В. О. Сердюк основи анатомії та фізіології тварин
| Вид материала | Документы |
- Реферат корисна модель відноситься до медицини, а саме анатомії, топографічної анатомії, 48.28kb.
- Таблиця Якісний склад науково-педагогічних працівників кафедра морфології І фізіології, 72.92kb.
- Солтисік Роман Андрійович, доцент, к т. н. Федевич Олег Євгенійович, 7 Результати навчання:, 103.84kb.
- Мета вивчення дисципліни, 212.68kb.
- Батлук Вікторія Арсеніївна Результати навчання: Урезультаті вивчення модуля студент, 88.62kb.
- Програма фахових вступних випробувань в магістратуру за спеціальністю «фізіологія людини, 216.08kb.
- Ковальчук Ірина Іванівна кандидат ветеринарних наук, Інститут біології тварин наан, 99.04kb.
- Особиста інформац, 80.72kb.
- Методичні рекомендації, 38.99kb.
- Відчуження тварин передача права власності на тварин юридичним та фізичним особам, 135.1kb.
В.О.СЕРДЮК
ОСНОВИ
АНАТОМІЇ ТА ФІЗІОЛОГІЇ
ТВАРИН
Київ 2008
УДК
С 44 Сердюк В.О. Основи анатомії та фізіології тварин. Навчальний посібник для учнів та вчителів. - Київ, 2008. – 110 с.
Навчальний посібник в якому розповідається про будову та функції організму тварин, про взаємозв’язок організму тварин з навколиш-нім середовищем, значення тварин в природі та житті людини.
Для вчителів біології, учнів та студентів.
© Київ, 2008
ВСТУП
Після знайомства з біологією рослин та тварин, ви вже знаєте, що рослини відрізняються від тварин тим, що можуть синтезувати органічні речовини з неорганічних використовуючи для цього енергію Сонця (тобто є АВТОТРОФАМИ). Переважна ж більшість тварин здатна лише засвоювати органічні речовини, синтезовані рослинами (тобто є ГЕТЕРОТРОФАМИ). Знаєте ви, напевно, і те, що крім тварин до гетеротрофних організмів відносяться ще й гриби.
Завдання цієї книжки - познайомити вас з тим, як побудовані та функціонують (або “працюють”) організми тварин, інакше кажучи, з анатомією, фізіологією та екологією тварин. Це знайомство дозволить вам у майбутньому краще зрозуміти, як побудований та функціонує організм людини, тобто - ваш власний. Бо людина вже давно усвідомила, що тварини є її найближчими родичами.
Одна з найбільш дивовижних рис живих організмів (у тому числі і тварин) - це їх різноманіття. Старанна праця декількох поколінь біологів познайомила нас з приголомшуючим різноманіттям видів тварин (декілька мільйонів), з якими ми поділяємо нашу планету. З цим різноманіттям тварин ви вже встигли познайомитись у 7-му класі під час вивчення курсу “Біологія тварин”.
Але не дивлячись на таке велике різноманіття форм при уважному розгляданні у різних тварин можна знайти схожі риси будови.
Глава 1. ТВАРИННИЙ ОРГАНІЗМ
- ТВАРИНИ ЯК СКЛАДОВА ЧАСТИНА ЖИВОЇ РЕЧОВИНИ
Біосфера, як жива оболонка Землі, є безперервною і ні одна з її складових частин не може бути відділена від неї без руйнування (знищення) її цілісності. Тому, незважаючи на те, що біомаса тварин нашої планети невелика і складає лише біля 2 % від загальної біомаси живого, роль тварин у біосфері надзвичайно велика. Це визначається високим рівнем енергетичних процесів у тварин, їх більшою рухливістю та різноманітністю (більше 1,5 млн. видів, тоді як вищих рослин лише 300 тис. видів). Велика різноманітність тварин надзвичайно важлива, перш за все, для забезпечення основного процесу біосфери – БІОТИЧНОГО КОЛООБІГУ РЕЧОВИН ТА ЕНЕРГІЇ, який підтримує динамічну рівновагу у Природі.
Життя тварин, як Ви знаєте, дуже тісно пов’язане з життям рослин, і зміна кількості перших неминуче позначається на кількості і загальному стані других. Тому тварини, які є невід’ємною складовою частиною ландшафтів, відіграють велику роль у його формуванні. За рахунок морських тварин, наприклад, які мають твердий скелет або покрив (одноклітинні найпростіші, молюски), утворюються осадкові породи (крейда, вапняк, черепашник), поклади яких займають величезні території на поверхні Землі. Згадаймо також боброві плотини, які утворені діяльністю бобрів, чи коралові рифи та острови, які утворені діяльністю коралових поліпів. В утворенні ґрунтів та в їх родючості важливу роль відіграють різноманітні тварини: одноклітинні найпростіші, черви, комахи, землерийні хребетні. Їх вплив на грунт зумовлений тим, що вони розкладають рослинний опад, розпушують землю на велику глибину і цим сприяють проникненню коренів рослин у глибокі шари ґрунту, надходженню вологи, поліпшують аераційні властивості ґрунту. Пропускаючи землю через свій кишечник, вони поступово виносять її на поверхню, збагачуючи грунт, при цьому, органічними речовинами. Міріади комах та інших безхребетних і хребетних тварин, відмираючи вносять у грунт різноманітні мікроелементи.
Не будемо забувати й про те, що більше 80 % квіткових рослин запилюються саме тваринами, серед яких є багато таких рослин, які запилюються лише певними видами комах, що забезпечують можливість цим рослинам утворювати насіння та плоди.
У природі комахи споживають не тільки живі рослини, але й їх відмираючи рештки. Тільки комахи разом з деякими ссавцями та птахами (пригадайте з якими), знищують трупи великих і малих тварин. Ще більш суттєва роль комах в утилізації перегною. Коли б комахи – мухи, жуки, терміти – не поїдали цей субстрат (гній), степові угіддя вже через кілька років були б вкриті майже повністю шаром перегною.
