Занятия по биологии в сельскохозяйственном вузе - Учебное пособие

В структуру каждого занятия входят: название темы, обозначение цели, перечень основных материалов и оборудования, краткая теоретическая часть, раздел «Самостоятельная работа», включающий от трех до пяти заданий, связанных, в первую очередь, с изучением микро-и макропрепаратов животных и зарисовкой типичных представителей. Поскольку клетка, образующая тело простейшего, существует как автономная живая система, ей также присущи органоиды специального назначения, морфофункциональные особенности которых, как правило, обусловлены образом жизни животного. К ним относятся органоиды движения; сократительные вакуоли, выполняющие функции осморегуляции, выделения и газообмена; органоиды, предназначенные для поглощения и переваривания пищи (клеточный рот, пищеварительные вакуоли и др.); органоиды, воспринимающие различные виды раздражений (рецепторные, или «органоиды чувств») и ряд других. В организме человека эта амеба может существовать в двух формах: мелкой комменсальной, питающейся кишечной микрофлорой (форма “minuta”), и крупной паразитической (форма “magna”), которая глубоко внедряется в слизистую кишки и поглощает содержимое клеток эпителия и эритроциты, вызывая образование кровоточащих язв. У большинства жгутиконосцев (класс включает свыше 7 тыс. видов), в отличие от саркодовых, тело покрыто более плотной, упругой оболочкой, поддерживающей относительное постоянство формы - пелликулой, которая включает две элементарные белково-липидные мембраны и ряд субмембранных структур, в том числе микротрубочки и микрофибриллы.Тип кишечнополостных объединяет около 9 тыс. видов примитивных многоклеточных животных, в онтогенезе которых закладываются лишь два зародышевых листка - эктодерма и энтодерма. Из эктодермы образуются покровные, нервные и мускульные клетки, энтодерма дает начало эпителию, выстилающему пищеварительную (гастральную) полость и, иногда, мускульным клеткам. Исходя из выше изложенного, можно сделать вывод, что первичной жизненной формой (морфоэкологическим типом) у кишечнополостных является бентическая, или полип, свойственная пресноводным гидрам, актиниям и др. Большинство систематиков делят тип кишечнополостных на 3 класса: гидроидных (Hydrozoa), сцифоидных (Scyphozoa) и коралловых полипов (Anthozoa). Энтодерма гидроидных полипов включает две разновидности клеток: эпителиально-мускульные пищеварительные, способные к фагоцитозу пищевых частиц, и секреторные (железистые) клетки, выделяющие в гастральную полость пищеварительные ферменты.Вращением револьвера установите объектив с малым увеличением (8X), поднимите конденсор вверх и откройте диафрагму. Объектив необходимо поставить точно под тубусом, поворачивая револьвер до тех пор, пока рука не почувствует легкий толчок и задержку движения револьвера. Положите препарат на предметный столик (покровным стеклом вверх) так, чтобы заключенный в препарате объект находился непосредственно под объективом. Вращением макрометрического винта опустите тубус, уменьшив расстояние между объективом и препаратом до ~ 0,5 см (следите, чтобы объектив не коснулся препарата, иначе можно раздавить препарат и повредить объектив).

1. Биология. / Ред. В.Н. Ярыгин. - М.: Медицина, 1984. - 600 с.

2. Блохин, Г.И. Зоология / Г.И. Блохин, В.А. Александров.- М.: КОЛОСС, 2005. - 365 с.

3. Левушкин, С.И. Общая зоология. / С.И. Левушкин, И.А. Шилов - М.: Высшая школа, 1994. - 365 с.

4. Сыч, В.Ф. Общая биология. / В.Ф Сыч - М.: Академический проект; Культура, 2007. - 380 с.

5. Хадорн, Э. Общая зоология. / Э. Хадорн, Р. Венер - М.: Мир, 1989.

6. Шарова, И.Х. Зоология беспозвоночных. / И.Х. Шарова - М.: Владос,1999. - 420 с.

7. Конспекты лекций.

Занятие 13

Тип: Хордовые (Chordata)

Подтип: Позвоночные (Vertebrata)

Класс: Костные рыбы (Osteichthyes)

Цель: изучить организацию костных рыб как самого многообразного класса первичноводных позвоночных, обратить внимание на адаптации к обитанию в воде. Познакомиться с видовым разнообразием и значением рыб.

Материалы и оборудование: постоянные макропрепараты, аквариумы с экзотическими и местными видами рыб, плакаты, альбомы, карандаши.

I. Теоретическая часть

Позвоночные представляют собой наиболее прогрессивную ветвь хордовых, берущую начало от древних примитивных бесчерепных. Организацию последних в значительной мере воспроизводит личинка асцидий.

Многочисленные ароморфозы позвоночных связаны с активизацией их образа жизни, и в первую очередь - с более эффективной локомоцией, которая обеспечивается совершенствованием опорно-двигательного аппарата (замещением хорды позвоночным столбом, дифференциацией скелетной мускулатуры, появлением конечностей), центральной нервной системы (появлением головного мозга) и органов чувств, интенсификацией обмена веществ (появлением сложных органов газообмена, сердца, почек и т.п.). Параллельно возрастанию подвижности позвоночных эволюционировали их пищедобывающая и пищеварительная деятельность.

