Общая характеристика класса Земноводных

При встрече с представительницами этого класса животных,  многие из вас брезгливо поморщатся или испуганно завизжат. Не зря ведь, даже в сказках прекрасную царевну злой колдун превращал в отвратительную лягушку, как антипод доброго и прекрасного.

Но время шло, люди становились умнее и мудрее,  и вместе с этим менялось их отношение к лягушке. Наверняка вы сильно удивитесь, узнав, как много памятников в мире установлено этой замечательной особе. На Земле есть памятники лягушке, в знак уважения и признательности за поистине неоценимые заслуги этого малоприметного создания, в медицинских, физиологических и фармакологических исследованиях, есть шуточные памятники лягушкам – литературным героям, есть целые музеи посвящённые им и рассказывающие о них.

Но сегодня мы поговорим о вкладе лягушек в развитие жизни на Земле. Ведь они первые освоили сушу, дав начало новому витку эволюции. А первым быть всегда трудно, но и почётно.

Произошло это столь замечательное событие почти 300 миллионов лет назад в девонском периоде палеозойской эры.

Обширные болота, возникшие на Земле к тому времени, доставляли своим обитателям немало хлопот. Ведь теплая вода содержит меньше кислорода, чем холодная, поэтому там, где в мелкой воде скапливается слишком много водных организмов, им очень скоро перестает хватать кислорода. Большинство примитивных костных рыб заглатывали воздух на поверхности воды. Тонкие кровеносные сосуды, обрамлявшие их горло, поглощали кислород непосредственно из воздуха. Со временем у первых костных рыб развились легкие, которые могли наполняться воздухом, и появились ноздри, через которые они этот воздух вдыхали.

Так что дышать кислородом воздуха животные научились  задолго до выхода  на сушу. Чтобы перейти от жизни в воде к жизни на суше, земноводные должны были научиться приподнимать свои тела над землей, дабы они могли ходить.

При водном образе жизни позвоночник животного служил опорой мышцам, задействованным при плавании, однако при этом всё его тело надежно опиралось на воду. На суше этой опоры не было, и вся структура тела должна была серьезно измениться, чтобы оно не оседало на землю между ног.

Давайте рассмотрим скелет лягушки и выделим основные черты его строения, позволившие земноводным выйти на сушу.

Прежде всего, это, конечно же, конечности: передние и задние. Они повёрнуты к низу, имеют сходное строение, кости подвижно соединены шаровидными суставами, дабы конечности могли наклоняться, отталкиваться и сгибаться — словом, совершать все движения, необходимые при ходьбе. Костная структура стопы имеет  увеличенную  опорную поверхность, что позволило равномернее распределять вес животного на суше. Вместе с тем появились пояса конечностей, прочно скрепляющие их с позвоночником, или непосредственно, как например, пояс задних конечностей, принимающий основную нагрузку при движении, или через мышцы, как пояс передних конечностей, меньше задействованный в движении.

Позвоночник состоит из четырёх отделов: шейного, туловищного, крестцового и хвостового. Особо надо отметить появление у земноводных одного шейного позвонка. Череп должен был отделиться от плеч, иначе он сильно сотрясался бы при ходьбе, а тем более при беге или прыжках.

Мышечная система амфибий отличается от таковой у рыб двумя особенностями:

Во-первых, развивается мощная и сложноорганизованная  мускулатура конечностей;

Во-вторых, в связи с усложнением движений, мускулатура тела значительно дифференцирована и характерная для рыб сегментация её нарушена.

В связи с утратой жаберного дыхания, видоизменились кости черепа. Жаберные крышки и жаберные дуги превратились в подъязычный скелет, так же участвующий в осуществлении механизма вдоха. Череп почти сплошь хрящевой, что, конечно же, не может обеспечить надёжную защиту головному мозгу.
Да и сам головной мозг мало изменился. Головной мозг земноводных имеет те же пять отделов, что и мозг рыб. Однако отличается от него большим развитием переднего мозга, который у земноводных разделен на два полушария.

Чтобы обеспечить ориентацию амфибий в водной и воздушной среде, заметно усовершенствовались их органы чувств. Для земноводных характерно наличие пяти основных чувств: зрения, слуха, обоняния, осязания и вкуса, кроме того, у личинок и у ведущих водный образ жизни взрослых земноводных важную роль играют органы боковой линии (сейсмосенсорная система).