Розповсюдження багатьох видів рослин також пов’язане з діяльністю тварин. Птахи розносять насіння на дуже великі відстані. Сойки, наприклад, які розповсюджені майже по всій території України, ховають у грунт „для запасу” жолуді, чим сприяють поширенню дубових насаджень. А гризуни-землериї сприяють розширенню площі лісів і лісостепу.
Наведені вище приклади доводять, що тварини є невід’ємною і дуже важливою складовою частиною Природи нашої планети. При цьому середовище існування постійно впливає на них, змушуючи пристосовуватись до його умов, але й тварини, в свою чергу, також впливають на середовище життя, іноді суттєво змінюючи його вигляд і пристосовуючи його до власних потреб.
1.2.ТВАРИНИ І СЕРЕДОВИЩЕ
Як Ви вже, шановні друзі, добре знаєте, біосфера Землі є цілісним утворенням, яке об’єднує безліч живих організмів, певним чином розташованих на поверхні Землі, а також середовище їхнього існування, з яким вони постійно взаємодіють.
Структурними підрозділами біосфери, як Вам вже відомо, є ЕКОСИСТЕМИ, або БІОГЕОЦЕНОЗИ. Екосистемам притаманна постійна взаємодія їх частин (компонентів), яка виражається в обміні речовин та енергії між організмами, а також неорганічним середовищем. Екосистеми, або біогеоценози, в свою чергу, складаються з БІОЦЕНОЗІВ, які є об’єднаннями рослин, тварин і мікроорганізмів, що населяють той чи інший БІОТОП. Біоценоз – це динамічна система, яка постійно змінюється якісно (видовий склад) і кількісно (чисельність окремих видів). Сукупність тварин, які населяють біоценоз, виділяють у ЗООЦЕНОЗ, а рослин – у ФІТОЦЕНОЗ.
БІОТОП – ділянка земної поверхні (суші або водойми) з однорідними абіотичними умовами середовища (рельєф, грунт, мікроклімат тощо), яку займає певне угруповання організмів. Характерний для даного біотопу комплекс умов визначає видовий склад організмів та особливості їхнього існування. Біотоп змінюється під впливом біоценозу. Інакше кажучи, біотоп – це неорганічний компонент біогеоценозу.
Біоценози мають свою структуру і властивості.
Між окремими видами організмів у біоценозах існують різні типи БІОТИЧНИХ ЗВ’ЯЗКІВ. Основними з них є - КОНКУРЕНЦІЯ, ХИЖАЦТВО, ПАРАЗИТИЗМ, КОМЕНСАЛІЗМ, АМЕНСАЛІЗМ та СИМБІОЗ (МУТУАЛІЗМ). З ними ви вже познайомились у 7 класі.*
Вивчення міжвидових взаємовідносин у біоценозах показують, що окремі їх категорії часто важко розрізняються й нерідко переходять одна в одну. Найбільш складні біотичні зв’язки існують у високоорганізованих тварин - звірів, птахів і комах.
На використанні деяких форм міжвидових зв’язків у біоценозах основані методи впливу на тварин, зокрема біологічний спосіб боротьби зі шкідниками сільського і лісового господарства. Цей метод має суттєві переваги перед іншими (особливо перед хімічними), оскільки при його застосуванні навколишнє середовище не забруднюється пестицидами, які негативно впливають на інші організми, в тому числі й на людину.
Біоценоз – це сукупність ПОПУЛЯЦІЙ різних видів рослин, тварин та мікроорганізмів, які мешкають разом на певній території (біотопі).
ПОПУЛЯЦІЯ – це елементарне угруповання організмів одного виду, яке володіє всіма необхідними умовами для підтримки своєї чисельності безмежно довгий час у постійно змінюваних умовах середовища. Популяції тварин мають певну СТРУКТУРУ і ГЕНЕТИЧНУ ХАРАКТЕРИСТИКУ. Основними параметрами популяції є її ЧИСЕЛЬНІСТЬ і ЩІЛЬНІСТЬ. Чисельність популяції - це загальна кількість особин на всій території, яку займає дана популяція. Щільність популяції визначається як кількість особин на одиницю площі або об’єму. І чисельність і щільність популяції постійно змінюються. Коливання чисельності особин в популяціях викликаються різними причинами. Основними з них є: наявність доступної їжі, наявність або відсутність харчових конкурентів, хижаків і паразитів, дія кліматичних факторів. Крім того, динаміка чисельності залежить від співвідношення між народжуваністю і смертністю, а також від здатності популяції до розселення. На ступінь народжуваності і смертності впливають, в свою чергу, структури популяції - співвідношення самців і самок, кількість молодих і старих особин. Отже, популяція є не простим конгломератом особин, а складною системою, яка здатна до ГОМЕОСТАЗУ - тенденції підтримувати внутрішню стабільність з допомогою власних внутрішніх механізмів регуляції.
За структурою популяції можна судити про її подальшу долю на певному відрізку часу. Так, переважання старих особин свідчить про згасання популяції. Збалансованість же народжуваності й смертності призводить до незначних коливань чисельності. Хоч іноді можуть бути “спалахи чисельності”, пов’язані з бурхливим розвитком даного виду. Завдяки знанням цих закономірностей можна впливати на популяції промислових видів тварин - риб, птахів і звірів, збільшуючи чи, навпаки, зменшуючи їх здобич.