Особо следует отметить свойственное большинству позвоночных (надклассу Челюстноротых Gnathostomata) преобразование передних жаберных дуг в подвижные челюсти (органы захвата и измельчения пищи). Сами жаберные дуги как элементы висцерального скелета, укрепляющие межжаберные перегородки, возникают еще у древних бесчелюстных (Agnatha).

Классы рыб: хрящевых (Chondrichthyes) и костных (Osteichthyes) - объединяют первичноводных челюстноротых позвоночных. Их отдаленных предков, вероятнее всего, следует искать среди раннесилурийских разнощитковых бесчелюстных (Heterostraci). К числу первых гнатостомат можно отнести известный по ископаемым остаткам класс челюстножаберных рыб (Acantodii), представители которого первоначально обитали в реках, а позже заселили стоячие водоемы.

Как полагают ученые, от разных групп акантодий независимо возникли древние акулоподобные рыбы и первые костные (лопастеперые).

Хрящевые рыбы, изначально эволюционировавшие в стоячих водоемах, сохранили множество примитивных черт. Это и хрящевая ткань в скелете, слаборазвитые ребра в туловищном отделе позвоночника, остатки хорды в виде четковидного шнура, пронизывающего тела двояковогнутых позвонков; не до конца сформированная крыша черепа (в ней присутствуют 1-2 отверстия, затянутые пленкой - фонтанели); свободно лежащие в толще мышц пояса парных плавников и малая подвижность последних; большое количество жаберных дуг (5 - 7 пар), наличие многочисленных наружных жаберных отверстий (кроме подкласса цельноголовых) и примитивное устройство жабр; сохранение в сердце артериального конуса (представляет собой часть желудочка, несущую на внутренней поверхности полулунные клапаны), спиральный клапан в кишечнике и клоака; древняя - плакоидная - чешуя («кожные зубы»); слабо развитое зрение.

С другой стороны, у хрящевых рыб обнаруживаются прогрессивные особенности, которые, очевидно, и позволили им успешно конкурировать с другими водными позвоночными: относительно сложно устроенный головной мозг, в особенности мозжечок и передний отдел, где серое мозговое вещество образует скопления не только в составе хорошо развитых обонятельных долей и полосатых телах, но и на поверхности мозговых желудочков. Таким образом, здесь можно говорить о зачатках коры головного мозга (точнее, древней коры, или архикортекса). Хрящевым рыбам свойственно только внутреннее осеменение, у многих обнаруживается яйцеживорождение (у тигровой акулы, катрана, морской лисицы, пилы-рыбы, электрического ската и многих других) и даже настоящее живорождение (у гигантской акулы - молота, гигантской манты), что существенно повышает выживаемость детенышей при одновременном снижении плодовитости.

Костные рыбы - наиболее процветающая группа первичноводных позвоночных, включающая 20 - 22 тыс. видов, заселивших все типы водоемов. Выделяют два подкласса костных рыб: лопастеперые (Sarcopterygii) с многими архаичными чертами в строении и крайне небольшим числом современных видов и лучеперые (Actinopterygii). В последнем наиболее древние отряды относятся к надотряду ганоидов (Ganoidoidea). Это: осетрообразные, многоперообразные, панцирникообразные и амиеобразные. Остальные надотряды и отряды (всего их выделяют более 30) объединяются в группу костистых рыб (Teleostei).

Форма тела рыб разнообразна и зависит от условий обитания. Быстро плавающие виды имеют торпедовидную форму, обеспечивающую минимальное сопротивление движению тела в воде. Выделяют три отдела тела: голову, туловище, хвост. Главный локомоторный орган большинства рыб - хвост с хвостовым плавником. У костных рыб этот плавник чаще всего гомоцеркальный, то есть равнолопастный, в отличие от хрящевых рыб и осетрообразных из числа ганоидов (у них - гетероцеркальный).

На вентральной стороне хвоста располагается анальный плавник, на спинной стороне туловища - спинной. Это так называемые непарные плавники, играющие роль стабилизаторов положения тела рыбы в воде. К парным плавникам относятся грудные и брюшные, играющие роль «рулей». Скелет плавников состоит из костных лучей (лепидотрихий) с натянутой между ними кожной перепонкой.

Тело костистых рыб покрыто костной чешуей, которая погружена головным краем в кожные кармашки. Лишь у ряда низших представителей класса (лопастеперых, ганоидов) встречаются древние типы чешуй: космоидная и ганоидная, состоящие из дентиноподобного вещества.. В эпидермисе рыб имеется множество одноклеточных кожных желез, которые выделяют слизь, обладающую гидродинамическим, бактерицидным и кровоостанавливающим действием.

