнитов и кальмаров сильно различалось.

Самые первые головоногие унаследовали от своих предков – каких-то примитивных моллюсков – прямую или спирально закрученную раковину, которая у них стала разделяться на камеры. В последней, самой большой камере жил моллюск, остальные же были заполнены газом. Долгое время раковинные головоногие были весьма многочисленны, но до наших дней дожили только шесть видов корабликов, или наутилусов, все остальные головоногие отказались от раковины или превратили её в элемент внутреннего скелета. Драматическая эволюционная история головоногих убедительно показала: в современном мире лучше и надёжнее защищают не толстые раковины, а интеллект и скорость – как раз те качества, которыми знамениты современные осьминоги и кальмары. И одними из первых на путь преобразования наружного скелета во внутренний встали именно белемниты.

Белемниты: А – общий вид (реконструкция); Б – расположение раковины в теле моллюска (1 – камеры; 2 – ростр); В – ископаемый остаток ростра («чертов палец»)

Белемниты словно «вывернулись наизнанку»: не моллюск прятался внутри раковины, а раковина находилась внутри тела моллюска. Раковина была прямой и по-прежнему, как у предков, разделялась на камеры, а сверху на нее надевался ростр.

К большому сожалению палеонтологов, раковины белемнитов были уже довольно тонкими и очень плохо окаменевали, а чаще разрушались, не сохраняясь в первоначальном виде. Но толстостенные ростры (обычно их называют просто «белемниты») очень хорошо сохраняются на протяжении миллионов лет, и люди часто находят их. Их более известное в народе название – «чертовы пальцы».

Чтобы стать хорошими пловцами, белемнитам надо было избавиться от наружной раковины. Им не удалось полностью сделать это, они были только в начале длинного пути, ведущего к современным головоногим моллюскам. Зато благодаря газовым камерам в раковине белемниты могли регулировать глубину погружения.

Кальмары считаются прямыми потомками этих вымерших моллюсков. Исчезновение раковины и ростра значительно повысило гибкость их тела и маневренность. И всё же у них осталось напоминание о древних прародителях: внутри тела есть роговая пластинка, которая, возможно, ещё несет какую-то опорную функцию.

Кальмары – не единственные головоногие моллюски, у которых сохранился рудимент раковины. У каракатиц осталась толстая, широкая известковая пластина, которая также располагается внутри тела моллюска, у спирулы эта рудиментарная раковина даже закручена в спираль – «на память» о далёких предках.

Полости тела

Уже довольно давно было замечено, что у одних животных внутри тела есть полость, а у других – нет. У самых примитивных животных, например губок, ещё нет ни тканей, ни органов, поэтому говорить о полости тела даже не приходится. У более высокоорганизованных животных – кишечнополостных – полость есть, но это полость пищеварительной системы. Других полостей в теле кишечнополостных нет, они устроены довольно просто: два слоя клеток разделены студенистой неклеточной мезоглеей.

У плоских червей тело уже трехслойное, но полости внутри тела все ещё нет. Промежутки между органами заполнены рыхлой тканью – паренхимой.

Первая настоящая полость тела появляется только у круглых червей – у них исчезают клетки паренхимы в пространстве между органами. Такая полость называется первичной, или схизоцелью. Пространство, ранее заполненное паренхимой, теперь заполняется полостной жидкостью, находящейся под давлением. Она поддерживает форму тела червя, и она же транспортирует различные вещества по телу животного.

Зачем же понадобилась полость тела, чем плохо, что промежутки между органами заполнены клетками? А чем было бы плохо, если бы промежутки между домами в городе были бы заполнены другими зданиями? Представьте, сколько времени у вас занял бы путь до школы или в магазин, а уж поездка на другой конец города и вовсе превратилась бы в многолетнее путешествие с приключениями. Если же говорить научно, то учеными давно доказано, что диффузия, то есть распространение различных веществ, идёт гораздо быстрее в жидкости, чем между клетками. Теперь, я думаю, вам понятно, почему плоские черви именно плоские: даже крупные их представители, шириной до 10 см, не превышают в толщину 2 мм! Ещё бы, ведь и кислород из кожи (они дышат всей поверхностью, ни жабр, ни лёгких у них нет), и питательные вещества из кишечника должны попадать к нуждающимся в них органам, проникая через клетки паренхимы. Если червь будет толще, его внутренние органы просто задохнутся, а кожа – умрет от голода.

Схема строения первичной и вторичной (целом) полости тела: 1 – стенка тела; 2 – внутренние органы; 3 – кишечник; 4 – выстилка целома; 5 – первичная полость; 6 – целом; 7 – слой кишечных мышц

Таким образом, первичная полость тела стала первой транспортной системой, переносящей кислород, питательные вещества и отходы обмена веществ. Конечно, эта транспортная система ещё очень примитивна, но и она существенно расширила возможности животных – по крайней мере, они смогли стать толще двух миллиметров!

У более продвинутых животных возникает вторичная полость, или целом. Внутреннюю поверхность стенки целома выстилает специальный слой клеток – целомический эпителий, а наполнена вторичная полость целомической жидкостью. Она выполняет не только транспортную и выделительную функции, но и опорную, и дыхательную, и половую. Именно с появлением вторичной полости связано появление кровеносных сосудов – эффективной транспортной системы.

У первичнополостных животных жидкость, переносящая кислород и питательные вещества, просто заполняла щели между органами, оставаясь почти неподвижной. При образовании целома транспортные пути оказались заключенными в оболочки и превратились в трубковидные сосуды, в которых жидкость уже не стояла, а двигалась благодаря толчкам сердца. Естественно, это ещё больше повысило эффективность транспортной системы. Убедиться в этом мы можем хотя бы на примере того, что среди кольчатых червей, первых «изобретателей» целома, есть настоящие гиганты – австралийские дождевые черви толщиной в несколько сантиметров.

Целом есть у кольчатых червей, иглокожих и у хордовых, в том числе и у человека. Наши грудная и брюшная полости – это и есть отсеки целома.

Образование целома у личинки морской звезды: 1 – кишечник; 2 – целомические мешки; 3 – зачаток каменистого канала; 4 – клетки мезенхимы (предшественники мезодермы)

Некоторых животных нельзя назвать первично– или вторичнополостными, например моллюсков и червей-немертин. У них первичная и вторичная полость сливаются. В этом случае полость тела называется миксоцелью, то есть смешанной полостью. Но функции её остаются всё теми же.

Чудо-камешек

Многие животные по-разному перемещаются в пространстве. Одни из них имеют органы зрения и могут увидеть, в какую сторону они двигаются. Другие же не видят ничего или почти ничего. Каким образом они узнают о своем положении в пространстве? И у лишенных зрения, и у тех, кто видит, есть особые органы – органы равновесия. У низших беспозвоночных они весьма просты. Например, у сцифоидных медуз есть небольшие глазки, которые ощущают наличие или отсутствие света.

Сцифоидная медуза корнерот

Но по всему краю зонтика медузы расположены особые органы – ропалии, которые представляют собой укороченные и видоизмененные щупальца животного. На их поверхности находятся два глазка, внутри же расположен статоцист – небольшой сферический пузырек, наполненный жидкостью, в которой находится камешек, называемый статолитом. В зависимости от положения тела камешек перемещается и соприкасается с внутренней стенкой пузырька, которая выстлана клетками эпителия со жгутиками. Статолит касается жгутиков, раздражает их, и к нервным ганглиям, расположенным рядом с ропалиями, идет сигнал – например, что тело медузы расположено зонтиком вниз, а щупальцами вверх.

Ропалий медузы: 1 – глазное пятно; 2 – бокаловидный глазок; 3 – статоцисты (слияние клеток); 4 – статолиты

Статолит образуется клетками самого животного и состоит из карбоната кальция. Статоцисты есть у многих животных. В более сложном виде они есть и у позвоночных животных, в том числе у человека. Только у нас органы равновесия называются вестибулярным аппаратом, а камешки, содержащиеся в нем, – отолитами.

А где же кишечник?

Пищеварительная система – одна из самых древних в царстве животных. Даже у инфузорий и амеб есть пищеварительные вакуоли, которые расщепляют сложные органические вещества на более простые – то есть переваривают их. Хорошо развита эта система у кишечнополостных. У медуз, гидр и кораллов значительное пространство внутри тела занимает гастральная (в буквальном переводе «желудочная») полость, выстланная пищеварительными клетками. У некоторых кишечнополостных гастральная полость значительно усложнена. Например, у коралловых полипов она разделена перегородками-септами на камеры. У паразитических плоских червей сосальщиков пищеварительная система ещё сложнее. Она разветвляется на две крупные ветви и на множество более мелких веточек, таким образом, увеличивая объем кишечника и площадь поверхности, которая всасывает питательные вещества. Кстати, у нас с вами кишечник изнутри тоже не гладкий: он, конечно, не ветвится на отростки (за исключением слепой кишки и аппендикса), но зато покрыт изнутри мелкими выростами – ворсинками, в десятки раз увеличивающими площадь поверхности.

Пищеварительная система плоских червей: А – сосальщика; Б – турбеллярии отряда многоветвистых; 1 – ротовое отверстие; 2 – ротовая присоска; 3 – брюшная присоска; 4 – ветви кишечника

У сородичей сосальщиков – свободноживущих плоских червей планарий пищеварительная система устроена довольно просто: ротовое отверстие, потом глотка и ветвистая средняя кишка.

Но могут быть вариации строения, например, кишка может состоять из одной, трех или же множества ветвей.

Пищеварительная система бескишечных планарий: 1 – ротовое отверстие; 2 – глотка

А у некоторых планарий кишки может не быть вовсе. Рот у них переходит в глотку, которая заканчивается… ничем. Далее располагается только скопление пищеварительных клеток, переваривающих проглоченную пищу. Этих планарий называют бескишечными. Хотя такое строение кишечника явно проще кишечника остальных планарий, вероятно, оно возникло вторично, и пищеварительная система бескишечных червей упростилась в ходе эволюции, возможно, потому, что эти планарии стали очень мелкими.

Всё для продолжения рода

Паразитическим животным жизненно важно как можно лучше приспособиться к существованию внутри тела хозяина или на его поверхности. Не менее важно произвести на свет как можно больше отпрысков. Ведь далеко не каждая личинка сумеет стать взрослым животным. Ей нужно проделать трудный и опасный путь: сначала яйцо должно попасть в тело промежуточного хозяина, там при оптимальных условиях из него выведется личинка, и лишь потом она должна очутиться в пищеварительной системе окончательного хозяина. Именно поэтому ленточные черви так плодовиты: только высокая плодовитость дает им шансы на выживание.

Жизненный цикл широкого лентеца: 1 – окончательный хозяин (человек) со взрослым червём в кишечнике; 2 – яйца; 3 – вылупление личинки; 4 – личинка корацидий; 5 – первый промежуточный хозяин (рачок) с личинками в полости тела; 6 – второй промежуточный хозяин (рыба) с личинками в мышцах

Напомним, что тело ленточного червя состоит из головки, или сколекса, и члеников, число которых может варьировать от двух до нескольких тысяч. В сколексе и в каждом членике все системы органов этих животных дублируются. Впрочем, дублировать там особенно нечего: у ленточных червей полностью отсутствуют дыхательная, пищеварительная и кровеносная системы. Кислород им не только не нужен, но даже вреден – они получают энергию при бескислородном расщеплении гликогена, который запасается в каждом членике. Переваривать пищу им также нет никакой необходимости: достаточно всосать уже переваренную хозяином пищу через покровы. Транспортировать питательные вещества тоже не надо – каждый членик способен их впитывать самостоятельно. А вот протоки выделительной, половой систем и тяжи нервной системы проходят от сколекса до последнего членика – без этого даже паразитам не обойтись.

Но вернемся к размножению этих пренеприятных созданий. Ленточные черви – гермафродиты, то есть в каждом членике животного есть органы и мужской, и женской половых систем. Такое явление, когда у паразитических животных развиваются оба типа половой системы, встречается нередко. За счет этого они гарантируют себе продолжение рода, даже если в кишечнике поселится только одна особь (а так обычно и бывает, недаром их называют солитерами, то есть, в переводе с латинского, «единственными»), а не пара – самец и самка.

Половые продукты созревают в члениках постепенно, соответственно в члениках, расположенных на конце тела, старых, они уже развитые, а в тех, что находятся около головной части, молодых, пока зачаточные. Оплодотворение у солитеров, которые живут в кишечнике хозяина поодиночке, происходит между различными сегментами тела одного животного. Оплодотворенные членики отваливаются от тела червя и вместе с экскрементами хозяина попадают во внешнюю среду.

За год некоторые солитеры производят сотни миллионов яиц.

Верх паразитизма

Достаточно давно учеными было открыто существо, названное саккулиной. Что это за создание, было непонятно, возникали даже сомнения в том, что это животное, настолько необычно было его строение. Весь организм саккулины состоит из бесформенных тяжей клеток, соединяющихся с мешковидным телом. Саккулина паразитирует на десятиногих ракообразных, например крабах. Тяжи клеток находятся внутри тела жертвы, а мешковидное тело снаружи, на нижней части тела краба. В этом мешке нет никаких органов, кроме половой системы.

Саккулина: 1 – тяжи клеток внутри тела краба; 2 – мешковидное тело, выступающее наружу

Пока у саккулины не созрели половые клетки, мешковидное тело – резервуар для яиц – не образуется. В этот период тело саккулины представлено только тяжами клеток в теле хозяина.

Свободноплавающая личинка саккулины на разных стадиях развития

Разобраться, что же это за животное, ученым помогло изучение его развития. Из яйца выходит личинка, у которой есть тело, две пары усиков и конечности. По своему строению она ничем не отличается от личинки усоногих раков – к ним относятся, например, морские жёлуди, или балянусы, и морские уточки. Затем личинка меняется, у нее появляются грудь и брюшко. Она плавает в воде до тех пор, пока не найдет будущего хозяина – краба. Встретив краба, она прикрепляется к нему и прокалывает его мягкие покровы. После этого в тело краба через особый хоботок впрыскиваются неспециализированные клетки, из которых впоследствии образуются тяжи. Грудь и брюшко отпадают – они больше не нужны. Из попавших внутрь краба неспециализированных клеток позже образуются разветвленные, как дерево, тяжи клеток.

Саккулина сильно выделяется на фоне других ракообразных. Если сравнивать ракообразных, например, с губками, нет никаких сомнений, что ракообразные – более высокоразвитые животные. У губок нет настоящих тканей, у ракообразных же развиты не только ткани, но и целые системы органов. Они подвижны и обладают хорошо развитыми многофункциональными конечностями. Поведение ракообразных может быть очень сложным, а о поведении губок даже и говорить не приходится. Но саккулина упростила своё строение настолько, что выглядит более примитивным животным, чем губки. Даже у губок специализация клеток достигает более высокого уровня, чем у клеток в тяжах саккулины.

Саккулина так приспособилась паразитировать в теле краба, что ей не нужны никакие системы органов: ни лапки, ни брюшко, ни грудь. Жизнь её, должно быть, очень скучна.

Точность – черта коловраток

Можно ли с уверенностью сказать, сколько клеток составляют желудок человека? Нет, поскольку даже после тщательного и кропотливого исследования полученное число было бы весьма приблизительным, а главное – у всех людей оно было бы разным. Более того, и у одного человека оно постоянно меняется: одни клетки отмирают, другие приходят им на смену. Однако есть животные, тело и органы которых всегда состоят из точно определенного числа клеток, – это коловратки.

Раньше их относили к одному типу с аскаридой – к круглым червям. Сейчас же всё чаще высказывается мнение, что это самостоятельный тип специализированных животных.

Коловратка: 1 – коловращательный аппарат; 2 – рот; 3 – глотка с жевательным аппаратом; 4 – пищевод; 5 – желудок; 6 – задняя кишка; 7 – пальцы ноги; 8 – надглоточный ганглий

Коловратки – самые мелкие многоклеточные животные: длина их составляет от 0,04 до 3–4 мм. Передний конец тела, где находятся рот и простые глазки, усеян рядами ресничек. Поэтому внешне они скорее напоминают инфузорий, чем многоклеточных червей. Эти реснички составляют особый орган – коловорот, который помогает животным передвигаться за счет постоянного движения ресничек.

Как и у более сложно устроенных многоклеточных животных, у коловраток есть различные системы органов, за исключением кровеносной. В ней нет необходимости, поскольку клеток, к которым нужно доставлять кислород и питательные вещества, очень мало.

У коловратки эпифанес сента тело состоит точно из 959 клеток – ни больше ни меньше. После дробления оплодотворенной яйцеклетки – зиготы – число клеток остается неизменным всю жизнь. Кожу (гиподерму) образует 301 клетка, нервную систему – 247, мускулатура состоит из 122 клеток, на глотку отводится 165, в средней кишке 76, в выделительной системе – 24, а в половой всего лишь 19 клеток! У других коловраток клеток может быть ещё меньше, например, у аспланхны приодонты их 900.

Интересно то, что клетки могут объединяться в образования, внутри которых они не разделены клеточными мембранами. Такое образование называется клеточным синцитием. Поэтому, чтобы узнать число клеток в теле коловратки, следует считать не столько сами клетки, сколько число ядер в синцитиях.

Позже выяснилось, что такая особенность – определенное число клеток в организме – свойственна не только коловраткам, но также и круглым червям, например аскариде. Погибшая клетка другой уже не заменяется – в этом уязвимость червей.

Коронованные особы

В царстве животных есть свои претенденты на царский трон. Возможно, их самонадеянность связана с тем, что у них есть мантия – атрибут любого монарха.

Это моллюски, мягкотелые, в большинстве своем медлительные животные. Что такое мантия? Мантия – это складка кожи. Она образуется на спине моллюсков и в виде двух листков охватывает тело по бокам. Именно мантия откладывает раковину, соответственно, раковина закрывает мантию снаружи, а внутри мантии заключается мантийная полость. Кроме того, у двустворчатых моллюсков сложенные в виде трубок складки мантии образуют сифоны. С их помощью вода засасывается внутрь раковины и выталкивается наружу. В мантийной полости мантия также участвует в передвижении воды. Её поверхностный слой состоит из мерцательного эпителия. За счет движения его ресничек вода движется внутри полости. Мантия также – это защита от различных чужеродных частиц. Если такая частица попадает в раковину, мантия тут же начинает откладывать вокруг нее слой за слоем карбонат кальция (он же является основой раковины моллюсков), пока, в конце концов, не образуется жемчужина.

План строения моллюсков разных классов: 1 – раковина; 2 – мантия; 3 – туловище; 4 – голова; 5 – нога; 6 – хитоны; 7 – брюхоноге; 8 – двустворчатые; 9 – головоногие

У наземных брюхоногих моллюсков – они ещё называются легочными – мантия играет другую роль. Она образует небольшую полость, стенки которой пронизывает множество сосудов. Таким образом образуется легкое, способное поглощать из воздуха кислород. Благодаря этому брюхоногие моллюски смогли выйти на сушу.

Для большинства головоногих моллюсков, не имеющих раковины, мантия важна совсем в другом отношении. Она охватывает вытянутое тело моллюска и защищает его. Животное оказывается как будто действительно одетым в мантию. На брюшной стороне тела края мантии смыкаются, образуя мантийную полость, куда через щель поступает вода. Если головоногому необходимо удрать от преследователя или просто переместиться в пространстве, он с силой выталкивает воду из мантийной полости через воронку. Такой способ движения называется реактивным. Чтобы мантия плотнее примыкала к телу, на ней имеются два хрящевых выступа, а напротив них на теле – хрящевые ямки. Мантия оказывается словно пристегнутой «кнопками» к телу моллюска.

У двустворчатых моллюсков мантия образует трубки-сифоны, через которые вода поступает и выводится из мантийной полости. У головоногих же моллюсков трубкообразная воронка, из которой он выстреливает водной струей и благодаря которой плывет, образована не мантией – это видоизмененная часть ноги.

Но далеко не все моллюски могут похвастаться своей мантией. У некоторых мягкотелых мантия и мантийная полость вообще отсутствуют или представлены в очень редуцированном виде. Это беспанцирные моллюски, или аплакофоры. Они имеют червеобразную форму тела и внешне совсем не похожи на моллюсков.

Конечно, самые достойные претенденты на царский трон – головоногие моллюски, ведь у них голубая кровь. Связано это с тем, что вещество, которое переносит кислород, у них не красный гемоглобин, как у человека, а гемоцианин, голубого цвета.

Придворные интриги

Некоторые животные могут быть очень похожими друг на друга, хотя родство между ними или очень отдаленное, или его нет вовсе. Такие двойники есть и у двустворчатых моллюсков – это плеченогие, или брахиоподы. У них есть и раковина, и нога, и, что важно, мантия, и воду они фильтруют так же, как двустворчатые моллюски. Но если у двустворчатых моллюсков полость тела смешанная, то у брахиопод она вторичная (целом), не сливающаяся с первичной. Надо также отметить, что мантия плеченогих принципиально отличается от мантии двустворчатых моллюсков. Она также образует двустворчатую раковину, но, кроме того, в ней есть мантийные каналы, в которых созревают половые клетки этих морских животных.

Брахиопода: 1 – ножка; 2 – раковина

Моллюски и брахиоподы – не единственные животные, обладающие мантией. Она есть и у сидячих ракообразных, называемых усоногими. Почти всю жизнь они проводят в своем домике, за исключением личиночной стадии, когда они могут свободно перемещаться. Свой домик они также строят с помощью мантии, которая представляет собой видоизмененные покровы тела животного – карапакс. При этом домик состоит не из двух створок, а из нескольких пластин, закрывающих тело ракообразного с боков и сверху. Открыв верхние створки домика, усоногие загоняют воду внутрь раковины при помощи своих видоизмененных конечностей и отфильтровывают из нее все съедобное.

Анатомия брахиоподы (продольный срез, животное вынуто из раковины): 1 – правая «рука»; 2 – спинная складка мантии; 3 – брюшная складка мантии; 4 – левая «рука»; 5 – пищевод; 6 – окологлоточная нервная система; 7 – мускул-размыкатель раковины; 8 – мускул-замыкатель раковины; 9 – задняя кишка; 10 – нефридий; 11 – его воронка; 12 – ножка; 13 – печёночные дольки; 14 – сердце; 15 – желудок; 16 – отверстия протоков «печени»; 17 – мускулы-замыкатели

Что же, если считать мантию признаком королевского достоинства, придётся признать, что «короли» животного царства – как правило, довольно ленивые и тупоумные создания. В самом деле, мантия появляется у раковинных животных, прячущихся в раковине, а раковина почти всегда означает малую подвижность или вообще неподвижный образ жизни. Ну, а малоподвижные или сидячие животные умными быть не могут – незачем. Исключение представляют головоногие моллюски, которые умудрились, избавившись от раковины, сохранить мантию и стать одними из самых интеллектуальных беспозвоночных, и животных вообще.

Мозг кальмара

Нервная система примитивных беспозвоночных состоит из узлов, или ганглиев, которые соединены между собой тяжами. Ганглии представляют собой скопления нервных клеток и, как правило, располагаются попарно. У каждого из них свои функции: одни регулируют жизнь головной части тела, другие контролируют внутренние органы, третьи отвечают за передвижение. У наиболее высокоразвитых животных ганглии объединяются, попарно или же все вместе. Особый интерес представляет нервная система высших головоногих моллюсков – осьминогов, каракатиц и кальмаров.

Эти животные очень хорошо приспособлены к жизни в воде. Одни великолепно плавают, другие умеют хорошо прятаться среди камней и в пещерах. Для них характерно сложное поведение, забота о потомстве, зрение, очень похожее на зрение человека. Недаром головоногие моллюски были названы «приматами моря».

Диффузная нервная система гидры (1), лестничные нервные системы примитивного моллюска (хитона) (2) и плоского червя (турбелляции) (3)

Чтобы активно передвигаться, иметь сложное поведение и ориентироваться в пространстве, необходимо иметь хорошо развитую нервную систему. Расстояние между большинством ганглиев этих моллюсков, в процессе эволюции, постепенно сокращалось, и у современных головоногих эти ганглии увеличились и слились вместе, образовав мозг. Правда, остаются ещё ганглии, которые не входят в состав мозга и находятся в мантии и в туловище. Получается, что каждый отдел мозга отвечает за свою часть организма, как и мозг человека. У головоногих сильно развиты оптические ганглии, которые необходимы для обеспечения хорошего зрения моллюсков. Точно так же, как человеческий мозг, главный орган нервной системы головоногих моллюсков заключен в своеобразный череп, а точнее – хрящевую капсулу. Казалось бы, мозг хорошо защищен со всех сторон, но его уязвимое место, ахиллесова пята, находится внутри: прямо через мозг проходит пищевод. Поэтому пища головоногих должна быть размельченной или жидкой, чтобы не травмировать центр нервной системы.

Головной мозг головоногого моллюска (осьминога): 1 – нервы; 2 – пищевод; 3 – ганглии

Почему же так получилось, что, имея хорошую защиту снаружи, мозг кальмаров уязвим со стороны пищевода? Зачем вообще пищеводу проходить через мозг? Напомним, что мозг головоногих образовался при слиянии нескольких ганглиев. А задолго до того, как головоногие стали резко «умнеть», их предки образовали так называемое окологлоточное кольцо ганглиев, располагавшееся вокруг пищевода. Тогда ганглии были ещё маленькими и такая конструкция никому не мешала. А «предвидеть», что в дальнейшем это кольцо превратится в мозг, расположенный весьма непрактичным образом, эволюция, сами понимаете, не могла.

