Привет студент. Общие покровы амфибий Нервная система и органы чувств земноводных
Из учебной литературы известно, что кожа у земноводных голая, богата железами, которые выделяют много слизи. Эта слизь на суше защищает от высыхания, облегчает газообмен, а в воде уменьшает трение при плавании. Через тонкие стенки капилляров, расположенных густой сетью в коже, кровь насыщается кислородом и избавляется от углекислого газа. Эта «сухая» информация, в общем, полезна, но не способна вызвать никаких эмоций. Только при более детальном знакомстве с многофункциональными возможностями кожи появляется чувство удивления, восхищения и понимание того, что кожа амфибий – настоящее чудо. Ведь во многом благодаря ей земноводные успешно обитают почти во всех частях света и поясах. При этом они не имеют чешуи, как у рыб и пресмыкающихся, перьев, как у птиц, и шерсти, как у млекопитающих. Кожа земноводных позволяет им дышать в воде, защищаться от микроорганизмов и хищников. Она служит достаточно чувствительным органом для восприятия внешней информации и выполняет многие другие полезные функции. Рассмотрим это подробнее.
Специфические особенности кожи
Как и у других животных, кожа у земноводных является наружным покровом, который предохраняет ткани тела от вредного влияния внешней среды: проникновения болезнетворных и гнилостных бактерий (при нарушении целостности кожного покрова происходит нагноение ран), а также ядовитых веществ. Она воспринимает механические, химические, температурные, болевые и другие воздействия благодаря оснащенности большим количеством кожных анализаторов. Подобно другим анализаторам, кожные анализирующие системы состоят из рецепторов, воспринимающих сигнальную информацию, проводящих путей, передающих ее в центральную нервную систему, а также анализирующих эту информацию высших нервных центров в
коре головного мозга. Специфические же особенностях кожи земноводных следующие: она наделена многочисленными слизистыми железами, которые поддерживают ее влажность, что имеет особо важное значение для кожного дыхания. Кожа амфибий буквально пронизана кровеносными сосудами. Поэтому через нее непосредственно в кровь поступает кислород и выделяется углекислый газ; коже земноводных даны специальные железы, которые выделяют (в зависимости от вида амфибии) бактерицидные, едкие, неприятные на вкус, слезоточивые, ядовитые и другие вещества. Эти уникальные устройства кожи позволяют земноводным с голой и постоянно влажной кожей успешно защищаться от микроорганизмов, нападения комаров, москитов, клещей, пиявок и других кровососущих животных. Кроме того, земноводных, благодаря этим защитным способностям, избегают многие хищники; кожа амфибий обычно содержит множество различных пигментных клеток, от которых зависит общая, приспособительная и защитная окраска тела. Так, яркая окраска, характерная для ядовитых видов, служит предупреждением для нападающих и т.д.
Кожное дыхание
Как обитатели земли и воды, земноводные обеспечены универсальной дыхательной системой. Она позволяет амфибиям дышать кислородом не только на воздухе, но и в воде (хотя там его количество приблизительно в 10 раз меньше), и даже под землей. Такая универсальность их организма возможна благодаря целому комплексу дыхательных органов для извлечения кислорода из той среды их обитания, где они находятся в конкретный момент. Это – легкие, жабры, слизистая оболочка рта и кожный покров.
Наибольшее значение для жизнедеятельности большинства видов амфибий имеет кожное дыхание. При этом поглощение кислорода через пронизанную кровеносными сосудами кожу возможно лишь в случае, когда кожа влажная. Для увлажнения кожи предназначены кожные железы. Чем суше окружающий воздух, тем сильнее они работают, выделяя все новые и новые порции влаги. Ведь кожа снабжена чувствительными «приборами». Они вовремя включают аварийные системы и режимы дополнительной выработки спасительной слизи.
У разных видов амфибий одни дыхательные органы играют главную роль, другие – дополнительную, а третьи – могут вовсе отсутствовать. Так, у водных обитателей газообмен (поглощение кислорода и выделение углекислого газа) совершается в основном через жабры. Жабрами наделены личинки земноводных и взрослые хвостатые амфибии, постоянно живущие в водоемах. А безлегочные саламандры – обитатели суши, – не обеспечены жабрами, и легкими. Они получают кислород и выводят углекислый газ через влажную кожу и слизистую оболочку рта. Причем до 93 % кислорода обеспечивает именно кожное дыхание. И лишь когда особям необходимы особенно активные движения, включается система дополнительной подачи кислорода через слизистую дна ротовой полости. При этом доля ее газообмена может увеличиться до 25 %. Прудовая лягушка и в воде, и на воздухе получает основное количество кислорода через кожу и выделяет через нее практически весь углекислый газ. Дополнительное дыхание обеспечивают легкие, но лишь на суше. При погружении в воду лягушек и жаб, тот час включаются механизмы снижения обмена веществ. Иначе им не хватило бы кислорода.
В помощь дыханию кожей
Представители некоторых видов хвостатых амфибий, например, скрытожаберник, живущий в насыщенных кислородом водах быстрых ручьев и рек, легкими почти не пользуется. Извлекать кислород из воды ему помогает свисающая с массивных конечностей складчатая кожа, в которой раскинуто сетью огромное количество кровеносных капилляров. А чтобы омывающая его вода всегда была свежей, и в ней было достаточно кислорода, скрытожаберник использует целесообразные инстинктивные действия – активно перемешивает воду с помощью колебательных движений телом и хвостом. Ведь в этом постоянном движении его жизнь.
Универсальность системы дыхания земноводных выражается и в возникновении специальных дыхательных устройств в определенный период их жизнедеятельности. Так, гребенчатые тритоны не могут долго находиться в воде и запасаются воздухом, время от времени поднимаясь к поверхности. Особенно трудно им дышать в период размножения, так как при ухаживании за самками они выполняют под водой брачные танцы. Для обеспечения такого сложного ритуала у тритона именно в брачный период вырастает дополнительный дыхательный орган – кожная складка в виде гребня. Пусковой механизм репродуктивного поведения приводит в действие и систему организма по производству этого важного органа. Он богато снабжен кровеносными сосудами и значительно повышает долю кожного дыхания.
Хвостатые и бесхвостые амфибии наделены и дополнительным уникальным устройством для обмена бескислородного типа. Им с успехом пользуется, например, леопардовая лягушка. Она может прожить в лишенной кислорода холодной воде до семи суток.