Позвоночный столб рыб делится на два отдела - туловищный с ребрами, прикрепляющимися к поперечным отросткам позвонков, и хвостовой, где тела позвонков несут верхний и нижний остистые отростки. Позвонки амфицельные, сохраняются остатки хорды.

Череп частично или полностью окостеневает, крыша черепа сформирована; как новообразование возникает жаберная крышка, обеспечивающая защиту и вентиляцию жаберного аппарата.

К главным элементам висцерального скелета относятся: парные верхние и нижние челюсти, соединенные суставами; подъязычная дуга, верхний элемент которой - гиомандибуляре, или подвесок, присоединяет верхние челюсти к основанию черепной коробки (такой механизм соединения называют гиостилией), и четыре пары членистых жаберных дуг.

В добавочном скелете туловища присутствуют пояса парных конечностей, при этом у костистых рыб первичный плечевой пояс, включающий каракоидный и лопаточный отделы, за счет дополнительных элементов вторичного пояса (клейтрума, надклейтрума и затеменной кости) неподвижно срастается с задней частью мозгового черепа. Тазовый пояс (пояс брюшных плавников) в виде двух костей свободно лежит в толще брюшной мышечной стенки.

Соматическая мускулатура сохраняет в основном метамерное строение, дифференцируются главным образом мышцы челюстей, жаберной крышки и парных плавников.

Пищеварительная система лучеперых рыб включает типичные для позвоночных отделы. Желудок выражен у большинства видов (исключение - карповые); кишечник же, как правило, на различимые отделы не поделен и заканчивается анусом.

Как вырост спинной стенки пищевода у большинства костных рыб возникает плавательный пузырь - гидростатический орган; некоторыми видами он используется и для газообмена.

Основные органы дыхания - четыре пары жабр эктодермального происхождения, их структурные элементы - лепестки - одним концом прикрепляются к наружной поверхности жаберных дуг. Важно отметить, что вода в жаберной полости движется в направлении, противоположном течению крови в капиллярах лепестков (противоточный газообмен!); это существенно увеличивает эффективность поглощения кислорода. Дополнительно в дыхании участвует кожа.

Строение кровеносной системы типично для первичноводных позвоночных. Круг кровообращения один; сердце двухкамерное, артериального конуса у большинства видов нет (кроме лопастеперых и ганоидов). Головная аорта, несущая венозную кровь от сердца к жабрам, начинается вздутием - луковицей.

Головной мозг включает пять типичных отделов, из которых у большинства костных рыб наиболее развиты средний, где располагаются зрительные центры, и мозжечок. Передний мозг обычно мал и не содержит нервных клеток в крыше. Головных нервов 10 пар. Органы зрения развиты лучше, чем у хрящевых рыб. Многим видам свойственно цветовосприятие, хотя анатомическое устройство глаз таково, что четко воспринимаются рыбой только объекты, находящиеся на небольшом удалении. Данное обстоятельство следует рассматривать как адаптацию к обитанию в воде, где вследствие высокой плотности среды световые волны не способны распространяться на значительное расстояние.

К адаптивным особенностям рыб относятся также боковая линия (сейсмосенсорный орган), воспринимающая токи воды, и присутствие только внутреннего уха (перепончатого лабиринта), располагающегося под костями черепа.

Основными органами выделения и осморегуляции являются туловищные почки (мезонефрос), участвуют в выведении метаболитов и водно-солевом обмене также эпителий жаберных лепестков и кожа. У ряда морских рыб почечные тельца (иначе - гломерулы) нефронов исчезают, взамен усиливается роль почечных канальцев. Такие агломерулярные почки позволяют эффективнее удерживать воду в теле при обитании в гиперосмотической (морской) среде.

Большинство костных рыб раздельнополы. Гермафродитизм (обычно реверсивный) встречается в семействах каменных окуней, морских карасей и некоторых других.

Осеменение, как правило, наружное. Икра развивается или на субстрате (на дне, на растениях), или плавая в толще воды. Из икринки обычно вылупляется предличинка (свободный эмбрион), которая после рассасывания желточного мешка превращается в личинку. Таким образом, имеет место метаморфоз. Исключением являются немногие яйцеживородящие (пецилия, гамбузия, голомянка, морские окуни) и живородящие виды (гудея, ксенотока), для которых характерно внутреннее осеменение и прямое развитие.

Значительна роль рыб в морских и пресноводных биоценозах. Велико также их хозяйственное значение: за счет рыбы человечество обеспечивает до 40% своих потребностей в животном белке. Печеночный жир тресковых рыб используется как средство профилактики рахита. Рыбная мука и сырая рыба являются ценными компонентами рациона многих домашних животных.

Наиболее важные в промысловом отношении отряды: осетрообразные, сельдеобразные, лососеобразные, трескообразные, окунеобразные, карпообразные, камбалообразные, скорпенообразные. Некоторые виды стали объектами искусственного разведения и выращивания. Рыбоводство делится на два основных направления: декоративное и товарное (озерное, прибрежное морское, прудовое, бассейновое и т.д.)