В эволюционной истории животных окологлоточное кольцо впервые появляется у кольчатых червей. Это тяжи нервных клеток, замыкающиеся вокруг глотки и соединяющие ганглии в голове червей. От кольчецов и произошли моллюски, и именно от них они унаследовали такую особенность.

Вообще же появление у беспозвоночных животных ганглиев было большим достижением в эволюции животного мира. Увеличение нервных центров за счет возрастания числа нервных клеток приводит к тому, что усиливается регуляция внутренних процессов организма, что, в свою очередь, способствует все большему усложнению его строения. Таким образом, движения и поведение животных становятся все более сложными. А сближение ганглиев улучшает связь между ними, так как сигнал от одного центра к другому проходит очень быстро.

Почти человеческий глаз

Осьминог

Чтобы ловить добычу, головоногим моллюскам необходимо хорошее зрение. От него также зависит ещё одна особенность этих морских животных – способность менять окраску своего тела, чтобы слиться с окружающей их обстановкой. Поэтому головоногих моллюсков можно назвать не только «приматами моря», но ещё и «морскими хамелеонами». Чтобы стать такого же цвета, как, например, дно, нужно уметь различать цвета. И делать это нужно максимально хорошо, ведь песок, ил или камни на дне не всегда одного цвета. Оцените трудность задачи: осьминог, кальмар или каракатица должны воссоздать картину окружающего дна на своей спине. Неудивительно, что глаза головоногих моллюсков очень хорошо развиты. Удивительно, однако, насколько они похожи на глаза человека и других млекопитающих.

Строение глаза головоногих моллюсков: 1 – стекловидное тело; 2 – веко; 3 – роговица; 4 – хрусталик; 5 – зрачок

Как и у нас, у кальмаров и их сородичей глаз представляет собой глазное яблоко, покрытое роговицей. Есть у головоногих и радужная оболочка, которая формирует зрачок, и хрусталик, и сетчатка. От сетчатки отходит зрительный нерв, идущий к оптическим ганглиям мозга. Глаза млекопитающих и головоногих моллюсков очень похожи, но появились независимо, поскольку, как вы понимаете, моллюски и позвоночные не связаны никаким родством. Подобное явление называется конвергенцией.

Если подробно рассматривать глаз человека и глаз кальмара, то отличия все же можно найти. В глазном яблоке моллюсков есть отверстие, отсутствующее у нас; его возникновение связано с тем, что головоногие моллюски живут в водной среде. Это отверстие выравнивает разницу давлений внутри глаза и снаружи, иначе вода просто раздавила бы или разорвала его. Ещё одно отличие связано с хрусталиком: наводка на резкость у млекопитающих достигается увеличением и уменьшением выпуклости хрусталика с помощью глазных мышц, а у головоногих мышцы перемещают хрусталик взад-вперёд.

Бомбардировщики

У головоногих моллюсков есть один необычный орган, которого нет ни у каких других животных, – это железа, называемая «чернильным мешком». Она действительно похожа на мешок или грушу.

Чернильный мешок каракатицы (продольный разрез): 1 – зона образования железистых складок; 2 – железистые складки; 3 – железистый отдел; 4 – резервуар; 5 – проток чернильного мешка; 6 – внутренний сфинктер (клапан): 7 – наружный сфинктер; 8 – прямая кишка; 9 – анальное отверстие

У каракатицы её резервуар столь велик, что занимает значительное пространство в задней части тела головоногого. Она разделена на две камеры: в верхней находится чернильный секрет, нижняя часть заполнена клетками, которые его вырабаты-вают. Её проток впадает в заднюю кишку моллюска. Из задней кишки секрет этой железы выходит в мантийную полость, из которой выбрасывается наружу через воронку. Чернильный мешок выделяет жидкий секрет, который по составу представляет собой органические красители – меланины. Он имеет черный цвет (иногда коричневый или сине-черный) и накапливается в специальном резервуаре. Это средство защиты головоногих моллюсков.

Осьминог спасается от мурены, выбрасывая чернила

Когда головоногому моллюску угрожает опасность, он выпускает прямо перед глазами врага чернильную «бомбу» – ту самую жидкость, которая вырабатывается чернильной железой. Существует мнение, что возникающее чернильное облако даже имеет форму осьминога. Хищник бросается на него, но не только не ловит моллюска, но и оказывается полностью дезориентирован в пространстве. Есть предположение, что вещества, содержащиеся в чернильной «бомбе», на мгновения или парализуют врага, или притупляют его обоняние. Выиграв время, головоногий хитрец успевает уплыть или спрятаться.

Принцип один – сердца разные!

Сердце не случайно называют «мотором». За счет чередующихся сокращений и расслаблений оно перегоняет весь объем крови организма к органам и тканям и обратно за короткий промежуток времени. Кровь несет питательные вещества, кислород и отработанные продукты обмена веществ. Как только сердце перестает работать, клетки организма испытывают недостаток питания и кислорода, а также отравляются вредными продуктами обмена веществ, которые не выводятся из организма.

Кольцевые «сердца» дождевого червя: 1 – глотка; 2 – пищевод; 3 – сердца; 4 – спинной кровеносный сосуд; 5 – брюшной сосуд

У беспозвоночных, которые уже имеют сеть кровеносных сосудов, роль сердца выполняют некоторые из них. Собственно, сердце именно от такого сосуда и произошло. У многощетинковых кольчатых червей настоящего сердца нет, но есть пульсирующие сосуды. А у их ближайших родственников, малощетинковых кольчатых червей, к которым относятся хорошо вам знакомые дождевые черви, сердце есть. Хотя в принципе строение кровеносной системы у обоих классов кольчатых червей почти одинаковое: существует брюшной и спинной кровеносные сосуды, соединенные кольцевыми сосудами, от крупных сосудов отходят более мелкие.

Строение сердца моллюсков: I – морского блюдечка; II – виноградной улитки; А – внешний вид; Б – вскрытое сердце; 1 – предсердие; 2 – желудочек; 3 – тяжи соединительной ткани; 4 – клапан

У дождевого червя продвижение крови происходит более интенсивно, потому что в передней части тела кольцевые сосуды хорошо развиты и пульсируют. Их называют «кольцевыми сердцами». Так что у дождевого червя не одно, а несколько сердец.

Совсем иное строение имеет сердце моллюсков. Это уже не трубка, а мешочек, разделенный на камеры.

Разделение на камеры способствует увеличению интенсивности кровообращения и разобщает потоки крови, идущие к органам дыхания и внутренним органам и обратно. У большинства брюхоногих моллюсков есть две камеры: желудочек и предсердие. Почти у всех моллюсков есть только один желудочек, а вот предсердий может быть разное число. У двустворчатых их всегда два, у головоногих – два или четыре.

Особенно интересно сердце «живых ископаемых» – моллюсков моноплакофор (которых ошибочно считали вымершими и открыли заново только около полувека назад). Сердце этих редко встречающихся в океане моллюсков состоит из желудочка и двух предсердий – вроде бы ничего особенного. Но таких сердец у них не одно, а два! Правда, оба желудочка этих сердец объединены единым сосудом.

Моноплакофора неопилима Галатеи: А – вид снизу; Б – вид сверху; 1 – раковина; 2 – ротовое отверстие; 3 – щупальца; 4 – жабры; 5 – край мантии; 6 – анальное отверстие; 7 – голова; 8 – нога

Сердце, состоящее из камер, очень распространено среди животных. У беспозвоночных животных оно располагается на спинной стороне тела, у позвоночных – на брюшной.

Особый тип сердца, не слишком похожий на традиционный камерный, характерен для членистоногих. Это многокамерная трубка (как считают ученые, видоизмененный спинной кровеносный сосуд), которая напоминает соединенные вместе многочисленные сердца. В каждый «отсек» такого сердца впадают два сосуда. У самых примитивных ракообразных количество подобных «отсеков» велико. Подобное строение имеет также сердце паукообразных, многоножек и насекомых.

Хорошо развитое сердце необходимо всем активно передвигающимся животным. Но если животное малоподвижно или вообще всю жизнь проводит на одном месте, то и сердце у него будет максимально упрощено или будет отсутствовать вовсе.

Ноги – жабры – руки

Можно ли дышать руками, передвигаться на жабрах, а есть ногами? Можно, если вы ракообразное.

Нога ракообразных (это хорошо известные вам раки, мокрицы, креветки, морские желуди, крабы, дафнии, циклопы) состоит из члеников (за что эти животные и получили своё название). Но, кроме того, она состоит из двух ветвей. Подобное строение конечностей было отмечено ещё у предков членистоногих – кольчатых червей, у которых «ножки» (параподии) также были двуветвистыми, точнее, двулопастными. Хорошим примером двуветвистой лапки являются грудные ноги примитивного ракообразного – жабронога. Это маленький рачок длиной немногим более 5 мм. Его конечности, с помощью которых он плавает, состоят из двух ветвей, одна из которых превратилась в листовидную жабру. Активно двигая ногами, рачок ловит пищу: мелкие пищевые частицы и водоросли. Получается, что с помощью ног жаброног и передвигается, и дышит, и вылавливает пищу.

Жаброног

Нога жабронога: 1 – основание (протоподит); 2 – наружная ветвь; 3 – внутренняя ветвь; 4 – дыхательные придатки

У более высокоорганизованных ракообразных, таких, как речной рак или крабы, грудные ноги приспособлены лишь для выполнения своей основной функции – передвижения, потому и называются они ходильными. Тем не менее в их основании есть небольшие жабры, вторые ветви конечностей, так что даже высокоорганизованные раки дышат ногами.

Параподии многощетинкового червя: 1 – спинной усик; 2 – спинная ветвь параподии; 3 – щетинки; 4 – брюшная ветвь параподии; 5 – брюшной усик; 6 – жёсткие опорные щетинки в мясистой части параподии

Ноги жабронога – свидетельство большой древности этих ракообразных. Схожие двуветвистые конечности были у древних вымерших членистоногих – трилобитов, живших около 550 миллионов лет назад, в кембрийский период.

Глаза бывают разные

Способность видеть – очень важное свойство животных, позволяющее им получать информацию об окружающем мире. Наблюдая, что происходит вокруг, можно ориентироваться в пространстве, находить пищу, вовремя заметить приближение хищника и т. д. Но далеко не у всех животных есть органы зрения. Некоторым они не нужны, поскольку они живут в полной темноте. Но и среди зрячих животных органы зрения – глаза – очень различаются. Совершим небольшой экскурс по животному царству.

Как вы думаете, что видит эвглена? Наверное, скажете: ничего. И будете не совсем правы. У нее есть светочувствительная органелла – глазок, или стигма. Она, конечно, не видит окружающий мир, как мы, но отличает свет от тьмы. Эта способность ей очень нужна. Ведь эвглена и ещё целый ряд жгутиконосцев могут фотосинтезировать. А для фотосинтеза нужен свет. Попав в темноту, эвглена может почувствовать это и начать поиски освещенного места. Движение по направлению к свету называется фототаксисом.

Эвглена: 1 – жгутик; 2 – глазок (стигма); 3 – ядро; 4 – хлоропласты

Но всё же это ещё не глаз. А вот у медуз глаза есть, и много. У большинства гидроидных медуз глаза представлены глазными ямками, дно которых выстлано светочувствительными, или ретинальными, клетками. Подобные ретинальные клетки есть и в наших глазах. Такие глазные ямки способны чувствовать лишь наличие или отсутствие света. У сцифоидных медуз глаза более сложно организованы. Они пузыревидные, то есть имеют замкнутую оболочку. Такие глаза имеют роговицу и даже хрусталик. Но, несмотря на это, видят они тоже только свет. Глаз у медуз может быть много. Они расположены у основания щупалец.

Фасеточный глаз насекомых: А – общий вид; Б – строение отдельной фасетки дневного насекомого; В – то же ночного насекомого; 1 – прозрачная хитиновая кутикула; 2 – хрустальный конус; 3 – светочувствительные клетки; 4 – прослойки пигмента между светочувствительными клетками; 5 – нервные волокна

Число глаз у ресничных червей может доходить до нескольких десятков, хотя иногда их всего лишь пара. Они называются глазными бокалами. Интересны они тем, что их светочувствительные клетки располагаются не вперёд, навстречу свету, а обращены к телу животного. Поэтому свет проходит сначала через весь бокал глаза и через всё тело светочувствительной клетки и только потом попадает на светочувствительные окончания зрительных клеток. Можно сказать, что глаза планарий смотрят друг на друга. Интересно, как планарии видят мир?

А вот их паразитическим собратьям – сосальщикам глаза не нужны. Зачем они им, если животное большую часть жизни находится внутри тела своего хозяина. Глазки имеет лишь одна их личиночная стадия, которая является свободноживущей. Это наводит на мысль, что когда-то очень давно предки сосальщиков не были паразитическими животными и имели органы зрения.

Где только не располагаются глаза различных моллюсков: у их предков – кольчатых червей – они располагались на жабрах, у двустворчатых моллюсков – на сифонах и жабрах, у брюхоногих моллюсков – на щупальцах.

Все перечисленные типы глаз: глазная ямка, перевернутый глазной бокал, пузыревидные глаза – повторяются у различных животных. Но есть представители животного царства с очень специфическими органами зрения. Например, головоногие моллюски, глаза которых по строению очень похожи на человеческие (им мы посвятили отдельный рассказ).

Очень сложные глаза у многих членистоногих. Они состоят из шестигранных сегментов-омматидиев, или фасеток, собранных вместе. С виду глаз кажется единым, но если приглядеться, то можно заметить, что он состоит из множества ячеек. Каждая фасетка видит свою часть изображения. Образ, поступающий от каждой из фасеток, складывается в мозге с остальными. Так получается единая картинка, собранная из частей, словно мозаика.

Сложность организации не обязательно подразумевает сложность строения органов чувств. Например, у довольно сложно организованных малощетинковых червей и большинства иглокожих глаз нет, но на покровах тела имеются светочувствительные клетки. То есть они видят мир на уровне эвглены.

Жабры наголо

Многие животные защищают своё тело или же наиболее важные органы, скрываясь под броней раковины, в надежном панцире, под охраной костей. Но из любого правила есть исключения. Некоторые представители животного царства, наоборот, выносят жизненно важные органы на поверхность тела. Например, органы дыхания – жабры.

Так происходит у своеобразной группы брюхоногих моллюсков, которые так и называются: голожаберные. Формой тела эти морские моллюски напоминают слизней, зачастую гораздо более крупных, чем настоящие, сухопутные. Спина их покрыта цветными отростками, разнообразие окраски и пестрота которых иногда просто поражают. Это и есть кожные жабры голожаберных моллюсков.

Голожаберный моллюск: 1 – глаза; 2 – щупальца; 3 – вторичные жабры

Почему голожаберные моллюски «решились» расположить жабры на поверхности тела, да ещё и обозначить их яркой окраской? Ведь они будут заметны многим хищникам, особенно высокоорганизованным животным, которые различают цвета, таким, например, как головоногие моллюски. Но они не случайно дразнят хищников яркой окраской. Хищникам известно, что чем ярче животное, тем оно более ядовитое. Такая окраска предостерегает хищника.

Может, и голожаберные моллюски предупреждают врага: не ешь меня, пожалеешь! Но чем может угрожать мягкотелый моллюск, не имеющий яда? Оказывается, в арсенале голожаберных моллюсков есть не менее грозное и эффективное оружие.

Голожаберные моллюски очень любят, ползая среди кораллов или гидроидов, поедать полипов, соскребая их с помощью радулы. Но переваривают они полипов не полностью, оставляя стрекательные клетки невредимыми. Голожаберные моллюски имеют одну интересную анатомическую особенность. Их печень имеет множество ответвлений, которые заходят в кожные жабры (по сути дела, пищеварительная система заходит в дыхательную!). По отросткам печени стрекательные клетки из кишечника попадают в покровы жабер и располагаются на поверхности. Таким образом у голожаберных появляется отличная защита от хищников, «позаимствованная» у жертв.

Жабры или трахеи?

В обычных прудах, реках, озерах и даже лужах живут личинки насекомых, которые совсем не похожи на взрослых животных, в которых они потом превращаются, – это личинки подёнок.

В воде личинки мало заметны, но если всё же удалось одну из них поймать, то в лупу её легко можно разглядеть. Как у всех насекомых, тело личинки поденки состоит из головы, груди и брюшка. На груди, как положено, находятся три пары ног. На конце брюшка имеются, как правило, три хвостовые нити, с помощью которых личинка, порой очень быстро, плавает в воде. Но нас интересует не эта особенность строения личинки. Каждый брюшной сегмент несет пару лепестковидных выростов. Иногда они имеют форму ветки или вилки. Это жабры, причем трахейные. Мы уже говорили, что у насекомых дыхательная система образована трахеями – мельчайшими жесткими трубочками, которые уходят в глубь тела и многократно ветвятся, доставляя кислород ко всем клеткам.

Личинка подёнки: 1 – жабры, пронизанные трахеями; 2 – хвостовые нити; 3 – голова; 4 – грудь; 5 – брюшко

Трахеями образована и дыхательная система личинок подёнок. Как и у всех насекомых, их трахеи заканчиваются крошечными трубочками, подводящими кислород к тканям. А вот начинаются трахеи не отверстиями на поверхности тела насекомого, а в жабрах. Жабры личинки представляют собой тонкие выросты покровов тела, сплошь пронизанные трахеями. Чтобы улучшить дыхание, личинки двигают жабрами, создавая непрерывный ток воды вокруг жабр, сами они при этом могут оставаться неподвижными.

Такие же наружные жабры можно обнаружить у пресноводных личинок других насекомых – ручейников. Они наверняка вам хорошо знакомы: зачастую на прибрежной отмели пруда легко заметить их шевелящиеся палочковидные домики, которые неспешно ползут по дну.

На брюшке ручейника тоже есть жабры, но они не такие, как у личинки поденки. Это светлые нежные нитевидные выросты, объединенные в пучки. Это тоже трахеи. Само брюшко личинки ручейника тоже очень нежное. Поэтому большинство ручейников строят домики, а правильнее сказать – чехлики. Они состоят из песчинок, маленьких фрагментов веточек, листочков, небольших раковин моллюсков. Если бы домик был замкнутым, могли бы возникнуть проблемы с дыханием, потому что внутрь поступало бы очень мало воды. Поэтому личинки ручейника строят сквозной чехлик, который имеет как входное, переднее отверстие, так и выходное, заднее. Таким образом в чехлике создается постоянный ток воды, которая омывает жабры и делает дыхание более эффективным.

Домики личинок ручейников

Насекомые, в отличие от других членистоногих, ракообразных, отказались от настоящих жабр. Это связано с тем, что насекомые предпочли жить на суше. А в наземной среде жабры малоэффективны, если их, конечно, не спрятать под панцирь, как это делают наземные ракообразные – мокрицы. Но в этом случае воздух должен быть достаточно влажным, чтобы жабры функционировали. То же самое произошло и с позвоночными животными. Первые земноводные утратили жабры (за исключением их личинок) и перешли к легочному дыханию, которое гораздо более эффективно в наземной среде. Этот тип дыхания свойственен всем наземным позвоночным, и человеку в том числе.

Личинка ручейника: А – общий вид личинки, вынутой из домика (жабры изображены в приподнятом состоянии, обычно они прижаты к телу); Б – строение жабры, 1 – ветвящаяся часть

Но что делать, если хотя бы часть жизни проходит в воде? И водные (чаще всего полуводные) насекомые решают эту проблему разными способами. Некоторые из них вернулись к жабрам. Но это уже не те жабры, что были у ракообразных. Эти органы дыхания трахейные, как и у наземных членистоногих. Правда, надо отметить, что далеко не всегда у взрослых животных или их личинок переход к водному образу жизни сопровождается воссозданием жабр в том или ином виде. Водные млекопитающие – киты и дельфины – ими обзаводиться не стали.

Куда сложить все ненужное?

Чтобы избавиться от продуктов обмена веществ и вывести их из организма, животные идут на разные ухищрения. Именно с этой целью появилась выделительная система – комплекс органов, отвечающий за очищение организма от ненужных и вредных веществ. Как считают некоторые ученые, с функцией выделения связано и появление в эволюции наружного скелета. Когда-то животные научились выводить из своего тела лишние соли, которые кристаллизовались на внешней поверхности тела в виде отдельных щетинок и чешуек и со временем срастались. Так постепенно появилась первая раковина. Нечаянно приобретенная, раковина оказалась очень выгодной, она сохранилась и становилась всё более разнообразной по конструкции. Так ненужная вещь стала полезной. До сих пор часть вредных веществ из тела насекомых просто откладывается в их покровах.

Жировое тело насекомого: А – разрез лопасти жирового тела жука-плавунца; Б – разрез лопасти жирового тела таракана; 1 – ядра клеток; 2 – гранулы; 3 – жировые клетки (границы при полном заполнении жиром становятся почти незаметными); 4 – жировые капли; 5 – клетки с симбиотическими бактериями

Но можно отработанные вещества хранить и внутри тела. В вакуолях некоторых клеток отработанные вещества иногда остаются на вечное хранение. Бывает так, что целые органы работают для того, чтобы сохранять внутри себя продукты обмена веществ. Это так называемые «почки накопления». Их составляют особые клетки, которые располагаются около сердца в особом органе – жировом теле. Этот орган многофункционален. Одна его часть содержит вредные вещества, а другая, наоборот, запасает полезные, питательные. За счет хранения последних насекомое переживает неблагоприятные условия, когда нет возможности добывать достаточно пищи. У жуков-светляков жировое тело обладает ещё одной функцией, без которой светляки не были бы светляками: оно светится.

Печень печени рознь

Печень – одна из самых крупных желез в нашем организме. И выполняет она не одну, а несколько функций. Но когда появилась первая печень, и всегда ли она была такой, как у нас? Попробуем узнать об этом побольше.

Печень впервые появилась около 550 миллионов лет назад у моллюсков. Ни у червей, ни у кишечнополостных, ни тем более у губок печени нет.

Печень моллюсков двухлопастная. У человека печеночный проток впадает в отдел средней кишки – двенадцатиперстную кишку, прямо рядом с протоком поджелудочной железы, с которой они связаны не только расположением, но и происхождением. А у моллюсков проток печени впадает не в кишечник, а в желудок. Здесь секрет, выделяемый печенью, участвует в переваривании углеводов. Заметьте, что ферменты нашей печени переваривают жиры. А у брюхоногих, двустворчатых и моноплакофор в желудке есть ещё особое приспособление – хрустальный столбик, который, растворяясь, выделяет ферменты, переваривающие углеводы.

Печень хитона

В нашу печень пища не попадает и не переваривается в ней, а в печени моллюсков происходит внутриклеточное пищеварение путем фагоцитоза. Также здесь всасываются питательные вещества, получившиеся в результате переваривания, что тоже чуждо печени человека. Эту функцию у нас выполняет кишечник.

Печень каракатицы

Может, это и не печень, раз она впадает не в кишечник, всасывает пищу и вообще «ведет себя неправильно»? Оказывается, всё не так просто. Двенадцатиперстная кишка человека во время эмбриогенеза образуется из одного зародышевого листка – энтодермы, а наш желудок – из другого, из эктодермы. У моллюсков все происходит немного иначе. Родоначальницей средней кишки и желудка является энтодерма. То же самое происходит и у плеченогих, или брахиопод. Значит, проток печени «правильно» впадает в начало энтодермального отдела кишечника – в желудок. Так что расположена печень моллюсков на самом деле там же, где и у нас.

Особняком стоят головоногие, ведь их печень приобрела больше функций, чем у других моллюсков. К тому же у них протоки печени усажены маленькими островками клеток, которые в совокупности ученые называют поджелудочной железой. Её ферменты переваривают полисахариды, как и у человека.

Способность не только выделять пищеварительные ферменты, но и переваривать внутри клеток, а также всасывать пищу сохранилась у парной печени ракообразных. У них печень переваривает и белки, и жиры, и углеводы. Но впадает её проток уже не в желудок, а в начало энтодермальной средней кишки, ведь желудок у них другого происхождения, в отличие от моллюсков, он – эктодермальный.

У хелицеровых и насекомых печень – это выросты кишечника. Если у подавляющего большинства беспозвоночных секрет печени попадает в просвет желудочно-кишечного тракта, то некоторые паукообразные используют его по-иному. Вместе с секретом слюнных желез они впрыскивают его в тело жертвы, переваривая ткани добычи внутри её собственных покровов. Такое пищеварение называется наружным.

Хищные морские звезды и некоторые асцидии имеют печеночные выросты или придатки, куда заходит пища. Здесь же завершается последний этап переваривания – внутриклеточное пищеварение.

Печень иглокожих

Необычно развивается печень бесчелюстных позвоночных – миног. У личинок она, как «обычная» печень, соединена с кишечником протоком. Но у взрослых животных этот проток исчезает и печень функционирует уже как железа внутренней секреции, выделяя в кровь биологически активные вещества.

У костных рыб впервые появляется неотъемлемая часть печени – желчный пузырь. Они же становятся первыми среди позвоночных обладателями поджелудочной железы, которая представляет собой островки клеток, такие же, как у головоногих моллюсков.

Только с выходом на сушу позвоночные животные (первыми из них были земноводные) обзавелись обособленной поджелудочной железой, которая стала привычно для нас располагаться на левой стороне тела, под желудком, оправдывая таким образом своё название. Очень крупны печень и поджелудочная железа у птиц. Это, видимо, связано с интенсивным обменом веществ этих летающих животных.