Некоторые лопатоноги, семейства американских чесночниц, обеспечены кожным дыханием не для пребывания в воде, а под землей. Там, зарывшись, они проводят большую часть жизни. На поверхности земли эти амфибии, как и все другие бесхвостые земноводные, вентилируют легкие за счет движений дна ротовой полости и раздуваний боков. Но после того, как лопатоноги зароются в землю, у них автоматически отключается система вентиляции легких и включается управление кожным дыханием.
Ряд особенностей в строении кожи амфибий показывает их родство с рыбами. Покровы амфибии влажны и мягки и не имеют еще таких специальных особенностей приспособительного характера, как перо или волос. Мягкость и влажность кожи амфибий стоят в связи с недостаточно совершенным аппаратом для дыхания, ибо кожа служит дополнительным органом последнего. Этот признак должен был развиться уже у далеких предков современных амфибий. Это мы и видим на самом деле; узко у стегоцефал утрачивается костный кожный панцырь, унаследованный ими от предков рыб, дольше сохраняясь на брюхе, где он служит защитой при ползанье.
Покровы состоят из эпидермиса и кожи (cutis). В эпидермисе еще сохраняются черты, свойственные рыбам: ресничный покров у личинок, сохраняющийся у личинок Auura до наступления метаморфоза,; ресничный эпителий в органах боковой линии у Urodela, всю жизнь проводящих в воде; наличие одноклеточных слизистых желез у личинок и тех же водных Urocleia. Кожа собственно (cutis) состоит как у рыб из трех взаимно перпендикулярных систем волокон. У лягушек в коже имеются большие лимфатические полости, благодаря чему кожа не связана у них с подлежащей мускулатурой. В коже амфибий, в особенности у тех, которые ведут более наземный образ жизни (например, жабы), развивается ороговение, предохраняющее нижележащие слои кожи как от механических повреждений, так и от высыхания, что связано с переходом к наземному образу жизни. Ороговение кожи должно, конечно, затруднять кожное дыхание, а потому большее ороговение кожи связано с большим развитием легких (например, у Bufo в сравнении с Rana).
У амфибий наблюдается линька, т. е. периодическое сбрасывание кожи. Кожа сбрасывается как один кусок. В том или ином месте кожа лопается, и животное выползает из нее и сбрасывает, а некоторые лягушки и саламандры съедают ее. Линька необходима амфибиям, ибо оyи растут до конца своей жизни, и кожа стесняла бы рост.
На концах пальцев ороговение эпидермиса происходит наиболее сильно. У некоторых стегоцефал существовали настоящие когти.
Из современных амфибий они имеются у Xenopus, Hymenochirus и Onychodactylus. У жабы-чесночницы (Pelobates) па задних ногах развивается как приспособление для рытья лопатообразный вырост.
Боковые органы чувств, характерные для рыб, имелись у стегоцефал, о чем свидетельствуют каналы на черепных костях. Сохраняются они и у современных амфибий, а именно лучше всего у личинок, у которых они развиты типичным образом на голове и тремя продольными рядами идут вдоль тела. С метаморфозом органы эти или исчезают (у Salamandrinae, у всех Anura, кроме шпорцевой лягушки Xenopus из Pipidae), или погружаются вглубь, где находятся под защитой ороговевающих опорных клеток. При возвращении Urodela в воду для размножения органы боковой линии восстанавливаются.
Кожа амфибий очень богата железами. Одноклеточные железы, характерные для рыб, еще сохраняются у личинок Apoda и Urodela и у живущих в воде взрослых Urodela. С другой стороны, здесь появляются настоящие многоклеточные железы, развившиеся филогенетически, видимо, из скоплений одноклеточных желез, которые наблюдаются уже у рыб.
Железы амфибий двоякого рода; меньшего размера слизистые железы и более крупные серозные, или белковые. Первые относятся к группе желез мезокрипных, клетки которых не разрушаются в процессе секреции, вторые - голокрипные, клетки которых целиком идут на образование секрета. Белковые железы образуют бородавчатые возвышения на спинной стороне, спинные валики лягушек, ушные железы (паротиды) у жаб и саламандр. И те и другие железы (рис. 230) одеты снаружи слоем гладких мышечных волокон. Секрет желез часто бывает ядовит, особенно желез белковых.
Окраска кожи амфибий обусловливается, как и у рыб, присутствием в коже пигмента и рефлектирующих иридоцитов. Пигмент бывает или диффузный или зернистый, располагающийся в особых клетках - хроматофорах. Диффузный пигмент, распределенный в роговом слое эпидермиса, обычно желтый; зернистый бывает черного, бурого и красного цвета. Кроме него, встречаются белые зерна гуанина. Зеленый и голубой цвет окраски некоторых амфибий является субъективной окраской, обусловленной смещением тонов в глазу наблюдателя.
Изучая при небольших увеличениях кожу древесной лягушки, квакши (Hyla arborea), мы видим, что при рассматривании кожи снизу она кажется черной вследствие наличия в ней анастомозирующих и разветвленных черных пигментных клеток, меланофоров. Сам эпидермис бесцветен, по там, где свет проходит сквозь кожу при сократившихся меланофорах, она кажется желтой. Лейкофори, или интерферирующие клетки, содержат кристаллы гуанина. Ксантофоры содержат золотистожелтый липохром. Способность меланофоров изменять свой вид, то свертываясь в шар, то вытягивая отростки, и обусловливает главным образом возможность изменения цвета. Точно так же подвижен желтый пигмент в ксантофорах. Лейкофоры или интерферирующие клетки дают серо-голубой, красно-желтый или серебристый блеск. Совместная игра всех этих элементов создаст все виды окраски амфибии. Постоянные черные пятна обусловливаются наличием черного пигмента. Меланофоры усиливают его действие. Белый цвет вызывается лейкофорами при отсутствии меланофоров. При свертывании меланофоров и при распространении липохрома создастся желтая окраска. Зеленый цвет получается путем взаимодействия черных и желтых хроматофоров.
Изменения окраски находятся в зависимости от нервной системы.