Рыбы могут являться промежуточными хозяевами гельминтов (сосальщиков, лентецов), опасных для домашних животных и человека. Известны также ядовитые виды рыб («фугу», морской ерш, бородавчатка, рыба хирург и т.д.), которые могут вызывать отравление людей вследствие уколов шипами или при употреблении их в пищу.

II. Самостоятельная работа

Задание 1

Используя влажный препарат вскрытой костистой рыбы, изучите особенности ее внешнего и внутреннего строения. Зарисуйте в альбоме вскрытого речного окуня (Perca fluviatilis), укажите на рисунке внутренние органы, а также спинной, анальный и хвостовой плавники, участок боковой линии на хвостовом стебле, ноздрю, глаз, ктеноидную чешую и неудаленную часть жаберной крышки.

Задание 2

Рассмотрите демонстрационные препараты скелета, органов кровообращения и пищеварения, нервной системы, а также муляж головного мозга костистой рыбы.

Задание 3

Познакомьтесь с демонстрационными препаратами различных видов пресноводных и морских костных рыб. Понаблюдайте за видами, содержащимися в аквариумах. Обратите внимание на промысловые виды рыб и виды, являющиеся объектами рыбоводства.

Контрольные вопросы

1. На какие надклассы и классы делится подтип позвоночных?

2. Назовите прогрессивные и примитивные черты организации костных рыб.

3. Укажите важнейшие отличия хрящевых рыб от костных.

4. Какие черты строения и физиологии костных рыб обусловлены обитанием их в водной среде?

5. Охарактеризуйте особенности размножения и индивидуального развития костных рыб.

6. Назовите подклассы, важнейшие надотряды и отряды костных рыб. Укажите главные особенности и представителей каждой из названных групп.

7. Каково практическое значение рыб? Приведите примеры.

Домашнее задание: перечертите таблицу Б. 4 (Приложение Б) и заполните в ней колонку по классу костных рыб.

Занятие 14

Класс Земноводные (Amphibia)

Цель: на примере внешнего и внутреннего строения лягушки рассмотреть организацию амфибий как класса из группы анамний, частично освоившего наземную среду, познакомиться с разнообразием и значением земноводных.

Материалы и оборудование: сухие и влажные макропрепараты амфибий, плакаты, альбомы, карандаши.

I. Теоретическая часть

К концу силурийского - началу девонского периодов палеозойской эры (около 400 млн. лет назад) суша была еще сравнительно мало населена; преимущественно у берегов водоемов поселялись первые споровые растения (мхи, псилофиты и т.д.) и примитивные членистоногие (мокрицы, скорпионы, пауки, многоножки). Активные горообразовательные процессы вызывали обмеление многих пресноводных водоемов. Последнее часто сопровождалось снижением содержания кислорода в воде, что вызвало, в свою очередь, появление у многих древних пресноводных рыб способности дышать атмосферным воздухом. Развитие осевого скелета парных плавников и укрепление поясов давало возможность таким рыбам в случае пересыхания водоема переползать в другой. Названные преадаптации позволили в одной из групп кистеперых рыб - отряде рипидистий (Ripidistiiformes) развиться дальнейшим приспособлениям к существованию в наземной среде: более эффективной локомоции при опоре на твердый субстрат, активному добыванию пищи на суше (при сохранении животноядности), преимущественному дыханию атмосферным кислородом.

В результате появились первые земноводные - ихтиостеги, сочетавшие в своей организации признаки рыбообразных предков и черты современных амфибий. Ихтиостеги дали начало достаточно разнородной группе панцирноголовых земноводных - стегоцефалов, к которым из ныне существующих отрядов наиболее близки хвостатые (отряд Urodela), появившиеся в конце палеозоя. Два других отряда: безногие (Apoda) и наиболее процветающая в настоящее время группа - бесхвостые (Anura), вероятно, обособились позже - в мезозойскую эру.

Земноводные (всего около 2400 современных видов), как и классы рыб, относятся к группе первичноводных позвоночных (Anamnia), поскольку сохраняют тесные связи с водной средой на ранних стадиях онтогенеза. У большинства видов процесс размножения, а также развитие эмбриона и личинки протекают в воде. Лишь взрослые амфибии обычно живут на суше, при этом, как правило, придерживаясь теплых и влажных местообитаний. Последнее обусловлено сохранением таких примитивных особенностей, как кожный газообмен при малоэффективном легочном дыхании (нагнетательный механизм вдоха, как у древних кистеперых рыб), пойкилотермность, несовершенный водно-солевой обмен (функционируют туловищные почки, хотя их воротная система и развита лучше, чем у рыб).

С другой стороны, освоение наземных биотопов взрослыми формами земноводных сопровождалось ароморфозами в различных системах органов. У многих земноводных наблюдается частичное ороговение эпидермиса (сильнее всего выражено у жаб), появляются многоклеточные кожные железы (хотя само их присутствие следует рассматривать как примитивную черту, связанную с необходимостью газообмена через поверхность тела).

