Форма, размеры и окраска тела животных

Учебное пособие: Зоология. Форма, размеры и окраска тела животных

Раздел 1. Теоретический материал и научные основы

1.1. Зоология как наука и общие признаки животных

Зоология представляет собой биологическую науку, полностью посвящённую изучению представителей царства Животные. В структуру зоологии входит ряд специализированных разделов, среди которых:

• Экология животных — изучает взаимоотношения животных между собой, с другими организмами и с окружающей средой;
• Этология животных — наука о производстве, проявлении и закономерностях поведения животных;
• Палеозоология — исследует ископаемых животных и их эволюционное развитие.

Зоология тесно связана с другими биологическими и естественными науками, а также с техникой (например, в сфере бионики при исследовании аэродинамики и гидродинамики живых организмов).

Общие признаки и отличия животных от растений

Животные являются частью живой природы и обладают фундаментальными свойствами живого: клеточным строением, обменом веществ, способностью к росту, развитию и размножению. Однако животные выделены в самостоятельное царство на основе ряда специфических черт строения и жизнедеятельности:

Признак / Характеристика · Царство Животные · Царство Растения

• Тип питания — Гетеротрофный (питание готовыми органическими веществами); Автотрофный (фотосинтез)
• Подвижность — Подвижны, имеют специальные органы движения; Преимущественно ведут прикреплённый образ жизни
• Ограничение роста — У большинства период роста ограничен; Рост неограничен (продолжается в течение всей жизни)
• Строение клетки — Отсутствуют клеточная стенка, хлоропласты, крупные вакуоли. Присутствует клеточный центр; Имеются плотная клеточная стенка, хлоропласты, крупные вакуоли
• Системы органов — Присутствуют у большинства многоклеточных (опорно-двигательная, пищеварительная, дыхательная, кровеносная, выделительная, нервная, половая); Системы органов отсутствуют

По уровню организации животные делятся на одноклеточных, колониальных и многоклеточных. Клетка животного была открыта А. Левенгуком. В её структуру входят: клеточная мембрана, ядро с ядрышком, цитоплазма, органоиды передвижения, а также митохондрии, пищеварительные и сократительные вакуоли, лизосомы и клеточный центр. Главным процессом воспроизводства клеток является их деление.

1.2. Симметрия и форма тела животных в различных средах обитания

Форма и симметрия тела животного напрямую зависят от условий среды обитания и образа жизни.

```
┌─────────────────────────────────────────┐
│ Симметрия тела │
└────────────────────┬────────────────────┘
│
┌──────────────────────────┴──────────────────────────┐
▼ ▼
┌─────────────────────────┐ ┌─────────────────────────┐
│ Лучевая (радиальная) │ │ Двусторонняя │
├─────────────────────────┤ ├─────────────────────────┤
│ Характерна для животных,│ │ Характерна для активно │
│ ведущих прикреплённый │ │ передвигающихся │
│ или малоподвижный образ │ │ организмов. Позволяет │
│ жизни (губки, медузы, │ │ точно координировать │
│ коралловые полипы). │ │ движение. │
└─────────────────────────┘ └─────────────────────────┘
```

Водная среда

• Малоподвижные и пассивно плавающие формы:
• • Медузы имеют зонтиковидную или куполообразную форму тела, что позволяет им пассивно перемещаться (парить), следуя за морскими течениями, удерживаться на плаву и улавливать пищу щупальцами.
  • Коралловые полипы ведут прикреплённый образ жизни; их щупальца расположены лучеобразно, что помогает захватывать питательные частицы из воды без перемещения.
  • Морские звёзды имеют звёздчатую форму тела.
• Активно плавающие формы:
• • Двусторонняя симметрия впервые возникла в водной среде у плоских червей миллионы лет назад в связи с переходом к активному поиску пищи.
  • Акулы (класс Рыбы) и дельфины (класс Млекопитающие) обладают обтекаемой формой тела и плавниками. Это позволяет снизить завихрения водных потоков и развивать скорость более 40 км/ч. Сходство формы тела необеспеченных близким родством животных объясняется адаптацией к одинаковым условиям обитания.