Всім зрозуміло, що первинним джерелом зовнішньої енергії, без якої неможливе життя на нашій планеті, є світлове і теплове випромінювання Сонця. Кожен живий організм отримує цю енергію або у прямому, або у зміненому вигляді, а потім передає її іншим організмам або виділяє у зовнішнє середовище. При цьому першими використовують сонячну енергію зелені рослини. Вони її засвоюють з допомогою ФОТОСИНТЕЗУ, перетворюючи у органічні речовини (тому їх і називають ПРОДУЦЕНТАМИ, або виробниками). Але вже рослини змушені частину цієї енергії витрачати на дихання. Другими на черзі споживачами енергії є тварини (тому їх інакше називають КОНСУМЕНТАМИ), які вживають в їжу тканини або соки рослин. Таких тварин називають ФІТОФАГАМИ, або РОСЛИННОЇДНИМИ (або консументами 1-го порядку); серед них є представники різних класів: круглих червів, комах, рослиноїдних молюсків, травоїдних ссавців (гризуни, копитні). З засвоєних речовин їжі (а засвоюється лише відносно невелика її частина), фітофаги будують речовини свого тіла, тобто використовують сонячну енергії у хімічно “законсервованому” вигляді. Вони в процесі життєдіяльності також витрачають частину енергії на дихання, а залишкова її частина використовується іншими споживачами, які утворюють третій рівень використання енергії. Це - ЗООФАГИ, або М’ЯСОЇДНІ тварини (або консументи 2, 3, 4 порядків), які живляться іншими тваринами. До зоофагів відносяться хижаки і паразити. Їх також можна поділити на декілька груп. Наприклад, хижий жук, який їсть рослиноїдну гусінь, може бути позначений як хижак 1-го порядку (і консумент 2-го порядку). Комахоїдний птах, який з’їв цього хижого жука, буде вже хижаком 2-го порядку (і консументом 3-го порядку). А який-небудь сокіл, що з’їв цю пташку, буде хижаком 3-го порядку (і консументом 4-го порядку). Як ми бачимо, між перерахованими організмами існують дуже тісні харчові зв’язки, по яких, як по каналах, розтікається енергія, що була накопичена зеленими рослинами, частина якої втрачається в процесах обміну речовин і дихання, і у кінцевому результаті буде повернута у зовнішнє середовище у вигляді теплової енергії.
Але використання енергії, яка була сконцентрована у тілі рослин і тварин, на цьому не закінчується. Після їх смерті за мертві органічні речовини (а в них ще є досить велика кількість енергії) беруться тварини - САПРОФАГИ і бактерії (яких ще називають РЕДУЦЕНТАМИ, або ДЕСТРУКТОРАМИ). Напіврозкладені залишки рослин у верхніх шарах ґрунту - детрит - використовуються багатьма безхребетними тваринами, грибами і ґрунтовими бактеріями. Трупи тварин поїдають НЕКРОФАГИ (мухи, жуки-мертвоїди, стерв’ятники, гієни), а екскременти - КОПРОФАГИ (жуки-гнойовиками, личинки мух тощо). Як бачимо, всі живі і мертві організми знаходять, таким чином, своїх споживачів і це може продовжуватись безперервно на протязі багатьох мільйонів років.
Та частина енергії, яка засвоюється живими організмами, як ми бачимо, досить незначна. Тварини використовують лише біля 10 % енергії, яка потрапляє до них з попереднього рівня, оскільки вся інша енергія використовується на процеси обміну речовин (на дихання та виділення). Тому у харчових ланцюгах відбуваються постійні і прогресуючі втрати енергії, яка була накопичена зеленими рослинами.
На відміну від енергетичного потоку, який пронизує всі екосистеми і біосферу в цілому і виходить у космічний простір, речовина у біосфері здійснює циклічні перетворення, або КОЛООБІГ. Цікаво, що кількість речовини, яка приймає участь у колообігах, залишається постійною на протязі цілих геологічних періодів, тобто сотень мільйонів років. Це означає, що у біосфері здійснюється багаторазовий колообіг речовин. Власне у колообігах приймають участь не самі речовини, а елементи, які їх утворюють - карбон, гідроген, нітроген тощо. Живі організми біосфери приймають участь і у так званому малому або біологічному колообігу. У самому загальному вигляді цей біологічний колообіг можна описати таким чином.
Рослини, поглинаючи воду, а разом з нею розчинені у ній солі, а також вуглекислий газ з атмосфери, з допомогою сонячної енергії створюють органічні речовини. Тварини, поїдаючи рослини, засвоюють ці органічні речовини, певна річ, розщеплюючи їх у процесі травлення (як це ми вже бачили раніше) і потім знову синтезуючи “по-своєму”, перетворюючи у органічні сполуки, які притаманні тваринним організмам. Після смерті тварин і відмирання рослинної маси трупи і детрит споживаються сапрофагами, знову проходячи етапи розщеплення та нового синтезу. В кінці кінців органічні сполуки будуть розкладені бактеріями і доведені до рівня неорганічних речовин (солей), які увійдуть у новий цикл, або кругообіг, у якості їжі для інших рослин. Таким чином, елементи багаторазово проходять через різні рівні споживачів в одній і тій же послідовності. У цьому і полягає сенс колообігу речовин.
Маючи уявлення про потік енергії і колообіг речовин у біосфері, неважко з’ясувати місце і роль тварин у цих процесах. тварини, як споживачі готових органічних сполук, приймають безпосередню участь у перерозподілі енергії і речовини у біосфері. Однак, вони не тільки споживають і руйнують органічні речовини, але й сприяють переміщенню різних хімічних елементів, які в них можуть накопичуватись. В цьому й полягає їх біосферна роль.
Все це, взяте разом, дозволяє зробити висновок про те, що тварини є абсолютно необхідним компонентом біосфери.
*
КОНКУРЕНЦІЯ - це взаємовідносини між організмами, при яких вони у боротьбі за джерела їжі, територію або статевого партнера впливають один на одного негативно. На цьому ґрунтуються багаточисельні випадки витіснення одного виду іншим, які спостерігаються у природі. Так, у наших водоймах вузькопалий рак витісняє широкопалого, оскільки перший вид більш плодовитий і краще пристосований до сучасних умов середовища.
ХИЖАЦТВО - така форма міжвидових відносин, коли один вид існує за рахунок іншого - здобуває й поїдає свою жертву. Хижаки можуть бути спеціалізованими (тобто вживати лише чітко визначену здобич) або неспеціалізованими (багатоїдними). Наприклад, скопа (хижий птах) живиться лише рибою, а от вовк - багатоїдний хижак.