Кожа амфибий богато снабжена сосудами, служа для дыхания. У волосатой лягушки (Astyloslernus), имеющей сильно редуцированные легкие, тело покрыто волосовидными выростами кожи, обильно снабженными сосудами. Кожа амфибий служит также для восприятия воды и для выделения. В сухом воздухе кожа лягушек и саламандр столь обильно испаряет, что они погибают. Имеющие более развитой роговой слой жабы выживают в тех же условиях значительно дольше. 0
Внешние особенности кожи
Кожа и жир составляют у травяной лягушки около 15% общего веса.
Кожа лягушки покрыта слизью и влажная. Из наших форм наиболее прочна кожа у водных лягушек. Кожа на спинной стороне животного в общем толще и прочнее, чем кожа на брюхе, а также несет и большее число разнообразных бугорков. Помимо ряда уже описанных ранее образований, имеется еще большое число постоянных и временных бугорков, особенно многочисленных в области заднепроходного отверстия и на задних конечностях. Некоторые из этих бугорков, несущих обычно на своей вершине пигментное пятно, являются осязательными. Другие бугорки обязаны своим образованием железам. Обычно на вершине последних можно в лупу, а иногда и простым глазом различить выводные отверстия желез. Наконец, возможно образование временных бугорков в результате сокращения гладких кожных волоконец.
В брачное время у самцов лягушек на первом пальце передних конечностей развиваются «брачные мозоли», различающиеся по своему строению от вида к виду.
Поверхность мозоли покрывается заостренными бугорками или сосочками, различно устроенными у разных видов. Одна железа приходится примерно на 10 сосочков. Железы простые трубчатые и имеют около 0,8 мм длины и 0,35 мм ширины каждая. Отверстие каждой железы открывается самостоятельно и имеет около 0,06 мм ширины. Не исключено, что сосочки «мозоли» представляют собой видоизмененные чувствительные бугорки, но главная функция «мозоли» механическая - она помогает самцу крепко удерживать самку. Было высказано мнение, что выделения желез «мозоли» предотвращают воспаление тех неизбежных царапин и ранок, которые образуются на коже самки при спаривании.
После икрометания «мозоль» уменьшается, и ее шероховатая поверхность вновь становится гладкой.
У самки на боках, в задней части спины и на верхней поверхности задних конечностей в брачное время развивается масса «брачных бугорков», играющих роль осязательного аппарата, возбуждающего половое чувство самки.
Рис. 1. Брачные мозоли лягушек:
а - прудовой, б - травяной, в- остромордой.
Рис. 2. Срез через брачную мозоль:
1 - бугорки (сосочки) эпидермиса, 2 - эпидермис, 3- глубокий слой кожи и подкожная клетчатка, 4 - железы, 5 - отверстие железы, 6 - пигмент, 7 - кровеносные сосуды.
Окраска кожи разных видов лягушек весьма разнообразна и почти никогда не бывает одноцветной.
А - травяной, Б - прудовой лягушки.
Основная масса видов (67-73%) имеет коричневый, черноватый или желтоватый общий фон верхней части тела. У Rana plicatella из Сингапура спина бронзовая, а отдельные участки бронзового цвета встречаются у нашей прудовой лягушки. Видоизменением бурой окраски является красная. У нашей травяной лягушки изредка попадаются красные экземпляры; для Rana malabarica темно-малиновый цвет является нормой. Несколько больше четверти (26-31%) всех видов лягушек имеют сверху зеленую или оливковую окраску. Большая масть (71%) лягушек лишена продольной спинной полосы. У 20% видов наличие спинной полосы непостоянно. Четкая постоянная полоса имеется у сравнительно небольшого числа (5%) видов, иногда же вдоль спины идут три светлых полосы (южноафриканская Rana fasciata). Наличие связи спинной полосы с полом и возрастом для наших видов пока установить не удалось. Не исключено, что она имеет экранирующее термическое значение (идет вдоль спинного мозга). Половина всех видов лягушек имеет одноцветное брюхо, а другая - более или менее пятнистое.
Окраска лягушек сильно изменчива как от индивида к индивиду, так и у одной особи в зависимости от условий. Наиболее постоянный элемент окраски -черные пятна. У наших зеленых лягушек общая окраска фона может изменяться от лимонножелтой (на ярком солнце; редко) через разные оттенки зеленого до темнооливкового и даже коричнево-бронзового (зимой во мху). Общий фон окраски травяной лягушки может меняться от желтого, через красный и коричневый, до черно-коричневого. Изменения окраски остромордой лягушки меньше по своей амплитуде.
В брачное время самцы остромордой лягушки приобретают яркую голубую окраску, а у самцов травяной синеет кожа, покрывающая горло.
Альбинотические взрослые травяные лягушки наблюдались не менее четырех раз. Три наблюдателя видели головастиков-альбиносов этого вида. Под Москвой был найден альбинос остромордой лягушки (Терентьев, 1924). Наконец, наблюдался альбинос прудовой лягушки (Pavesi). Меланизм был отмечен для зеленой лягушки, травяной и для Rana graeca.
Рис. 4. Брачные бугорки самки травяной лягушки.
Рис. 5. Поперечный срез кожи живота зеленой лягушки. Увеличение в 100 раз:
1 - эпидермис, 2 - губчатый слой кожи, 3 - плотный слой кожи, 4 - подкожная клетчатка, 5 - пигмент, 6 - эластические нити, 7 - анастомозы эластических нитей, 8 - железы.
Строение кожи
Кожа состоит из трех слоев: поверхностного, или эпидермиса (epidermis), имеющего многочисленные железы, глубокого, или собственно кожи (соrium), в котором также встречается некоторое количество желез, и, наконец, подкожной клетчатки (tela subcutаnеа).
Эпидермис состоит из 5-7 разнообразных клеточных слоев, верхний из которых ороговевает. Он именуется соответственно роговым слоем (stratum corneum) в отличие от прочих, называемых зародышевым или слизистым (stratum germinativum = str. mucosum).