Глаза амфибий имеют ряд особенностей, связанных с полуназемным образом жизни:

- подвижные веки защищают глаза от высыхания и загрязнения; при этом кроме верхнего и нижнего век имеется еще третье веко, или мигательная перепонка, расположенная в переднем углу глаза;

- есть гардерова железа, секрет которой смачивает роговицу, предохраняя её от высыхания;

- выпуклая (а не плоская, как у рыб) роговица и линзовидный (а не круглый, как у рыб) хрусталик, определяют более дальнозоркое зрение амфибий (интересно, что в воде роговица у амфибий становится плоской, так проявляется повышенное давление воды на их глаза);

- аккомодация зрения достигается, как у акул, смещением хрусталика под действием ресничного мускула.

Орган слуха земноводных еще в большей степени, чем глаза, отличается от соответствующего органа рыб. Это связано с тем, что воздух служит гораздо более плохим проводником звука, чем вода. Кроме внутреннего уха, он содержит второй отдел — среднее ухо, или барабанную полость, в которой помещается впервые появляющаяся у земноводных слуховая косточка — стремя. Как доказывают данные сравнительной анатомии и эмбриологии, полость среднего уха представляет собой видоизменившееся брызгальце, наружная часть которого несколько расширилась и затянулась тонкой барабанной перепонкой, а внутренняя сузилась и превратилась в евстахиеву трубу — узкий канал, конец которого, как и брызгальце, открывается в глотку. Одним концом стремя упирается в барабанную перепонку, другим — в овальное окно, которое представляет собой истонченный участок перегородки, разделяющей полости среднего и внутреннего уха. Стремя служит для передачи колебаний барабанной перепонки внутреннему уху, тогда как роль евстахиевой трубы заключается в проведении наружного воздуха в среднее ухо, благодаря чему внутреннее и внешнее давления на барабанную перепонку уравновешиваются, что предохраняет перепонку от разрыва.

Органы обоняния, открываются наружу ноздрями, а в ротоглоточною полость — хоанами и  функционируют только в воздушной среде, так как в воде ноздри закрыты клапанами, чтобы предотвратить попадание воды в лёгкие.

Органы вкуса расположены в ротовой полости. Предполагается, что лягушка воспринимает только горькое и соленое.

Органом осязания является кожа, содержащая осязательные нервные окончания.

Кожа амфибий выполняет сразу несколько очень важных функций. Например, дышат лягушки легкими и кожей. Легкие представляют собой парные полые мешки с  внутренней поверхностью, пронизанной сетью кровеносных капилляров, где и происходит газообмен. Механизм дыхания у земноводных несовершенен, нагнетательного типа. Животное набирает воздух в ротоглоточную полость, для чего опускает дно ротовой полости и открывает ноздри. Затем ноздри закрываются клапанами, дно ротовой полости поднимается, и воздух нагнетается в легкие. Удаление воздуха из легких происходит благодаря сокращению грудных мышц. Поверхность легких у земноводных невелика,  поэтому насыщение крови кислородом происходит не только через легкие, но и через кожу. Находясь под водой, земноводные дышат исключительно кожей. Чтобы кожа на суше функционировала как орган дыхания, она должна быть влажной. Увлажнение её происходит за счёт слизи вырабатываемой многочисленными железами. Кроме слизистых, в коже земноводных помещаются еще и ядовитые железы, секрет которых защищает животное от врагов и различных микроорганизмов, благодаря чему кожа даже мёртвых лягушек не подвергается гниению.

Кожа у всех амфибий легко пропускает воду с растворёнными в ней солями, и поэтому через кожу регулируется водно-солевой баланс организма. Если воды в организме много, то излишек её выводится не только через почки, но и через кожу.

Ну, и наконец, в коже содержатся пигменты обеспечивающие окраску амфибий.

Ещё одной системой претерпевшей большие изменения стала кровеносная система. В связи с появлением лёгочного дыхания у амфибий возникает второй – малый, лёгочный круг кровообращения, основное назначение которого — газообмен. Теперь возникли две разновидности крови: артериальная – насыщенная кислородом кровь и венозная – кровь, в которой много углекислого газа. Но раздельно эта кровь движется пока только в предсердиях, в желудочках она смешивается, а затем разносится  большим кругом кровообращения по всему организму. Естественно, кроме кислорода кровь разносит по телу и питательные вещества, полученные через пищеварительную систему.