Позвоночник амфибий дифференцируется на четыре отдела: шейный (включает один позвонок - гомолог атланта, который при помощи суставов подвижно сочленяется с черепом), туловищный, крестцовый (один позвонок, функционирующий в качестве опоры для пояса задних конечностей) и хвостовой (у бесхвостых представлен единой костью - уростилем). У большинства видов тела позвонков имеют вогнуто-выпуклое строение, т.е. являются процельными (передневогнутыми) или опистоцельными (задневогнутыми).

В затылочном отделе черепной коробки формируются два суставных выступа - мыщелка. Первичная верхняя челюсть неподвижно срастается с основанием черепа (возникает аутостилия!); при этом парный верхний элемент подъязычной дуги - гиомандибуляре - превращается в слуховую косточку, гомолог стремечка; жаберные дуги редуцируются.

Возникают сложные конечности наземного типа - пятипалые, отделы которых: проксимальный (плечо, бедро), медиальный (предплечье, голень) и дистальный (кисть и стопа) - соединяются при помощи суставов; усложняются пояса (плечевой и тазовый), опирающиеся на осевой скелет туловища. Из примитивных черт в скелете следует отметить недоразвитие ребер (их брюшной части) и сохранение большого числа хрящей.

Усиливается мускулатура парных конечностей и челюстей.

Усложняется пищеварительная система. Подвижный язык и зубы на челюстях обеспечивают схватывание добычи; в ротовую полость открываются протоки многоклеточных слюнных желез, секрет которых служит для смачивания пищи, но не содержит пищеварительных ферментов (последнее - примитивная черта). Хорошо обособлены желудок, печень и поджелудочная железа, кишечник делится на тонкий и толстый отделы, завершаясь клоакой.

В связи с появлением мешковидных легких (они слабоячеисты у многих бесхвостых амфибий; у хвостатых - гладкостенные), в кровеносной системе образуется второй круг кровообращения - легочный. Сердце при этом становится трехкамерным: правое предсердие содержит венозную кровь, левое - артериальную, в желудочке кровь смешивается. Как архаичную черту, следует отметить сохранение в правой части желудочка амфибий артериального конуса, от которого отходят три-четыре пары артериальных дуг. За счет подвижного спирального клапана в артериальном конусе при сокращении желудочка земноводных происходит частичное разделение крови, поступающей в артериальные стволы: в заднюю пару артерий - легочно-кожные - попадает преимущественно венозная кровь; во вторую-третью пары - системные дуги аорты (у бесхвостых третья пара редуцируется) - поступает смешанная кровь и, наконец, в сонные артерии, несущие кровь к головному мозгу - преимущественно артериальная.

Передний мозг земноводных поделен на полушария, его крыша содержит хорошо развитую древнюю кору. Мозжечок при этом мал, т.к. движения амфибий весьма однообразны. Как и у рыб, у земноводных присутствует 10 пар черепно-мозговых нервов.

Совершенствуются органы зрения, характеризующиеся выпуклой роговицей и линзовидным хрусталиком, что существенно улучшает аккомодацию; глаза снабжены подвижными веками. Как уже отмечалось, появляется средний отдел уха со слуховой косточкой, снаружи прикрытый барабанной перепонкой. Внутренние ноздри - хоаны - соединяют носовые полости с полостью рта.

Бесхвостым земноводным чаще всего свойственно наружное осеменение, хвостатым и безногим - сперматофорное или внутреннее. Дробление обычно полное, но неравномерное, типична амфибластула. Личинки бесхвостых амфибий, называемые головастиками, по внешнему виду и внутреннему строению скорее напоминают рыб (имеют жабры, сначала наружные, позже - внутренние, двухкамерное сердце и один круг кровообращения, хвост с плавником). В ходе метаморфоза эти признаки постепенно замещаются чертами организации взрослых форм; сменяется, как правило, и среда обитания животного. У ряда хвостатых амфибий (протеев, сирен, амфиум, американских амбистом) отмечено явление, называемое неотенией, когда животное, сохраняя признаки личинки (то есть не завершая метаморфоз!), приобретает способность к половому размножению.

Особенно многочисленны и разнообразны амфибии во влажных тропиках; здесь они, являясь заметным компонентом биоценозов, активно участвуют в круговороте вещества, потребляя в пищу различных беспозвоночных, в том числе и вредных. Из наших земноводных в этом отношении полезны жабы (серая и зеленая), травяная и остромордая лягушки, обыкновенный и гребенчатый тритоны.

Некоторых крупных амфибий люди используют в пищу (озерную лягушку, голиафа, исполинскую саламандру).

Кожные выделения некоторых видов (листолазов, древолазов, а также крупных жаб) ядовиты для домашних животных и человека.

Амфибии могут являться промежуточными и резервуарными хозяевами ряда гельминтов (алярий, мезоцестоидесов). Следует помнить также, что земноводные (особенно лягушки и тритоны) являются лабораторными животными, объектами научных исследований в области физиологии и генетики.