Печень ящерицы

Как видите, под названием «печень» собрано огромное разнообразие пищеварительных желез схожего положения и функций. Это понятие гораздо шире, чем мы его представляем. Но самое главное, что объединяет все печени, – её проток впадает в начало энтодермальной части пищеварительного тракта.

Регенерация

Жизнь одноклеточной амебы довольно проста: делись себе на две части, образуя копии самой себя. Бесконечно делясь, амеба является почти бессмертной, ведь в каждой новой амебе есть частичка той, первоначальной, «первородной» клетки.

Чем сложнее устроен организм, тем сложнее воссоздать ему даже часть себя. Человек, например, не может вырастить потерянную руку или хотя бы зуб. Но у многих беспозвоночных сохраняется чудесное свойство восстанавливать утерянные части своего тела. Этот процесс называется регенерацией. Чем проще устроен организм, тем легче и успешнее происходит регенерация его поврежденного тела. Возьмем, к примеру, губку.

Разрушить её скелет ничего не стоит. Протерли на терке, просеяли через сито, – и всё, нет губки, только отдельные, разрозненные иглы скелета и клетки. Но клетки эти продолжают жить, собираются вместе, строят новый скелет и через некоторое время формируют новую губку. Если разрезать губку на несколько частей, то из каждой части вырастет новая.

Регенерация губок

То же и с кишечнополостными. Если лишить гидру двух-трех щупалец, на их месте вырастут новые. Снова возьмем тёрку и протрем через нее гидру. И что же, она не просто жива, но ещё и каждый фрагмент дал новое животное.

Не менее живучи и плоские черви. Разрезав планарию на 280 частей, можно получить 280 маленьких планарий: из каждого кусочка вырастет новое животное. Новому животному даже не важно, из какой части тела образовываться. Если разрезать планарию всего лишь на две части – голову и хвост, то голова вырастит хвост, а хвост обзаведется новой головой.

Особенно важно это свойство для животных, которые подвергаются нападению более ловких, чем они, хищников. Высокая способность к регенерации позволяет животным использовать удивительную уловку – самокалечение, или аутотомию. Но это тема следующего рассказа.

Аутотомия

Как можно спастись от хищника? Первое, что приходит в голову – как можно быстрее убежать и надеяться, что не догонит. Некоторые животные так и делают. Но не у всех есть быстрые ноги, да и хищники тоже очень проворны. Другие животные никуда не убегают, а ведут спокойный, размеренный образ жизни, но их тело или раковина имеют маскирующую окраску, чаще всего под поверхность, на которой они сидят: листик, камень, песок и т. д.

Иные, наоборот, ярко окрашены и заметны. Но они несъедобны, поскольку содержат яд. А есть такие животные, которые вполне съедобны для хищника, но окрашены так же ярко. Это камуфляж – они имитируют окраску ядовитого животного.

Некоторые животные ощетинились иглами, колючками, шипами, так что схватить их не так-то просто. И, наконец, другие не ждут, когда их сцапает голодный неприятель, а активно защищаются, пуская в ход лапы, клешни, когти и прочие средства защиты.

Но есть ещё один способ остаться в живых при встрече с врагом. Надо просто обмануть его, как это делают животные, подражающие ядовитым собратьям. Только вот цена этого обмана довольно велика – нужно отдать на съедение хищнику часть себя, чтобы лучшая и большая часть успела ускользнуть. Этот способ называется аутотомией, или самокалечением.

Один из примеров аутотомии вам хорошо известен. Когда на ящерицу нападает недруг и хватает её за хвост, бедная рептилия отбрасывает часть его. Хищник хватает извивающуюся жертву, в то время как сама ящерица убегает. Так животному приходится жертвовать своим хвостом, который достается на обед хищнику, ради спасения жизни. Ящерица отбрасывает хвост не при каждом прикосновении. Вы можете дотронуться до него, погладить, но он останется на месте. Механизм действия заключается в следующем.

Хвостовые позвонки ящерицы: 1 – хрящевая неокостевающая прослойка в теле позвонка, по которой проходит разлом

Хватая ящерицу за хвост – а именно эта часть тела чаще всего оказывается в зубах хищника, – недоброжелатель причиняет ей боль. Сигнал о причиненной боли идет по нервным окончаниям в спинной мозг, где находится специальный центр, который дает команду на резкое сокращение особой группы мышц. Они сокращаются, переламывают позвоночник, сжимают сосуды, чтобы не было кровотечения, и отделяют хвост от тела. Позвоночник отламывается в том месте, где располагается особая хрящевая пластинка, специально предназначенная для этого.

Хвост – очень важный для ящерицы орган, так что никогда не хватайте несчастную за хвост, чтобы посмотреть, как она его отбросит. Но в природе существуют примеры, когда животные отдают врагу ещё более важные части тела и органы.

Рак может пожертвовать клешней, некоторые двустворчатые моллюски – сифоном, а кишечнополостные и некоторые кольчатые черви – своими щупальцами. Но наиболее удивительной способностью калечить себя и при этом выживать обладают иглокожие. Например, существуют морские ежи, которые при опасности распадаются на части, а каждая из частей потом вырастает в нового морского ежа. Не уступают им и морские звезды. Удобнее всего схватить морскую звезду за один из её лучей. Подобно ящерице, звезда сокращает мышцы, и схваченный луч отпадает.

Регенерация морской звезды

Казалось бы, всего лишь пятая часть тела, не бо́льшая жертва, чем у ящерицы. Но это не так. Когда ящерица отбрасывает хвост, наибольший урон наносится позвоночнику, нервной системе, а также теряются некоторые кровеносные сосуды и мышцы. Морская звезда теряет значительно больше фрагментов жизненно важных органов. В каждом из лучей звезды есть половые железы, выросты печени, каналы амбулакральной системы, три ветви нервной системы и лакуны кровеносной системы. Чуть позже все эти системы органов достраиваются, и потерянный луч восстанавливается. Если, обескураженный таким развитием событий, хищник не съедает потерянный луч морской звезды, то последний далеко не всегда погибает. У некоторых морских звезд из него вырастает новый организм, восстанавливающий и недостающие лучи, и центральный диск. Было бы замечательно, если бы из отброшенного хвоста ящерицы вырастало бы целое животное!

Голотурия

Ещё более самоотверженны некоторые голотурии. При нападении хищника они выбрасывают навстречу ему все свои внутренние органы, облепляющие его противной слизью. Сама голотурия успевает скрыться, зарывшись в ил. Если подобное произойдет с человеком или той же ящерицей, оба они мгновенно погибнут, а голотурия выживает и ждет несколько дней, пока вырастут новые органы.

Но аутотомия может происходить не только при встрече животных с хищниками. Некоторые свободноживущие плоские черви планарии при наступлении неблагоприятных условий, например, при недостатке кислорода в воде, распадаются на части. Если условия вновь станут подходящими, из каждого кусочка планарии вырастет новый червь. Похожий процесс наблюдался и у подвижных морских лилий. Эти иглокожие могут отламывать свои руки не только при нападении хищника, но и при повышении температуры воды или её опреснении. Руки оцепеневшего животного становятся очень хрупкими, поэтому даже при легком прикосновении они отламываются. Позже даже потерявшая все руки морская лилия отращивает их вновь.

Но существует ещё один повод для аутотомии. Это размножение. Кольчатые черви палоло, живущие в водах Тихого океана, один раз в году, осенью, в ночь новолуния поднимаются на поверхность океана. Все их тело набито половыми клетками. Сквозь разорвавшуюся стенку тела половые клетки выходят в воду, сливаются и дают начало новым организмам. А черви, выполнившие свой родительский долг, погибают. Позже выяснили, что всплывает не весь червь, а только его хвостовая часть, которая называется эпитокной. Перед размножением хвостовая часть наполняется половыми продуктами, червь разделяется надвое, и хвост уплывает на поверхность, а передняя, атокная часть опускается на дно. Она потом отращивает новый хвост и продолжает благополучно существовать до следующего сезона размножения.

Ни одно из перечисленных животных не могло бы выжить после аутотомии, если бы не удивительная способность к регенерации, которой они наделены.

Кости и панцирь

Как лучше всего искать своих сородичей? Скорее всего, по внешнему виду. Вот, например, некоторые обезьяны очень похожи на человека. А как же быть с дальними родственниками? Ведь их по внешнему виду не узнаешь.

Чем, например, морской еж похож на человека? Округлый панцирь, иглы – ёж настолько своеобразен, что признать в нем даже далекого родича в голову не придёт. Тем не менее у этого животного есть одна особенность, которая роднит этих колючих обитателей морей с нами.

Разрез кожи голотурии: 1 – скелетные элементы

Кожа морских ежей очень похожа на нашу. Она тоже двухслойная и состоит из поверхностного эпителиального слоя и дермы, которая образуется из мезодермы. Такое же строение имеет кожа человека.

В дерме кожи морских ежей образуются кристаллы карбоната кальция. Из каждого такого кристаллика вырастает многогранная табличка. Примыкая друг к другу, десятки подобных табличек образуют панцирь. К ним же крепятся иглы, которым эти иглокожие обязаны своим названием. Иглы, кстати, образуются так же, как таблички панциря.

Прикрепрение иглы морского ежа: 1 – игла; 2 – эпителий; 3 – мышцы, двигающие иглу; 4 – суставная головка; 5 – пластинка панциря

Кости человека тоже имеют мезодермальное происхождение, они образуются из производной мезодермы – мезенхимы. То есть помимо того, что кожа у человека и морского ежа очень похожа, наш скелет образуется из того же зародышевого листка.

Сходство иглокожих и позвоночных животных проявляется ещё в эмбриональном развитии. На одном из этапов развития у зародыша-гаструлы прорывается первичный рот – бластопор. Он не случайно так назван. Дело в том, что с течением времени на противоположном ему конце появляется другое отверстие, которое становится ртом, но уже вторичным, а первичный рот теперь представляет собой анальное отверстие. По сути дела меняется направленность пищеварительной системы. Поэтому и позвоночных, и иглокожих относят к группе вторичноротых животных.

Значит ли это, что позвоночные животные (а точнее, все хордовые) и, в том числе, человек произошли от морских ежей или каких-то других иглокожих? Ученые очень много спорят о происхождении хордовых животных. Некоторые считают, что предок хордовых – это какое-то древнее палеозойское вымершее иглокожее, которое лежало на дне и собирало на нем пищу, а может, отфильтровывало из воды. Другие ученые в корне не согласны с ними.

Мы не будем встревать в спор ученых, а для себя заключим только, что предок хордовых мог иметь какие-то родственные связи с иглокожими животными. А может быть, это всего лишь совпадение?

Ребенок совсем не похож на родителей

Судя по личинкам тех животных, о которых пойдет речь в этом рассказе, их предки были подвижными свободноплавающими или свободноползающими животными. Как мы уже выяснили, для таких животных характерно развитие нервной системы, органов чувств и передвижения. Но что происходит с животным, если оно всю взрослую жизнь сидит на одном месте? Разберем этот вопрос на нескольких примерах.

Строение многих животных претерпевает такие основательные изменения, что трудно не только найти общее во внешнем виде личинки и взрослого животного, но и обнаружить некоторые системы органов у сидячего организма. Как уже говорилось, у сидячих животных исчезают специальные органы чувств, которые не нужны при сидении на одном месте. У балянусов, усоногих раков, нет жабр. Их функцию выполняют видоизмененные конечности, и без того взявшие на себя задачу отфильтровывать из воды все съедобное. У них полностью отсутствуют две системы органов: кровеносная и выделительная. Нервная система сократилась до надглоточных ганглиев и отходящих от них нервов.

Строение морского жёлудя: 1 – усики; 2 – кишка; 3 – ганглии нервной системы; 4 – ножки; 5 – мускулы-замыкатели; 6 – мантия; 7 – скелетные пластинки; 8 – мантийная полость

Похожая редукция кровеносной и выделительной систем происходит у мшанок. Дышат они поверхностью тела, число ганглиев сокращается до одного. Пассивное сидение не требует активной циркуляции крови и выведения продуктов обмена веществ, ведь все процессы в организме идут не столь быстро, как у подвижных животных. Да и хорошо развитая нервная система не нужна, ведь движения ног у усоногих и специального ловчего органа – лофофора – у мшанок однообразны. Мшанки, ко всему прочему, никогда не обитают поодиночке. Они колониальные организмы. В такой колонии – едином доме – сидит несколько сотен мельчайших животных-зооидов и каждый выполняет свою функцию: добывает пищу, защищает соседей от хищников, отвечает за размножение.

Колонии мшанок: А – общий вид прикрепленной колонии; Б – общий вид медленно ползущей колонии пресноводных мшанок; В – участок при увеличении; 1 – одна особь; 2 – расправленный лофор (ловчий аппарат); 3 – передняя кишка; 4 – желудок; 5 – задняя кишка; 6 – стенка, окружающая все особи колонии; 7 – канатик со статобластами; 8 – втянутая особь

Частое явление у прикрепленных животных – гермафродитизм, то есть наличие у одного животного и мужских, и женских половых органов. Это полезно, поскольку неизвестно, окажется ли рядом представитель другого пола. А доползти до подходящего партнера неподвижное животное, сами понимаете, не в состоянии. Если же все особи гермафродиты, то для размножения подойдет любой сосед. Оплодотворение у животных-гермафродитов всё равно перекрестное, но его шанс увеличивается в два раза. Сначала животное выступает в одной роли – у него развиваются органы одного пола, а позже в другой – соответственно, развиваются органы другого пола. Такое явление известно среди таких «домоседов», как оболочники, усоногие раки, некоторые брахиоподы.

Но бывают в природе и такие случаи, когда у сидячего животного сильной редукции органов не происходит. Как, например, у погонофор, сидящих в вертикальной трубке и имеющих червеобразное тело, сегментированное только на заднем конце. У них есть и хорошо развитая кровеносная система, основу которой составляют большие спинной и брюшной сосуды, и нервная система. А может быть, степень редукции органов зависит от того, как давно появились эти животные, отделившиеся от предков? В данном случае предками погонофор были многощетинковые кольчатые черви.

Оказывается, в связи с сидением всю жизнь на дне многим животным не нужны не только отдельные органы, но и целые их системы, без которых мы не выжили бы и одного дня. А у сидячих животных упрощение их анатомии не приводит к столь значительным последствиям.

Как полухордовые «двух зайцев убили»

Полухордовые – очень необычные и оттого очень интересные животные. Это обитатели морского дна. Внешне червяки червяками, они относятся к отдельному типу морских беспозвоночных. Одни зарываются в грунт и там поглощают ил, извлекая из него все съедобное, другие сидят на поверхности дна и вылавливают пищу из воды щупальцами, покрытыми ресничками. И у тех, и у других в рот попадает вода, от которой нужно избавляться. Просто выплевывать её обратно полухордовым не захотелось, и они придумали другой способ выведения её из пищеварительной системы.

Полухордовые класса крыложаберных: А – цефалодискус; Б – раблоплеура (одна особь колонии); 1 – выросты щупалец; 2 – щупальце («рука»); 3 – головной щиток; 4 – рот; 5 – туловище; 6 – стебелек; 7 – анальное отверстие; 8 – почки на стебельках; 9 – трубка, окружающая все особи в колонии

Для этого у полухордовых появились особые приспособления. Изо рта пища и вода поступают в пищевод. Дальше пища продолжает своё путешествие по пищеварительной системе, а вода выводится из пищевода через стенки, где расположены отверстия, связывающие пищевод с внешней средой. Таким образом, вода, попадая в рот, проходит в пищевод, а оттуда покидает тело животного.

У некоторых полухордовых около этих отверстий появились жабры. Очень удобно: вода не просто отводится из ротовой полости, а заодно омывает жабры, как у рыб. Это сравнение не случайно, ведь у хордовых животных, в том числе рыб, ланцетников и миног, принцип строения пищеварительной системы такой же: вода из ротовой полости выходит через жаберные щели, омывает жабры, обогащая их кислородом.

Ученые-зоологи задумались, не могли ли древние полухордовые быть прародителями хордовых животных? Может быть, именно в этом заключается разгадка происхождения хордовых, над которой уже не одно десятилетие бьются ученые мужи. Ведь и у полухордовых есть стержневидное образование – нотохорд, очень похожее на хорду по происхождению, положению (на спине над кишечником) и строению. Тем не менее дать однозначный ответ на этот вопрос пока не удается. Возможно, полухордовые и хордовые не прямые родственники, а дети, появившиеся на свет от одного предка.

Анатомия позвоночных животных

Носители позвоночника

Говоря о беспозвоночных животных, мы имели дело с великим множеством различных живых существ, зачастую совсем не похожих друг на друга. Это и понятно, учитывая, что к беспозвоночным относится более двух десятков типов животных. Планы строения этих животных иногда сильно отличаются друг от друга.

А вот позвоночные животные – это всего лишь один тип, да и то неполный, поскольку позвоночные – это подтип типа хордовых. Другие подтипы хордовых – оболочники (асцидии) и бесчерепные (ланцетники). Все три подтипа объединяет наличие упругого стержня, который располагается на спинной стороне тела и называется хордой. У оболочников нет позвоночника, и во взрослом состоянии отсутствует и хорда, она есть только у личинок. Именно личинки позволяют оболочникам «числиться» в типе хордовых, хотя некоторые исследователи все же пытаются выделить их в отдельный тип. В любом случае, именно по этой группе животных проводят границу между двумя подразделениями животного царства: беспозвоночными и позвоночными животными. Ланцетник, конечно, тоже не имеет позвоночника, однако хорда у него сохраняется и во взрослом состоянии, что позволяет поставить его на древе жизни ближе к позвоночным животным.

Первыми животными, которые обзавелись позвоночником, стали бесчелюстные. Иногда их называют «бесчелюстными рыбами», но это неверно: с тем же успехом можно и амфибий называть «наземными рыбами» – амфибии, кстати, к рыбам даже ближе, чем бесчелюстные. По названиям групп животных легко можно понять, какова основная особенность строения, отличающая этих животных от других. У бесчерепных уже есть настоящая хорда, но нет черепа. У бесчелюстных уже есть череп, защищающий головной мозг, но нет челюстей. Правда, у них появляется прообраз челюстей – опорная конструкция жаберного аппарата – жаберные дуги. И только у челюстноротых есть и череп, и челюсти, и позвоночник, но у большинства почти исчезает хорда, поскольку теперь она не особенно нужна.

Несмотря на такие существенные различия, все позвоночные животные имеют единый план строения. То, что животные внутри типа могут отличаться друг от друга, вполне закономерно. То же самое мы видели среди беспозвоночных животных. Внутри каждого типа, как и в случае хордовых, разнообразие представителей с различными особенностями строения также весьма велико. Например, тип кольчатые черви состоит из четырех классов: первичные кольчецы, многощетинковые черви, малощетинковые черви и пиявки. Казалось бы, они должны быть похожи друг на друга по большинству признаков. Однако это не так. В пределах этого типа у разных классов различается строение нервной, выделительной и кровеносной систем.

Схема строения трех подтипов хордовых: А – бесчерепные; Б – оболочники; В – позвоночные; 1 – хорда; 2 – нервная система; 3 – глотка с жаберными щелями; 4 – кишечник; 5 – печень; 6 – костная ткань позвонков

Группы позвоночных животных также отличаются друг от друга. Рассмотрению всевозможных анатомических особенностей позвоночных посвящена следующая глава.

Зубы из чешуи

В природе существует множество типов зубов: откусывающие, дробящие и перетирающие; молочные и постоянные; резцы, клыки и коренные. Одни из самых необычных зубов у хрящевых рыб.

Интересная ситуация с зубами у акул. Создается впечатление, что у них то ли зубы растут на коже вместо чешуи, то ли во рту растет чешуя вместо зубов. Дело в том, что у акул зубы и чешуя имеют общее происхождение.

Чешуя у акул, по сути дела, не похожа на таковую в нашем понимании. Это пластинка, на которой сидит зубец, иногда не один. Поэтому она острая, а кожа акул в целом очень шершавая. Иногда её даже используют как наждачную бумагу. От этих зубов происходят и колючки плавников, и зубцы на носу рыбы-пилы.

Зубы акулы (А) и млекопитающего (человека) (Б): 1 – эмалеподобное вещество; 2 – дентин; 3 – пульпарная полость; 4 – эпидермис; 5 – кориум; 6 – эмаль; 7 – канал корня; 8 – цемент

Зубы акул располагаются на челюстях в несколько рядов. Подробно изучив их, ученые выяснили, что это видоизмененные чешуи. То есть зубы у акул имеют кожное происхождение, почему и называются кожными. Потерять пару – тройку зубов акуле не страшно – очень скоро вырастут новые.

Обонятельные полушария

Органы чувств для подвижных животных чрезвычайно важны, ведь с их помощью животное получает информацию об окружающей среде. Эти органы помогают ориентироваться в пространстве, искать добычу или партнера по размножению, прятаться от врагов.

Животных, у которых все органы чувств были бы развиты одинаково сильно, не бывает. У кого-то особенно хорошо развит слух, у другого – зрение, у третьего – обоняние. Это зависит от того, какой образ жизни ведет животное. Например, зачем подземному жителю кроту хорошее зрение? А у человека зрение развито, наоборот, очень даже неплохо, а вот обоняние явно подкачало. Какие же анатомические особенности определяют степень развития того или иного чувства, например того же обоняния?

Казалось бы, обоняние – это прежде всего нос. Однако собственно нос как часть лица к анализу запахов отношения не имеет. Запах – это мельчайшие, невидимые глазом молекулы летучих веществ. Они попадают к нам в носовые раковины, на определенный участок слизистой оболочки, где расположены рецепторы, которые, собственно, и распознают, что это за молекула. Информация о свойствах пахучего вещества в виде нервного импульса бежит по нерву в головной мозг. Там она поступает в определенные участки мозга, отвечающие за обоняние. Итак, обоняние обеспечивают рецептор, воспринимающий молекулы пахучих веществ, нерв, проводящий импульс к мозгу, и специализированный отдел головного мозга. По отдельности каждый из элементов абсолютно бесполезен.

Обонятельная система человека: 1 – обонятельные нити, ветвящиеся в слизистой оболочке; 2 – обонятельная луковица; 3 – обонятельный тракт; 4 – обонятельный треугольник; 5 – проводящие пути обонятельного анализатора; 6 – решетчатая пластинка; 7 – гипоталамо-лимбическая система (включает гиппокамп, таламус, гипоталамус, миндалевидное тело)

Целый ряд животных ориентируется в пространстве именно за счет обоняния. Например, акулы. Наверное, вы замечали, какой вытянутый «нос» у акулы. Одна из причин – сильно удлиненный отдел переднего мозга, отвечающий за обоняние. Участки головного мозга, отвечающие за обоняние, называются обонятельными луковицами и являются выростами обонятельных долей переднего мозга. Участки, соединяющие луковицы и доли, называются обонятельными трактами. Из этого следует, что для развития той или иной системы органов чувств прежде всего необходимо усложнение строения соответствующих отделов головного мозга, ведь именно он анализирует информацию, поступающую от анализаторов.

Например, у гуся обонятельные луковицы составляют меньшую долю переднего мозга, чем у акулы. Значит, обоняние у этой птицы не очень хорошее. У человека участки головного мозга, отвечающие за обоняние, также развиты слабо.

У всех ли рыб хорошее обоняние? И у всех ли млекопитающих, как у человека, обоняние слабое? Чтобы ответить на этот вопрос, давайте рассмотрим мозг акулы и костистой рыбы и сравним их. У костистой рыбы тоже есть обонятельные луковицы и обонятельные доли, но развиты они гораздо слабее. Луковицы маленькие, тракты словно тонкие стебельки, обонятельные доли едва заметны. Выходит, обоняние костистых рыб уступает обонянию акул.

Обонятельная система костистой рыбы: 1 – носовая капсула; 2 – обонятельный тракт; 3 – обонятельные доли; 4 – передний мозг; 5 – средний мозг; 6 – задний мозг; 7 – продолговатый мозг; 8 – спинной мозг; 9 – слуховой нерв; 10 – блуждающий нерв

Теперь посмотрим на млекопитающих. Насколько отличается мозг человека и сумчатого – например, опоссума! У человека обонятельные луковицы крошечные, еле различимые за большими полушариями. А у опоссума наоборот – огромные луковицы и, что не менее важно, хорошо развитые нервы, выходящие из них.

Как уже было сказано ранее, слабость одной системы органов чувств компенсируется хорошим развитием другой системы. Это легко установить, посмотрев на участки головного мозга, отвечающие за различные органы чувств. Вернемся к головному мозгу двух рыб: костистой рыбы и акулы. Посмотрим на зрительные доли: они сильнее развиты именно у костистой рыбы, значит, у акулы зрение похуже.

Итак, стало понятно, что развитие органов чувств зависит от того, насколько развиты те отделы головного мозга, которые их контролируют. Если посмотреть на строение головного мозга какого-нибудь животного, то можно сделать вывод о том, насколько у него развиты слух, зрение и обоняние. Можно сделать это, даже не зная, какому животному принадлежит мозг. Эту закономерность успешно используют палеонтологи: они реконструируют головной мозг различных вымерших животных и на основе этого делают вывод о том, чем животное питалось, где обитало, каким было его поведение.