ПАРАЗИТИЗМ - взаємовідносини між організмами, коли один вид тварини (паразит) живе за рахунок іншого (хазяїна), оселяючись на його поверхні або всередині його тіла. Відповідно всіх паразитів й поділяють на ЗОВНІШНІХ ( або ЕКТОПАРАЗИТІВ - кліщі, воші, блохи, п’явки) і ВНУТРІШНІХ (або ЕНДОПАРАЗИТІВ - багаточисельні найпростіші, гельмінти тощо). Паразит не вбиває свого хазяїна, а лише живиться за його рахунок довгий час. Досить часто в одному хазяїні можуть спільно жити багато різних паразитів. Паразитизм може бути постійним чи тимчасовим (факультативним).
КОМЕНСАЛІЗМ (НАХЛІБНИЦТВО) - це біотичні взаємовідносини на базі харчових зв’язків, при яких тільки один з партнерів отримує якийсь зиск. Для другого ці відносини байдужі. Прикладом можуть слугувати взаємовідносини між зерноїдними птахами та копитними звірами. Горобці, жайворонки, вівсянки вибирають з гною неперетравлені зерна рослин і таким чином залежать від копитних тварин. Теж саме спостерігається і у хижаків: песці доїдають залишки їжі після білого ведмедя, а грифи та гієни - за левами тощо.
АМЕНСАЛІЗМ (КВАРТИРАНСТВО) - просторове співіснування (співмешкання) двох видів, корисне для одного і байдуже для другого. Харчових взаємовідносин при цьому не спостерігається. Відомими прикладами квартиранства є поселення риб-прилипал на шкірі акул або полипів на черепашках молюсків.
МУТУАЛІЗМ (СИМБІОЗ) - співмешкання різних видів тварин, яке вигідне для обох партнерів. Класичний приклад цього типу - співмешкання актиній і раків-самітників. Інший приклад - симбіоз мурашок з тлями. Мурашки при цьому виступають у ролі захисників своїх годувальників - тлі, виробників цукристих виділень, якими ласують мурашки.
1.3. ФАКТОРИ СЕРЕДОВИЩА ТА ЇХ ВПЛИВ НА ОРГАНІЗМИ ТВАРИН
Всі фактори середовища в якому існують живі організми (біотоп) і які впливають на них, як Ви вже знаєте, отримали назву ЕКОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ. Вам також відомо, що їх поділяють на три групи:
1. АБІОТИЧНІ, або фактори НЕЖИВОЇ ПРИРОДИ (температура, вологість, течії, тиск, світло, вміст кисню і вуглекислого газу тощо);
2. БІОТИЧНІ, або фактори ЖИВОЮ ПРИРОДИ (тобто взаємний вплив живих організмів один на одний, наприклад, тварин на рослини, або одних тварин на інших);
3. АНТРОПІЧНІ (це вплив діяльності людини на тварин, рослини чи їх середовище існування).
Крім того, абіотичні фактори середовища слід поділити на УМОВИ та РЕСУРСИ. УМОВИ - це практично невичерпна частина абіотичних факторів середовища, яку один організм у іншого відібрати не може. Наприклад, вода для водних організмів, тиск, вологість, температура для наземних. РЕСУРСИ - це вичерпна частина абіотичних факторів середовища, і оскільки кількість ресурсів у даному середовищі обмежена, саме за них між організмами (тваринами або рослинами) йде БОРОТЬБА ЗА ІСНУВАННЯ (наприклад, обмежені запаси прісної води на суші, кількість елементів мінерального живлення у ґрунті тощо). Крім того, всі фактори середовища діють на організми тварин не окремо, а у поєднанні між собою.
У процесі еволюції тварини змогли пристосуватись до дії цих факторів середовища. Але вони дуже мінливі. Наприклад, температура повітря чи води постійно коливається на протязі доби. Нормальне існування організмів можливе лише при таких змінах екологічного фактора, які розташовані між їх максимальними і мінімальними значеннями. Ці значення і є МЕЖАМИ ВИТРИВАЛОСТІ ВИДУ (або МЕЖАМИ ТОЛЕРАНТНОСТІ) по відношенню до даного фактора, за межами якого його життя стає неможливим (мал....).
Між мінімумом і максимумом, які обмежують можливості існування тварини, розташована відносно вузька зона ОПТИМУМУ, найбільш сприятлива для нього. Між зоною оптимуму і кордонами, які обмежують існування даного виду, розташована зона ПЕСИМУМУ, у якій умови існування організму набагато гірші (мал....).
За здатністю заселяти середовище, яке характеризується тими чи іншими змінами екологічних факторів, тварини поділяються на види з низькою і високою екологічною валентністю (вузькими чи широкими межами толерантності). Види з вузькими межами витривалості можуть переносити коливання факторів середовища лише у обмеженому обсязі. Такі види прийнято називати СТЕНОБІОНТНИМИ. Прикладом стенобіонтів можуть слугувати рифоутворюючі корали, які населяють лише тропічну зону морів і океанів. Вони дуже вибагливі щодо температури, солоності й прозорості води.
У протилежність цьому, види, які здатні переносити значні коливання умов середовища, називають ЕВРІБІОНТНИМИ. Такими є, наприклад, лисиця, яка здатна жити і у горах, і на рівнинах, і к степу, і у лісі, причому у різних кліматичних зонах.
Ті фактори середовища, які обмежують існування і розповсюдження видів тварин, називають ЛІМІТУЮЧИМИ, або ОБМЕЖУЮЧИМИ. Цими факторами можуть бути занадто низька, або навпаки, занадто висока температура, невідповідний грунт (для видів, які живуть у ґрунті), відсутність звичайної їжі тощо. Однак живі організми можуть пристосовуватись до мінливих обставин або змінювати навколишнє середовище таким чином, щоб послабити лімітуючу дію температури, вологості, тиску, світла чи інших факторів. Це явища отримало назву КОМПЕНСАЦІЇ факторів. Компенсація факторів, як правило, можлива на рівні популяцій.