II. Самостоятельная работа

Задание 1

Рассмотрите внешнее строение фиксированной озерной лягушки (Rana ridibunda). Обратите внимание на покровы, конечности, глаза с веками, барабанную перепонку, резонаторы (у самцов). Найдите у вскрытой лягушки внутренние органы: сердце, мешковидные легкие, язык, пищевод, желудок, тонкую и толстую кишки, печень, желчный пузырь, селезенку, туловищные почки, половые органы. Зарисуйте вскрытую самку лягушки в альбоме, сделайте обозначения.

Задание 2

Рассмотрите демонстрационные препараты скелета, сердечно-сосудистой и нервной систем лягушки, а также муляж ее головного мозга. Зарисуйте в альбоме разрез сердца лягушки с отходящими от него сосудами, сделайте обозначения.

Задание 3

Познакомьтесь с демонстрационными препаратами различных представителей бесхвостых и хвостатых амфибий (жаб, лягушек, тритонов, саламандр, аксолотлей и др.), а также с влажным препаратом, иллюстрирующим развитие лягушки.

Контрольные вопросы

1. Назовите прогрессивные и примитивные черты организации земноводных.

2. Какие биологические особенности земноводных ограничивают возможности их расселения в наземных биотопах?

3. Охарактеризуйте размножение и развитие земноводных. Что такое неотения?

4. На какие отряды делится класс земноводных? Назовите особенности образа жизни, строения, размножения, развития и представителей каждого отряда.

5. Охарактеризуйте строение сердца и сосудистой системы земноводных. Как происходит разделение крови, выходящей из сердца, у лягушки?

6. Каково значение земноводных в природе и их практическое значение? Приведите примеры.

Домашнее задание: заполните в таблице Б. 4 (Приложение Б) колонку по классу земноводных.

Занятие 15

Класс Пресмыкающиеся (Reptilia)

Цель: на примере вскрытой ящерицы рассмотреть черты строения рептилий как первого класса из группы амниот. Познакомиться с разнообразием и значением пресмыкающихся.

Материалы и оборудование: влажные и сухие макропрепараты рептилий, плакаты, альбомы, карандаши.

I. Теоретическая часть

Пресмыкающиеся - это первый класс из группы первичноназемных позвоночных (Amniota). Их вероятными предками являются девонские тонкопозвонковые земноводные - антракозавры, давшие в каменноугольном периоде начало так называемым сеймуриям (Seymouriamorpha). Последних некоторые ученые относят также к амфибиям, однако немало зоологов, полагающих, что сеймурии - это первые, весьма примитивные рептилии.

Важнейшим эволюционным завоеванием пресмыкающихся явилась способность размножаться и развиваться на суше. Названное свойство обеспечивается такими важнейшими прогрессивными адаптациями, как внутреннее осеменение, появление скорлуповых оболочек яйца (пергаментообразных или известковых) и, главное, возникновение в эмбриогенезе зародышевых оболочек: амниотической, которая заполнена жидкостью и окружает эмбрион, осуществляя защитные функции, серозной, располагающейся под скорлупой, и аллантоиса («зародышевого мочевого пузыря»), обеспечивающего поступление питательных веществ, газообмен и выведение метаболитов у зародыша.

Поскольку эмбриогенез завершается появлением на свет вполне сформированного животного, постэмбриональное развитие стало прямым.

Ароморфозы затрагивают и другие стороны биологии рептилий. Ороговевает эпидермис и исчезают кожные железы (их остатки обнаруживаются у крокодилов и водных черепах). Окостеневает, становясь более прочным, скелет. Позвоночный столб рептилий подразделяется на пять отделов: шейный из большого числа позвонков, при этом первые два дифференцированы (атлант и эпистрофей); грудной с ребрами, достигающими грудины (таким образом, формируется замкнутая грудная клетка); поясничный со свободными ребрами; более мощный, чем у амфибий, крестцовый отдел; хвостовой. Увеличивается объем мозгового черепа, имеющего в затылочном отделе всего один мыщелок. Усложняется рельеф его боковых поверхностей как место прикрепления более мощной жевательной мускулатуры (у ящериц, крокодилов здесь присутствуют по две височные ямки - такой череп называется диапсидным).

Укрепляется добавочный скелет туловища. Элементы плечевого пояса за счет их соединения с позвоночником посредством грудины и ребер создают лучшую опору для передних конечностей. Хотя постановка конечностей у рептилий еще не совершенна (в спокойном состоянии перпендикулярно к субстрату ориентированы только медиальные отделы), однако при необходимости они могут выпрямляться, что обеспечивает возможность более быстрого передвижения. Из особенностей устройства дистальных отделов ног рептилий следует отметить интеркарпальные (внутризапястные) и интертарзальные (внутризаплюсневые) суставы.

Функционально прогрессирует пищеварительная деятельность рептилий. Приобретает ферментативную активность слюна (у ядовитых змей и ящериц- ядозубов эта тенденция сопровождается появлением у слюны токсических свойств). Формируется зачаток слепой кишки, особенно хорошо выраженный у морских черепах и игуан.