Ядовитые железы змей

Все известные змеи – хищные. Одни охотятся на насекомых и червей, другие могут проглотить даже небольшое копытное. У змей полностью исчезли ноги, которые были у их вараноподобных предков. Отсутствие ног с лихвой компенсируется хорошей реакцией: змея молниеносно бросается на жертву и хватает ее. Но как удержать добычу, да ещё, желательно, не дать ей нанести хищнику опасную рану? Многие змеи изобрели для этих целей весьма эффективное оружие – яд.

Введенный в тело жертвы, он парализует ее нервную систему и обездвиживает животное. Яд змей имеет белковую природу. Среди белков, входящих в состав яда, есть ферменты, которые переваривают ткани пойманного животного.

Откуда у змей берется яд? Он вырабатывается в ядовитой железе, которая расположена около верхней челюсти. По происхождению это видоизмененная височная слюнная железа. Далее яд стекает по каналу ядовитых зубов. Они сидят в верхней челюсти и сильно увеличены по сравнению с другими зубами.

Ядовитый аппарат змеи: А – череп гремучей змеи с закрытой и Б – открытой пастью; В – ядовитый зуб; 1 – ядовитый зуб; 2 – верхнечелюстная кость; 3 – поперечная кость; 4 – крыловидная кость; 5 – чешуйчатая кость; 6 – квадратная кость; 7 – нижняя челюсть; 8 – ядопроводящий канал

Две единственные ящерицы-ядозубы тоже способны вырабатывать яд. Их ядовитые железы также являются производными слюнных желез, но не верхнечелюстных, а нижнечелюстных. Соответственно, и ядовитые зубы находятся не в верхней, а в нижней челюсти. Яд смачивает увеличенные ядовитые зубы, проходя по многочисленным каналам. По составу и механизму действия секрет ядовитой железы этих пресмыкающихся похож на яд аспидовых змей.

Жертвы и приобретения

Каких только восхитительных животных не встретишь в природе! Среди них удивительные, отчасти сказочные пресмыкающиеся – змеи.

Змеям пришлось принести некоторые жертвы, чтобы иметь возможность незаметно пробираться под пологом леса, сползать по ветвям деревьев или плыть по песчаным барханам и морским волнам. Они полностью «отказались» от ног, как передних, так и задних, и изменили форму. Чтобы ползать, змеям пришлось отказаться также от некоторых органов, а взамен приобрести совершенно новые.

Анатомия змеи: 1 – сердце; 2 – сонная артерия; 3 – пищевод; 4 – легкое; 5 – печень; 6 – желудок; 7 – почка; 8 – половые железы

Разместиться в узком теле внутренним органам трудно. Поэтому у продвинутых змей левое легкое исчезает и остается только правое, но оно сильно удлиняется. У ряда змей потеря легкого компенсируется сильно развитой, расширенной трахеей, которая помогает нагнетать воздух. Также вытянуты почки и семенники. А вот мочевой пузырь исчез полностью.

Разжевать добычу или откусить от нее кусок змеи не могут, поэтому им приходится глотать её целиком. Связки челюстного сустава настолько эластичны, а кости лицевого отдела черепа так подвижны, что змея способна заглотить крупную добычу, буквально надеваясь на нее. В этом нелегком деле помогает длинный мускулистый пищевод. Остальная часть пищеварительной системы – желудок и кишечник – короткие.

Очень сильно изменились и органы чувств змей.

Змеиные органы чувств

Возможно, вам приходилось слышать, что змея перед нападением гипнотизирует жертву немигающим взглядом. Конечно, к гипнозу это отношения не имеет, но моргать змея действительно не может, поскольку её веки срослись друг с другом и стали прозрачными. Образовавшаяся пленка защищает глаза и в то же время не мешает видеть. По этому признаку можно легко отличить змею от безногой ящерицы: последняя хотя и похожа на змею, но все же может моргать.

Помимо органов слуха – внутреннего уха и слаборазвитого среднего уха, а также органов обоняния, у змей есть хорошо развитый парный орган химического чувства, который называется органом Якобсона. Это небольшие ямки на нёбе рептилии. Раздвоенным языком змея касается окружающих предметов или собирает молекулы пахучих веществ прямо из воздуха, а затем, втянув язык в рот, направляет кончики языка в эти ямки. Орган Якобсона – очень точный анализатор, который может распознать даже мельчайшие следы веществ, находящихся во внешней среде. Наряду со зрением и обонянием орган химического чувства позволяет легко обнаружить жертву. Есть он не только у змей, но и у других пресмыкающихся, например у ящериц.

Якобсонов орган: 1 – ноздря; 2 – носовая камера; 3 – якобсонов орган; 4 – язык; 5 – верхняя челюсть

Вдобавок к этому, у некоторых змей есть ещё один орган чувств – орган термического чувства, или теплового зрения. На морде ямкоголовых змей есть углубления, в которых находятся рецепторы, способные улавливать тепло, точнее, инфракрасное излучение. Это важно при охоте на теплокровных животных, особенно в тех случаях, когда охота происходит ночью.

Утратив ноги и некоторые органы, змеи приобрели целый ряд очень полезных и эффективных органов и приспособлений, которые помогают им процветать до сих пор.

Утробные зубы

Большинство змей питаются свежеубитой добычей. Ни растительную пищу, ни даже падаль змеи не едят. Но в Африке и на Аравийском полуострове живет удивительная змея, которая ест только птичьи яйца. Называется она соответственно: яичной змеёй. Обхватив яйцо челюстями, змея постепенно наползает на него, продвигая в пищевод. Слабые зубы животного не могут раздавить яйцо, и оно целым и невредимым проталкивается всё дальше и дальше по направлению к желудку. Но, не достигнув его, яйцо напа-рывается на зубы, находящиеся в пищеводе. Они аккуратно надрезают скорлупу, и жидкое содержимое яйца стекает в желудок, а скорлупу в виде комка змея выплевывает через рот.

Поперечный срез яичной змеи в области пищевода: 1 – позвонок; 2 – глоточные «зубы»; 3 – стенка пищевода; 4 – просвет пищевода

На самом деле в пищеводе никаких зубов нет, это кости. А точнее, острые отростки позвонков, прорастающие сквозь стенку пищевода.

Подвижный череп

В нашем понимании череп должен составлять монолитное крепкое образование, защищающее мозг. Подвижной может быть только нижняя челюсть. Так устроен череп человека и других млекопитающих. Однако это вовсе не значит, что это также верно для всех животных.

В Индийском океане, около Коморских островов и острова Сулавеси, живет довольно крупная рыба, поимка которой в своё время стала настоящей сенсацией в научном мире. Эта рыба принадлежит к давно вымершей, как считалось ранее, группе кистеперых рыб. Но эта преспокойно плавала в современном океане, предпочитая держаться около подводных пещер. Названа эта рыба была латимерией.

Латимерия

Об уникальности и своеобразности латимерии можно говорить очень много. Но мы коснемся лишь одной-единственной черты её строения – весьма своеобразного черепа. Он состоит из двух отделов: этмосфеноида и отикоокципитале. В первом, переднем отделе находятся передняя часть мозга, глаза и органы обоняния. Во втором, заднем располагается задняя часть мозга, органы равновесия и слуха. Помимо непосредственного соприкосновения друг с другом, эти отделы соединены подстилающей их гибкой хордой. Но совсем уж необычно: два отдела черепа соединены друг с другом подвижно! Этот признак специ-фичен для кистеперых рыб. Движение переднего отдела черепа относительно заднего, конечно, ограничено. Функцию ограничителя выполняет, в частности, хорда.

Зачем же кистеперым такой череп? По гастрономическим предпочтениям кистеперые рыбы были и остаются хищниками. Но не теми, что в погоне настигают жертву. Затаившись в засаде где-нибудь среди водорослей, они стремительно бросались на добычу и хватали её острыми коническими зубами. При этом стремительный бросок приводил к мощному удару головы о тело жертвы, и подвижный череп играл роль амортизатора, который спасал рыбу от опасного удара и сотрясения мозга.

Боковая линия

Рыбы наделены особым, очень своеобразным органом чувств, которого нет ни у одного другого позвоночного животного, за исключением личинок амфибий и взрослых особей тех видов, которые всю жизнь проводят в воде. Дело в том, что этот орган работает только в воде.

Боковая линия: А – расположение на теле рыбы; Б – срез кожи при увеличении; 1 – пора на поверхности тела; 2 – канал боковой линии; 3 – светочувствительные клетки; 4 – нервы

Располагается этот загадочный сенсорный аппарат не на голове, как остальные органы чувств, а по бокам тела, и называется боковой линией. Рецепторы боковой линии, как правило, располагаются в глубине кожи. Они объединены в пучки, называемые невромастами. Каждая из клеток-рецепторов имеет похожий на волос отросток. Каждая из невромаст располагается в ямке, которая открывается наружу, а ямки выстраиваются друг за другом в одну линию. Поэтому орган и был назван «боковой линией».

Подобные ямки, расположенные вдоль одной линии, есть и у бесчелюстных, например миног. Но они отличаются от боковой линии рыб одной особенностью, которая позволяет считать ямки рыб единым органом, а миног – множеством отдельных органов: у рыб ямки объединены общим каналом.

Зачем же нужна боковая линия? Волосовидные отростки, покрытые студенистым веществом, колеблются потоками воды, омывающими тело плывущей рыбы. Сигналы от рецепторов – невромаст – поступают в мозг рыбы. Эта информация позволяет рыбе чувствовать все колебания воды вокруг её тела, что помогает ей ориентироваться в пространстве и контролировать положение тела. Рыба, даже не видя, кто плывёт рядом, чувствует присутствие другого животного благодаря боковой линии.

Боковая линия разных рыб отличается. У некоторых рыб, например, хрящевых, боковая линия – это не ряд ямок в теле, а открытые каналы. Установлено, что и ископаемые рыбы, и некоторые амфибии также имели боковую линию, возможно, в немного другом виде.

Если подробно рассматривать строение боковой линии, то окажется, что её каналы продолжаются в голове рыбы. На голове также располагаются сенсорные ямки, соединенные с каналами.

У человека и прочих млекопитающих нет боковой линии, но во внутреннем ухе есть рецепторы, имеющие волосовидные отростки, которые меняют своё положение в зависимости от положения тела.

Соль и слезы

Человек не может пить морскую воду без последствий для своего здоровья. Дело в том, что в соленой воде очень велико содержание различных солей, и наши почки просто не в состоянии справиться с их огромным количеством. Поступление такого количества солей, помимо всего прочего, приведет к полному обезвоживанию организма. Однако ряд позвоночных животных способны и пить морскую воду, и жить в ней без ущерба для своего здоровья.

Всем известно выражение «крокодиловы слезы». Оно пошло от легенды, что, съев свою жертву, крокодилы плачут, да и не просто плачут, а заливаются слезами! Но с раскаянием крокодилов эти слезы никак не связаны. Вы, наверное, знаете, что слезы соленые на вкус. А у крокодилов они ещё солонее. Слёзные железы крокодилов помогают почкам выводить из организма избыток солей. Если даже современные, пресноводные, крокодилы заливаются слезами, то как же, наверное, рыдали морские крокодилы, жившие в мезозойских морях! Есть эта физиологическая особенность и у других рептилий, живущих в солёной воде, – морских черепах, морских игуан и морских змей. Но не только.

Около глаз некоторых морских птиц находятся клубочки мелких трубочек, окутанных кровеносными сосудами. Это и есть солевыделяющие железы, или, как их ещё называют, «слезные почки». Они есть у альбатросов, чаек и других птиц. Они достались пернатым в наследство от их предков – доисторических пресмыкающихся.

Кости, чтобы лучше слышать

Воспринимая окружающие звуки, животные могут ориентироваться в пространстве, узнать о приближении хищника, услышать голос своего сородича, передающий какую-то информацию, – словом, органы слуха очень важны для многих живых существ. Это один из каналов, через который происходит связь с внешней средой. Но далеко не у всех животных органы слуха хорошо развиты.

Самый примитивный слуховой аппарат представлен внутренним ухом в виде парных мешочков, не соединяющихся каналами с внешней средой. Он находится внутри костей черепа. Такой вариант представлен у многих позвоночных, начиная с рыб. Есть эта конструкция и у человека, хотя у нас к ней добавляются и другие структуры: все-таки рыб и человека разделяют многие миллионы лет эволюции.

Человеческое ухо состоит из внутреннего, среднего и наружного уха. Наружное ухо – выступающая ушная раковина, которую, собственно, мы и называем ухом. Важнейшими элементами среднего уха являются малюсенькие слуховые косточки: стремя, молоточек и наковальня. Они есть у всех млекопитающих, но отсутствуют у других животных. За исключением стремени – оно есть у пресмыкающихся и даже у некоторых амфибий. Остальные две кости также достались нам от пресмыкающихся, но у них они выполняли совсем другие функции. Их и называют по-другому: сочленовная, она же молоточек, и квадратная, она же наковальня, кости. Соединяясь друг с другом, эти кости у рептилий образовывали челюстной сустав, поскольку квадратная входила в состав верхней челюсти, а сочленовная – нижней. Хорошая звуковая передача через это соединение повлияла на дальнейшую судьбу этих костей.

В итоге челюстной сустав рептилий попал в ухо к млекопитающим, а соединение верхней и нижней челюсти у млекопитающих стало совсем иным.

Почти как у людей

Хорошо известно, что кость – хороший проводник звука. Не случайно именно кости стали передатчиком звуковых колебаний в среднем ухе. Особенно хорошо проводят звук кости, имеющие внутри полости, например кости черепа. Когда мы слышим собственный голос, доносящийся из динамика магнитофона, то удивляемся, насколько он непохож на тот голос, который мы привыкли слышать, когда говорим сами. И это не случайно. Ведь звук, воспроизводимый магнитофоном, поступает к нам через ушную раковину, то есть из внешней среды, а когда мы произносим слова, то слышим издаваемые голосовыми связками звуковые колебания, проходящие в ухо через кости черепа.

Использовать кости для проведения звука стали самые древние позвоночные, у которых настоящих слуховых косточек ещё не было. У некоторых костистых рыб парные отростки позвонков стали самостоятельными костями – их называют веберовыми косточками. Они соединяют череп и плавательный пузырь, выстраиваясь непрерывной цепочкой. Плавательный пузырь как резонатор, то есть усилитель звука, передает звуковые колебания веберовым косточкам, которые, в свою очередь, отправляют их к внутреннему уху.

Так в природе появился прообраз среднего уха за миллионы лет до появления стремени, а тем более молоточка и наковальни.

Хранитель мыслей

Первые животные, у которых был хоть и примитивный, но самый настоящий череп, появились более 500 миллионов лет назад. За многие миллионы лет эволюции череп очень видоизменился. Это касается не только его формы, но и костей, входящих в него. Некоторые кости, входившие в состав черепа и хорошо развитые, со временем из него исчезали или редуцировались.

Например, парасфеноид – крупная непарная кость в черепе рыб и некоторых земноводных у млекопитающих полностью исчезла, хотя в рыбьем черепе она имеет большое значение.

Другие кости, ранее игравшие значительную роль, сократились в размерах и еле заметны в черепе человека. Например, парные носовые кости и сошник (у низших позвоночных он тоже парный) были крупными у рыб и земноводных. Но у человека они представлены совсем небольшими косточками.

Череп человека: А – сбоку; Б – спереди; 1 – лобная часть; 2 – теменная кость; 3 – затылочная кость; 4 – височная кость; 5 – глазница; 6 – верхняя челюсть; 7 – нижняя челюсть; 8 – скуловая кость; 9 – скуловой отросток височной кости; 10 – носовая кость

А крыловидная кость, занимавшая значительную часть нёба земноводных и рыб, постепенно сокращалась, сокращалась, уступая место другим костям, пока совсем не исчез-ла – в черепе человека её уже нет, хотя она и присутствует в черепах других млекопитающих.

В черепе человека одни кости получили большее развитие и разрослись, а другие, наоборот, как сошники, стали совсем маленькими.

Надо напомнить, что человеческий череп подразделяют на две части: лицевую и мозговую. По сравнению с обезьянами, а тем более другими животными, у человека мозговая часть получила большее развитие, тогда как лицевая сократилась.

Мы не будем разбирать подробное строение каждой косточки человеческого черепа, все их выступы, отверстия, неровности, а остановимся на наиболее интересных моментах. И для начала обратим внимание на мозговую часть черепа.

Кости черепа бывают парными и непарными. В мозговой части черепа две парные кости и четыре непарные, то есть всего их восемь. Парные теменные кости образуют основную часть свода черепа.

Лоб образован крупной лобной костью. Кстати, у многих млекопитающих лобные кости тоже парные. У некоторых костей черепа есть внутренние полости. Наиболее яркий пример – именно лобная кость. Воздухоносные пазухи этой кости имеют сразу несколько предназначений. Во-первых, воздух из внешней среды, попадая туда через носовую полость, согревается и поступает в легкие теплым. Это, в свою очередь, защищает мозг от перегрева. И, в-третьих, полости делают череп более легким.

Череп человека (разрез, вид сверху): 1 – глазничные отростки лобной кости; 2 – клиновидная кость; 3 – чешуя височной кости; 4 – затылочная кость; 5 – большое затылочное отверстие; 6 – отверстия, через которые выходят нервы; 7 – пирамида височной кости

Есть полости и даже пещера, лабиринты и пирамида (всё это названия) и в другой, но уже парной, кости. Она называется височной. Барабанная полость выполняет совсем другую функцию, в отличие от лобных пазух. Здесь в полости пирамиды височной кости находятся ещё три малюсенькие косточки – стремя, наковальня и молоточек. Миллионы лет назад эти кости были намного крупнее и выполняли другие функции, а теперь, словно египетские фараоны, «запрятаны» в пирамиды.

Непарная клиновидная кость интересна тем, что по форме она напоминает бабочку. Она соприкасается и с головным мозгом, и с глазом, входит в состав верхней челюсти и даже виска.

Решетчатая кость совсем небольшая. Она получила своё название из-за множества отверстий, которые пронизывают её.

Если кто-то думает, что черепная коробка, или мозговая часть черепа, совершенно замкнута и не имеет отверстий, то это не так. В различных костях черепа есть отверстия, где проходят нервы и сосуды. Самое большое отверстие находится в затылочной кости. Это большое затылочное отверстие, где спинной мозг в основании черепа переходит в ствол головного мозга. По бокам его находятся мыщелки – суставные поверхности, соединяющие первый шейный позвонок, атлант, с черепом.

Внутренняя поверхность костей мозговой части черепа несет множество неровностей. Это каналы, места расположения сосудов, бугорки, ямки, гребни.

Между костями можно проследить места их соединения. Они выглядят как неровные швы. У новорожденного ребенка кости черепа ещё не сросшиеся. Это необходимо для успешного прохождения его по родовым путям. Кости могут смещаться, изменяя форму головы, не повреждая при этом головной мозг. Со временем кости черепной коробки срастаются. Дольше всего остаются незаросшими участки на границе между костями, которые называются родничками.

Как жабры стали кусаться

В настоящее время круглоротые – это небольшой класс позвоночных животных, к которому принадлежат миноги и миксины. У них действительно круглые рты. И всё потому, что у них совсем отсутствуют челюсти. Что же с ними произошло, куда они подевались? Никуда, у круглоротых вообще никогда не было челюстей. Круглоротые принадлежат к группе бесчелюстных, когда-то многочисленной и разнообразной.

Минога – современный представитель круглоротых

Эти животные стали прародителями челюстноротых (всех остальных позвоночных). Но откуда появились челюсти, неужели возникли на пустом месте? Нет, такое в эволюции случается редко.

У древних (впрочем, как и у современных) бесчелюстных было несколько пар жаберных дуг. И вот те из них, что находились на уровне глотки, полностью поменяли свою функцию: вооружились зубами и стали использоваться для захвата пищи.

Ротовая воронка миноги

Так в эволюции позвоночных животных появилось важное приобретение. Теперь позвоночные животные могли ловить и удерживать добычу. Это нововведение позволило значительно расширить пищевой спектр. Прежде всего, теперь в морях стало ещё менее безопасно, так как резко увеличилось количество хищников. Нетрудно догадаться, что первыми позвоночными животными, у которых появились челюсти, были рыбы.

Волосы, чешуи, колючки, перья

Кожа большинства позвоночных животных покрыта защитным покровом. Даже, казалось бы, голая кожа амфибий имеет защитный слой слизи. Но в данном рассказе речь пойдет о твердых покровах кожи. Например, у человека этот покров представлен волосами.

Ископаемая летопись засвидетельствовала важный факт, что ещё одни из самых первых позвоночных животных имели на поверхности кожи чешуи.

Чешую, как вы хорошо знаете, имеют и рыбы. Особенно это хорошо знают хозяйки и рыбаки, которым приходится чистить рыбу. Чешуя защищает покровы рыбьего тела от различных повреждений и инфекций. Казалось бы, при выходе на сушу земноводные, или амфибии, должны были бы иметь хорошо защищенные покровы, но получилось совсем наоборот. Вы не найдете на теле лягушки ни одной чешуйки – кожа амфибий мягкая и влажная. Отсутствие защиты в виде чешуи и проницаемость кожи обоснованы тем, что лягушка дышит через кожу. Это не слишком удобно, ведь для газообмена кожа должна оставаться влажной, и амфибиям постоянно приходится находиться около воды.

Кожа рептилий (строение на срезе): 1 – живой слой эпидермиса; 2 – роговой слой эпидермиса; 3 – пигментные клетки эпидермиса; 4 – эпидермис; 5 – дерма; 6 – кожные окостенения

Так и жили бы наземные позвоночные около воды или вели бы полуводный образ жизни, если бы некоторые из них не «решили» посмотреть, а что же находится там, вдалеке от водоема? Может, там пищи больше и врагов меньше? Это стремление «уйти от водоема» реализовали пресмыкающиеся, или рептилии.

У них уже не было кожного дыхания, зато легочное дыхание стало более интенсивным. Поэтому кожа рептилий стала сухой, а покрывали её (как, впрочем, и до сих пор) роговые чешуи. Это приобретение позволило пресмыкающимся расселиться во все уголки плане-ты и даже занять воздушное пространство. Но и на этом эволюция покровов не закончилась.

Чтобы увеличить площадь машущей поверхности крыла, пресмыкающимся-воздухоплавателям пришлось воспользоваться кожной перепонкой, расположенной между передней лапой и туловищем.

Другие покорители воздуха пошли иным путем. У триасовой рептилии длинночешуйника некоторые чешуи сильно увеличились в размерах. За счет этого они могли использовать пучки этих чешуй для планирования. Но рептилии, летавшие похожим способом, были единичны.

Длинночешуйник (лонгисквама)

Тогда конструкторская мысль эволюции направилась иным путем. При помощи удлиненных и уплощенных чешуй вновь была увеличена площадь крыла летавших животных. Так появились пернатые – птицы. Причем надо отметить, что перья птиц выполняют не только функцию полета, они ещё и согревают животное. Не случайно первые перья, которые, вероятнее всего, выполняли функцию согревания тела, были «изобретены» не птицами. Перья имелись ещё у некоторых динозавров. У современных птиц лапы до сих пор покрыты «рептильными» чешуями, а не перьями.

Прикрепление пера (А) и волоса (Б): 1 – эпидермис; 2 – дерма; 3 – бородки пера; 4 – разорвавшийся чехлик; 5 – полость очина пера; 6 – фолликул; 7 – стержень волоса; 8 – сальная железа; 9 – волосяной фолликул; 10 – волосяная луковица

От пресмыкающихся произошла ещё одна группа позвоночных животных, у которых покровы стали развиваться совсем в ином направлении. Произошло это ещё раньше, чем появилось первое перо птиц или динозавров, в конце палеозойской эры. У пресмыкающихся – звероящеров помимо роговых чешуй стали появляться волосы, то есть шерсть. Именно эти животные стали прародителями млекопитающих, покрытых шерстью. Причем следует отметить, что шерсть – это не преобразованные роговые чешуи пресмыкающихся, как может показаться, а новая производная эпидермиса.

Так за миллионы лет кожные покровы позвоночных животных преобразовывались в самые различные варианты.

Откуда легкое

Только с появлением особых органов дыхания – легких – стал возможен выход позвоночных животных на сушу. Жабры, которые могли высохнуть на суше, были непригодны для дыхания вне воды. Хотя надо сказать, что некоторые сухопутные беспозвоночные все же умудряются дышать жабрами на суше. Например, ракообразные мокрицы. Но они оказались «заложниками» такого типа дыхания, обреченными жить только при очень большой влажности. Сухой воздух для жабр губителен. А вот насекомые и все остальные трахейнодышащие членистоногие способны дышать на суше и жить в самых засушливых условиях, даже в пустынях. Они дышат трахеями, которые находятся внутри тела животных. Именно за счет трахей членистоногие вышли на сушу раньше позвоночных животных примерно на 50–70 миллионов лет.

Из позвоночных первыми выбрались на сушу и смогли почти постоянно находиться вне воды земноводные. У них уже было легочное дыхание. Но впервые появились легкие, точнее, легкое, не у амфибий, а у рыб. Родоначальниками легочного дыхания среди позвоночных были рыбы: кистеперые и двоякодышащие. Первые могли не только дышать атмосферным воздухом, но и с помощью мясистых плавников вылезать на сушу.

Родоначальницей легких у позвоночных следует считать пищеварительную систему. Первое непарное легкое было выростом кишки. Его стенки были пронизаны густой сетью сосудов и, быть может, имели внутреннюю складчатую поверхность. Но только когда легкие окончательно отсоединились от кишки, а воздух в них стал поступать по особым каналам, отходящим от глотки, они стали настоящими легкими.