Наибольшая толщина эпидермиса наблюдается на ладонях, ступнях и, особенно, на суставных подушечках. Нижние клетки зародышевого слоя эпидермиса высокие, цилиндрические. В основании их находятся зубовидные или шиповидные отростки, вдающиеся в глубокий слой кожи. В этих клетках наблюдаются многочисленные митозы. Выше расположенные клетки зародышевого слоя многообразно многоугольны и постепенно уплощаются по мере приближения к поверхности. Клетки связаны друг с другом межклеточными мостиками, между которыми остаются маленькие лимфатические щели. Клетки, непосредственно прилегающие к роговому слою, в различной мере ороговевают. Особенно этот процесс усиливается перед линькой, благодаря чему клетки эти получили название заменяющего или запасного слоя. Немедленно после линьки возникает новый заменяющий слой. Клетки зародышевого слоя могут содержать зернышки коричневого или черного пигмента. Особенно много таких зернышек содержится в хрзматофорах-клетках звездчатой формы. Чаще всего хроматофоры встречаются в средних слоях слизистого слоя и никогда не попадаются в роговом. Встречаются звездчатые клетки и без пигмента. Одни исследователи считают их дегенерирующей стадией хроматофоров, а другие - «блуждающими» клетками. Роговой слой состоит из плоских, тонких, многоугольных клеток, сохраняющих ядра несмотря на ороговение. Иногда в этих клетках заключен коричневый или черный пигмент. Пигмент эпидермиса в целом играет меньшую роль в окраске, чем пигмент глубокого слоя кожи. Некоторые части эпидермиса вообще не содержат пигмента (брюхо), а другие дают начало постоянным темным пятнам кожи. Над роговым слоем на препаратах видна небольшая блестящая полоска (рис. 40)-кутикула (сutiсulа). Большей частью кутикула образует непрерывный слой, но на суставных подушечках она распадается на ряд отдельностей. При линьке нормально сходит только роговой слой, но иногда сходят и клетки заменяющего слоя.
У молодых головастиков клетки эпидермиса несут мерцательные реснички.
Глубокий слой кожи, или собственно кожа, подразделяется на два слоя -губчатый или верхний (stratum spongiosum= str. laxum) и плотный (stratum compactum = str. medium).
Губчатый слой возникает в онтогенезе только с развитием желез, а до этого плотный слой прилегает непосредственно к эпидермису. В тех частях тела, где много желез, губчатый слой толще плотного, и наоборот. Граница губчатого слоя собственно кожи с зародышевым слоем эпидермиса местами представляет плоскую поверхность, тогда как в других местах (например, «брачные мозоли») можно говорить о сосочках губчатого слоя кожи. Основу губчатого слоя составляет соединительная ткань с неправильно завитыми тонкими волокнами. В нее включены железы, кровеносные и лимфатические сосуды, пигментные клетки и нервы. Непосредственно под эпидермисом находится светлая, слабо пигментированная пограничная пластинка. Под ней лежит тонкий слой, пронизанный выводными каналами желез и богато снабженный сосудами-сосудистый слой (stratum vasculare). В нем располагаются многочисленные пигментные клетки. На окрашенных частях кожи можно различать два сорта таких пигментных клеток: более поверхностные желтые или серые ксантолейкофоры и более глубокие, тесно прилегающие к сосудам, темные, разветвленные меланофоры. Самой глубокой частью губчатого слоя является железистый (stratum glandularе). Основой последнего является соединительная ткань, пронизанная лимфатическими щелями, содержащими многочисленные звездчатые и веретеновидные неподвижные и подвижные клетки. Здесь встречаются кожные железы. Плотный слой собственно кожи может быть назван также слоем горизонтальных волокон, ибо он состоит в основном из пластинок соединительной ткани, идущих параллельно поверхности с легкими волнообразными изгибами. Под основаниями желез плотный слой образует впадины, а между железами куполообразно вдается в губчатый. Опыты с кормлением лягушек краппом (Кащенко, 1882) и непосредственные наблюдения заставляют противопоставлять верхнюю часть плотного слоя всей основной его массе, называемой решетчатым слоем. Последний не имеет пластинчатого строения. Местами основная масса плотного слоя оказывается пронизанной вертикально идущими элементами, среди которых можно различить две категории: изолированные тонкие пучки соединительной ткани, которые не пронизывают решетчатого слоя, и «пронизывающие пучки», состоящие из сосудов, нервов, соединительно-тканных и эластичных нитей, а также гладких мускульных волокон. Большинство этих пронизывающих пучков идет от подкожной клетчатки до эпидермиса. В пучках кожи живота преобладают соединительнотканные элементы, тогда как в пучках кожи спины преобладают мускульные волокна. Слагаясь в небольшие мускульные пучки, гладкие мускульные клетки могут, сокращаясь, давать явление «гусиной кожи» (cutis ansеrinа). Интересно, что оно появляется при перерезке продолговатого мозга. Эластичные нити в коже лягушки были впервые открыты Тонковым (1900). Они идут внутри пронизывающих пучков, давая нередко дугоподобные соединения с эластичными соединениями других пучков. Особенно сильны эластичные нити в районе брюха.
Рис. 6, Эпидермис ладони с хроматофорами. Увеличение в 245 раз
Подкожная клетчатка (tela subcutanea = subcutis), осуществляющая связь кожи в целом с мускулами или костями, существует только в ограниченных районах тела лягушки, где непосредственно переходит в межмускульную ткань. В большинстве мест тела кожа лежит над обширными лимфатическими мешками. Каждый лимфатический мешок, выстланный эндотелием, расщепляет подкожную клетчатку на две пластинки: одну, прилегающую к коже, и другую - покрывающую мускулы и кости.
Рис. 7. Срез через эпидермис кожи брюха зеленой лягушки:
1 - кутикула, 2 - роговой слой, 3 - зародышевый слой.
Внутри пластинки, прилегающей к коже, наблюдаются, особенно в районе брюха, клетки с серым зернистым содержанием. Их называют «интерферирующими клетками» и считают придающими окраске легкий серебристый блеск. Повидимому, существуют различия между полами в характере строения подкожной клетчатки: у самцов описаны особые белые или желтоватые соединительнотканные ленты, опоясывающие некоторые мускулы туловища (linеamasсulinа).
Окраска лягушки создается в первую очередь за счет элементов, находящихся в собственно коже.
У лягушек известно четыре сорта красящих веществ:коричневые или черные - меланины, золотистожелтые- липохромы из группы жиров, серые или белые зерна гуанина (вещество близкое к мочевине) и красное красящее вещество бурых лягушек. Пигменты эти встречаются раздельно, и несущие их клетки хроматофоры называются соответственно меланофорами, ксантофорами или липофорами (у бурых лягушек в них находится и красное красящее вещество) и лейкофорами (гуанофорами). Однако часто липохромы, в форме капелек, встречаются вместе с зернами гуанина в одной клетке - такие клетки именуются ксантолейкофорами.
