Сердце земноводных, подробное описание и характеристика
Земноводные относятся в классу четвероногих позвоночных животных, всего в данный класс входит порядка шести тысяч семисот видов животных, среди которых лягушки, саламандры и тритоны. Данный класс считается немногочисленным. Двадцать восемь видов насчитывается в России и двести сорок семь видов на Мадагаскаре.
Земноводные относятся к наземным примитивным позвоночным, они занимают промежуточное положение между водными позвоночными и наземными, потому что размножаются и развиваются большинство видов в водной среде, а особи, которые повзрослели начинают жить на суше.
У земноводных есть лёгкие, которыми они дышат, кровообращение состоит из двух кругов, а сердце трёхкамерное. Кровь у земноводных разделяется на венозную и артериальную. Передвижение земноводных происходит с помощью пятипалых конечностей, а суставы они имеют шарообразные. Позвоночник с черепом сочленяются подвижно. Хрящ нёбно-квадратный срастается с аутостилией, а гимандибуляр становится слуховой косточкой. Слух у земноводных более совершенен нежели, у рыб: помимо внутреннего уха есть ещё среднее. Глаза приспособились хорошо видеть на разном расстоянии.
На суше земноводные жить не приспособлены до конца — это видно по всем органам. Температура земноводных зависит от того, какая влажность и температура окружающей их среды. Их возможности ориентироваться и передвигаться по суше ограниченны.
Кровообращение и кровеносная система
Земноводные имеют трёхкамерное сердце, состоит оно из желудочка и предсердий в количестве двух штук. У хвостатых и безногих правое и левое предсердия не полностью разделены. Бесхвостые имеют полную перегородку между предсердиями, однако у земноводных есть одно общее отверстие, которое соединяет желудочек с обоими предсердиями. Кроме этого, в сердце земноводных есть венозная пазуха, которая принимает кровь венозную и происходит её сообщение с правосторонним предсердием. Артериальный конус примыкает к сердцу, из желудочка в него изливается кровь.
У артериального конуса есть спиралевидный клапан, который распределяет кровь по трём парам сосудов. Индексом сердца является отношение сердечной массы к процентной массе тела, он зависит от того, насколько животное активное. Например, травяная и зелёная лягушка перемещается очень мало и сердечный индекс равен меньше половины процента. А у активной, наземной жабы практически один процент.
У земноводных личинок кровообращение имеет один круг, их система кровоснабжение похожа на рыб: одно предсердие в сердце и желудочек, есть конус артериальный, разветвляемый на 4 пары артерий жаберных. Первые три артерии распадаются на капилляры в наружных и внутренних жабрах, а капилляры жаберные сливаются в жаберных артериях. Артерия, выносящая первой дуги жаберной, распадается на артерии сонные, которые снабжают голову кровью.
Жаберные артерии
Происходит сливание второй и третьей выносящих жаберных артерий с правыми и левыми корнями аорты и происходит соединение их в спинной аорте. Последняя пара артерий жаберных не распадается на капилляры, потому что на четвёртой дуге на внутренние и наружные жабры, происходит впадение в корни аорты спины. Развитие и образование лёгких происходит в сопровождении кровеносной перестройки.
Предсердие разделяется продольной перегородкой на левое и правое, делая сердце трёхкамерным. Сеть из капилляров редуцируется и превращается в артерии сонные, а корни спинной аорты берут начало у вторых пар, у хвостатых идёт сохранение третьей пары, четвёртая же пара превращается в артерии кожно-лёгочные. Кровеносная периферическая система тоже преобразуется и приобретает характер промежуточный между наземной схемой и водной. Самая большая перестройка происходит у земноводных бесхвостых.
Взрослые земноводные имеют трёхкамерное сердце: один желудочек и предсердия в количестве двух штук. Венозная тонкостенная пазуха примыкает к предсердию с правой стороны, а конус артериальный отходит от желудочка. Можно сделать вывод, что сердце имеет пять отделов. Существует общее отверстие, за счёт которого происходит открытие в желудочек обоих предсердий. Там же располагаются клапаны атро-вентрикулярные, они не дают крови проникнуть обратно в предсердие, когда происходит сокращение желудочка.