Легкие и плавательный пузырь у разных групп рыб и наземных позвоночных: I – типичный плавательный пузырь большинства рыб; II – плавательный пузырь костных видов ганоидов со складчатой поверхностью, способной выполнять дызательную функцию; III – пузырь рыбы эритринус, открывающийся сбоку (переходная стадия от легкого к типичному пузырю); IV – легкое двоякодышузей рыбы, переместившееся на спину; V – легкое многопера (первичный тип строения, предшествующий всем другим); VI – легкое наземных позвоночных (на стадии эмбриона); 1 – пищевод; 2 – легкое или плавательный пузырь

По происхождению к легким близок плавательный пузырь, который также изначально является выпячиванием кишки. Его основная функция – поддержание плавучести тела рыбы. Но, как и примитивное легкое, у некоторых рыб он может участвовать в дыхании.

Около 400 миллионов лет назад легочное дыхание и примитивные легкие были распространены не только у кистеперых и двоякодышащих рыб. Доказательство тому – современная примитивная лучеперая рыба, которая имеет легкие. Надо, конечно, отметить, что все имевшие и имеющие легкие рыбы обладают или обладали ещё и жабрами.

Из доживших до наших дней двоякодышащих и кистеперых рыб легкими способны дышать только двоякодышащие рыбы. Единственная ныне живущая кистеперая рыба латимерия никогда не поднимается к поверхности воды за глотком воздуха. Её единственное легкое заполнено жировой тканью и не функционирует. Она словно «забыла» славную историю своих предков, когда кистеперые бродили по суше в поисках новых водоемов.

Необычная рептилия

Как вам хорошо известно, сердце пресмыкающихся трехкамерное – один желудочек и два предсердия. Несмотря на это, в желудочке есть перегородка, которая разделяет его на две части. Это необходимо для того, чтобы разделить кровь, поступающую из предсердий – богатую кислородом и насыщенную углекислым газом. Но перегородка эта неполная. Она может замыкаться, соприкасаясь со стенками сердца во время его сокращения. Тем не менее кровь все равно частично перемешивается.

Сердце крокодила (продольный разрез): 1 – правый желудочек; 2 – задняя вена; 3 – передние полые вены; 4 – правое предсердие; 5 – правая систолическая дуга; 6 – левая систолическая дуга; 7 – легочная артерия; 8 – легочные вены; 9 – левое предсердие; 10 – левый желудочек; 11 – панцирное отверстие

Такое строение сердца характерно для черепах, чешуйчатых (змей и ящериц) и клювоголовых. Это представители трех разных отрядов рептилий. Но есть ещё один отряд пресмыкающихся, который отличается по строению сердца от всех остальных рептилий. Он представляет группу, которая почти полностью исчезла с лица Земли. Это группа архозавров. Из неё до наших дней дожили только крокодилы.

Сердце этих устрашающих рептилий имеет полную перегородку, за счет чего кровь в нем почти не смешивается (все же маленькое отверстие в перегородке существует – оно называется паниццево отверстие). Подобная перегородка есть только в сердце птиц и млекопитающих.

Если крокодилы принадлежат столь древнему и почти полностью исчезнувшему древу, то можно предположить, что и другие представители архозавров, например, динозавры и летающие ящеры, имели такое же четырехкамерное сердце, то есть были весьма высокоразвитыми пресмыкающимися.

Ещё один глаз

Число глаз у животных может быть очень разным. Мы привыкли к двуглазым созданиям, и поэтому животное, имеющее большее число глаз, кажется нам странным. Вспомним мультфильмы, в которых даже у пауков зачастую только два глаза, хотя реально их гораздо больше. Но, оказывается, и позвоночные, причём весьма высокоорганизованные, не всегда ограничиваются двумя глазами. Более того, число глаз у них нечётное!

Любители мистики и всевозможных сказок наверняка тут же воскликнут: это же тот самый таинственный «третий глаз»! И, что самое интересное, будут правы.

Оказывается, у некоторых рептилий и круглоротых действительно есть третий глаз. В верхней части лба этих животных (например, у отдельных ящериц) в черепе есть отверстие, затянутое кожей. В этом-то отверстии под кожей и располагается третий глаз.

Он, как остальные, более привычные для нас глаза позвоночных, по своему происхождению является выростом головного мозга, а именно промежуточного мозга. По форме он напоминает обычное глазное яблоко.

Зачем же он нужен миногам и некоторым рептилиям? Может, он только внешне похож на глаз, а на самом деле выполняет совсем другую функцию? Но нет, это самый настоящий глаз, в котором ещё можно различить зачатки хрусталика и роговицы. Даже сквозь кожу он различает свет и тьму.

Когда-то давно, миллионы лет назад, древние бесчелюстные, некоторые рыбы и примитивные амфибии имели хорошо развитый третий, или теменной, глаз, который функционировал наравне с остальными двумя глазами. Первоначально он был необходим животным, которые обитали и затаивались на дне. Третий глаз осматривал ту часть пространства, которую в полной мере не могла рассмотреть пара других глаз. А ведь это очень важно – вовремя увидеть хищника, который нападает сверху. А такие, видимо, в далекой палеозойской эре преобладали.

По мере того как стали появляться быстро передвигающиеся животные, которые жили в толще воды и даже выходили на сушу, необходимость в третьем глазе отпала. Он сохранился у некоторых животных как пережиток прошлого – рудимент.

И все же он не исчез бесследно даже у тех животных, которые его совсем не имеют, в том числе и у человека. У человека и других млекопитающих он превратился в железу внутренней секреции – эпифиз (пинеальное тело). Он вырабатывает гормон мелатонин. Ученые считают, что свою зрительную функцию эпифиз полностью не потерял. Через кожу и кости черепа тоже проходят единичные частицы света. Их появление чувствует эпифиз. И в зависимости от наличия света или темноты регулирует выделение мелатонина, который важен для нормальной пигментации нашей кожи.

Кроме того, в эпифиз, пройдя по нескольким нервным путям и участкам головного мозга, поступает информация от сетчатки обычных глаз. А для некоторых животных функционирование эпифиза связано ещё и со временем размножения. Таким образом, эпифиз все время «в курсе», день или ночь у нас над головой.

Теперь мы можем научно установить эволюционную историю циклопа из древнегреческих мифов. Он произошел от миноги, изначально имел три глаза, два из которых исчезли в результате обычного биологического процесса редукции органов. Так и остался у него только один теменной глаз (и, видимо, не было эпифиза). (Вы, конечно же, понимаете, что это шутка.)

Сумчатые кости

Один из важных отличительных признаков сумчатых млекопитающих от плацентарных – наличие сумчатых костей. У плацентарных, сами понимаете, они отсутствуют. Но у сумчатых в районе брюшной полости располагаются небольшие парные косточки. По происхождению они являются сесамовидными. Они есть и у кенгуру, и у коалы, и у вомбата. Сумчатые кости выполняют вспомогательную функцию для поддержания сумки этих зверей. Легко ли кенгуру передвигаться, нося везде за собой сумку с тяжелым детенышем, который засиживается в ней очень долго, вырастая до совершенно немладенческих размеров? Интересно, что сумчатые кости имеются не только у самок, но и у самцов сумчатых млекопитающих.

Тазовые и сумчатые кости сумчатых: 1 – подвздошная; 2 – седалищная; 3 – лобковая; 4 – сумчатая (предлобковая)

Появились эти кости очень давно, сотни миллионов лет назад, когда млекопитающих и в помине ещё не было. Первыми их обладателями были звероящеры-териодонты. Есть они и у древних мезозойских млекопитающих, и не только у сумчатых, но и у представителей давно вымерших групп, например у эупантотериев, семитродонтов.

Но более интересно не это. Сумчатые кости имели и древние плацентарные млекопитающие. Отечественный палеонтолог профессор А. К. Агаджанян считает, что наличие сумчатых костей есть признак того, что первые плацентарные животные не были таковыми. Они не могли долго вынашивать зародыш. Ведь его рост ограничивали эти самые сумчатые кости. Настоящая плацентарность возникает только тогда, когда исчезают сумчатые кости.

Анатомия человека

Венец природы

История этой главы началась около 100 тысяч лет назад, когда на планете Земля появился человек разумный (Homo sapiens), то есть тот вид, к которому относимся и мы. Нас отделяют сотни поколений от первого человека, которого природа наделила удивительной способностью мыслить, заранее обдумывать свои поступки и их последствия. Правда, и до сих пор человек не всегда пользуется этой способностью… Эта уникальная способность позволила человеку значительно улучшить свои условия жизни: сначала придумать стрелу, колесо, плуг, нож, хижину, а потом многоэтажный дом, самолет, автомобиль, космический корабль и, как это ни печально, ядерное оружие. Но вы, наверно, спросите, что же объединяет нас, людей XXI века, и первобытных людей, одетых в шкуру и пользующихся каменными орудиями? Ведь прошли тысячи лет, за это время могло же что-то измениться. И да и нет. Время не проходит бесследно ни для одного вида живых существ, что-то обязательно меняется. И тем не менее если было бы возможно сравнить анатомию человека современного и первобытного, то отличия оказались бы несущественными. Часто именно анатомия позволяет сравнить различные виды и роды живых организмов, чтобы сделать заключение об их родстве.

Эволюционный ряд предков человека: 1 – ардиопитек; 2 – австралопитек; 3 – человек умелый; 4 – человек прямоходящий; 5 – неандерталец; 6 – человек разумный

Человек разумный – всего лишь один вид из многомиллионного разнообразия видов живых существ, которые живут вокруг нас. Казалось бы, всего один вид, изучить который за многие века можно было бы досконально, тем более что в настоящее время существует множество новых технологий. Но эта задача оказалась не столь простой, как кажется. Маленькая одноклеточная амеба, размером не более 700 мкм, состоит из целого набора органелл, а те, в свою очередь, из множества образующих их органических веществ, а человек состоит из многих миллионов клеток, подобных амебе. У каждой есть своя функция, каждая чем-то занята.

Каждый из органов имеет своё место, каждый делает свою работу. А ведь все они ещё и связаны друг с другом! Поэтому мы и до сих пор не знаем всего о человеке, а, между тем, знание это нам необходимо, прежде всего в медицине. Врач должен не только представлять, где находится сердце или почка, но и знать, какие процессы связаны с этими органами. А причина заболевания иногда кроется всего лишь в какой-нибудь группе клеток. Поэтому изучение человеческого организма происходит на самых разных уровнях: от клетки до системы органов.

Чем человек отличается от растения

Чем человек отличается от высших растений – папоротников, хвощей, плаунов, голосеменных и цветковых? Вы, наверное, скажете: абсолютно всем. Но давайте рассмотрим этот вопрос с самого первого уровня строения человека и растений, с уровня клеток и тканей. Человека, как и всех других животных, отличает от растений одна важная особенность.

Склереиды растений: А – ветвистая склереида из листьев кувшинки; Б – каменистые склереиды из мякоти груши; 1 – утолщение стенки; 2 – полость, в которой находилось живое содержимое клетки до того, как она отмерла; 3 – каналы в утолщенной стенке, связывавшие клетки друг с другом

У высших растений, как и у животных, есть транспортные системы. В царстве животных это чаще всего кровеносная система. У растений – ксилема (древесина) и флоэма (луб, живая часть коры). Каркас тела человека и позвоночных животных составляют кости, у беспозвоночных – плотные клеточные мембраны, панцири, раковины. У растений тоже есть такая опора – это механическая ткань. И вот в строении этих тканей заключается существенная разница между этими живыми организмами. Ксилему, которая переносит минеральные вещества и воду, образуют сосуды или трахеиды – полые мертвые клетки, которые у цветковых растений соединяются вместе в единые трубки. Механическая ткань высших растений – склеренхима – тоже сложена мертвыми клетками с утолщенными стенками. В этих клетках и заключается главное отличие царства животных от царства растений: у последних они мертвые, а у животных – живые. Если в организме человека отмирают какие-то клетки, они сразу же уничтожаются иммунными клетками и заменяются другими клетками. Если отмирает сразу множество клеток, начинается воспалительный процесс, гангрена. А растения живут себе и живут. Большая часть ствола дерева – внутренние слои древесины – в основном состоит из мертвых клеток, а деревья живут сотни лет!

Горизонтальный перенос

Каждое живое существо на нашей планете имеет наследственную информацию, записанную в молекулах ДНК и РНК, будь то неклеточный вирус, бактерия или человек. Она состоит из набора генов, кодирующих различные признаки организмов, и передается по наследству. У вирусов это просто молекула ДНК или РНК, у бактерий – кольцевая бактериальная хромосома, основой которой является ДНК, у эукариот – ядерных организмов – это целый набор хромосом. При этом у каждого вида есть свой особый набор хромосом и, следовательно, генов, которыми он может обмениваться с особями своего вида в процессе размножения. Попадание генов разных видов друг к другу, казалось бы, исключено. Хотя все же в природе существуют гибриды между близкородственными видами, например гибрид лошади и осла – мул, белуги и стерляди – бестер. Но, как правило, подобные гибриды нежизнеспособны или бесплодны.

Тем не менее гены вирусов, растений, бактерий могут проявиться в геноме (наследственной информации) животных и человека, и наоборот. Как же возможен такой фантастический процесс? Объяснения этому могли появиться только начиная с 1952 года, когда американские исследователи Дж. Ледеберг и Н. Циндер открыли очень интересный процесс.

Строение ДНК и упаковка ее в хромосоме (схема с переменным масштабом): 1 – азотистые основания, соединяющие две ветви спирали (наибольшее увеличение); 2 – двойная спираль; 3 – клубочек из белков-гистонов, на которые накручивается нить ДНК; 4 – гистоны; 5 – спираль третичного уровня; 6 – петли ДНК, складывающиеся в хромосому; 7 – хромосома (наименьшее увеличение); 8 – плечо хромосомы; 9 – центромера, соединяющая плечи хромосомы

Вирус, попадая в клетку бактерии или ядерного организма, встраивает свою ДНК в ДНК «хозяина» и «заставляет» клетку делать с вирусной ДНК все новые и новые копии. Выходя из клетки, вирусные ДНК могут «прихватить» с собой некоторые гены ДНК хозяина. Эти фрагменты ДНК попадают в новые организмы, в том числе неродственные изначальному. Такой процесс получил название «горизонтального переноса», в отличие от «вертикального переноса» наследственной информации, который осуществляется от предка к потомку. Так, с помощью вирусов, фрагменты ДНК одних организмов могут попасть в другие, порой относящиеся к другому семейству, классу, типу, а то и царству.

«Горизонтальный перенос» у бактерий: 1 – вирус; 2 – бактерия вида А; 3 – ДНК вируса; 4 – ДНК бактерии; 5 – вирус проникает в клетку; 6 – ДНК вируса встраивается в ДНК бактерии; 7 – клетка производит вирусные частицы, которые «захватывают» с собой фрагменты бактериальной ДНК; 8 – новая вирусная частица; 9 – бактерия вида Б; 10 – вирус проникает в клетку; 11 – ДНК вируса встраивается в ДНК бактерии, принося гены бактерии вида А; 12 – перенесенный фрагмент ДНК

Наиболее хорошо этот процесс изучен на примере бактерий. Иногда значительная часть ДНК бактерий несет встроенные чужие (как правило, вирусные) участки. Например, в ДНК бактерии Pseudomonas aeruginosa доля «чужой» наследственной информации составляет 14,8 %. Не случайно считается, что горизонтальный перенос играет далеко не второстепенную роль в видообразовании у бактерий.

А насколько распространен горизонтальный перенос у животных? Этот вопрос пока не исследован. Хотя известно, что, например, у человека целые участки хромосом являются «молчащими», то есть с них не происходит никакого синтеза РНК, а значит, и белков. Возможно, среди этих «молчащих» участков и находятся вирусные и другие чужие ДНК. Также не исключено, что часть генов, которые функционируют в нас, вовсе не наши, а «чужие».

Дышите глубже

В течение дня мы едим, спим, ходим, едем в транспорте, читаем, пишем и т. д. При этом ни на секунду не задумываясь о том, что мы ещё и дышим. Процесс этот регулируется самыми разными способами. В стволе головного мозга находятся нервные центры, которые посылают импульсы к мышцам грудной клетки, заставляя их или сокращаться, или расслабляться. В зависимости от сокращения или расслабления мышц происходит вдох или выдох. Процесс этот обладает определенным ритмом. Но это не единственный регуляторный механизм дыхания.

Если кто-нибудь из вас нырял под воду, то наверняка помнит, что при этом приходится задерживать дыхание. Ритмичный процесс, регулируемый стволовыми нервными центрами, нарушается. В принципе, задержать дыхание или, наоборот, сделать очень глубокий вдох можно не обязательно под водой, а просто тогда, когда захочется. При желании мы можем дышать часто, редко, глубоко, поверхностно, – получается, что, кроме непроизвольной, есть и произвольная регуляция дыхания.

Есть и другие механизмы регуляции легочного дыхания – химические. В основе их лежит величина концентрации веществ в крови. Особенно активным веществом в этой регуляции является один хорошо знакомый всем газ – углекислый (CO_2). При увеличении его концентрации в крови центры дыхания посылают сигнал мышцам, участвующим в дыхании, что необходимо сделать вдох. Недаром, когда мы задерживаем дыхание, через небольшое время нам нестерпимо хочется сделать вдох. Поэтому углекислый газ ещё называют физиологическим стимулятором дыхания.

Чем отличается жабра от легкого

Большинство органов дыхания животных устроены по одному принципу: это орган, пронизанный густой сетью сосудов, поверхность которого всегда должны быть влажной. Высыхание приведет к остановке диффузии газов, и животное погибнет от удушья.

Типичный орган дыхания – это жабры. Они есть и у моллюсков, и у червей, и у ракообразных, и у рыб, и даже у личинок амфибий. Жабры – незаменимый орган дыхания в воде. Но стоит обладателю жабр попасть на сушу, его ждет неминуемая смерть от высыхания жабр. Одно из хорошо известных вам исключений – мокрица. У этого ракообразного жабры располагаются на брюшной стороне и прикрыты жаберными крышками, под которыми сохраняется высокая влажность. Но все же и мокрица живет только в сырых местах, не решаясь контактировать с сухим воздухом.

Поверхность легких, через которую идёт газообмен, также должна быть постоянно влажной. Но в данном случае эта задача облегчается тем, что поверхность легких «ввернута» внутрь тела.

Для увеличения этой поверхности лёгкие внутри разделены на множество маленьких пузырьков – альвеол. Их внутренняя поверхность тоже влажная, пронизанная густой сетью сосудов. И таких пузырьков в наших легких тысячи. При этом легкие также боятся высыхания, как жабры, но у сухопутных животных, в том числе человека, существует эффективная система экономии влаги.

Альвеолы легких: 1 – кровеносные сосуды; 2 – бронхиолы; 3 – альвеолярные пузырьки

Воздух, несущий кислород, попадает сначала в нос, где происходит его очищение от всевозможных бактерий и вирусов. Далее, проходя по лабиринтам носоглотки, он увлажняется и нагревается, поэтому даже зимой поступает в легкие теплым. Из гортани по трахее, а затем бронхам и бронхиолам он поступает в альвеолы. И когда при выдохе воздух, обогащенный углекислым газом, проходит весь этот путь в обратном направлении, те же структуры задерживают влагу, уменьшая её потери. Поэтому наши легкие в условиях наземной среды не высыхают. И не только у нас, но и у всех четвероногих позвоночных.

Трахея и трахеи

Особую систему дыхания приобрели насекомые. У них нет ни жабр (своеобразные жабры есть только у некоторых личинок водных насекомых), ни легких. И тем не менее они прекрасно чувствуют себя на суше, активно передвигаются и даже летают. А ведь полет требует большого расхода энергии и, следовательно, большого количества кислорода. Решение оказалось простым и оригинальным.

Трахеи насекомых: А – участок трахеи; Б – участок трахеи при сильном увеличении; В – концевая клетка трахеи; 1 – эпителий; 2 – хитиновая кутикула; 3 – кольцевые или спиральные утолщения; 4 – трахея; 5 – трахеолы (тончайшие ответвления, подводящие кислород к каждой клетке)

В качестве органа дыхания послужили покровы насекомых. Но не сами они, а их производные. На поверхности тела этих членистоногих есть отверстия, называемые дыхальцами. Через них воздух поступает в тело животного. Далее он следует по часто ветвящимся трубочкам, в основе которых, как и в основе панциря, находится полисахарид – хитин. Хитиновые трубочки настолько сильно ветвятся, что кислород из воздуха поступает буквально в каждую клетку тела. Чтобы противоположные стенки трубочек не спадались, на всем их протяжении есть хитиновые кольца-утолщения, также они добавляют прочности.

Трахея человека: 1 – хрящевые полукольца, поддержи-вающие трахею; 2 – бронхи

Трахея есть у человека. Это крупная трубка, гораздо больше трахей насекомых. Она соединяет гортань и легкие и необходима для транспорта воздуха. Как и трахеи насекомых, она укреплена утолщениями в виде полуколец, не дающими ей спадаться. Но они не хитиновые, а хрящевые. Трахея ветвится на бронхи, а те, в свою очередь, на бронхиолы. Всё это тоже трубки, но меньшего диаметра. Они выполняют транспортную функцию, так же, как трахеи насекомых.

Трахеи растений: 1 – утолщениея клеточных стенок; 2 – поры

Удивительно, но трахеи есть и в мире растений, у покрытосеменных и продвинутых голосеменных. Это трубки, образованные мертвыми клетками, которые отвечают за транспорт воды и минеральных веществ. Возможно, трахеями их назвали ещё и потому, что они несут различные утолщения на своих стенках – прямо как трахеи насекомых, позвоночных животных и человека.

Человек и регенерация

Человеческий организм очень сложен и состоит из великого множества различных клеток. Любые нарушения и повреждения в строении органов могут привести к очень тяжелым и необратимым последствиям. Например, потеря конечности – руки или ноги – утрата невосполнимая, у человека не может вырасти новая. В то же самое время у других позвоночных животных, например ящериц, заново вырастает часть хвоста, а у тритонов – даже оторванные ноги. Процесс восстановления потерянных тканей или органов называется регенерацией. С ней вы уже познакомились на примере беспозвоночных животных.

Ошибки регенерации: на месте оторванной ноги у тритона вырос хвост

Несмотря на то, что у людей новые конечности не вырастают, регенерация свойственна и человеку и другим млекопитающим. Заживление ран, восполнение кровопотерь – это тоже регенерация. Давайте рассмотрим подробнее типы регенерации у человека.

Словно тритоны

Ткани нашего организма состоят из высокоспециализированных клеток, которые имеют особое строение для выполнения определенных функций. В норме они не делятся и не могут потерять специализацию, хотя изначально наш организм строился совсем из других клеток, не дифференцированных. Из них и формируются специализированные клетки, а обратный процесс является патологией – возникает раковая опухоль.

Несмотря на то, что большая часть клеток организма выполняют свою функцию, остаются в организме человека и «первородные» неспециализированные клетки, способные к делению, – стволовые клетки. Это они замещают в случае повреждения ткани погибшие клетки. При этом запускается механизм специализации клетки. Без этих клеток не смогла бы постоянно обновляться кожа, поверхностный слой которой мертвеет и слущивается. В процессе роста организма число стволовых клеток уменьшается.

Есть в теле человека некоторые ткани и органы, которые могут активно восстанавливать свои клетки, то есть осуществлять регенерацию. В первую очередь это кровь. Ведь клетки крови постоянно обновляются: старые уничтожаются, а новые появляются из стволовых клеток костного мозга. Этот процесс идет очень активно и быстро.

Печень: 1 – связка, поддерживающая печень; 2 – левая доля печени; 3 – правая доля печени; 4 – печёночный проток; 5 – пузырный проток; 6 – желчный пузырь; 7 – поджелудочная железа; 8 – двенадцатиперстная кишка

В другом случае восстанавливается очень важный орган нашего организма, обезвреживающий различные ядовитые вещества, болезнетворные микроорганизмы, вырабатывающий желчь. Вы, наверное, догадались: это печень. Способность самовосстанавливаться у печени просто фантастическая. При удалении 3/4 печени оставшаяся четверть восстанавливает недостающую часть. А у одной лабораторной крысы треть печени удаляли 12 раз, и печень каждый раз восстанавливалась. Этим удивительным свойством пользуются врачи, удаляя пораженные различными болезнями доли печени без опасений за последствия.

Органы с заплатками

К сожалению, большинство органов не наделены такой способностью к активной регенерации. У некоторых она очень «скромная» и ограниченная, у других регенерация такого типа вообще невозможна. Это, например, два важнейших органа – сердце и головной мозг (впрочем, вся нервная система не способна регенерировать).

На определенном этапе развития организма число клеток сердца и мозга достигает необходимого количества. Они активно функционируют, а стволовые клетки в этих органах просто исчезают. Значит, число клеток в сердце и головном мозге постоянно? Увы, это не так. И нейроны, и кардиоциты погибают. Особенно крупные потери сердце или мозг несут в результате нарушения кровообращения в их тканях. Если такое случается в головном мозге, то у человека происходит инсульт, а если в сердце – инфаркт.

Часть клеток погибает, при этом число погибших клеток зависит от степени нарушения кровообращения. Это очень негативно сказывается на работе этих органов, может даже приводить к смертельному исходу. Погибшие клетки убирает иммунная система. Но что же остается на их месте, если стволовых клеток нет? Пробелы в нервной или сердечной ткани замещаются соединительной тканью, клетки которой мигрируют на место трагедии.