Указания Подъяпольского (1909, 1910) на нахождение хлорофилла в коже лягушек сомнительны. Возможно, что его ввело в заблуждение то обстоятельство, что слабая алкогольная вытяжка из кожи зеленой лягушки имеет зеленоватый цвет (цвет концентрированной вытяжки желтый - экстракт липохромов). Все перечисленные сорта пигментных клеток встречаются в коже собственно, тогда как в подкожной клетчатке обнаружены только звездчатые, рассеивающие свет клетки. В онтогенезе хроматофоры дифференцируются из клеток примитивной соединительной ткани очень рано и получают название меланобластов. Образование последних стоит в связи (по времени и причинно) с возникновением кровеносных сосудов. Повидимому, все сорта пигментных клеток являются производными меланобластов.
Все кожные железы лягушки принадлежат к простому альвеолярному типу, снабжены выводными протоками и, как уже указывалось выше, расположены в губчатом слое. Цилиндрический выводной проток кожной железы открывается на поверхности кожи трехлучевым отверстием, пройдя через особую воронковидную клетку. Стенки выводного протока двуслойны,а само округлое тело железы трехслойно: изнутри находится эпителий, а затем идут мускульная (tunica muscularis) и волокнистая (tunica fibrosa) оболочки. По деталям строения и функции все кожные железы лягушки делятся на слизистые и зернистые, или ядовитые. Первые по величине (поперечник от 0,06 до 0,21 мм, чаще 0,12-0,16) меньше вторых (поперечник 0,13-0,80 мм, чаще 0,2-0,4). На квадратный миллиметр кожи конечностей приходится до 72, а в других местах 30-40 слизистых желез. Общее число их для лягушки в целом равняется примерно 300 000. Зернистые железы распределены по телу весьма неравномерно. Повидимому, они существуют повсюду, исключая мигательную перепонку, но особенно много их в височной, спиннобоковой, шейной и плечевой складках, а также около заднепроходного отверстия и на спинной стороне голени и бедра. На брюхе приходится 2-3 зернистых железы на квадратный сантиметр, тогда как в спиннобоковых складках их столь много, что клетки собственно кожи сведены до тонких стенок между железами.
Рис. 8. Срез через кожу спины травяной лягушки:
1 - пограничная пластинка, 2 - места связи мускульного пучка с поверхностными клетками эпидермиса, 3 - эпидермис, 4 - гладкие мускульные клетки, 5 - плотный слой.
Рис. 9. Отверстие слизистой железы. Вид сверху:
1 - отверстие железы, 2 - воронковидная клетка, 3 - ядро воронковидной клетки, 4 - клетка рогового слоя эпидермиса.
Рис. 10. Срез через спиннобоковую складку зеленой лягушки, увеличенный в 150 раз:
1 - слизистая железа с высоким эпителием, 2 - слизистая железа с низким эпителием, 3 - зернистая железа.
Клетки эпителия слизистых желез выделяют текучую жидкость, не разрушаясь, тогда как выделение едкого сока зернистых желез сопровождается гибелью части клеток их эпителия. Выделения слизистых желез имеют щелочную реакцию, а зернистых -кислую. Учитывая вышеописанное распределение желез на теле лягушки, не трудно побить, почему лакмусовая бумажка краснеет от выделения желез боковой складки и синеет от выделений желез брюха. Существовало предположение, что слизистые и зернистые железы являются возрастными стадиями одного образования, но мнение это, повидимому, неправильно.
Кровеснабжение кожи идет через большую кожную артерию (аrtеriа cutanea magna), которая распадается на ряд ветвей, идущих преимущественно в перегородках между лимфатическими мешками (septa intersaccularia). В дальнейшем образуются две сообщающиеся капиллярные системы: подкожная (rеtе subcutaneum) в подкожной клетчатке и подэпидермальная (rеtеsub epidermalе) в губчатом слое собственно кожи. В плотном слое сосудов нет. Лимфатическая система образует в коже две аналогичные сети (подкожную и подэпидермальную), стоящие в связи с лимфатическими мешками.
Большинство нервов подходит к коже, подобно сосудам, внутри перегородок между лимфатическими мешками, образуя подкожную глубокую сеть (plexus nervorum intеriог = pl. profundus) и в губчатом слое - поверхностную сеть (plexus nervorum superficialis). Связь этих двух систем, так же как аналогичных образований кровеносной и лимфатической системы, происходит через пронизывающие пучки.
Функции кожи
Первой и основной функцией кожи лягушки, как и всякой кожи вообще, является защита организма. Поскольку эпидермис лягушки сравнительно тонок, главную роль в механической защите играет глубокий слой, или кожа собственно. Весьма интересна роль кожной слизи: помимо того, что она помогает выскальзыванию от врага, она механически защищает от бактерий и спор грибков. Конечно, выделения зернистых кожных желез лягушек не так ядовиты, как, например, жаб, но отрицать известную защитную роль этих выделений нельзя.
Впрыскивание кожных выделений зеленой лягушки вызывает смерть золотой рыбки через минуту. У белых мышей и лягушек наблюдался немедленный паралич задних конечностей. Действие было заметно и на кроликах. Кожные выделения некоторых видов могут вызывать раздражение, попадая на слизистую оболочку человека. Американская Rana palustris своими выделениями часто убивает других лягушек, посаженных с ней вместе. Однако ряд животных спокойно ест лягушек. Быть может, основное значение выделений зернистых желез заключается в их бактерицидном действии.
Рис. 11. Зернистая железа кожи лягушки:
1 - выводной проток, 2 - волокнистая оболочка, 3 - мышечная оболочка, 4 - эпителий, 5 - зернышки секрета.
Большое значение имеет проницаемость кожи лягушки для жидкостей и газов. Кожа живой лягушки легче проводит жидкости снаружи внутрь, тогда как в мертвой коже ток жидкости идет в обратном направлении. Вещества, депрессирующие жизненность, могут приостановить ток и даже изменить его направление. Лягушки никогда не пьют ртом, -можно говорить, что они пьют кожей. Если лягушку выдержать в сухом помещении, а потом завернуть в мокрую тряпку или посадить в воду, то она скоро заметно прибудет в весе за счет воды, впитанной кожей.