1.4. ТВАРИННИЙ ОРГАНІЗМ
Подібно до біосфери, яка, як цілісне утворення, має свої структурні підрозділи (екосистеми, біогеоценози, біоценози тощо), організм будь-якої тварини, як цілісної системи, також має певні структурні підрозділи (системи органів, органи), які і дозволяють йому зберігати свою цілісність в умовах середовища, які постійно змінюються. Ця здатність підтримувати ГОМЕОСТАЗ (відносну сталість внутрішнього середовища) притаманна будь-якому ЖИВОМУ ОРГАНІЗМУ і є головною у його функціонуванні. Вона забезпечується завдяки процесам САМОРЕГУЛЯЦІЇ – автоматичному підтримуванні життєво важливих функцій організму на сталому рівні.
Виділяють такі функціональні системи організму тварини: опорно-рухова, травна, дихальна, транспортна (кровоносна), система регулювання хімічного складу (видільна), статева та системи регуляції функцій (нервова та ендокринна).
Чому саме ці?
Тіла тварин побудовані певним чином і мають більш менш специфічну форму, що слугує основою для всіх операцій і процесів. Зовнішній шар тканин утворює шкіру різною товщини та щільності. У багатьох тварин існує ще й внутрішня опорна система - скелет. Скелет (зовнішній та внутрішній) та м’язи дозволяють тваринам виконувати різноманітні рухи та пересуватися у просторі.
Крім опорної системи, тварині необхідні ті чи інші види “палива”, тобто їжа. Вона здобувається у навколишньому середовищі з допомогою таких дій як пошук, переслідування, проковтування здобичі. Але перш ніж їжа увійде до складу тіла тварини, вона повинна пройти ряд перетворень. Цей процес, який називають ТРАВЛЕННЯМ, являє собою механічне та хімічне подрібнення їжі на молекули, які у подальшому й підуть на безпосереднє виробництво енергії, ріст та розвиток організму.
Для того, щоб отримати таку необхідну енергію, треба окислити отримані речовини. Для цього потрібен постійний приток кисню. Крім того, при окисленні речовин виділяється вуглекислий газ і його треба постійно видаляти з організму. Отримання кисню та видалення вуглекислого газу - головна функція дихальної системи, яка у водних тварин представлена зябрами, а у наземних - легенями або трахеями.
Більшості тварин потрібна особлива система кровообігу, яка і доставляє необхідні речовини до різних систем органів, окремим органам та тканинам. Тому кровоносні судини й серце надзвичайно важливі для організму і порушення їх роботи швидко призводить до його смерті. Але для підтримання життєдіяльності та якісної роботи вищезгаданих систем недостатньо, бо жива механіка занадто складна і потребує спеціальної регуляції та контролю. Особливо важливою є регуляція хімічного складу тканин, оскільки життя організму можливе лише при певній концентрації солей та інших неорганічних сполук. Тому нормальне існування високоорганізованих тварин підтримується точною регуляцією іонного складу соків їх тіла. Ця регуляція водного і іонного балансу організму звичайно виконується нирками, на долю яких випадає також і очищення крові від продуктів обміну речовин.
Всі структури тіла тварини рано чи пізно зношуються і організм вмирає. Однак більш частими причинами загибелі тварин є хвороби, хижаки та випадок. Але загибель одного організму не означає загибелі виду в цілому тому, що одночасно з цим з’являються нові покоління тварин. Відтворення собі подібних потребує від дорослих тварин великих енергетичних витрат. При цьому з’являються (завдяки статевому процесу) не точні копії батьківських організмів. При цьому у багатьох тварин є особливі органи, які забезпечують благополучне виживання нащадків.
Сукупність органів - це ще не тварина. Бо є необхідність у координації мільярдів процесів, що відбуваються у організмі. Деякі регулюючі процеси йдуть швидко, у якісь долі секунди, інші - продовжуються на протязі годин або й днів, але й вони потребують такої ж самої чіткої координації. У відповідності до цих вимог у організмі діє ряд механізмів, що здійснюють регуляцію м’язових скорочень, секреторної діяльності залоз і ритмів роботи інших органів. Така регуляція досягається шляхом переносу від однієї частини тіла до іншої особливих “молекулярних послань”, які виробляються ендокринною системою. Ці “послання” або мають широку, неспецифічну дію, або навпаки, регулюють роботу лише певного органа. Координація швидких рухів і дій досягається більш спеціалізованими сигналами, які розповсюджуються по поверхні нервових клітин. Тому у більшості тварин є добре виражена нервова система. Її задача - проводити тисячі і тисячі сигналів у прямо протилежних напрямках для підтримання правильної роботи всіх частин організму в особливому скоординованому ритмі. Нервова система, більше ніж якась інша, робить тварини тим, чим вони є - незалежними “операторами”, організмами, що діють за своєю ініціативою.
1.5. ОБМІН РЕЧОВИН ТА ЕНЕРГІЇ ЯК ОСНОВА
ЖИТТЄДІЯЛЬНОСТІ ОРГАНІЗМУ.
Для підтримання ГОМЕОСТАЗУ (стану динамічної рівноваги внутрішнього середовища) організму постійно потрібна енергія, яку він може отримати лише із зовнішнього середовища. Тому організми являють собою відкриті системи, що здійснюють постійний ОБМІН РЕЧОВИН та ЕНЕРГІЇ з навколишнім середовищем, який полягає у поглинанні рідких і твердих речовин (ТРАВЛЕННЯ), газообміні (ДИХАННЯ), транспорті сполук (ЦИРКУЛЯЦІЯ), їх хімічному перетворенні та виділенню з організму продуктів обміну речовин (ЕКСКРЕЦІЯ) (саме тому організму і потрібні всі вищезгадані системи органів). Під ОБМІНОМ РЕЧОВИН розуміють, таким чином, сукупність змін, які відбуваються з речовинами з моменту їхнього надходження до організму з навколишнього середовища до моменту утворення кінцевих продуктів розпаду і виведення їх з організму.