Сердце: 1 – плечемозговой ствол аорты; 2 – левая общая сонная артерия; 3 – левая подключичная артерия; 4 – артериальная связка (бывший боталов проток); 5 – легочный ствол; 6 – левое ушко; 7 – кровеносные сосуды сердца; 8 – левый желудочек; 9 – верхушка сердца; 10 – правый желудочек; 11 – венечная борозда; 12 – правое предсердие; 13 – артериальный конус; 14 – аорта; 15 – верхняя полая вена

Конечно, хорошо, что ни в мозгу, ни в сердце не остается «дырки», но соединительная ткань не может заменить кардиоциты или нейроны. Она не способна генерировать и проводить нервный импульс, не способна сильно растягиваться или сжиматься. По сути дела, в поврежденном органе образуется заплатка, а точнее – рубец, который не выполняет функцию основной ткани. Значит, часть сердца или мозга просто выходит из строя. При этом та часть организма, которую контролировал погибший участок мозга, перестает подчиняться человеку. Так происходит паралич конечностей, отдельных мышц, слуха, речевых центров и т. д. Нелегко работать и «заплатанному» сердцу.

Такой тип замещения одной ткани другой тоже называется регенерацией. И она может происходить в различных органах тела, даже в печени с её уникальной способностью к самовосстановлению. Это происходит в том случае, когда в печени происходит какой-то воспалительный процесс, вызванный инфекцией или поступлением в организм большого количества токсических веществ. Клетки печени – гепатоциты – гибнут, а на их месте появляется все та же соединительная ткань, которая не выполняет функции гепатоцитов. То есть, несмотря на целостность органа, часть его просто перестает функционировать. Такое заболевание называется циррозом печени и может привести к смерти.

Рецепт по выращиванию зуба

Как же быть, если уникальной способностью восстанавливать свои клетки обладают лишь некоторые органы и ткани, да и то при определенных условиях? У земноводных регенерация происходит за счет того, что процесс клеточной специализации поворачивается вспять и дифференцированные, выполняющие определенную функцию клетки становятся стволовыми.

Подобный механизм возможен и в человеческом организме, и иногда он происходит. Но клетки такого происхождения сразу же уничтожаются иммунной системой, а если не уничтожаются, то из них образуется раковая опухоль.

Значит, выхода нет? На помощь приходит современная медицина. Например, из пуповины новорожденных детей, которая при рождении отрезается, собирают драгоценные капли крови. Они богаты стволовыми клетками. Из них делают препараты, которые в случае необходимости можно ввести для активизации процессов регенерации. Сейчас даже создаются банки стволовых клеток детей, полученных из пуповинной крови во время рождения. Если кому-то из детей, чья кровь хранится в этом банке, понадобятся стволовые клетки для излечения от тяжелой травмы или болезни, их можно ввести ему и таким образом спасти жизнь. В настоящее время ученые-медики уже научились регенерировать женские половые органы: яичник, матку и их части.

Исследователи считают, что в скором будущем возможно будет таким методом лечить несрастающиеся переломы. Например, если между двумя частями кости руки отсутствует большой фрагмент, который был разрушен, в ход могут быть пущены стволовые клетки. Они достроят недостающий участок кости и спасут руку от ампутации. Некоторые специалисты уже научились, используя искусственный каркас и посаженные на него стволовые клетки, создавать биопротез кости.

На искусственных матрицах ученые-медики уже способны выращивать роговицу глаза, сухожилия, участки кожи, необходимые для лечения ожогов.

Есть надежды на то, что стволовые клетки можно будет использовать и в стоматологии. Американские исследователи под руководством Доминика де Паола вырастили из стволовых клеток поросенка зуб. Причем вырастили они его в челюсти крысы. Первоначально зуб никак «не хотел» расти. Просто пересаженные в челюсть стволовые клетки не давали эффекта. Тогда из биополимера был создан каркас зуба, по которому и начался рост. В результате в челюсти крысы вырос зуб поросенка. А что если подобное «биопротезирование» через несколько лет станет постоянно практикующимся приемом в стоматологии? Больше не нужно будет делать протезы зубов и иметь во рту мертвые зубы.

Есть и другой прием. Стволовые клетки не пересаживаются больному, а из них в лаборатории создается культура клеток, необходимая в каждом определенном случае. Так, больным, перенесшим инсульт головного мозга, в место поражения нервной ткани была введена культура нейронов, созданных из стволовых клеток раковой опухоли. В результате у исследуемых больных наблюдалось восстановление утерянных функций, и ухудшения ни у кого из них не последовало.

В настоящий момент из стволовых клеток ученые умеют не только выращивать отдельные клетки и ткани, но даже целые органы (не говоря уже об овечках).

Но можно попробовать исцеление больного и совсем другим путем. Ученые обнаружили, что некоторые вещества находятся в строго определенных органах. Это было выяснено при помощи меченых радиоактивных изотопов. Таким образом, помощь тому или иному органу можно направлять адресно.

Происходит это следующим образом. Биомолекулы (они называются органопрепаратами), способствующие регенерации, вводятся в организм больного человека. Они направляются именно в тот орган, где обычно находятся и которому в данный момент нужна помощь. Затем в этом органе активизируется развитие стволовых клеток, а метаболизм специализированных клеток нормализуется.

Перспективы использования препаратов стволовых клеток, выращенных «в пробирке» органов и органопрепаратов заманчивы. Но всё же пока все методы регенерации находятся на стадии эксперимента. Стволовые клетки могут спасти человеку жизнь, но могут и привести к образованию раковых опухолей. Как добиться гарантии того, что стволовые клетки не выйдут из-под контроля, – основная научная проблема современных исследований.

Почти сказочный теремок

Вот прошел по улице человек – всего лишь один представитель вида Homo sapiens. А на самом деле по улице проследовал настоящий «многоквартирный дом» с миллионами жильцов. Кто же живёт в этом волшебном теремке? Неужто человек заражен таким числом паразитических червей или других паразитов? Нет, «ходячим общежитием» является любой здоровый человек. Правда, становится он таковым не с самого рождения.

Человек заселен множеством микроорганизмов, в основном одноклеточных. Их по меньшей мере в десять раз больше, чем собственно клеток тела. Микроорганизмы обитают на поверхности кожи, в ротовой полости, в глазах, мочеполовых и дыхательных путях, в пищеварительном тракте.

В кишечнике человека живут всевозможные бактерии, грибы (например, дрожжевые), простейшие (например, амебы). Причем многие из них (не менее 90 %) могут жить исключительно в бескислородных условиях. Больше всего симбиотических простейших находится в толстом кишечнике – около 500 видов, совсем немного – в тонком. Эти организмы не просто распрекрасно живут в кишечнике человека, питаясь той пищей, которая в него попадает, но и приносят несомненную пользу. Причем делают не одно полезное дело, а несколько. Прежде всего, симбиотические микроорганизмы помогают человеку переваривать пищу. Они защищают человека от вредоносных гостей – болезнетворных бактерий и вирусов, которые вызывают тяжелые заболевания. Если бы не симбиотические организмы, которых ещё называют симбиотической, или кишечной, флорой, мы болели бы всякими кишечными инфекциями гораздо больше. Помимо этого бактерии дезактивируют различные токсические вещества, вырабатываемые патогенными собратьями и поступающие в организм с пищей. Например, амины (в том числе вызывающий аллергию гистамин), нитраты, фенолы, пестициды, лекарственные средства, соли тяжелых металлов и различные органические токсины.

Кроме того, микроорганизмы выделяют биологически активные вещества, полезные для организма человека, например, витамины группы В и К. Эти малюсенькие квартиранты улучшают иммунитет человека. И кишечнику, видимо, живется с этой флорой неплохо, так как она ещё нормализует сокращательные движения кишечника, или перистальтику. Очень важную роль играют друзья-симбионты и в обмене желчных кислот.

Так кто же все-таки живет в нашем кишечнике? Все микроорганизмы нашего кишечника можно разделить на несколько групп. В первую входят главные наши друзья и помощники – бифидобактерии (например, бифидобактериум, некоторые виды клостридиума и эубактериума), лактобациллы (например, лактобациллюс) и пропионовокислые бактерии (например, пропионибактериум). Есть среди преобладающих симбионтов и очень сомнительные «друзья». Это бактероиды (например, фузобактериум). В благоприятных условиях они – «друзья», но чуть что меняется, они первые вызывают воспалительные болезни, например аппендицит.

Есть ещё и вторая группа – сопутствующих, или условно-патогенных микроорганизмов (это кишечные палочки, энтерококки). С этими тоже нужно быть начеку. Если их в кишечнике станет больше 5 % – жди беды, они внедрятся в ткани кишечника и устроят в организме инфекционный воспалительный процесс.

Последняя группа также представлена условно-патогенными микроорганизмами, она называется транзиторной. Если вся остальная микрофлора формируется годами в течение жизни, то эти вселенцы попадают извне. Их около 0,01 % от всех микроорганизмов. Это различные бактерии – некоторые виды клостридиума (например, синегнойная палочка), стафилококки, энтеробактер и т. д., а также грибы, например рода кандида. Они тоже могут наделать вреда, но обычно обезвреживаются дружественными симбионтами.

Если благоприятная среда обитания друзей-симбионтов нарушена, начинают расцветать всякие микробы-предатели – условно-патогенная флора. Такое заболевание назы-вается дисбактериоз. При нарушении нормального состава кишечной флоры может возникать аллергия, различные заболевания желудочно-кишечного тракта, понижение иммунитета, интоксикация организма за счет развития гнилостных процессов и т. д.

Кишечная флора – это не просто скопище микробов, это настоящая отлаженная за тысячи лет экосистема. Те же антибиотики действуют на нее не с той же силой, с какой они действуют на штамм микроорганизмов, выращенных в искусственных условиях. Причем экосистема толстого кишечника, как мы выяснили ранее, весьма разнообразна в плане видов микробов. По числу видов беспозвоночных животных Белое море превосходит микрофлору одного человека всего лишь в три раза.

Лимфатическая система

Эта система органов зачастую забывается и кажется второстепенной. Но ничего второсортного в организме нет. Большая часть этой системы – лимфатические сосуды, которые начинаются густой сетью капилляров и следуют по всему организму вслед за венами, а в итоге впадают в них. Они наполнены особой жидкостью – лимфой. Стенки сосудов, в отличие от вен и артерий, очень тонки, ведь давление здесь невелико. Лишь некоторые наиболее крупные из них имеют мышечные волокна в своих стенках и клапаны, как вены. В отличие от кровеносных сосудов, лимфатические с одного конца слепо замкнуты. Иногда сосуды образуют узлы, которые также называются лимфатическими. Если маленькие по массе вещества, например, неорганические соединения, жиры, некоторые белки, свободно проходят через мембраны сосудов и не задерживаются в узлах, то крупные частицы, содержащиеся в лимфе, в узлах отфильтровываются.

Лимфатическая система: 1 – лимфатические сосуды; 2 – лимфатические узлы

Зачем же нужна лимфатическая система? Одна из основных её функций кажется маловажной. Она контролирует количество жидкости в окружающих тканях и кровотоке и образуется из тканевой, или межклеточной, жидкости. На самом деле эта миссия очень важна, ведь от количества жидкости в крови напрямую зависит артериальное давление. Как и вены, лимфатические сосуды не имеют сильной мышечной стенки. Поэтому, чтобы ток лимфы был направлен в определенном направлении, и она не возвращалась назад, обратный путь ей преграждают клапаны. Способствуют продвижению лимфы и скелетные мышцы. Сокращаясь, они проталкивают её вперед, ведь сама лимфа течет чрезвычайно медленно.

Через лимфу происходит транспорт некоторых питательных веществ, например жиров. Жиры и некоторые другие вещества просто не способны перейти из межклеточного пространства в капилляр, и в этом случае на помощь приходит лимфатическая система. Она «забирает» и транспортирует их.

Лимфатический узел: 1 – выносящие сосуды; 2 – капсула лимфатического узла; 3 – приносящие сосуды

Но и это не последняя из функций лимфатической системы. Лимфатические узлы – место рождения особых клеток, очень похожих на амеб, – это лимфоциты. Даже из их названия можно понять, откуда они происходят. Правда, образуются они не только в лимфатических узлах, но ещё в селезенке, миндалинах, аппендиксе, костном мозге, вилочковой железе. Лимфоциты выполняют функцию защиты организма от чужеродных клеток. Они выделяют особые вещества, антитела, которые обезвреживают чужака и убивают его. Побеждая противника, лимфоцит запоминает его признаки, и если в организм человека вновь попадает та же бактерия, то защитная реакция возникает сразу же, так как лимфоциты уже «знают», как бороться со знакомым недругом. Это явление называется иммунитетом, так что лимфоциты и лимфатические узлы являются частью иммунной системы.

Под строгим самоконтролем

Чтобы получать информацию из окружающей среды, недостаточно таких хорошо известных вам органов чувств, как глаза, нос, уши. Мозг должен получать информацию со всей поверхности тела человека. Поэтому вся наша кожа пронизана рецепторами, которые участвуют во взаимодействии организма и окружающей среды. Она, словно поверхность тела фантастического робота, напичкана датчиками. И это только кожа. Но рецепторы располагаются и внутри наших тел, в мышцах, сосудах, внутренних органах. Обо всех этих, казалось бы, малюсеньких и, значит, незначительных органах чувств и пойдет речь в нашем рассказе.

Дотроньтесь до руки пальцем. Вы почувствовали прикосновение. Это действие органов чувств в обыденной жизни мы даже не замечаем.

Прежде всего, вы коснулись еле заметного волоска на коже. В толще кожи его стержень, словно лиана, оплетает рецептор волосяного фолликула. Изменение положения волоска регистрируется этим рецептором, и эта информация поступает в центральную нервную систему. Но даже если на поверхности кожи нет волоска или он удален, прикосновение к коже все равно чувствуется, потому что под эпидермисом располагается ещё не менее пяти типов кожных рецепторов. Одни из них похожи на пластинки, другие – на мельчайшие веретенца, третьи имеют овальную форму. Даже малейшее давление на кожу ими регистрируется. Такой тип рецепторов, которые улавливают механическое воздействие, называются механорецепторами. Среди них есть рецепторы скорости и ускорения, вибрации, силы.

Кожа млекопитающих: 1 – эпидермис; 2 – дерма; 3 – жировая клетчатка; 4 – потовая железа; 5 – сальная железа; 6 – рецепторы; 7 – нервы

Здесь же, в коже, есть ещё одна группа рецепторов – терморецепторы. Они ответственны за восприятие внешних температур. Если вы схватитесь за горячее, вы тут же отдернете руку, а взяв в руки сосульку, почувствуете холод. Поступающая от терморецепторов информация ограждает нас от неверных, способных причинить вред действий. Благодаря им мы не поджариваем руки и вовремя одеваемся, чтобы не замерзнуть.

Но и это ещё не все рецепторы, которые есть в человеческом теле. Кожа – это лишь одно место локализации наших нервных датчиков. Гораздо большее пространство, которое нужно проконтролировать, находится внутри человеческого тела.

Представьте, человек с закрытыми глазами берет гантель и хочет согнуть руку в локте. По сути дела, он дает произвольную команду мозгу сделать это движение. То есть из одного отдела мозга, где рождаются мысли, человек посылает команду в другой, двигательный отдел. Команда от мозга идет к мышцам, рука сгибается. Но как человек узнает, до какого уровня рука согнулась, ведь глаза-то закрыты? Здесь главную роль сыграют рецепторы, которые находятся в мышцах руки. Они называются проприорецепторами. Располагаясь в мышцах, суставах, сухожилиях, проприорецепторы регистрируют мышечную нагрузку, движения и положение тела человека.

Теперь вы, вероятно, понимаете, что тело человека напичкано датчиками куда плотнее, чем тело робота из фантастического фильма.

Что такое глаз?

Все, наверно, знают, что, как любой внутренний орган, человеческий глаз является очень тонкой и нежной конструкцией. Его легко повредить и трудно вылечить. А ведь зрение для человека – один из важнейших органов чувств. Но мало кто знает, чем на самом деле является глаз и как он образуется.

В природе существует множество различных глаз, которые позволяют различать только свет и темноту или способны разглядеть каждый предмет и многие оттенки цветов.

Образование глаза связано с формированием нервной системы. Сначала у зародыша образуется нервная трубка. В переднем своем конце она увеличивается в размерах и загибается вниз. Головное расширение нервной трубки, изогнувшись, формирует три утолщения, которые учеными-эмбриологами называются тремя мозговыми пузырями: передним, средним и задним. Позже первый и последний пузыри делятся надвое, и всего пузырей становится пять. Эту стадию развития иногда называют стадией пяти мозговых пузырей. Из первого пузыря формируются конечный и промежуточный пузыри, из второго образуется средний, а из последнего – задний и продолговатый. Из пузырей потом формируются одноименные отделы мозга.

Формирование глаза у зародыша: 1 – эктодерма; 2 – глазной пузырь; 3 – передний мозг; 4 – хрусталиковая ямка; 5 – зрительная щель; 6 – хрусталиковый пузырек; 7 – глазной стебелек; 8 – роговица; 9 – формирующиеся сосудистая оболочка и склера; 10 – хрусталик; 11 – сетчатка; 12 – пигментный слой

Формирование органов зрения начинается уже на стадии трех мозговых пузырей. От переднего пузыря по бокам отшнуровываются два выроста – глазных пузыря. Они не отделяются полностью, а остаются соединенными с головным мозгом стебельками. Но на этом формирование глаз не заканчивается. Глазные пузыри начинают впячиваться, и теперь это уже не пузыри, а двухслойные глазные бокалы, на дне которых будет располагаться сетчатка. Снаружи их закрывает эктодерма. Из выроста эктодермы формируется хрусталик, а также покровы глаза – роговица.

Итак, глаза оказались не чем иным, как частью головного мозга, его выростами. Теперь, я думаю, поводов относиться к ним с уважением стало гораздо больше.

Энцефализация

Каких животных считают наиболее развитыми в животном царстве? Этот вопрос время от времени возникает и у школьников, и у учителей, и у учёных. Как выбрать критерий оценки наибольшей развитости? Некоторые ученые вполне небезосновательно в качестве такого критерия предлагают степень развития нервной системы.

И тогда в число самых-самых высокоразвитых животных попадают: среди морских беспозвоночных – головоногие моллюски, среди наземных – насекомые, среди позвоночных – млекопитающие, с человеком во главе. Причем важно не просто развитие нервной системы, а её наиболее важной части – головного мозга. Вспомним строение нервной системы перечисленных животных.

Нервная система головоногих моллюсков (за исключением наутилуса) состоит из нервных ганглиев и нервных тяжей, направленных к внутренним органам. При этом ганглии объединены в окологлоточное скопление, называемое мозгом. В связи с образованием мозга у головоногих хорошо развиты органы чувств, они обладают прекрасной координацией движений и высокоразвитыми (для беспозвоночных) инстинктами.

Головной мозг рабочего муравья: 1 – грибовидные тела; 2 – зрительные доли; 3 – зрительный нерв; 4 – обонятельные доли; 5 – сяжковый нерв (к усикам)

Не уступают головоногим в степени развития нервной системы и насекомые. У них она представляет собой брюшную нервную цепочку. То есть по брюшной стороне тела (в каждом сегменте) проходят сдвоенные брюшные ганглии, соединенные между собой, а также с предыдущей и последующей парой себе подобных. А в голове располагается большой надглоточный ганглий с выростами – грибовидными телами, это головной мозг. Он усилен подглоточным ганглием. От ганглиев отходят нервные тяжи.

Нервная система млекопитающих состоит из головного и спинного мозга и отходящих от них нервов. Но в основе её уже не нервная цепочка, а нервная трубка. У млекопитающих, как и у прочих позвоночных животных, также имеется хорошо развитый головной мозг, разделенный на отделы. Наиболее развиты полушария конечного мозга. Ни одно позвоночное, за исключением, наверное, птиц, не может похвастаться столь развитым передним отделом головного мозга. Ко всему прочему и в отличие от птиц, поверхность разделенного на полушария большого мозга имеет множество извилин и борозд. За счет этого увеличивается площадь и объем мозга. Наиболее развитый мозг среди млекопитающих имеют приматы, а из них самый «мозговитый» – человек.

Отделы мозга человека: 1 – большое полушарие; 2 – зрительный бугор (таламус); 3 – гипоталамус; 4 – мозолистое тело; 5 – гипофиз; 6 – варолиев мост; 7 – продолговатый мозг; 8 – четвертый желудочек; 9 – мозжечок

Увеличение и развитие головного мозга в эволюции млекопитающих происходило постепенно. Этот процесс называется энцефализацией. Но параллельно энцефализации у млекопитающих происходил ещё один прогрессивный процесс. Ещё у некоторых древних рептилий в больших полушариях образуется особый слой нервных клеток головного мозга, который называется новой корой (в свою очередь, он подразделяется на 6–7 слоев клеток). Этот процесс называется кортикализацией (от латинского «кортекс» – «кора, скорлупа»). И у млекопитающих он становится ведущим. Для млекопитающих важен даже не столько процесс увеличения собственно объема мозга, сколько развитие новой коры, а с ней и новых функциональных возможностей. Вернемся к приматам. Головной мозг некоторых видов ископаемых людей был столь развит, что они могли охотиться, делать орудия, добывать огонь, заботиться о соплеменниках, но только один вид – Homo sapiens – выжил в конкурентной борьбе с другими видами. По-видимому, это стало возможно за счет наибольшего развития новой коры больших полушарий головного мозга. Ведь по объему мозг неандертальца был даже больше, чем у современного человека.

Что же значит кора головного мозга для млекопитающих, и человека в частности? Прежде всего, это большее развитие органов чувств, а также двигательной активности, и самое главное – высшей нервной деятельности: мышления, речи, памяти, воображения. Ни одно существо на нашей планете не обладает такими мыслительными способностями, как человек. Недаром иногда человека называют венцом природы. Сможет ли человек достойно распорядиться своими умственными способностями?..

Зачем нужна человеку глия?

Вам наверняка уже известно, что мозг и нервы состоят из нервных клеток, или нейронов. Они осуществляют контроль и управление над нашим организмом. Это, безусловно, верно, и тем не менее это далеко не полный клеточный состав этих органов.

Нейроны – клетки высокоспециализированные. Как им за всем успевать: доставлять питательные вещества, защищаться от всяких инфекций, избавляться от мертвых клеток? Для этого им нужны помощники. И они есть, эти дополнительные клетки называются глией.

Нервная клетка: 1 – тело клетки; 2 – дендриты (отростки, по которым импульс идет к клетке); 3 – аксон (отросток, по которому импульс идет от клетки); 4 – миелиновая оболочка; 5 – перехваты Ранвье; 6 – разветвления аксона

Существует два типа глии: макроглия, или нейроглия, и микроглия. Клетки макроглии – ближайшие родственницы нейронам, так как происходят они от одного и того же первоисточника – нервной трубки. Все клетки макроглии выполняют общие опорную и разграничивающую функции. А разграничивают они собственно нейроны. Существует несколько типов клеток макроглии: эпендимоциты, астроциты и олигодендроциты.

Первые встречаются и в головном, и в спинном мозге. Они образуют выстилку желудочков головного мозга и спинномозгового канала. Именно эпендимоциты образуют спинномозговую жидкость, отвечают за питание и обмен веществ нейронов. В отличие от других клеток макроглии, которые имеют длинные отростки наподобие нейронов, эпендимоциты лишены их. Они имеют кубическую форму, которая широко распространена среди других клеток организма.

В отличие от эпендимоцитов, другие клетки макроглии – астроциты – отличаются наличием длинных отростков. Зачастую, соединяясь с их помощью вместе в единую сеть, они образуют синцитий. Такое явление встречается в природе. Оно характеризуется тем, что клетки имеют общую цитоплазму, но у каждой есть своё собственное ядро. Нейроны сидят между клетками астроцитов, словно в ячейках. Отростки этой разновидности макроглии способны поддерживать отростки нервных клеток. То есть основная функция астроцитов – опорная.

Перехват Ранвье при увеличении: 1 – аксон; 2 – митохондрия; 3 – миелиновая оболочка, образованная швановской клеткой; 4 – перехват Ранвье

Олигодендроциты очень широко распространены в нашем организме, потому что они сопровождают каждый нерв, а точнее, отросток-аксон нервной клетки. Клетка глии обхватывает отросток и многократно оборачивается вокруг его. Если аксон принадлежит нейрону периферической нервной системы, то клетка макроглии называется шванновской. Таким образом, олигодендроциты образуют миелиновую оболочку нервных отростков. Между клетками, обвившими аксон, остаются пустые промежутки, но это только увеличивает скорость прохождения сигнала по нему.

В отличие от макроглии, микроглия имеет совсем другое происхождение. Она образуется из соединительной ткани мезенхимы. Распространяясь среди нервных клеток, микроглия собирает информацию о состоянии нервной ткани. Стоит только той или иной клетке погибнуть, она сразу же поглощает её. Поэтому микроглию можно назвать «санитаром мозга». Если в нервную систему попадает инфекция или какое-то ядовитое вещество, убивающее нейроны, число клеток микроглии резко увеличивается. Теперь работы для нее появляется в избытке.

Железа с головой и хвостом

Совсем рядом с желудком, а точнее, позади задней его стенки, проживает в нашем теле необычный жилец. Он похож на маленького головастика: есть у него и голова (маленькая, поэтому её принято называть головкой), и шейка, тело и хвост. Спрятав головку за изгибом двенадцатиперстной кишки, он сидит в окружении желудка, почки, кишечника и селезенки. Это поджелудочная железа.