О количестве жидкости, которую может выделить кожа лягушки, дает представление такой опыт: можно многократно вываливать лягушку в порошке гуммиарабика, и он до тех пор будет растворяться кожными выделениями, пока лягушка не умрет от чрезмерной потери воды.
Постоянно влажная кожа дает возможность газообмена. У лягушки кожа выделяет 2 /з- 3 /4 всей углекислоты, а зимой - еще больше. За 1 час 1 см 2 кожи лягушки поглощает 1,6 см 3 кислорода и выделяет 3,1 см 3 углекислого газа.
Погружение лягушек в масло или обмазывание парафином убивает их быстрее, чем удаление легких. Если при удалении легких была соблюдена стерильность, го оперированное животное может долго жить в банке с небольшим слоем воды. Однако нужно принимать во внимание температуру. Уже давно (Тоунсон, 1795) было описано, что лягушка, лишенная деятельности легких, может прожить при температуре от+10° до+12° в ящике с влажным воздухом 20-40 дней. Напротив, при температуре +19° лягушка умирает в сосуде с водой через 36 часов.
Кожа взрослой лягушки не принимает особого участия в акте движения, за исключением кожной перепонки между пальцами задней конечности. Личинки же в первые дни после вылупления могут передвигаться за счет мерцательных ресничек эпидермиса кожи.
Лягушки линяют 4 и более раз в течение года, причем первая линька происходит после пробуждения от спячки. При линьке сходит поверхностный слой эпидермиса. У больных животных линька задерживается, и возможно, что именно это обстоятельство бывает причиной их гибели. Повидимому, хорошее питание может стимулировать линьку. Несомненна связь линьки с деятельностью желез внутренней секреции; гипофизектомия задерживает линьку и ведет к развитию в коже толстого рогового слоя. Гормон щитовидной железы играет важную роль в процессе линьки во время метаморфоза и, вероятно, влияет на нее и у взрослого животного.
Важным приспособлением является способность лягушки несколько изменять свою окраску. Незначительное скопление пигмента в эпидермисе способно образовать только темные неизменные пятна и полосы. Общий черный и коричневый цвет («фон») лягушек есть результат скопления в данном месте меланофоров в более глубоких слоях. Таким же образом объясняется желтый и красный (ксантофоры) и белый (лейкофоры). Зеленая и голубая окраска кожи получаются за счет комбинации разных хроматофоров. Если ксантофоры располагаются поверхностно, а под ними лежат лейкофоры и меланофоры, то свет, падающий на кожу, отражается в виде зеленого, ибо длинные лучи поглощаются меланином, короткие отражаются зернами гуанина, а ксантофоры играют роль светофильтров. Если же исключается влияние ксантофоров, то получается голубая окраска. Раньше полагали, что изменение окраски происходит за счет амебовидных движений отростков хроматофоров: расширения их (экспанзии) и сжатия (контракции). Ныне считают, что такие явления наблюдаются у молодых меланофоров только во время развития лягушки. У взрослых лягушек имеет место перераспределение токами плазмы зернышек черного пигмента внутри пигментной клетки.
Если зернышки меланина рассредоточиваются по всей пигментной клетке, окраска темнеет и, наоборот, концентрация всех зернышек в центре клетки дает посветление. Ксантофоры и лейкофоры, повидимому, сохраняют способность амебовидных движений и у взрослых животных. Пигментные клетки, а потому и окраска контролируются значительным числом как внешних, так и внутренних факторов. Наибольшую чувствительность при этом проявляют меланофоры. Для окраски лягушек из экологических факторов наибольшее значение имеют температура и влажность. Высокая температура (+20° и выше), сухость, сильный свет, голод, боль, остановка кровообращения, нехватка кислорода и смерть вызывают посветление. Напротив, низкая температура (+ 10° и ниже), а также влажность вызывают потемнение. Последнее имеет место и при отравлении углекислотой. У квакши ощущение шероховатой поверхности дает потемнение и наоборот, но по отношению к лягушкам это пока не доказано. В природе и в условиях опыта наблюдалось влияние фона, на котором сидит лягушка, на ее окраску. При помещении животного на черный фон спина его быстро темнеет, нижняя сторона значительно запаздывает. При помещении на белый фон быстрее всего светлеют голова и передние конечности, медленнее туловище и позднее всего задние конечности. Основываясь на опытах ослепления, полагали, что свет действует на окраску через глаз, однако, ослепленная лягушка через некоторый промежуток времени вновь начинает менять свою окраску. Это, конечно, не исключает частичного значения глаз, и возможно, что глаз может производить вещество, действующее при посредстве крови на меланофоры.
После разрушения центральной нервной системы и перерезки нервов хроматофоры еще сохраняют некоторую реактивность на механические, электрические и световые раздражения. Прямое действие света на меланофоры можно наблюдать па свежих вырезанных кусочках кожи, светлеющих на белом фоне и темнеющих (значительно медленнее) на черном. Исключительно велика роль внутренней секреции в изменении окраски кожи. В отсутствие гипофиза пигмент вообще не развивается. Впрыскивание лягушке в лимфатический мешок 0,5 см 3 питуитрина (раствор 1: 1 000) дает через 30-40 минут потемнение. Значительно быстрее действует аналогичная инъекция адреналина; через 5-8 минут после впрыскивания 0,5 см 3 раствора (1: 2 000) наблюдается посветление. Было высказано предположение, что часть падающего на лягушку света доходит до надпочечников, изменяет режим их работы и тем самым количество адреналина в крови, что, в свою очередь, сказывается на окраске.
Рис. 12. Меланофоры лягушки при потемнении (А) и посветлении (В) окраски.
Существуют иногда довольно тонкие отличия между видами в отношении реагирования их на эндокринные воздействия. Вихко-Филатова, работая над эндокринными факторами молозива человека, ставила опыты на лягушках, лишенных гипофиза (1937). Эндокринный фактор дородового молозива и молозива в первый день после родов давал четкую меланофорную реакцию при впрыскивании прудовой лягушке и не оказывал действия на меланофоры озерной.
Общее соответствие окраски лягушек цветному фону, на котором они обитают, не вызывает сомнений, но особо ярких примеров покровительственной окраски у них пока не найдено. Быть может, это есть следствие их относительно большой подвижности, при которой строгое соответствие их окраски одному какому-либо цветовому фону было бы скорее вредно. Более светлая окраска брюха зеленых лягушек подходит под общее «правило Тайера», но окраска брюха других видов пока непонятна, Напротив, роль индивидуально весьма изменчивых крупных черных пятен спины ясна; сливаясь с темными частями фона, они изменяют контуры тела животного (принцип камуфляжа) и маскируют его местонахождение.