В желудочке сердца рептилий появляется неполная перегородка (у крокодилов она практически полная, но имеет сквозное отверстие), при этом артериальный конус исчезает, и три главных артериальных ствола: левая дуга, правая дуга аорты и легочной ствол - берут начало от разных частей желудочка, что, в конечном счете, обеспечивает более совершенное, чем у амфибий, разделение крови (хотя и не окончательное!).

Легкие приобретают ячеистое строение, поэтому существенно возрастает поверхность газообмена; одновременно обособляются трахея и бронхи как воздухоносные пути. В связи с появлением грудной клетки, мускулатура которой обеспечивает изменения объема полости тела, совершенствуется механизм вентиляции легких (всасывающий механизм дыхания).

На наружной поверхности полушарий переднего мозга появляются скопления тел нейронов - зачатки новой коры (неокортекса), увеличивается мозжечок, возникает вертикальный изгиб продолговатого мозга; число черепно-мозговых нервов возрастает до 11 пар.

Совершенствуются аккомодация и слух рептилий. У крокодилов в составе перепончатого лабиринта присутствует улитка (лагена), имеется зачаток наружного слухового прохода. Многие рептилии легко распознают запахи.

В выделительной системе появляются вторичные, или тазовые, почки (метанефрос), отличающиеся удлиненными, дифференцированными канальцами нефронов, в которых происходит активная реабсорбция воды из состава первичной мочи. В итоге выделяемая моча у рептилий полусухая, кристаллическая (основной продукт азотного обмена - мочевая кислота).

Класс пресмыкающихся объединяет около 7 тыс. современных видов, сгруппированных в три подкласса и четыре отряда.

Наиболее примитивно устроены клювоголовые (отряд Rhynchocephalia), представленные единственным ныне живущим видом - гаттерией, обитающей на островах Новой Зеландии. У гаттерий сохранились амфицельные позвонки, зубы на небных костях и сошнике, брюшные ребра, венозная пазуха (синус) в сердце, теменной глаз.

Большинство представителей класса относятся к отряду чешуйчатых (Squamata) из подкласса лепидозавров (Lepidosauria). Отряд делится на три подотряда: ящериц, змей и амфисбен. Представители двух последних утратили конечности в связи с ползающим (змеи) или роющим (амфисбены) образом жизни.

Отряд черепах (Chelonia) из подкласса анапсид (Anapsida) и отряд крокодилов (Crocodilia), входящий в подкласс архозавров (Archosauria), включают соответственно около 200 и 20 видов. Многие черепахи (пресноводные, морские, мягкотелые, бокошейные, бесщитковые), а также все крокодилы представляют собой вторичноводных рептилий.

Крокодилы, несмотря на то, что существуют с конца триасового периода мезозойской эры (то есть с начала «эпохи динозавров»), являются наиболее сложно организованными пресмыкающимися; у них, как уже отмечалось, четырехкамерное сердце, крупный головной мозг, вторичное костное небо, зубы расположены в ячейках челюстных костей (текодонтная система).

Некоторых рептилий человек добывает ради мяса, ценной кожи, рогового панциря (крокодилов, суповую черепаху, биссу, логгерхеда, крупных ящериц, змей). Деликатесом считаются яйца черепах. Яд некоторых змей (гадюк, кобр) используется при изготовлении лекарств. Ящерицы (прыткая, живородящая, веретеница - представители нашей фауны, тропические гекконы, сцинки и др.) и змеи (ужи, полозы и др.) истребляют немалое число насекомых и грызунов, вредящих сельскохозяйственным культурам.

С другой стороны, укусы ядовитых змей приводят к тяжелому отравлению (иногда - смертельному) людей и домашних животных; особенно опасными видами являются тигровая змея, черный тайпан, смертельная змея, королевская кобра, пеламиды и некоторые другие. Опасны укусы американских ящериц - ядозубов. Известны случаи нападения на людей и домашних млекопитающих крокодилов, крупных удавов, варанов.

Ящерицы, змеи, черепахи могут являться хозяевами-прокормителями личинок и нимф паразитиформных клещей, резервуарными и промежуточными хозяевами гельминтов (мезоцестоидесов, алярий).

II. Самостоятельная работа

Задание 1

Рассмотрите препарат вскрытой ящерицы. Обратите внимание на особенности ее внешнего и внутреннего строения. Найдите на препарате сердце, легкие, трахею, желудок, печень, тонкий и толстый кишечник, тазовые почки, селезенку, половые органы, мочевой пузырь. Зарисуйте вскрытого самца прыткой ящерицы (Lacerta agilis) в альбоме, сделайте обозначения.

Задание 2

Рассмотрите демонстрационные макропрепараты скелета, кровеносной, пищеварительной и нервной систем пресмыкающихся, а также муляж головного мозга ящерицы. Сравните строение скелета ящерицы и змеи. Обратите внимание на особенности опорно-двигательной системы змеи, связанные с ползанием. Познакомьтесь с влажным препаратом яиц ужа.