Поджелудочная железа закутана в тонкую оболочку, или капсулу, которая, формируя перегородки, проникает внутрь самой железы, разделяя её на дольки. Эти дольки образованы клетками, которые выделяют пищеварительные ферменты для расщепления белков (трипсин, химотрипсин, реннин), углеводов (амилаза, инвертаза, лактаза) и жиров (липаза). От каждой дольки отходит свой проток, потом они объединяются в единый проток – вирсунгиев. Он открывается в просвет двенадцатиперстной кишки, рядом с протоком печени, иногда они даже бывают объединены. Когда железа выделяет свой секрет в какую-либо полость, она называется железой внешней секреции.

Но среди долек есть ещё небольшие структуры, похожие на островки. Они так и назы-ваются: – островки Лангерганса.

Функция клеток островков Лангерганса совсем иная, чем у клеток долек. Выделяемые ими вещества не участвуют в пищеварении в двенадцатиперстной кишке. Из железы они попадают прямо в кровь. Это гормоны: инсулин, глюкагон, липокаин. Первые два ответственны за регуляцию количества глюкозы в организме, а последний участвует в обмене жиров. Если железа выделяет свой секрет в кровеносные сосуды, значит, она считается железой внутренней, эндокринной секреции. Вот почему поджелудочная железа оказывается железой сразу двух типов.

Поджелудочная железа: 1 – двенадцатиперстная кишка; 2 – протоки поджелудочной железы; 3 – головка; 4 – хвост

В случае нарушения функций клеток долек поджелудочной железы или островков Лангерганса развиваются тяжелые болезни – панкреатит, сахарный диабет. Поэтому хвостатую соседку желудка следует беречь, ведь она важна для каждого из нас.

Зачем человеку столько желудочков

Многие наверняка знают, что в человеческом сердце есть два желудочка. Но это не единственные желудочки в человеческом теле. Есть ещё четыре желудочка, а с ними вместе и водопровод.

Если вы ещё не окончательно запутались, спешу помочь вам в подсчете желудочков. Располагаются они не в сердце, а совсем в другом органе, не связанном с кровообращением, – в головном мозге.

Желудочки мозга находятся внутри нашего центра управления организма. Это полости, заполненные спинномозговой жидкостью. Всего их четыре: два боковых находятся в передней части мозга, а остальные два идут друг за другом. Последний из желудочков находится в продолговатом мозге и переходит в спинномозговой канал. Соединение третьего и четвертого желудочков и называется водопроводом мозга.

Казалось бы, основная функция головного мозга – управлять нашим организмом, а тут появляются какие-то полости, заполненные жидкостью. Но они нам также необходимы.

Желудочки заполнены спинномозговой жидкостью. Около них располагается густое кровеносное сплетение. Таким образом, желудочки являются местом, где происходит обмен веществ между кровью и спинномозговой жидкостью.

Желудочки головного мозга появляются ещё у эмбриона, в то время, когда другие структуры ещё не развиты и сформируются гораздо позже. Дело в том, что головной мозг эмбриона на ранних стадиях представляет трубку. Он так и называется: нервная трубка. Её полость есть прообраз будущих желудочков.

Желудочки мозга

Говоря об отделах нервной системы человека, мы называем отдельные органы, например, головной мозг, спинной мозг, хотя они объединены друг с другом нервными путями, идущими от головного мозга и обратно. Продолговатый мозг головного мозга плавно переходит в спинной мозг. Но не только это объединяет два отдела нашей нервной системы. У них есть общий канал, который начинается от желудочков головного мозга и продолжается в спинномозговом канале. Не случайно жидкость в желудочках называется спинномозговой.

Эта особенность строения ещё раз подчеркивает, что на ранних стадиях эмбриогенеза вся центральная нервная система человека представляла единую нервную трубку.

Перистальтика

Иногда мы слышим доносящееся из своего живота какое-то бурление. Будто он живет своей жизнью и занимается своими делами. И вообще кажется, что он представляет собой большой мешок, в котором ворочаются, словно в барабане стиральной машины, пища и пищеварительные соки (точнее, ферменты). Но это не так. Живот наш, а правильнее будет сказать, брюшная полость, плотно заполнена органами. Большую часть полости занимает пищеварительная система. Наибольшее пространство занято петлями кишечника. Так что пища двигается внутри брюшной полости по «трубе» пищеварительной системы.

Пищеварительная система человека: 1 – глотка; 2 – пищевод; 3 – желудок; 4 – двенадцатиперстная кишка; 5 – тощая кишка; 6 – тонкий кишечник; 7 – ободочная кишка; 8 – прямая кишка; 9 – аппендикс; 10 – подвздошная кишка; 11 – слепая кишка

Пища, пережеванная в ротовой полости и смоченная слюной, поступает в пищевод в виде кашицы или комка, который постепенно начинает двигаться по пищеводу к желудку и так далее. Чтобы ускорить движение пищи, стенки желудка и кишечника сокращаются, иначе мы были бы постоянно голодными. Такое явление называется перистальтикой. Они передвигают пищевой комок дальше, попутно переваривая его содержимое. Сокращение стенок отделов пищеварительного тракта возможно за счет гладких мышц, которые входят в их состав. За счет содержащихся в желудке и кишечнике жидкости и газов (продуктов пищеварения, в основном белковой пищи) во время перистальтических движений происходит знакомое нам бурление.

Нарушение двигательной активности пищеварительной системы вредно для здоровья человека. Оно может привести к ряду заболеваний. При этом зависит оно от маленькой, но важной вещи – правильного питания.

Везде своя среда

Из предыдущего рассказа мы выяснили, что пища движется по пищеварительному тракту из одного отдела в другой. Можно подумать, что она, как по американским горкам, передвигается по различным отделам пищеварительного тракта, не встречая препятствий. Но это не так. Периодически на протяжении пищеварительной «трубки» встречаются перегородки, а точнее, клапаны, которые разделяют части системы. И это не случайно. Дело в том, что в различных частях пищеварительного тракта различная среда.

Ни для кого не секрет, что в желудке выделяется пищеварительный сок, содержащий соляную кислоту (HCl). Кислота эта сильная, и она создает в желудке кислую среду.

Перед тем как попасть в желудок, пища должна преодолеть клапан, разделяющий его с пищеводом. Если в желудке среда кислая, то пищевой комок, поступающий в пищевод, обильно смочен слюной, которая имеет щелочную среду.

Выйдя в частично переваренном виде из желудка, пища попадает в отдел тонкого кишечника – двенадцатиперстную кишку. Здесь среда вновь меняется на щелочную, и, следовательно, на границе желудок – двенадцатиперстная кишка тоже находится клапан. Такая среда образуется за счет желчи, которая поступает в двенадцатиперстную кишку из желчного пузыря, а тот, в свою очередь, принимает её из печени. Сама пища ни в печень, ни в поджелудочную железу не заходит.

В случае, если клапан недостаточно хорошо закрывается и щелочной секрет попадает в кислую среду и наоборот, чувствуется очень неприятное жжение. Это происходит из-за раздражения эпителия, который выстилает пищеварительный тракт, так как в данном отделе он совсем «не знаком» с такой неприятной для него средой.

Кислотность среды в разных отделах пищеварительной системы: 1 – щелочная среда; 2 – кислая среда; 3 – нейтральная (от слабокислой до слабощелочной) среда

Зачем же нужны такие перемены среды, разве нельзя на протяжении всего пищеварительного тракта иметь одну и ту же кислотность? Дело в том, что разные отделы пищеварительной системы выделяют разные ферменты. Ферменты желудка активны только в кислой среде. В нейтральной или щелочной они не смогут переваривать пищу. Если в двенадцатиперстной кишке будет кислая среда, то пищеварительные ферменты поджелудочной железы будут неактивны. Поэтому печень выделяет желчь, создавая, таким образом, благоприятные условия для пищеварения в этом отделе тракта.

Рассказ о водителях

Сердце, в отличие от других органов, обладает одной удивительной особенностью. Ещё врачи прошлых веков заметили, что иногда сердце продолжает биться даже после смерти человека. Можно даже вырезать сердце из тела человека, и оно продолжит сокращаться. Как вы знаете, деятельность каждого органа контролируется головным мозгом с помощью нервов, которые простираются многометровыми тяжами по всему организму. Чтобы, например, сократилась мышца и человек согнул руку, команду отдает мозг. После гибели мозга движения уже не происходит. Почему же сердце не останавливается сразу? Ведь оно также иннервируется нервами, идущими от мозга, например блуждающим нервом.

Есть у сердца своеобразная, уникальная автономная нервная система, похожая на миниэлектростанцию, которая вырабатывает ток только для одного органа. В правом предсердии нашего сердца есть нервный узел – он называется синоатриальным. В нем через определенные интервалы самопроизвольно возникают нервные импульсы, распространяющиеся по нервным волокнам – пучку Гиса и волокнам Пуркинье, которыми пронизано сердце. Поскольку синоатриальный узел задает ритм работы сердца, его назвали водителем ритма, или пейсмекером.

Автономная система сердца: 1 – синусный узел; 2 – узел Товара; 3 – пучок Гиса; 4 – сеть волокон Пуркинье; 5 – межжелудочковая перегородка; 6 – нижняя полая вена; 7 – верхняя полая вена; 8 – клапаны

В сердце есть ещё узел, который способен генерировать нервный импульс. Это атриовентрикулярный узел. Если хорошо работает первый узел, у атриовентрикулярного работы нет, сигнал, возникающий в нем, слабый. Но стоит только чему-то случиться с синоатриальным узлом, второй заменяет его и сам становится водителем ритма. Но первый – пейсмекер первого порядка, а второй, соответственно, – второго порядка. Помимо этого, довольно неслабые импульсы могут генерировать и проводящие пучки автономной нервной системы сердца. Если хотя бы один водитель ритма повреждается или от него не происходит проведение сигнала, работа сердца нарушается.

Удивительный автоматизм сердца научились использовать врачи. В определенных условиях можно сохранять сердечные сокращения, и сердце остается живым. Поэтому здоровое сердце умершего человека медики научились пересаживать человеку, у которого сердце больное и не может больше нормально работать.

Безразличный к боли

Многим приходилось мучиться головной болью. Голова иногда так болит, словно вот-вот готова расколоться на кусочки или лопнуть, как воздушный шарик.

Некоторые причитают: «Мои бедные мозги, они так болят, просто невыносимо!» На самом деле, что-что, а мозг болеть не может. Давайте разберемся, отчего возникает боль.

Наш организм пронизывает огромное множество нервов, которые достигают буквально каждого его уголка. Нервные окончания передают «распоряжения» головного мозга, что и как делать каждому из органов. Нервные окончания идут к рецепторам органов чувств – зрительным, вкусовым и т. д. Но есть и рецепторы боли. Если на них оказывается какое-либо давление или иное воздействие, то они посылают сигнал центральной нервной системе, который мы ощущаем в виде боли. Такой механизм рассчитан на то, чтобы человек успел избежать вредного, а порой и опасного воздействия.

Но мозг не может чувствовать боли. Потому что сам себя он не иннервирует – в нем нет болевых рецепторов. Однако болевые рецепторы есть в кровеносных сосудах, которые питают головной мозг кровью. Поэтому, когда болит голова, это болит не сам мозг, а сосуды.

Наша опора

Что такое кость, знает, наверное, каждый. И наверняка считает, что это опорная структура нашего тела, словно какие-то столбы и балки. Многие, скорее всего, знают, что в состав кости входят соли кальция. И может показаться, что кость – это вообще образование неорганическое. Но это не так.

Действительно, в состав кости входят соли кальция и фосфора (например, гидроксиапатит). Неорганическая составляющая кости обеспечивает её твердость. Но помимо этого в каждой кости есть и органический компонент – живые клетки. Ведь кость растет, пронизывается нервами, в ней идёт обмен веществ. Это происходит благодаря тому, что в костях находится целый ряд живых клеток.

Основную их массу составляют остеобласты, остеоциты и остеокласты. Первые появляются на самых ранних этапах образования костной ткани. Они являются первоначальными строителями кости. Затем они созревают и преобразуются в другие клетки кости – остеоциты, которые являются её основными строителями.

Кость состоит из плотной костной ткани, образующей слои пластин. За поверхностным слоем плотной костной ткани находится система каналов, которые называются гаверсовыми. Они состоят из кольцевых слоев плотной ткани. Промежутки между ними также заполнены плотными костными пластинами. По ветвящимся гаверсовым каналам проходят кровеносные сосуды, питающие кость, и нервы. Конечно, сосуды и нервы не образуются сами по себе внутри кости. Они поступают в кость из окружающих тканей по перпендикулярным поверхности кости фолькмановским каналам.

В ряде костей бывает хорошо развита находящаяся под плотной костной тканью губчатая ткань. Она состоит из перекладин-подпорок, которые расположены в тех направлениях, в которых на кость оказывается наибольшее давление.

В течение жизни человека кости меняются. Они растут, изменяется распределение нагрузки на кость, поэтому кости постоянно перестраиваются. Меняется и направление перекладин в губчатой ткани.

Зачастую губчатая ткань богата кроветворной тканью, в которой образуются клетки крови. Эта ткань называется костным мозгом. Поэтому кости – это ещё и кроветворные органы.

Перестройка кости происходит не за счет надстройки новых структур над старыми. Ненужные структуры растворяют специальные клетки – остеокласты. В отличие от остеобластов и остеоцитов, это клетки-разрушители, но и их старания необходимы для жизни кости.

Кость может расти за счет увеличения толщины наружного слоя. Способствует этому росту двухслойная пленка, которая располагается на поверхности кости, – надкостница.

Теперь становится понятно, почему во время повреждения костей человек чувствует сильную боль: потому что каждая кость – это живое образование нашего организма.

Зачем человеку сумки

Куда бы мы ни шли, как бы ни передвигались, все мы ходим с большим числом сумок. Нет, это не авоськи, нагруженные продуктами, а важные компоненты нашей опорно-двигательной системы.

Речь идет о суставных сумках. Они закрывают со всех сторон сустав, образуя вокруг него полость. Стенки суставных сумок являются продолжением надкостниц, соединяющихся друг с другом в суставе костей.

Стенки суставных сумок двухслойные. Если наружный слой плотный и защищает от внешних воздействий, то внутренний слой, наоборот, – мягкий. Его клетки выделяют клейкую синовиальную жидкость, чтобы внутри сустава не происходило сильное трение хрящей друг о друга. В суставной сумке могут также быть смягчающие жировые прослойки и складки.

Сесамовидные кости

Человек состоит из более чем 200 костей. Многие кости хорошо известны, их число постоянно. Например, две лопатки, две бед-ренные кости, одна грудина. И тем не менее число костей в скелете может меняться.

Оно зависит от числа маленьких, зачастую незаметных костей, которые называются сесамовидными. Они располагаются в области суставов ног и рук человека. Есть они и в ногах собак, лошадей. Эти маленькие плоские или округлые, казалось бы, незначительные косточки помогают работать мышцам и образуются в тех частях скелета, рядом с суставами, где происходит сильное напряжение мышц. Интересны они тем, что число их может колебаться от 1 до 8. В скелете человека они находятся в стопах ног и кистях рук. Но самые большие, присутствующие у всех людей сесамовидные кости хорошо известны. Это надколенники, или коленные чашечки.

У новорожденных детей их нет и в помине, они формируются позже, когда человек начинает ходить и сухожилия, проходящие через коленный сустав, начинают испытывать сильную нагрузку. Вот тогда и происходит их укрепление за счёт частичного окостенения.

Бинокулярное зрение

Посмотрите на рисунок или фотографию лемура, обезьяны или человека. Все прямо смотрят на нас с картинки, словно заглядывая в глаза. Эта особенность глаз приматов называется бинокулярным зрением. Теперь взгляните на глаза вороны, черепахи, рыбы. Они не будут смотреть прямо на вас, потому что расположены по бокам головы и смотрят влево и вправо. Такое положение глаз, с одной стороны, выгодно: эти животные видят то, что происходит по бокам от них, а также впереди и частично сзади. Поэтому не так-то просто застигнуть птицу врасплох и поймать её. Но есть у этого зрения и недостатки. Чтобы хорошо видеть, что происходит впереди, нужно повернуть голову хотя бы немного боком. Тогда все, что находится впереди, будет хорошо видно одному из глаз.

Так смотрит обезьяна…

У нас и других соседей по отряду приматов глаза посажены в передней части черепа. Мы, конечно, не видим ничего из того, что происходит сзади, и плохо видим то, что находится сбоку. Для этого нужно повернуть голову, а чтобы взглянуть назад – как минимум туловище. Почему же наше зрение стало именно таким? Для того, чтобы выяснить это, необходимо обратиться к эволюции приматов.

…а так – птица (серый гусь)

Предки человекообразных обезьян жили на деревьях, как, впрочем, и лемуры. Это были небольшие обезьяны наподобие макак. Им приходилось передвигаться в кронах деревьев, прыгая с ветки на ветку в поисках пищи или спасения от хищника. В последнем случае была особенно важна высокая скорость передвижения. Для этого необходимо прыгать по веткам ловко, но в то же время осторожно. Одно неправильное движение – и животное упадет вниз. Чтобы лучше видеть, куда сделать следующий прыжок (по сути дела, найти путь для дальнейшего продвижения), и оценивать дистанцию до ближайшей ветки или дерева, необходимо бинокулярное зрение. То есть глаза должны быть расположены в передней части черепа и, самое главное, видеть, что происходит впереди. Ко всему прочему, зрение человека и обезьян цветное. А это также важно для прыжков в густых кронах деревьев. При цветном зрении легко различить зеленые листья и темные ветки. А при черно-белом видении вся эта растительная масса сливается воедино.

Мельчайшие ручейки

Все мы хорошо знаем, что кровь в теле человека течет по сосудам: аорте, артериям и венам, а качает её по организму сердце. Однако в теле человека есть и другие сосуды, они очень мелкие, диаметром всего несколько микронов: это артериолы, капилляры и венулы. Если задать себе вопрос: как кислород и питательные вещества поступают из крови к каждой клеточке тела, то, не зная о существовании микроциркуляторного русла, ответить на него невозможно. Стенки крупных сосудов многослойные, и кислород и различные вещества просто так не могут через них пройти. Так же непроницаемы они для отработанных продуктов обмена веществ и углекислого газа. Зато все эти вещества проходят через сосуды микроциркуляторного русла.

По расчетам специалистов, в организме человека находится около 40 млрд. капилляров. Внутренние органы оплетены ими, словно сетью, ведь кислород и питательные вещества должны поступать к каждой клетке. Но число сосудов в разных тканях и органах отличается. В печени, головном мозге, почках и сердце их больше всего. Ведь сердце и головной мозг – важнейшие функциональные части организма, а почки и печень участвуют в очистке крови от ненужных веществ и выведении их из организма. Кроме того, мозг и сердце очень чувствительны к дефициту кислорода.

Капилляр в хрящевой ткани: 1 – стенка капилляра; 2 – просвет капилляра; 3 – эритроциты

Соединяясь друг с другом, эти мелкие сосуды образуют капиллярную сеть. Их однослойные стенки могут быть перфорированы. Через поры вещества из капилляров попадают в межклеточную жидкость путем диффузии. Жирорастворимые вещества (например, спирт) и газы (кислород и углекислый газ) проходят через клеточные мембраны клеток капиллярной стенки. А водорастворимые вещества, например соли и их ионы, способны проходить через поры в сосудах. Этой способностью обладают даже некоторые не очень крупные белки. Но крупные молекулы преодолевают барьер капиллярной стенки иным способом, при помощи пиноцитоза. Часть клеточной мембраны капиллярной клетки огибает крупную молекулу, улавливая её внутрь. Образуется пузырь, который попадает внутрь клетки. По системе вакуолей вещество движется к противоположной стороне клеточной мембраны, где пузырек-вакуоль встраивается в мембрану и открывается наружу. Так необходимое вещество оказывается по другую сторону сосудистой стенки.

Возможен и другой механизм транспорта веществ в капилляр и из него. Он называется фильтрацией. В основе его лежит разница давлений внутри капилляра и в межклеточной жидкости. В том случае, если давление выше в капилляре, вода с растворенными в ней веществами будет переходить в межклеточную жидкость, а если давление выше снаружи капилляра, то жидкость устремится внутрь сосуда. Такой процесс называется реабсорбцией. В норме в капиллярной сети поддерживается равновесие процессов фильтрации и реабсорбции, но изменение кровяного давления, расширение сосудов, потери крови и т. д. смещают его в ту или иную сторону. При нарушении равновесия в сторону снижения реабсорбции могут возникать отёки.

Нарушение кровообращения в микроциркуляторном русле может привести к тяжелым заболеваниям. Например, закупорка сосудов в печени и поджелудочной железе выражается в некрозе (отмирании) тканей этих органов и появлении таких заболеваний, как цирроз и панкреатит соответственно. Поражение капилляров в ногах приводит к появлению болезненных ощущений, затруднению передвижения и к некрозу тканей. Последнее может стать причиной развития гангрены, при которой конечности приходится ампутировать.

Казалось бы такие маленькие тоненькие сосуды, которых в организме миллиарды, тем не менее являются такой же важной частью кровяного русла, как и сердце.

Все дело в площади

Как улучшить интенсивность работы того или иного органа? Над этим вопросом природа «задумывалась» в течение миллионов лет неоднократно и зачастую приходила к одному и тому же решению.

Что нужно сделать для того, чтобы мозг лучше координировал организм, чтобы животное могло делать сложные движения и обладать сложным поведением? Может, стоило бы увеличить мозг до огромных размеров? В нем бы помещалось больше нервных клеток, специализированных для той или иной функции. И природа иногда так и поступала, увеличивая то один, то другой отдел мозга. Сравните мозг рыбы, ящерицы, голубя и собаки. Но всему есть предел. Представьте собаку с мозгом как у человека – да она даже передвигаться не сможет!

Может быть, поступить так же, как это делали некоторые динозавры? Например, у огромного диплодока было, по сути дела, два мозга. Один в голове, а другой в крестце. Но, скорее всего, диплодок не был от этого «умнее и мозговитее». Второй, «задний» мозг управлял движениями ног и хвоста – от головы до них было слишком далеко.

Может быть, уменьшить одну часть мозга за счет другой, менее важной? Но «ненужных» или «маловажных» отделов мозга нет. Где же выход?

Сравните мозг ящерицы и обезьяны. Помимо того, что мозг обезьяны больше, у него есть ещё одно важное отличие. Весь мозг обезьяны покрыт извилинами и бороздами, за счет которых увеличивается площадь его поверхности. И нервных клеток в этих полушариях гораздо больше – не только за счет объема, но и за счёт увеличения поверхности.

То же самое увеличение площади поверхности происходит и в желудке. Его внутренняя поверхность не гладкая, она вся покрыта небольшими бугорками, на возвышении которых находятся ямки – выходные отверстия желез, которые выделяют ферменты в полость желудка. Помимо этого, площадь внутренней поверхности желудка увеличивается за счет беспорядочно расположенных складок.

За желудком следует тонкий кишечник, и начинается он двенадцатиперстной кишкой. Вся внутренняя её поверхность покрыта глубокими складками – это ворсинки тонкого кишечника. В данном случае значительное увеличение площади поверхности произошло для того, чтобы повысилась интенсивность всасывания переваренной пищи. Складки есть и на внутренней поверхности толстого кишечника. Если посчитать площадь всего кишечника, то получится огромная цифра – 300 м^2.

Вот и получается, что увеличение площади поверхности за счет образования складок – не какой-нибудь частный случай, который характерен для одного из органов нашего организма, например, головного мозга. Это часто встречающийся «прием», который использует природа для усовершенствования того или иного органа и его функций.

Жидкая ткань

Всем известно словосочетание «течет кровь». Например, кровь течет по жилам, кровь течет из раны. Это свойство крови – текучесть – заставляет относится к ней как к жидкости. В действительности это самая настоящая ткань – такая же, как мышечная, эпителиальная, железистая и т. д. Действительно, жидкая составляющая в ней преобладает. Она представлена плазмой. По составу она очень близка к воде, ведь последняя составляет 90 % плазмы. Остальную часть составляют растворенные в ней вещества: белки (фибриноген, липопротеины, глобулины, альбумин) и легкие органические и неорганические соединения: анионы соляной, угольной, фосфорной, серной кислот; катионы кальция, натрия, калия, магния; мочевина; глюкоза. Именно за счет плазмы кровь является жидкой тканью, несмотря на то, что содержит множество живых клеток.

Состав крови (схема): 1 – плазма (55–60 %); 2 – эритроциты (40–41 %); 3 – лимфоциты (1–3 %); 4 – тромбоциты (0,2–1 %)

Плазма имеет желтоватый цвет, но кровь красная. Это свойство крови обуславливают клетки, содержащиеся в ней. Их можно подразделить на три группы: эритроциты, лейкоциты и тромбоциты. Первые из них и оказываются решающими в образовании красного цвета крови.

Эритроциты человека – это клетки, не имеющие ядер, толщиной 2 мкм. Они имеют дисковидную форму и вогнуты с двух сторон – двояковогнутые. Красная окраска эрит-роцита вызвана высоким содержанием белка гемоглобина. Этот белок необходим для переноса кислорода по телу человека. Молекулы кислорода присоединяются к атомам железа в гемоглобине, и эритроцит транспортирует их к нуждающимся в кислороде клеткам. У взрослого человека в норме содержится от 4,6 до 5,1 млн. эритроцитов в одном микролитре крови, или около 44 % от общего объема крови.