Используемая литература: П. В. Терентьев
Лягушка: Учебное пособие/ П.В. Терентьев;
под ред. М. А. Воронцова, А. И. Прояева.- М. 1950 г.
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера.
Земноводные (они же амфибии ) - первые появившиеся в процессе эволюции наземные позвоночные. При этом они все еще сохраняют тесную связь с водной средой, обычно живя в ней на личиночной стадии. Типичные представители земноводных - лягушки, жабы, тритоны, саламандры. Наиболее разнообразны в тропических лесах, так как там тепло и сыро. Среди амфибий нет морских видов.
Общая характеристика земноводных
Земноводные - это немногочисленная группа животных, насчитывающая около 5000 видов (по другим источникам около 3000). Их разделяют на три отряда: Хвостатые, Бесхвостые, Безногие . Привычные нам лягушки и жабы принадлежат бесхвостым, тритоны - хвостатым.
У амфибий появляются парные пятипалые конечности, представляющие собой многочленные рычаги. Передняя конечность состоит из плеча, предплечья, кисти. Задняя конечность - из бедра, голени, стопы.
У большинства взрослых земноводных в качестве органов дыхания развиваются легкие. Однако они не столь совершенны, как у более высокоорганизованных групп позвоночных. Поэтом в жизнедеятельность амфибий большую роль имеет кожное дыхание.
Появление в процессе эволюции легких сопровождалось появлением второго круга кровообращения и трехкамерного сердца. Хотя есть второй круг кровообращения, из-за трехкамерного сердца не происходит полного разделения венозной и артериальной крови. Поэтому к большинству органов поступает смешанная кровь.
Глаза имеют не только веки, но и слезные железы для смачивания и очищения.
Появляется среднее ухо с барабанной перепонкой. (У рыб только внутреннее.) Барабанные перепонки видны, находятся по бокам головы позади глаз.
Кожа голая, покрыта слизью, в ней много желез. Не предохраняет от потери воды, поэтому живут близ водоемов. Слизь защищает кожу от высыхания и бактерий. Кожа состоит из эпидермиса и дермы. Через кожу также всасывается вода. Кожные железы многоклеточные, у рыб одноклеточные.
Из-за неполного разделения артериальной и венозной крови, а также несовершенного легочного дыхания обмен веществ у земноводных медленный, как и у рыб. Они также относятся к холоднокровным животным.
Размножаются амфибии в воде. Индивидуальной развитие протекает с превращением (метаморфозом). Личинка лягушек называется головастиком .
Земноводные появились около 350 млн лет назад (в конце девонского периода) от древних кистеперых рыб. Их расцвет произошел 200 млн лет назад, когда Землю покрывали огромные болота.
Опорно-двигательная система земноводных
В скелете земноводных меньше костей, чем у рыб, так как многие кости срастаются, другие же остаются хрящами. Таким образом, их скелет легче, чем у рыб, что важно для обитания в воздушной среде, которая является менее плотной, чем водная.
Мозговой череп срастается с верхними челюстями. Подвижной остается только нижняя челюсть. В черепе сохраняется много хрящей, которые не окостеневают.
Опорно-двигательная система земноводных имеет схожа с таковой рыб, но имеет ряд ключевых прогрессивных отличий. Так, в отличие от рыб, череп и позвоночник подвижно сочленены, что обеспечивает подвижность головы относительно шеи. Впервые появляется шейный отдел позвоночника, состоящий из одного позвонка. Однако подвижность головы не большая, лягушки могут только наклонять голову. Хотя у них и есть шейный позвонок, во внешнем виде тела шеи нет.
У земноводных позвоночник состоит из большего количества отделов, чем у рыб. Если у рыб их только два (туловищный и хвостовой), то у земноводных четыре отдела позвоночника: шейный (1 позвонок), туловищный (7), крестцовый (1), хвостовой (одна хвостовая кость у бесхвостых или ряд отдельных позвонков у хвостатых амфибий). У бесхвостых амфибий происходит срастание хвостовых позвонков в одну кость.
Конечности земноводных сложные. Передние состоят из плеча, предплечья и кисти. Кисть состоит из запястья, пясти и фаланг пальцев. Задние конечности состоят из бедра, голени и стопы. Стопа состоит из предплюсны, плюсны и фаланг пальцев.
Пояса конечностей служат для опорой для скелета конечностей. Пояс передней конечности земноводного состоит из лопатки, ключицы, вороньей кости (коракоида), общей для поясов обеих передних конечностей грудины. Ключицы и коракоиды сращены с грудиной. Из-за отсутствия или недоразвития ребер, пояса лежат в толще мускулатуры и никак опосредовано не прикреплены к позвоночнику.
Пояса задних конечностей состоят из седалищных и подвздошных костей, а также лобковых хрящей. Срастаясь, они сочленяются с боковыми отростками крестцового позвонка.
Ребра, если есть, короткие, грудной клетки не образуют. У хвостатых амфибий ребра короткие, у бесхвостых их нет.
У бесхвостых земноводных локтевая и лучевая кости срастаются, также срастаются кости голени.
Мышцы земноводных имеют более сложное строение, чем у рыб. Мышцы конечностей и головы специализированы. Мышечные пласты распадаются на отдельные мускулы, которые обеспечивают движение одних частей тела относительно других. Земноводные не только плавают, но и прыгают, ходят, ползают.
Пищеварительная система земноводных
Общий план строения пищеварительной системы земноводных сходен с рыбьей. Однако появляются некоторые новшевства.
Передний коней языка лягушек прирастает к нижней челюсти, а задний остается свободным. Такое строение языка позволяет ловить им добычу.
У земноводных появляются слюнные железы. Их секрет смачивает пищу, но никак не переваривает ее, так как не содержит пищеварительных ферментов. На челюстях бывают конические зубы. Они служат для удержания пищи.
За ротоглоточной полостью находится короткий пищевод, открывающийся в желудок. Здесь пища частично переваривается. Первый отдел тонкого кишечника - двенадцатиперстная кишка. В нее открывается единых проток, куда попадают секреты печени, желчного пузыря и поджелудочной железы. В тонком кишечнике переваривание пищи завершается, и питательные вещества всасываются в кровь.