Происходит формирование ряда камер, которые сообщаются друг с другом за счёт мускулистых выростов желудочковых стенок — это не позволяет крови перемешиваться. От правого желудочка отходит конус артериальный, а спиралевидный конус расположен у него внутри. От этого конуса начинают отходить артериальные дуги в количестве трёх пар, сперва сосуды имеют общую оболочку.
Левая и правая кожно-лёгочные артерии отходят от конуса первыми. Затем начинают отходить корни аорты. Две жаберных дуги отделяют две артерии: подключичную и затылочно-позвоночную, они занимаются снабжением кровью передних конечностей и мускулатуру туловища, и сливаются в спинной аорте под столбом позвоночника. Спинная аорта отделяет кишечно-брыжечную мощную артерию (эта артерия занимается снабжением пищеварительной трубки кровью). Что касается других ответвлений, то кровь по спинной аорте в задние конечности и к другим органам.
Сонные артерии
Сонные артерии последними отходят от конуса артериального и распадаются на внутреннюю и наружную артерии. Кровь венозная из задних конечностей и отдела тела, находящегося сзади собирается седалищными и бедренными венами, которые сливаются в воротные почечные вены и распадаются на капилляры в почках, то есть образуется почечная воротная система. От левой и правой бедренных вен вены отходят и сливаются в вену брюшную непарную, которая идёт в печень по брюшной стенке, так происходит её распад на капилляры.
В воротной вене печени собирается кровь с вен всех отделов желудка и кишечника, в печени она распадается на капилляры. Происходит сливание почечных капилляров в вены, которые являются выносящими и впадающими в заднюю непарную полую вену, туда же впадают и вены, отходящие от половых желёз. Через печень проходит задняя полая вена, однако в печень не попадает кровь, которая в ней содержится, маленькие вены из печени впадают в неё, а она, в свою очередь, впадает в пазуху венозную. Все хвостатые земноводные и некоторые бесхвостые сохраняют кардинальные задние вены, впадение которых происходит в полые передние вены.
Артериальная кровь, которая окисляется в коже собирается в большой кожной вене, а кожная вена, в свою очередь, несёт венозную кровь попадает в вену подключичную прямо из вены плечевой. Происходит слияние подключичных вен с внутренними и наружными яремными венами в левую в полые передние вены, которые впадают в пазуху венозную. Кровь оттуда начинает поступать в предсердие справой стороны. В лёгочных венах из лёгких собирается артериальная кровь, а вены впадают в предсердие с левой стороны.
Артериальная кровь и предсердия
Когда дыхание лёгочное, смешенная кровь начинает собираться в предсердии справой стороны: она состоит из венозной и артериальной крови, венозная приходит из всех отделов по полым венам, а артериальная приходит по венам кожи. Артериальная кровь заполняет предсердие с левой стороны, кровь поступает из лёгких. Когда происходит одновременное сокращение предсердий, то в желудочек попадает кровь, воросты стенок желудка не дают крови перемешаться: в правом желудочке преобладает кровь венозная, а в левом артериальная.
От желудочка справой стороны отходит конус артериальный, поэтому когда желудочек сокращается в конус сперва поступает кровь венозная, которая заполняет кожные лёгочные артерии. Если желудочек продолжает сокращаться в артериальном конусе начинает возрастать давление, спиралевидный клапан начинает сдвигаться и открывает отверстия аортных дуг, в них смешенная кровь устремляется из центра желудочка. При полном сокращении желудочка артериальная кровь из левой половины попадает в конус.
В дуговые аорты и лёгочные кожные артерии она пройти не сможет, потому что в них уже есть кровь, которая сильным напором сдвигает спиралевидный клапан, открывая устья артерий сонных, туда потечёт артериальная кровь, которая будет направляться к голове. Если лёгочное дыхание долго выключено, например, во время зимовки под водой, в голову будит поступать больше венозной крови.
Кислород поступает в мозг в меньшем количестве, потому что происходит общее снижение работы обмена веществ и животное впадает в оцепенение. У земноводных, которые относятся к хвостатым часто между обоими предсердиями остаётся отверстие, а спиралевидный клапан конуса артериального развит слабо. Соответственно в артериальные дуги кровь поступает наиболее смешенная, нежели у бесхвостых земноводным.