Усі процеси життєдіяльності організму (скорочення м’язів, травлення, дихання та інші) супроводжуються розпадом молекул органічних речовин. Тому цілком зрозуміло, що життя будь-якої клітини, органа і цілісного організму можливе лише за умов своєчасного і повного їхнього відновлення. Процеси, в результаті яких відбуваються утворення органічних речовин, необхідних для росту, відновлення клітин і забезпечення їхніх функцій називають АСИМІЛЯЦІЄЮ, або АНАБОЛІЗМОМ. Але ріст, відновлення структур та функціональна активність клітин може здійснюватись лише за допомогою енергії, яка утворюється під час процесів ДИСИМІЛЯЦІЇ, або КАТАБОЛІЗМУ – розщеплення органічних речовин на простіші сполуки. Саме тому обидва процеси – АСИМІЛЯЦІЯ та ДИСИМІЛЯЦІЯ – є двома взаємопов’язаними сторонами ОБМІНУ РЕЧОВИН.
Завдяки тому, що в природі діє ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕНЕРГІЇ, згідно з яким енергія не виникає і не зникає, а лише перетворюється з одного виду на інші, найдосконалішим організмом є не той, який здатний найкращим чином реалізувати якусь одну функцію, а той, що може швидко перебудуватися у відповідності з умовами існування, які швидко змінюються. Тому головним принципом функціонування будь-якого організму є: ПОСИЛЕННЯ ОДНІЄЇ ФУНКЦІЇ ВЕДЕ ДО ПОСЛАБЛЕННЯ ІНШОЇ АБО ВСІХ ІНШИХ, УЗЯТИХ РАЗОМ. Таку взаємодію функцій слід вважати конкурентною, оскільки одна функція реалізується за рахунок інших. У більшості випадків тварини намагаються реалізувати таку стратегію, коли функції є взаємодоповнюючими (оптимальний варіант). Удосконалення організмів при цьому досягається за рахунок об’єднання багатьох можливостей, а не використанням однієї, удосконаленої нехай навіть й на самому високому рівні.
Всі функції організму можна поділити на:
1. ті, що забезпечують життєдіяльність самого організму (тобто функціонування всіх органів і систем);
2. ті, що забезпечують відтворення організму (тобто пов’язаних з розмноженням).
1.6. БУДОВА ТВАРИННОЇ КЛІТИНИ
Уважне вивчення будь-якої тварини показує, що всі вони (так як і рослини) складаються мікроскопічних комірок організованого життя, які називають КЛІТИНАМИ. Звичайно розміри цих клітин не перевищують декількох мікронів (1мкм = 10-6 м), а мембрани, які їх оточують настільки тонкі, що побачити їх можна лише у найбільш сильний світловий мікроскоп. Хотілося б також нагадати, що багато живих організмів (бактерії, наприклад) складаються лише з однієї клітини (а віруси - лише з частини клітини). Однак більшість тваринних організмів складається з тисяч, а то й мільйонів клітин, які об’єднані у десятки і сотні чітко визначених типів. Тому самостійно, поза межами організму, частиною якого вони є, існувати вони не можуть. Лише діючи разом, у взаємозв’язку з іншими клітинами, вони дозволяють тварині робити те, що неможливо для дуже просто побудованої колонії бактерій.
Як же побудована клітина тваринного організму і у чому її відмінність від клітин рослин?
За формою клітини тварин дуже різноманітні. Це обумовлено їх пристосуванням до виконання специфічних функцій у різних тканинах і органах. Форма клітин більш менш постійна і характерна для кожного типу. Прикладом можуть слугувати епітеліальні або нервові клітини, одноклітинні тварини інфузорії. Деякі ж клітини, як, наприклад, амеба, мають мінливу форму.
Так як і рослинні клітини, клітини тварин відокремлені від зовнішнього середовища ПЛАЗМАТИЧНОЮ МЕМБРАНОЮ і містять ЯДРО і ЦИТОПЛАЗМУ (мал. 1). Цитоплазма складається з основної речовини (ГІАЛОПЛАЗМИ), ОРГАНОЇДІВ та ВКЛЮЧЕНЬ. Останні являють собою продукти життєдіяльності клітини - крапельки жиру, глікогену (тваринного крохмалю), білкові кристали, пігменти тощо. Включення тимчасово не беруть участь у активному клітинному метаболізмі і є резервними речовинами. Органоїди ж присутні практично у всіх клітинах і виконують важливі специфічні функції у обміні речовин та енергії. Для них характерна певна структура.
МЕМБРАНИ. Кожна клітина відокремлена від середовища ПЛАЗМАТИЧНОЮ МЕМБРАНОЮ, завтовшки 7-10 нанометрів. Але на відміну від рослинних клітин у тваринних клітин немає захисного слою - целюлозної клітинної стінки, яка виділяється зовнішньою поверхнею мембрани клітин рослин. Розглянути більш детально будову клітинної мембрани дозволяє лише електронний мікроскоп. На електронно-мікроскопічних фотографіях ці мембрани мають вид трьохполосних стрічок. Як показали подальші дослідження зовнішні шари цього “пирога” складаються з білкових молекул, а середній - з молекул жиру. І хоча хімічна і фізична природа мембран вивчена ще не повністю, можна вважати, що всі плазматичні мембрани живих клітин побудовані однаково.
Функції цих клітинних мембран різноманітні. Перш за все, мембрани є живою оболонкою, що відділяє внутрішнє середовище клітини від зовнішнього середовища. В той же час, мембрани мають властивості вибіркової проникності, тобто здатності пропускати через себе одні речовини і затримувати інші. Мембрани є живим насосом, який накачує до клітини чи відкачує з клітини деякі фізіологічно важливі речовини. Мембрани - це й своєрідна біоенергетична “фабрика”, яка перетворює, запасає і витрачає енергію. Накінець, мембрани - це дуже чутливий приймальник і перетворювач світлових, звукових, механічних та хімічних сигналів, які поступають із зовнішнього середовища. Практично мембрани беруть участь у любих біологічних процесах, що протікають у клітинах.