Все земноводные – хищники; питаются в основном насекомыми, паукообразными, слизнями. Крупные тропические амфибии могут заглатывать птиц или мышей. В любом случае питаются земноводные только подвижной добычей.

Зубы всех амфибий, если они есть, однородны и служат для удержания добычи, которая заглатывается целиком. По сравнению с рыбами у амфибий прогрессивно развивается язык и, обладая собственной мускулатурой, принимает участие в захватывании пищи. В целом же пищеварительная система амфибий по сравнению с рыбами мало изменяется и отличается слабой дифференциацией. Они имеют общую ротоглоточную полость, короткий пищевод, переходящий в сравнительно слабо обособленный желудок. Желудок без резкой границы переходит в кишечник, в котором хорошо отграничена только прямая кишка, открывающаяся в клоаку. Появившиеся слюнные железы предназначены только для смачивания пищи. Имеется большая печень и поджелудочная железа, которая расположена в первой петле кишечника.

Уровень обмена веществ у амфибий сравнительно невысок. Тепла в теле освобождается мало, и температура тела следует за температурой окружающей среды. Они – хладнокровные или пойкилотермные животные. Пойкилотермность амфибий усугубляется тем, что в связи с кожным дыханием происходит постоянное испарение влаги через кожу, снижающее температуру тела. Поэтому температура тела амфибий непостоянна, и зависит от температуры окружающей среды, что, безусловно, сказывается на их образе жизни.

Земноводные — раздельнополые животные. Самцы имеют парные семенники. Сперматозоиды по мочеполовым каналам попадают в клоаку. У самок развиты крупные яичники. Созревшие в них яйцеклетки попадают в полость тела и из нее выводятся через парные яйцеводы в клоаку. Размножение земноводных (за редким исключением) происходит весной, обязательно в водной среде.

Икринки (яйца) земноводных имеют плотные прозрачные оболочки, которые предохраняют внутреннее их содержимое от механических повреждений. В воде оболочки набухают, становятся толстыми. Сами икринки имеют черный пигмент, поглощающий тепло солнечных лучей, необходимое для развития зародыша.

Личинки, вылупившиеся из икринок по внешнему виду и образу жизни  больше похожи на рыб, чем на своих родителей. У них имеются наружные жабры, которые затем заменяются внутренними, органы боковой линии. Скелет личинок полностью хрящевой, имеется хорда. Сердце у них двухкамерное, и кровь течет в организме по одному кругу кровообращения.

По мере роста и развития у личинок появляются конечности, развиваются легкие. С появлением легких в предсердии образуется перегородка, возникает малый круг кровообращения. У головастиков рассасывается хвост, изменяется форма головы, и они становятся похожими на взрослых бесхвостых особей.

Так в развитии каждого конкретного организма амфибий, в ускоренном варианте, повторяется эволюционный путь развития всего класса.

В заключение выделим ещё раз характерные черты организации земноводных:

1. Тело слегка уплощено и подразделяется на голову, туловище и две пары пятипалых конечностей. У небольшой группы земноводных имеется хвост.

2. Кожа тонкая, голая, влажная, богатая слизистыми железами.

3. Череп подвижно соединен с позвоночником, который состоит из четырех отделов: шейного, туловищного, крестцового и хвостового. Плечевой и тазовый пояса обеспечивают конечностям опору. Скелет конечностей построен по типу системы подвижных рычагов, позволяющих животному передвигаться по твердой поверхности.

4. Мышечная система состоит из отдельных дифференцированных мышц.

5. Органы дыхания взрослых животных — кожа и легкие, у личинок — жабры.

6. Сердце трехкамерное. Имеются два круга кровообращения: большой (туловищный) и малый (легочный).

7. Земноводные — хищники.

8. Передний мозг земноводных  разделен на два полушария. Мозжечок развит слабо в связи с малой подвижностью.

9. Строение органов слуха и зрения приспособлено к жизни на суше.

10. Оплодотворение внешнее, в воде. Развитие с  метаморфозом, со стадией рыбообразной личинки.