Непереваренные остатки пищи попадают в толстый кишечник, откуда перемещаются в клоаку, представляющую собой расширение кишечника. В клоаку также открываются протоки выделительной и половой систем. Из нее непереваренные остатки попадают во внешнюю среду. У рыб клоаки нет.
Взрослые земноводные питаются животной пищей, чаще всего различными насекомыми. Головастики питаются планктоном и растительной пищей.
1 Правое предсердие, 2 Печень, 3 Аорта, 4 Яйцеклетки, 5 Толстый кишечник, 6 Левое предсердие, 7 Желудочек сердца, 8 Желудок, 9 Левое легкое, 10 Желчный пузырь, 11 Тонкий кишечник, 12 Клоака Дыхательная система земноводных
Личинки земноводных (головастики) имеют жабры и один круг кровообращения (как у рыб).
У взрослых земноводных появляются легкие, представляющие собой вытянутые мешочки с тонкими эластичными стенками, имеющими ячеистое строение. В стенках находится сеть капилляров. Дыхательная поверхность легких мала, поэтому в процессе дыхания участвует и голая кожа земноводных. Через нее поступает до 50% кислорода.
Механизм вдоха и выдоха обеспечивается поднятием и опусканием дна ротовой полости. При опускании происходит вдох через ноздри, при поднятии - воздух проталкивается в легкие, при этом ноздри закрыты. Выдох осуществляется также при поднятии дна рта, но при этом ноздри открыты, и воздух выходит через них. Также при выдохе сокращаются брюшные мышцы.
В легких осуществляется газообмен за счет разницы концентраций газов в крови и воздухе.
Легкие земноводных недостаточно хорошо развиты, чтобы полноценно обеспечивать газообмен. Поэтому важно кожное дыхание. Высыхание амфибий может привести к тому, что они задохнутся. Кислород сначала растворяется в покрывающей кожу жидкости, а затем диффундирует в кровь. Углекислый газ также сначала оказывается в жидкости.
У земноводных, в отличие от рыб, носовая полость стала сквозной и используется при дыхании.
Под водой лягушки дышат только кожей.
Кровеносная система земноводных
Появляется второй круг кровообращения. Он проходит через легкие и называется легочным, а также малым кругом кровообращения. Первый круг кровообращения, проходящий через все органы тела, называется большим.
Сердце земноводных трехкамерное, состоит из двух предсердий и одного желудочка.
В правое предсердие поступает венозная кровь от органов тела, а также артериальная от кожи. В левое предсердие поступает артериальная кровь от легких. Сосуд, впадающий в левое предсердие, называется легочной веной .
Сокращение предсердий выталкивает кровь в общий желудочек сердца. Здесь кровь частично смешивается.
Из желудочка по отдельным сосудам кровь направляется в легкие, в ткани тела, к голове. В легкие по легочным артериям поступает наиболее венозная кровь из желудочка. К голове же идет почти чистая артериальная. Наиболее смешанная кровь, поступающая в туловище, изливается из желудочка в аорту.
Такое разделение крови достигается особым расположением сосудов, выходящим от распределительной камеры сердца, куда кровь попадает из желудочка. Когда выталкивается первая порция крови, то она заполняет наиболее близкие сосуды. И это кровь наиболее венозная, которая попадает в легочные артерии, идет в легкие и кожу, где обогащается кислородом. Из легких кровь возвращается в левое предсердие. Следующая порция крови - смешанная - попадает в дуги аорты, идущие к органам тела. Наиболее артериальная кровь попадает в дальнюю пару сосудов (сонные артерии) и направляется к голове.
Выделительная система земноводных
Почки у земноводных туловищные, имеют продолговатую форму. Моча поступает в мочеточники, далее по стенке клоаки стекает в мочевой пузырь. Когда мочевой пузырь сокращается, моча изливается в клоаку и далее наружу.
Продуктом выделения является мочевина. Для ее выведения требуется меньше воды, чем для выведения аммиака (который образуется у рыб).
В почечных канальцах почек происходит обратное всасывание воды, что важно для ее сбережения в условиях воздушной среды.
Нервная система и органы чувств земноводных
Ключевых изменений в нервной системе земноводный по-сравнению с рыбами не произошло. Однако передний мозг земноводных сильнее развит и разделен на два полушария. Но у них хуже развит мозжечок, так как амфибиям не надо поддерживать равновесие в воде.
Воздух прозрачнее воды, поэтому ведущая роль у земноводных играет зрение. Они видят дальше рыб, их хрусталик более плоский. Есть веки и мигательные перепонки (или верхнее неподвижное веко и нижнее прозрачное подвижное).
В воздухе звуковые волны распространяются хуже, чем в воде. Поэтому появляется необходимость в среднем ухе, представляющем собой трубочку с барабанной перепонкой (видны как пара тонких круглых пленок позади глаз лягушки). От барабанной перепонки звуковые колебания через слуховую косточку передаются внутреннему уху. Евстахиева труба соединяет полость среднего уха с ротовой полостью. Это позволяет ослаблять перепады давления на барабанную перепонку.
Размножение и развитие земноводных
Лягушки начинают размножаться в возрасте около 3 лет. Оплодотворение наружное.
Самцы выделяют семенную жидкость. У многих лягушек самцы закрепляются на спинах самок и пока самка выметывает икру в течение нескольких дней, поливают ее семенной жидкостью.
Земноводные мечут меньше икры, чем рыбы. Гроздья икры прикрепляются к водным растениям или плавают.
Слизистая оболочка икринки в воде сильно разбухает, преломляет солнечный свет и нагревается, что способствует более быстрому развитию зародыша.
Развитие эмбрионов лягушки в икринках В каждой икринке развивается зародыш (у лягушек обычно около 10 дней). Вышедшая из икринки личинка называется головастиком. Он имеет много признаков, схожих с рыбами (двухкамерное сердце и один круг кровообращение, дыхание с помощью жабр, орган боковой линии). Сначала головастик имеет наружные жабры, которые потом становятся внутренними. Появляются задние конечности, потом передние. Появляются легкие и второй круг кровообращения. В конце метаморфоза рассасывается хвост.
Стадия головастика длится обычно несколько месяцев. Головастики питаются растительной пищей.