ЦИТОПЛАЗМА. Як було вже зазначено вище, цитоплазма складається з основної речовини (гіалоплазми), органоїдів та включень). Гіалоплазма, що утворює напіврідке внутрішнє середовище клітини, включає в себе неорганічні і органічні сполуки. З неорганічних сполук слід, перш за все, відмітити воду, яка складає в середньому до 60-70 % від маси клітини. Крім води у гіалоплазмі присутні різні іони (К+, Na+, Ca2+ і багато інших). Органічні сполуки у гіалоплазмі представлені жирами, вуглеводами та білками. З останніх утворюються мікротрубочки та мікрофібрили, які складають ЦИТОСКЕЛЕТ клітини. Розташовуючись певним чином у гіалоплазмі, вони допомагають клітині зберігати свою форму і пересуватись (що притаманне одноклітинним організмам, а також лейкоцитам - білим клітинам крові).
ОРГАНОЇДИ ЦИТОПЛАЗМИ.
ЕНДОПЛАЗМАТИЧНА СІТКА. Клітини тварин мають більш менш широко розвинутою системою трубочок і цистерн, які відокремлені від цитоплазми плазматичними мембранами. Іноді окремі частини цієї системи відриваються від неї і виглядають окремими пухирцями. Вся оця система в цілому зветься ЕНДОПЛАЗМАТИЧНОЮ СІТКОЮ. Поверхня мембран ендоплазматичної сітки під електронним мікроскопом виглядає по-різному. Одні трубочки мають шершаву поверхню, а інші - гладеньку. Відповідно їх і називають шершавою (гранулярною) і гладенькою (агранулярною) ендоплазматичною сіткою. Один тип сітки може переходити в інший. Різниця у зовнішньому вигляді двох типів ендоплазматичних трубочок обумовлена тим, що елементарні мембрани шершавої сітки вкриті РИБОСОМАМИ. На рибосомах відбувається синтез (утворення) білків, які необхідні клітині. Це одна з найбільш важливих функцій ендоплазматичної сітки. Тут можуть синтезуватися і жири. Крім того, ендоплазматична сітка слугує місцем зберігання, концентрації і переносу продуктів синтезу, які утворились на її мембранах.
Особлива частина ендоплазматичної сітки утворює так званий АПАРАТ ГОЛЬДЖІ, який утворений гладенькими мембранами. Під мікроскопом він має вигляд стопки дископодібних цистерн. Тут утворюються вуглеводи.
Необхідно відмітити, що ендоплазматична сітка нерідко утворює загальну цистерну, яка оточує ядро клітини, а з іншого боку підходить до периферійної мембрани клітини. В результаті цього об’єднуються не тільки виробництво, а й транспорт (перенос) різних речовин по всій клітині.
ЛІЗОСОМИ. Це органоїди клітини, які оточені елементарною мембраною і містять в собі різні ферменти, тобто спеціальні білки, що розщеплюють інші білки, а також жири, вуглеводи і інші речовини. Вони відіграють важливу роль у процесі внутрішньоклітинного перетравлення. У живій цілісній клітині мембрани лізосом перешкоджають виходу ферментів до цитоплазми і зберігають клітину від самоперетравлення. У відмираючої клітини або при розриві мембран ферменти вивільняються і руйнують клітину. Цим, почасти, пояснюється перетравлювання мертвих і відмираючих клітин, а також розсмоктування клітин, яке відбувається під час метаморфозу у хвості пуголовка, наприклад.
МІТИХОНДРІЇ. Їх містять всі живі клітини одноклітинних і багатоклітинних тваринних організмів. Вони можуть мати кулясту, паличкоподібну або ниткоподібну форму, і також вкриті мембраною. Але на відміну від інших органоїдів цитоплазми мембран в них дві : поверхнева - гладенька, і внутрішня - з чисельними зморшками і виступами, які звуться КРІСТАМИ. Ці органоїди рухливі і накопичуються в тих частинах клітини, де це більш необхідно. Кількість їх у клітині може змінюватись - від декількох десятків до декількох тисяч.
Мітохондрії є “електростанціями” клітини, тобто головними центрами, де потенційна енергія поживних речовин перетворюється в таку необхідну кожній клітині ЕНЕРГІЮ, без якої неможлива нормальна життєдіяльність любої живої клітини.
ЯДРО. Його містить кожна клітина тваринного організму. Нерідко в клітині може бути два, а то й більше ядер. Ядро, так як і мітохондрії, оточене двома елементарними мембранами (зовнішньою і внутрішньою) з чисельними порами. Кожна пора є тими “воротами”, через які проходить вихід і вхід різних речовин до ядра. Зовнішня ядерна мембрана з зовнішньої сторони вкрита рибосомами. Всередині ядра знаходиться ядерний сік - КАРІОПЛАЗМА, в якому розташовані ЯДЕРЦЯ (їх може бути декілька) і ХРОМОСОМИ (тільця, що здатні забарвлюватись і які містять одиниці спадковості - ГЕНИ). Кількість хромосом у ядрі любого виду тварин завжди постійна.
Щоб з’ясувати роль ядра в житті клітини, його можна видалити й поспостерігати, як буде вести себе без’ядерна клітина. Така операція була проведена на амебі. Тварина, що була позбавлена ядра, продовжувала жити і рухатись, але ріст її припинявся і через декілька днів наступала загибель. Таким чином, ядро вкрай необхідно для росту і поділу клітин. Ядро контролює активність інших компонентів клітини, від яких залежить структура та функції всієї клітини.
В цитоплазмі тваринної клітини, як ви вже могли помітити, немає таких органоїдів, як ВАКУОЛІ і ПЛАСТИДИ. Наявність цих двох органоїдів та клітинної оболонки і відрізняє РОСЛИННУ клітину від ТВАРИННОЇ. В усьому іншому вони дуже схожі. І так же, як життєдіяльність рослинної клітини лежить в основі існування любого рослинного організму, життєдіяльність тваринної клітини лежить в основі цілого тваринного організму.