Почвенная среда

• Животные (например, дождевые черви) имеют продолговатое тело.
• Многие почвенные обитатели (кроты, медведки) снабжены специализированными роющими конечностями.
• Размеры большинства почвенных обитателей малы.

Наземно-воздушная среда

Для обитателей характерна двусторонняя симметрия с чётко выраженными передним и задним концами тела, а также развитые конечности для бега, прыжков или карабканья.

• Чёрный стриж развивает летательную скорость более 150 км/ч.
• Гепард при преследовании добычи способен бежать со скоростью 115–120 км/ч.

1.3. Диапазон размеров и продолжительности жизни

Размеры и продолжительность жизни животных варьируются в чрезвычайно широких пределах:

• Микроскопические размеры: Длина тела отдельных одноклеточных организмов, почвенных клещей и водных ракообразных составляет тысячные доли миллиметра.
• Гигантские размеры:
• • Синий кит — самое крупное животное, достигающее в длину 33 м.
  • Африканский слон — достигает высоты 4 м и массы 7,5 т.
• Продолжительность жизни:
• • Насекомое подёнка во взрослом состоянии живёт всего 1 сутки.
  • Некоторые рыбы, крупные черепахи и крокодилы способны жить до 200 и более лет.

1.4. Маскировочная форма тела, варианты окраски и мимикрия

Животные используют форму тела и пигментацию покровов для защиты от хищников или для эффективной охоты.

Маскировочная форма тела

Необычное строение покровов помогает животным сливаться с предметами окружающей среды:

• Палочники похожи на зелёные или бурые веточки.
• Цикады формой тела напоминают шипы кустарников.
• Некоторые виды жуков внешне неотличимы от лишайников.

Виды окраски тела

1. Покровительственная окраска: Позволяет организму слиться с окружающим фоном.

• • Зелёная окраска гусениц бабочек (под цвет листьев) или тёмная (под цвет почвы и коры).
  • Жёлтые и светло-коричневые тона у обитателей пустынь.
  • Сезонная смена окраса шерсти и оперения у животных умеренных широт (зайцы, песцы, белые куропатки).
  • Быстрое изменение окраски за счёт перераспределения пигментов в покровах: хамелеоны, осьминоги, каракатицы.
  • Половой диморфизм в окраске: У снегирей, синиц, уток-крякв яркую окраску имеют только самцы для привлечения внимания, тогда как самки окрашены блекло для незаметного высиживания и заботы о потомстве.

2. Предостерегающая окраска: Яркая, броская окраска, предупреждающая хищников об опасности, ядовитости или несъедобности объекта.

• • Характерна для жалящих или ядовитых насекомых (пчёлы, осы, жуки-нарывники).
  • Тлёвая коровка заметна на зелени, но птицы её не едят из-за выделяемого ядовитого секрета.
  • Лягушка-древолаз обладает ярким предупреждающим узором и ядовита для змей и других хищников.

Мимикрия

Мимикрия (от греческого mimos — актёр) — это явление подражания, при котором беззащитный или съедобный вид приобретает внешнее сходство с хорошо защищённым видом, имеющим предостерегающую окраску.

• Пример: Безвредная муха-осовидка внешне имитирует осу. Птицы, имевшие негативный опыт контакта с осами, избегают нападения на мух-осовидок.

Раздел 2. Вопросы для проверки знаний (с краткими ответами)