Ретикулоцит: 1 – остатки ядра

Помимо самих эритроцитов, в крови присутствуют их предшественники, недозревшие эритроциты – ретикулоциты. Дело в том, что все клетки крови – от первоначальной стволовой клетки до созревшей клетки крови – проходят несколько стадий. У большинства этот процесс происходит в костном мозге или в лимфатической системе. А последние две стадии созревания эритроцитов происходят уже в крови. Остальные клетки крови яркой окраски не имеют.

Стражи иммунитета

Иногда эти содержащие ядро амебовидные клетки ещё называют белыми кровяными тельцами. Их в 51 раз меньше, чем эритроцитов, и кислород они не транспортируют. Однако они выполняют не менее важную задачу, чем красные кровяные тельца. Это стражи нашего организма. Некоторые из них путем фагоцитоза поглощают целые клетки, другие выделяют особые вещества, убивающие внедрившуюся в организм инфекцию. У каждого из них своя функция, свои обязанности, ведь в крови существует несколько групп лейкоцитов. Это гранулоциты, лимфоциты и моноциты.

Гранулоцит: 1 – ядро

Гранулоциты – наиболее представительная группа среди всех лейкоцитов. Названы они так из-за того, что в их цитоплазме можно увидеть гранулы, содержащие различные вещества, которые необходимы для защиты организма от попадающих в него чужеродных веществ и клеток. Они также подразделяются на группы: эозинофилы, базофилы и нейтрофилы. Для нейтрофилов кровь – это транспортная система. Передвигаясь с током крови, они попадают в ту часть организма, где существует очаг воспаления из-за деятельности болезнетворных бактерий или собственных отмирающих тканей организма.

Скажем, вы поцарапали руку, и в ранку попала инфекция – бактерии из внешней среды. Некоторые из них нападают на клетки человека, и тогда в район попадания инфекции из ближайших тканей и сосудов собираются нейтрофилы. Они атакуют бактерии, растворяя их мембраны, повреждая их ДНК. Так образуется очаг воспаления, появляется гной – продукт активной деятельности нейт-рофилов. Самих защитников организма в гное оказывается предостаточно.

Если же с пищей, вдыхаемым воздухом в кровь попадает какое-то вещество, например, чужеродный белок, который повреждает клетки организма, в бой вступают эозинофилы. Начинается аллергическая реакция, или, говоря житейским языком, аллергия. Эти лейкоциты обезвреживают опасных гостей.

А вот запускают этот процесс, то есть распознают вредоносное вещество, базофилы – ещё одна группа лейкоцитов-гранулоцитов. Когда зловредный гость касается мембраны базофила, происходит ответная реакция – выброс в кровь особого вещества гистамина. С этого начинается аллергическая реакция. И вот тогда увеличивается количество эозинофилов.

Моноцит: 1 – ядро

Лимфоцит: 1 – ядро

Следующая большая группа лейкоцитов – моноциты. Некоторое время они плавают в крови, но, завершив созревание, переселяются жить в ткани, где всегда остаются на страже здоровья организма. При попадании инородных клеток они выделяют токсические вещества. Но это не главное их оружие. Моноциты не просто атакуют чужие клетки веществами, они поедают их целиком. Если уничтожить вторгшееся тело не удалось, множество моноцитов окружают его, исключая возможность контакта с другими клетками организма.

Последняя группа лейкоцитов – лимфоциты. Они уничтожают вторгшиеся в организм клетки и вирусы в крови и обеспечивают иммунную память – способность эффективнее сражаться с уже знакомой болезнью.

Тромбоциты

Тромбоциты, как и эритроциты, лишены ядра. По происхождению это фрагменты клеток-предшественников мегакариоцитов – безъядерные участки цитоплазмы с органеллами, заключенные в двойную мембрану. Поэтому их ещё называют кровяными пластинками. Несмотря на простоту внутреннего устройства, роль тромбоцитов отнюдь не второстепенная.

Эти клетки способны выделять особые вещества, которые свертывают кровь, то есть сгущают её, образуя плотные комки – тромбы, которые способны закупоривать отверстия в сосудах. Образование этих сгустков необходимо для того, чтобы остановить кровотечение. При повреждении стенок сосудов кровь начинает выходить наружу, попадая в расположенные рядом ткани, в просветы различных органов, на поверхность кожи. Остановить её совсем не просто. Ведь она подвижна и будет вытекать до тех пор, пока сердце будет способно прогонять её по сосудам организма. Но тромбоциты спасают организм от гибели. Выделяя целый ряд особых веществ, тромбоциты «заставляют кровь сгущаться» и, таким образом, формируя тромб, закупоривают отверстие. Кровь перестает вытекать. При отсутствии такого свойства человек может умереть от кровопотери. Заболевание, при котором кровь теряет свертываемость, называется гемофилией. Люди, страдающие таким заболеванием, могут умереть даже от небольшой царапины.

Тромбоциты амфибий: 1 – ядро

В то же самое время чрезмерное увеличение количества тромбоцитов также ведет к заболеванию – тромбофлебиту. В этом случае тромбы образуются в просвете вен в тех местах, где никаких повреждений стенок сосудов и в помине нет. Они мешают кровотоку и могут быть причиной смерти человека, если оторвавшийся тромб закупорит просвет какого-нибудь сосуда, например легочной артерии.

Зачем нужна кровь

Из трех последних рассказов можно понять, насколько важна и незаменима кровь, которая без остановки движется по нашим сосудам десятки лет. Она, словно река, соединяет все клеточки нашего тела, каждый орган и части тела. Кровь могла бы просто заполнять сосуды и никуда не спешить, стоять на месте. Но остановка кровообращения означает смерть. Кровь не может стоять на месте, ведь её важнейшая функция – транспортная.

Проходя через легкие, она насыщается живительным кислородом и несет его дальше, чтобы щедро снабдить им каждую клетку. Но не забудет забрать у них и то, что уже не пригодится для клеточной жизнедеятельности: продукты обмена веществ – химические соединения, ненужные организму или даже представляющие для него опасность. Например, углекислый газ, который жидкая ткань принесет легким, чтобы во время выдоха избавиться от него. Другие ненужные вещества выйдут через почки с мочой, с по́том или могут быть депонированы в печень на вечное хранение.

Проходя в стенках пищеварительной системы, кровь не забудет захватить и необходимые питательные вещества, ведь они не менее важны для жизни, чем кислород. И снова всем раздаст с пребольшим удовольствием. А надо будет – и лекарства доставит в пункт назначения, к больным органам.

Плывут по кровяной реке различные клет-ки – тромбоциты, эритроциты, лейкоциты, – они тоже часть крови. Если тромбоциты защищают организм от кровопотерь, а эритроциты «перевозят» воздух, то лейкоциты защищают организм от чужеродных клеток и веществ. И это ещё одна функция крови – защитная.

Регуляторная функция крови не менее важна. Количество воды в крови может меняться. Вместе с лимфатической системой, которая дублирует некоторые её функции, кровеносная система необходима ещё и для контроля количества воды в организме. Поддерживает кровь и свой химический состав. Химическое постоянство среды очень важно. Если оно нарушается, многие процессы сразу идут наперекосяк. Недаром, чтобы узнать о состоянии человека, врачи прежде всего берут на анализ кровь из пальца или вены.

Первый человек

История человечества насчитывает около 100 тысяч лет. Это время существования всего одного вида Homo sapiens. Но до него и одновременно с ним жили и другие виды древних людей. Самый первый вид, которого можно назвать человеком, обитал около 2,5 миллиона лет назад в Африке. Точнее сказать, видов было два: Homo habilis (человек умелый) и Homo rudolphensis (человек с озера Рудольф). Вообще, Африка была родиной всего человечества, ведь в разное время её населяли не менее 15 видов древних людей. Как же можно определить, относится ли тот или иной вид к человеческому роду?

В качестве основных признаков нашего рода ученые выделяют три: прямохождение, способность производить орудия труда и большой объем головного мозга. Чтобы подняться с четырех конечностей на две, необходимо уметь удерживать своё тело в вертикальном положении и передвигаться. Для этого необходимо иметь определенное строение стоп, ведь на них давит масса всего тела. Поэтому стопа перестала быть плоской, у нее появился свод. Прямохождение обязывает постоянно поддерживать своё тело в вертикальном положении, прямо держать голову, чтобы видеть все, что происходит вокруг. При этом, если позвоночник будет прямым как шест, то ходить и делать различные движения будет неудобно. Поэтому у позвоночника развились изгибы, помогающие наилучшим образом распределять массу тела на разные отделы позвоночника во время стояния или ходьбы. В поясничном и шейном отделах образовался прогиб вперед, или лордоз, а в грудном, наоборот, прогиб назад – кифоз.

А какими прочными должны быть кости и суставы ног, ведь давление тела велико. Казалось бы, кости ног – бедренные, малая и большая берцовые кости – должны быть мощными, монолитными, как бетонный столб, а они на самом деле внутри имеют полости, почему и называются трубчатыми. И тем не менее такая конструкция оказалась наиболее удачной для поддержания тела и, помимо всего прочего, легкой.

Во время передвижения животного на четырех ногах внутренние органы опираются на мышцы живота или брюшные ребра. Но при вертикальном положении тела их давление направлено вниз, поэтому тазовые кости расширились и приняли форму чаши, на которую и опираются внутренности.

Позвоночник человека: А – вид спереди; Б – вид справа, поперечный срез; I – шейный отдел; II – грудной отдел; III – поясничный отдел; IV – крестцовый отдел; V – копчиковый отдел; 1 – шейный лордоз; 2 – грудной кифоз; 3 – поясничный лордоз; 4 – кресцовый кифоз

Процесс дыхания в вертикальном положении также становится затрудненным, поэтому грудная клетка человека расширилась, особенно её нижняя часть. Теперь, уверенно шагая по земле и вдыхая воздух полной грудью, человек начал изменять мир вокруг себя.

Труд и разум

Но умения ходить вертикально недостаточно, чтобы стать человеком. Некоторые обезьяны, медведи и даже ящерицы тоже могут передвигаться, поднявшись на задние лапы. Но человек начинает активно приспосабливаться к окружающему миру, а потом и изменять его.

Один из первых видов рода Homo – человек умелый. Почему же он назван умелым? Потому что он стал не просто использовать первые попавшиеся в руки камни, а обрабатывать их и делать из них примитивные орудия. Чтобы умело орудовать камнями, отбивая от них нужные куски, необходимо определенное мастерство, но не только. Особым должно быть и строение рук, точнее, кистей. Для лучшего удерживания камня или палки большой палец кисти должен располагаться напротив остальных пальцев.

Череп неандертальца

Но даже и эта особенность не поможет производить сложные движения и создавать искусные орудия, процесс производства которых требует большой точности движений. Для этого необходимо, чтобы этим процессом руководил мозг, то есть он должен быть уже достаточно развит. Палеоантропологи, ученые, которые изучают древних людей, договорились между собой, что считать человеком можно того древнего представителя человеческого древа, у которого объем мозга был не менее 800 кубических сантиметров. Надо отметить, что у современного человека объем мозга 1350–1550 см^3. Причем увеличение головного мозга происходило за счет увеличения объема больших полушарий, внутри которых находятся те самые хитросплетения нервных клеток, позволяющих осуществлять такой важный процесс, как мышление.

Говорил ли неандерталец

Самый близкий к нам вымерший вид человека – неандерталец. Жили неандертальцы на огромной территории: и в Европе, и в Азии, и в Африке, и, возможно, даже в Австралии. Они были всем похожи на нас, людей разумных. Некоторые специалисты даже считают, что неандертальцы вовсе не отдельный вид, а всего лишь подвид нашего вида, то есть почти мы. Но не в этом суть дела. Так же, как и ранние представители нашего вида, неандертальцы собирали плоды, корешки, ракушки, охотились на разных зверей, даже мамонтов – и тех одолевали, жили в пещерах, а иногда в хижинах. Но были у них особенности, которые сразу бросились бы в глаза, если бы мы на улице встретили неандертальца. Это большие надбровные дуги, располагавшиеся над глазами, и почти полное отсутствие подбородка. Многие ученые сказали сразу же: если нет подбородка, значит, и говорить неандерталец не умел, издавал только нечленораздельные звуки. Как же тогда договаривались неандертальцы между собой, уходя на охоту, как рассказывали, сидя у костра, удивительные истории, случившиеся с ними во время охоты? Скучен и беззвучен был мир неандертальца, только рычание соплеменников прерывало тишину. Но вот одна-единственная находка перевернула все с ног на голову. В одной из пещер Израиля нашли скелет неандертальца, у которого чудом сохранилась хрупкая гиоидная, или подъязычная, кость. Она интересна тем, что находится среди шейных мышц под нижней челюстью и не прикрепляется ни к одной из других костей. По её строению можно сделать вывод, обладает ли человек членораздельной речью или нет. Так вот неандерталец, чей скелет был найден в израильской пещере, обладал ею. Надо сказать, что жившие здесь неандертальцы отличаются также наличием небольшого подбородочного выступа. Значит, неандертальцы все-таки могли поделиться своими впечатлениями, посплетничать, а может, и спеть колыбельную маленькому неандерталёночку.

Ничего лишнего

В том месте, где окончание тонкой кишки (оно называется тощей кишкой) впадает в начальный отдел толстого кишечника – слепую кишку, располагается небольшой слепо-замкнутый отросток. Его называют черве-образным отростком, или по-латыни – аппендикс вермиформис, поэтому чаще мы слышим о нем под названием аппендикс. Он является выростом той самой слепой кишки. По сравнению с кишкой его просвет очень узок – 4–10 мм, тогда как кишки – около 7 см.

Аппендикс: 1 – подвздошная кишка; 2 – слепая кишка; 3 – аппендикс

Многие знают, что существует заболевание аппендицит – воспаление червеобразного отростка. Лечится оно удалением аппендикса. Поскольку у многих людей аппендикс рано или поздно воспаляется и процесс этот сопровождается сильными болями, высокой температурой, а его запущенная форма может привести к летальному исходу, то врачи решили самым решительным образом бороться с ним. Зачем вообще нужен этот аппендикс? Он доставляет только неудобства. А что, если его удалять уже у новорожденных детей?

Оказалось, что они были не правы. Действительно, напрямую в переваривании пищи аппендикс участия не принимает. И тем не менее он выполняет сразу несколько функций.

Его стенки очень богаты лимфатическими узлами, поэтому его иногда называют лимфатической железой. И такое сосредоточение лимфатических узлов не случайно. В аппендиксе синтезируются вещества, необходимые для поддержания иммунитета. Среди образующихся веществ есть и витамины. Помимо всего прочего, в аппендиксе обезвреживаются различные токсические вещества. Несмотря на то, что пища не попадает в черве-образный отросток, здесь выделяются некоторые ферменты. Слепая кишка – это бродильный чан, в котором в большом количестве живут симбиотические бактерии, также помогающие переваривать пищу (поэтому у травоядных млекопитающих это выпячивание толстой кишки может достигать значительных размеров). Есть они и в аппендиксе. Вероятно, именно эти бактерии являются причиной воспаления аппендикса.

Червеобразный отросток часто называют рудиментарным органом, потерявшим своё значение для процесса пищеварения в организме человека. Но на примере аппендикса легко понять, что ничего лишнего в организме не бывает: даже перестав выполнять свою изначальную функцию, аппендикс продолжает оставаться важным органом иммунной системы.

Великолепная семерка

Шейный отдел позвоночника у человека образован семью позвонками. Два первых позвонка, которые располагаются ближе к черепу, имеют свои особые названия: самый ближний – атлант, а за ним – эпистрофей. Особенные названия связаны с формой этих позвонков. Если оставшиеся пять шейных позвонков похожи между собой, то эти два имеют свою неповторимую форму. Атлант соединяется суставными поверхностями с суставными отростками (мыщелками) затылочной кости черепа. Позвонок словно состоит из двух дуг, нижней и верхней, соединенных вместе. Под верхнюю дугу заходит длинный зубовидный отросток эпистрофея. Удивительно, но этот отросток – часть атланта, когда-то приросшая к эпистрофею. И если атлант стал ажурным, то эпистрофей, наоборот, более массивным. За счет такого «подарка» стало возможно вращение атланта вокруг этого отростка, что увеличило подвижность шеи и головы.

Атлант и эпистрофей: А – вид сверху; Б – вид справа; В – раздвинутые позвонки; Г – схема соединения; 1 – атлант; 2 – эпистрофей; 3 – суставные поверхности, соединяющиеся с мыщелками черепа; 4 – «зуб» эпистрофея, вокруг которого вращается атлант; 5 – спинной мозг

Такое строение шейного отдела позвоночника характерно для всех млекопитающих. Семь шейных позвонков – это отличительный признак класса млекопитающих от других классов позвоночных животных. А как же жираф? У него-то в шее наверняка позвонков больше, вон она какая длинная. А вот и нет. Длинная шея жирафа сформировалась не за счет увеличения количества позвонков шейного отдела позвоночника. У жирафов увеличилась длина самих позвонков. И в коротких шеях тоже семь позвонков. Например, китообразные наделены тем же признаком, что и все другие звери, хотя обособленная, заметная шея у них отсутствует.

Так что у всех нас есть что-то от жирафов!

Почему темнеет в глазах

Бывало ли с вами такое, что при резком вставании в ваших глазах потемнело? Это случается как с человеком взрослым, так и с подростком. Это естественная физиологическая реакция организма. Она называется ортостатической. Давайте разберемся поподробнее.

Когда вы сидите и, например, читаете какую-нибудь книгу, то есть находитесь в состоянии покоя, давление в сосудах вашего организма достигает определенного уровня. Их просвет мало меняется. Для того, чтобы управлять организмом, анализировать информацию, поступающую от органов чувств, мозг должен постоянно снабжаться необходимым ему количеством кислорода, который приносит по сосудам кровь.

Но вот чтение закончилось, и вы встаете. При этом в работу включаются другие группы скелетных и прочих мышц. Особые группы резистивных сосудов суживаются, давление в сосудах падает. К мозгу поступает меньше крови, чем необходимо. Из-за этого понижения давления и темнеет в глазах. У людей, которые страдают гипотонией, кровеносное давление зачастую понижено. Если давление в сосудах было излишне низким, то из-за перехода в вертикальное положение может случиться даже ортостатический обморок, или коллапс. Тем не менее организм «следит» за кровоснабжением мозга. Скоро включаются особые механизмы саморегуляции и состояние нормализуется. Зрение проясняется, а вы чувствуете, как энергично отбивает пульс сердце.

При чём здесь почки

Артериальное давление – важный показатель состояния человека. В организме существует целый ряд механизмов, регулирующих давление крови. При этом нарушить их работу, увы, очень легко. Недаром столько людей в мире страдают заболеваниями, связанными с патологическими изменениями артериального давления: гипотонией (понижение давления) и гипертонией (повышение давления). Ежегодно в мире тысячи людей умирают от гипертонии и гипотонии или последствий этих заболеваний.

Почки: 1 – корковый слой; 2 – мозговой слой; 3 – малые чашечки; 4 – большая чашечка; 5 – почечная лоханка

Один из аппаратов регуляции артериального давления находится, как это ни странно, в почках, в их фильтрующей системе. Эта система, называемая нефроном, находится в корковом веществе почек.

В каждом нефроне находится островок клеток, называемый юкстагломерулярным аппаратом. Этот аппарат появился у позвоночных очень давно. Он есть даже у живущих в воде рыб. Юкстагломерулярные клетки крупнее окружающих их клеток. Они овальной или неправильной формы.

Юкстагломерулярные клетки вырабатывают гормон ренин. С его появлением в крови запускается целый каскад физиологических процессов. В ответ на появление ренина печень синтезирует другое вещество – ангиотензин. В крови он сначала превращается в ангиотензин-I, а затем – в ангиотензин-II. Последнее звено в этой цепи превращений воздействует на сосуды, вызывая вазоконстрикцию, а проще говоря – сужение сосудов. Из-за сужения сосудов давление увеличивается.

Не случайно люди, страдающие заболеванием почек, например пиелонефритом, страдают ещё и часто повышающимся давлением, гипертонией. Это происходит по причине частого раздражения юкстагломерулярных клеток, которые очень чувствительны ко всяким воздействиям, и выделения чрезмерного количества ренина.

Поэтому, заботясь о своем здоровье, не забывайте: излечивая одну болезнь, можно избежать появления других неприятностей. Ведь наш организм – единое целое!

Викторина по анатомии

1. Почему кальмаров зовут «приматами моря»?

2. Что такое сесамовидные кости?

3. У каких животных нет сердца? А у каких – сердец несколько?

4. Есть ли у младенцев коленные чашечки?

5. Что такое регенерация?

6. У каких животных число клеток в организме всегда одинаковое?

7. Почему у крокодилов соленые слезы?

8. Как голотурии реагируют, если на них нападает хищник?

9. Что изучает наука анатомия?

10. Кто такие беспозвоночные? Назови пять беспозвоночных животных.

11. У каких животных скелет жидкий?

12. Какой защитный механизм помогает осьминогам обмануть хищника?

13. Хорошее ли зрение у осьминогов?

14. Можно ли дышать руками, передвигаться на жабрах, а есть ногами? Какие животные так умеют?

15. Что такое аутотомия?

16. Для чего рыбам нужна боковая линия?

17. Хорошее ли обоняние у акул?

18. Есть ли у змей мочевой пузырь?

19. Есть ли в человеческом ухе косточки?

20. У каких животных имеется третий глаз?

21. Что такое рудимент?

22. Для чего человеку нужны почки?

23. Бесполезен ли аппендикс?

24. Есть ли внутри костей кровеносные сосуды?

25. Где вырабатываются стволовые клетки?

26. Из чего состоит кровь человека?

27. Что такое нейроны?

28. Почему кровь у человека красная, а у осьминогов синяя?

29. У какой железы есть голова и хвост?

30. Сколько желудочков в сердце человека?

31. Что такое перистальтика?

32. Какие гормоны вырабатывает поджелудочная железа?

33. Есть ли в желудочном соке соляная кислота? А серная кислота?

34. Может ли мозг чувствовать боль?

35. Какие кости называют губчатыми, а какие трубчатыми?

36. Что такое бинокулярное зрение?

37. Для чего нужны тромбоциты?

38. Какой позвонок называется атлантом?

39. Почему при резкой перемене положения тела темнеет в глазах?

40. Что такое капилляры?

41. Какой орган очищает кровь от вредных веществ и регулирует кровяное давление?

42. Чем опасно заболевание гемофилия?

43. Зачем нужна лимфатическая система в организме человека?

44. Что такое лордоз и кифоз?

45. У каких животных есть утробные зубы?

46. Как называется самая большая железа в организме человека?

47. Кто такие членистоногие?

48. Что изучает наука цитология?

49. Почему клетки крови гранулоциты так называются?

50. Сколько позвонков в шейном отделе позвоночника?

Content

Алексей Пахневич
Увлекательная анатомия

Введение

Анатомия на службе палеонтологии

Кости динозавров

Сердце ящера

Настоящая сенсация

Кожа динозавров

Уникальная сохранность

Мамонты

Мамонтята открывают секреты

Анатомия в камне

Мозг хищных динозавров

О чем может рассказать кость или раковина

Анатомия беспозвоночных животных

Кто такие беспозвоночные

Необычные скелеты

Жидкий скелет

Спасительный панцирь

Чертов палец

Полости тела

Чудо-камешек

А где же кишечник?

Всё для продолжения рода

Верх паразитизма

Точность – черта коловраток

Коронованные особы

Придворные интриги

Мозг кальмара

Почти человеческий глаз

Бомбардировщики

Принцип один – сердца разные!

Ноги – жабры – руки

Глаза бывают разные

Жабры наголо

Жабры или трахеи?

Куда сложить все ненужное?

Печень печени рознь

Регенерация

Аутотомия

Кости и панцирь

Ребенок совсем не похож на родителей

Как полухордовые «двух зайцев убили»

Анатомия позвоночных животных

Носители позвоночника

Зубы из чешуи

Обонятельные полушария

Ядовитые железы змей

Жертвы и приобретения

Змеиные органы чувств

Утробные зубы

Подвижный череп

Боковая линия

Соль и слезы

Кости, чтобы лучше слышать

Почти как у людей

Хранитель мыслей

Как жабры стали кусаться

Волосы, чешуи, колючки, перья

Откуда легкое

Необычная рептилия

Ещё один глаз

Сумчатые кости

Анатомия человека

Венец природы

Чем человек отличается от растения

Горизонтальный перенос

Дышите глубже

Чем отличается жабра от легкого

Трахея и трахеи

Человек и регенерация

Словно тритоны

Органы с заплатками

Рецепт по выращиванию зуба

Почти сказочный теремок

Лимфатическая система

Под строгим самоконтролем

Что такое глаз?

Энцефализация

Зачем нужна человеку глия?

Железа с головой и хвостом

Зачем человеку столько желудочков

Перистальтика

Везде своя среда

Рассказ о водителях

Безразличный к боли

Наша опора

Зачем человеку сумки

Сесамовидные кости

Бинокулярное зрение

Мельчайшие ручейки

Все дело в площади

Жидкая ткань

Стражи иммунитета

Тромбоциты

Зачем нужна кровь

Первый человек

Труд и разум

Говорил ли неандерталец

Ничего лишнего

Великолепная семерка

Почему темнеет в глазах

При чём здесь почки

Викторина по анатомии