Зарисуйте разрез сердца ящерицы с отходящими от него сосудами, сделайте обозначения.

Задание 3

Познакомьтесь с демонстрационными препаратами различных видов пресмыкающихся (черепах, ящериц, змей). Обратите внимание на отличительные признаки представителей разных отрядов и видовые особенности.

Контрольные вопросы

1. Назовите прогрессивные и примитивные черты организации пресмыкающихся как первичноназемных позвоночных.

2. Охарактеризуйте размножение и развитие рептилий.

3. Что такое зародышевые оболочки и каково их значение?

4. На какие отряды и подотряды делится класс пресмыкающихся? Укажите главные особенности и представителей каждой из названных групп.

5. Каково значение пресмыкающихся в природе и их практическое значение?

Домашнее задание: заполните в таблице Б. 4 (Приложение Б) колонку по классу рептилий.

Занятие 16

Класс Птицы (Aves)

Цель: рассмотреть внешнее и внутреннее строение птиц как высших позвоночных животных, освоивших воздушную среду. Выявить адаптации к полету, познакомиться с разнообразием и значением.

Материалы и оборудование: макропрепараты по анатомии и развитию птиц, коллекции перьев, чучел, плакаты, альбомы, карандаши.

I. Теоретическая часть

Птицы - эволюционно самая молодая группа позвоночных животных (известна с юрского периода мезозойской эры), берущая начало от древних рептилий из подкласса архозавров - псевдозухий. Многие псевдозухии вели древесный образ жизни. Это, вероятно, привело к появлению у них сначала способности планировать, перемещаясь с ветки на ветку, а в дальнейшем (у их потомков - первых птиц, называемых протоависами) - способности летать.

Полет птиц как способ передвижения в воздухе подразделяют на машущий (активный) и планирующий (пассивный). Освоение воздушной среды птицами сопровождалось не только многочисленными ароморфозами, из которых наиболее общим прогрессивным приобретением, затрагивающим многие системы органов, является интенсификация всех обменных процессов, но и разнообразными специализациями. Эти два направления адаптивных изменений в эволюции птиц разграничить бывает достаточно трудно.

К числу основных ароморфозов птиц относится гомойотермность, т.е. способность поддерживать температуру тела на постоянном уровне (средняя температура тела равняется 42-440С). Это обусловлено совершенствованием механизмов терморегуляции, как химической (регуляции теплопродукции), так и физической (регуляции теплоотдачи). Теплоизолирующую роль играют возникающие как усложнение роговых чешуй рептильных предков перья, в первую очередь пуховые и собственно пух (особенно хорошо они развиты у водоплавающих птиц), а также подкожная жировая клетчатка. Контурные перья покрывают тело и создают опорную поверхность крыльев и хвоста. Из других роговых производных эпидермиса следует упомянуть когти, роговой чехол клюва (рамфотеку), щитки и т.п.

Высоко дифференцирована скелетная мускулатура птиц. Мышцы располагаются компактно: в основном на туловище и проксимальных отделах конечностей; у хорошо летающих видов самыми крупными мышцами являются большие грудные, лежащие по бокам киля грудины. Подобное расположение мускулов придает телу птицы устойчивость при движении в воздухе и поэтому может рассматриваться как адаптация к полету.

В рамках общей интенсификации метаболизма у птиц можно отметить высокую скорость пищеварительных процессов.

За счет появления в дыхательной системе воздушных мешков, представляющих расширения части воздухоносных путей, у птиц возникает двойной газообмен. Воздух, поступивший в дыхательную систему при вдохе, делится на две части. Одна часть по мельчайшим ответвлениям бронхов (бронхиолам) достигает ячеек легких и отдает кислород в кровь, забирая из нее углекислый газ (присутствовавший до этого момента в легких отработанный воздух выталкивается в передние воздушные мешки); другая часть свежего воздуха по ветвям некоторых бронхов второго порядка сразу попадает в задние воздушные мешки. При выдохе отработанный воздух из передних мешков по транзитным бронхам выталкивается наружу, воздух же из задних мешков поступает в легкие, участвуя в газообмене с кровью. Более полному извлечению кислорода из воздуха способствует течение крови в капиллярах легких навстречу движению воздуха (противоточный газообмен).

В кровеносной системе птиц происходит полное разделение кругов кровообращения; сердце стало четырехкамерным, а от левого желудочка отходит только правая дуга аорты.

Относительно велик и сложно устроен головной мозг птиц. Сильно развит мозжечок. Большие полушария крупнее, чем у рептилий, однако структура коры по-прежнему достаточно е, который их «водит»: охраняет и обучает. Именно поэтому выводковые виды, как правило, не строят сложных гнезд, в отличие от птенцовых.

Насчитывается около 8600 ныне существующих видов птиц, объединенных в два надотряда: плавающих (Impennes) с единственным отрядом пингвинов и новонебных, или типичных (Neognathae). Последний, в свою очередь, распадается еще на две группы, не имеющие опред