1. Вопрос: Что изучает этология животных?
   Ответ: Этология — это раздел зоологии, изучающий поведение животных.
2. Вопрос: Назовите ученого, который впервые открыл животную клетку.
   Ответ: А. Левенгук.
3. Вопрос: Какие органоиды и структуры, характерные для растительной клетки, отсутствуют в клетке животных?
   Ответ: В животной клетке отсутствуют плотная клеточная стенка, хлоропласты и крупные вакуоли.
4. Вопрос: У каких организмов впервые в процессе эволюции сформировалась двусторонняя симметрия тела?
   Ответ: У плоских червей миллионы лет назад в водной среде.
5. Вопрос: Какую скорость способны развивать акулы и дельфины в водной среде?
   Ответ: Более 40 км/ч.
6. Вопрос: Каковы максимальная длина и масса самых крупных животных на Земле согласно источнику?
   Ответ: Синий кит достигает 33 м в длину; африканский слон имеет высоту 4 м и массу 7,5 т.
7. Вопрос: Приведите примеры животных, способных мгновенно менять окраску тела путем перераспределения пигментов.
   Ответ: Хамелеоны, осьминоги, каракатицы.
8. Вопрос: В чём заключается биологическое значение предостерегающей окраски?
   Ответ: Она привлекает внимание хищников и заранее предупреждает их о ядовитости, несъедобности или опасности животного.
9. Вопрос: Что такое мимикрия и приведите пример вида, её использующего?
   Ответ: Мимикрия — это сходство беззащитного или съедобного вида с защищённым видом, обладающим предостерегающей окраской. Пример: муха-осовидка, подражающая осе.
10. Вопрос: Каковы пределы продолжительности жизни у животных, приведенные в материале?
    Ответ: От суток (у насекомого подёнки) до 200 и более лет (у некоторых рыб, крупных черепах и крокодилов).

Раздел 3. Темы для эссе и развёрнутых ответов

1. Тема: Взаимосвязь между формой тела, типами симметрии и способом передвижения животных.

• • Ориентиры для раскрытия темы: Рассмотрите лучевую и двустороннюю симметрию. Объясните, почему прикреплённый или малоподвижный образ жизни (медузы, коралловые полипы) способствует развитию лучевой симметрии, а активное передвижение в воде, почве и на суше (плоские черви, рыбы, млекопитающие, птицы) требует двусторонней симметрии. Проанализируйте гидродинамические адаптации акул и дельфинов.

2. Тема: Разнообразие механизмов маскировки и защиты у животных: от формы тела до пигментации.

• • Ориентиры для раскрытия темы: Охарактеризуйте покровительственную и предостерегающую окраски. Приведите примеры животных, маскирующихся под элементы растений (палочники, цикады, жуки). Раскройте феномен полового диморфизма в окраске птиц (снегири, утки-кряквы) и объясните его с точки зрения выживания вида.

3. Тема: Эволюционно-биологический смысл мимикрии в животном мире.

• • Ориентиры для раскрытия темы: Дайте определение мимикрии (происхождение от греч. mimos). Разберите механизм защиты на примере мухи-осовидки и осы. Объясните, как реакция хищников на ядовитых и опасных животных (пчёлы, осы, тлёвые коровки) позволяет беззащитным видам выживать, используя чужие визуальные сигналы.

4. Тема: Сравнительный анализ животной и растительной клеток, тканей и систем органов.

• • Ориентиры для раскрытия темы: Подробно сопоставьте клеточные структуры (наличие клеточного центра, отсутствие стенки и пластид у животных). Опишите системы органов многоклеточных животных, типы питания (гетеротрофный против автотрофного) и характер роста организмов.

Раздел 4. Глоссарий терминов

• Гетеротрофное питание — тип питания организмов, при котором используются готовые органические вещества (характерен для царства Животные).
• Двусторонняя (билатеральная) симметрия — тип симметрии, при котором тело организма имеет две зеркально одинаковые половины (правую и левую), а также чётко различимые передний и задний концы. Характерна для активно передвигающихся животных.
• Зоология — система наук, изучающая строение, жизнедеятельность, разнообразие, распространение и экологию животных.
• Лучевая (радиальная) симметрия — тип симметрии, при котором через тело животного можно провести несколько плоскостей симметрии. Характерна для прикреплённых или малоподвижных организмов (медузы, коралловые полипы, губки).
• Мимикрия (от греч. mimos — актёр) — сходство беззащитного или съедобного вида с хорошо защищёнными видами, обладающими предостерегающей окраской (например, мухи-осовидки и осы).
• Палеозоология — раздел зоологии, изучающий ископаемых животных прошлых геологических эпох.
• Покровительственная окраска — окраска покровов тела животных, позволяющая им сливаться с окружающим фоном среды и делающая их менее заметными для врагов или добычи.
• Предостерегающая окраска — яркая, контрастная окраска тела, привлекающая внимание и предупреждающая хищников о ядовитости, опасности или несъедобности животного.
• Этология животных — биологическая дисциплина, изучающая поведение животных в естественных или лабораторных условиях.