1.7. ТКАНИНИ ТВАРИННОГО ОРГАНІЗМУ
Проаналізувати роботу навіть однієї клітини тваринного організму дуже важко з тієї причини, що в межах її мікроскопічно малого об’єму одночасно проходить величезна кількість різних процесів. Завдання це можна спростити, якщо розглядати всі функції по черзі. Цей підхід полегшує та обставина, що між клітинами організму існує ефективний розподіл праці - вони в тій чи іншій мірі спеціалізовані для виконання певних функцій, життєво важливих для тварини. Тому організм можна розглядати як СУКУПНІСТЬ СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КЛІТИН. Групи однаково спеціалізованих клітин, подібних до тих, які утворюють, наприклад, хрящ або м’язи, мають назву ТКАНИН.
При всій різноманітності тканин їх можна звести до чотирьох основних типів: ЕПІТЕЛІАЛЬНОЇ, СПОЛУЧНОЇ, М’ЯЗОВОЇ та НЕРВОВОЇ. У нижчих багатоклітинних тварин, кишково порожнин-них, наприклад, між окремими типами тканин ще не можна провести чітких кордонів. У процесі еволюції відбувається подальша диференціація тканин.
Розглянемо більш детально вищезгадані типи тканин.
ЕПІТЕЛІАЛЬНІ ТКАНИНИ.
Епітеліями називають об’єднання клітин, які вкривають поверхню тіла та вистилають його порожнини. Клітини в них щільно притиснуті одна до одної, міжклітинна речовина між ними відсутня, а кровоносні судини до епітелію не проникають. Самі епітеліальні клітини своїми основами лежать на тонковолокнистій БАЗАЛЬНІЙ МЕМБРАНІ, яка утворюється з позаклітинного матеріалу. Через своє відкрите положення епітелій швидко зношується, але здатний до відновлення за рахунок так званих КАМБІАЛЬНИХ КЛІТИН, які в ньому є.
Функції епітеліїв дуже різноманітні. Часто вони відіграють ЗАХИСНУ роль, як у зв’язку зі своїм поверхневим положенням, так і завдяки здатності виділяти бактеріостатичні речовини. Нерідко вони містять рецепторні клітини, які сприймають подразнення. Однією з важливих функцій епітеліїв є поглинання та виведення різноманітних речовин. Відповідно до функцій виглядає і структура епітеліїв. Розрізняють ПОКРИВНІ та ЗАХИСНІ епітелії, епітелії що містять рецептори, ВСИСНІ та ЕКСКРЕТОРНІ (ВИДІЛЬНІ) епітелії.
За своєю морфологією, точніше за формою клітин та кількістю шарів клітин, епітелій поділяють на: ПЛОСКИЙ, КУБІЧНИЙ та ЦИЛІНДРИЧНИЙ (мал.....). Якщо клітини епітелію розташовані в один шар (як у більшості безхребетних тварин), епітелій називають ОДНОШАРОВИМ. У хребетних тварин епітелій звичайно є БАГАТОШАРОВИМ. З окремих типів епітелію побудовані певні органи. Сильно сплощені епітелії вистилають кровоносні та лімфатичні судини, порожнини тіла і легеневі альвеоли, а для кишкового тракту майже сіх тварин є характерним циліндричний епітелій.
На вільній поверхні епітеліальних клітин часто бувають розташовані ДЖГУТИКИ або ВІЙКИ. Такий війчастий епітелій є у більшості вищих багатошарових тварин, крім членистоногих та круглих червів.
СПОЛУЧНІ ТКАНИНИ.
Під сполучними тканинами розуміють ряд форм тканин, які з’єднують, з одного бокую, різні органи між собою, а з другого – формують скелет. Сюди ж відносять і клітини крові. Сполучні тканини характеризуються великою кількістю міжклітинного матеріалу, який складається з безструктурної основної речовини і волокон.(мал....). Особливої складності сполучні тканини досягають у хребетних тварин, з якої в них утворюється хрящовий та кістковий скелет. Між сполучними тканинами різних типів є перехідні форми.
Розрізняють ПУХКІ та ЩІЛЬНІ сполучні тканини. До пухкої відносяться жир, кров, лімфа. До щільної – сухожилля, хрящі та кістки, з будовою яких ми познайомимося пізніше.
М’ЯЗОВІ ТКАНИНИ.
Невід’ємною рисою переважної більшості тварин є РУХОМІСТЬ. Ця здатність базується на наявності у тварин м’язових клітин, здатних скорочуватись у відповідь на сигнали, які надходять до них від нервової системи. Завдяки м’язовим тканинам можливі різні типи рухів як всього організму, так і окремих його частин. М’язові тканини виконують також опорну функцію, підтримуючи весь організм та окремі його органи у певному положення, а також захищають внутрішні органи (мал.....). Більш детально з їх будовою ми познайомимось пізніше.
НЕРВОВА ТКАНИНА.
Гармонійна робота всіх частин тіла тварин обумовлена діяльністю спеціалізованих систем, які контролюють функції всіх органів. Головна роль в цьому відводиться НЕРВОВІЙ СИСТЕМІ, яка складається з НЕРВОВОЇ ТКАНИНИ. Нервова тканина здатна сприймати різноманітні подразнення і проводити нервові сигнали до різних частин організму, які певним чином на них реагують. Вона складається з особливих НЕРВОВИХ КЛІТИН, або НЕЙРОНІВ, які мають різну кількість відростків, і з будовою яких ми також познайомимось пізніше (мал.....).
ОРГАНИ ТА ЇХ СИСТЕМИ. ОРГАНІЗМ ЯК ЦІЛЕ.
Розподіл праці між клітинами та їх морфологічна диференціація призводить до об’єднання клітин до більш складних одиниць – ОРГАНІВ, які виконують ті чи інші певні функції (нирки, очі або кістки, наприклад). Декілька органів які разом виконують певну функцію, складають СИСТЕМУ ОРГАНІВ, травну чи опорно-рухову, наприклад. Комплекс же систем, пов’язаних між собою утворює ОРГАНІЗМ. Це стає можливим завдяки виникненню в процесі еволюції у тварин внутрішнього середовища, яке частково ізольоване від зовнішнього середовища шаром зовнішніх клітин. Завдяки цьому всі клітини, які складають тіло, об’єднуються в єдиний організм. Але це зовсім не означає, що зв’язки організму з середовищем повністю розриваються.