Сердюк В.О. Основи анатомії та фізіології тварин. Навчальний посібник для учнів та вчителів

Подождите немного. Документ загружается.

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.

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

1.1. 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