Несмотря на то, что у земноводных кровообращение идёт по двум кругам, за счёт того, что желудочек один, он не позволяет им полностью разделиться. Строение такой системы напрямую связано с органами дыхания, которые имеют двойственное строение и соответствуют образу жизни, который ведут земноводные. Это даёт возможность жить как на суше, так и в воде проводить много времени.
Красный костный мозг
Красный костный мозг трубчатых костей начинает появляться у земноводных. Количество общей крови составляет до семи процентов от общего веса земноводного, а гемоглобин меняется от двух до десяти процентов или до пяти грамм на один килограмм массы, ёмкость кислорода в крови разнится от двух с половиной до тринадцати процентов, эти показатели по сравнению с рыбами выше.
У земноводных крупные эритроциты, однако их немного: от двадцати до семьсот тридцати тысяч на один кубический миллиметр крови. Показатель крови личинок ниже, чем у взрослых особей. У земноводных так же как и у рыб, уровень сахара в крови меняется в зависимости от времени года. Высшие значения показывает у рыб, а у земноводных хвостатых от десяти до шестидесяти процентов, в то время как у бесхвостых от сорока до восьмидесяти процентов.
Когда лето заканчивается наблюдается сильное повышение в крови углеводов, вовремя подготовке к зимовке, потому что углеводы скапливаются в мышцах и печени, а также в весеннее время, когда наступает период размножения и углеводы поступают в кровь. У земноводных существует механизм гормональной регуляции обмена углеводами, хотя он и несовершенный.
Три отряда земноводных
Земноводные разделяются на следующие отряды:
Артерии земноводных бывают следующих видов:
Земноводные являются хищниками, слюнные железы, которые хорошо развиты их секрет увлажняет:
Земноводные возникли в среднем или нижнем девоне, то есть около трёхсот миллионов лет назад. Рыбы являются их предками, они обладают лёгкими и имеют парные плавники из которых, вполне возможно, и были развиты пятипалые конечности. Рыбы древние кистепёрые как раз удовлетворяют этим требованиям. У них присутствуют лёгкие, а в скелете плавников чётко видны элементы схожие с частями скелета пятипалой наземной конечности. Также на то, что земноводные произошли от древних кистепёрых рыб указывает сильная схожесть покровных костей череп, похожие на черепа земноводных палеозойского периода.
Нижние и верхние рёбра также присутствовали у кистепёрых и земноводных. Однако рыбы двоякодышащие, у которых были лёгкие очень сильно отличались от земноводных. Таким образом, особенности передвижение и дыхания, которые обеспечивали возможность выходить на сушу у предков земноводных появились ещё когда они были просто водными позвоночными.
Причиной, послужившей возникновению данных приспособлений, был, по-видимому, своеобразный режим водоёмов с пресной водой, в них и жили некоторые виды кистепёрых рыб. Это могло быть периодическим пересыханием или же нехваткой кислорода. Самый ведущий биологический фактор, который стал определяющим в разрыве предков с водоёмом и их закрепление на суше — это новое питание, которое они нашли в новой для них среде обитания.
Органы дыхания у земноводных
Земноводные обладают следующими органами дыхания:
У земноводных лёгкие представлены в виде парных мешков, полых внутри. Они имеют стенки, очень тонкие по толщине, а внутри присутствует несильно развитое строение ячеек. Однако у земноводных лёгкие ещё небольшие. Например, у лягушек отношение поверхности лёгких к коже измеряется соотношением два к трём, по сравнению с млекопитающими, у которых это соотношение я пятьдесят, а иногда и в сто раз больше в пользу лёгких.
С преобразованием дыхательной системы у земноводных происходит и изменение в дыхательном механизме. Земноводные ещё имеют достаточно примитивный нагнетательный тип дыхания. В полость рта набирается воздух, для этого открываются ноздри и опускается дно полости рта. Затем происходит закрытие ноздрей клапанами, а дно полости рта поднимается за счёт чего воздух попадает в лёгкие.
Как устроена нервная система у земноводных
У земноводных головной мозг весит больше чем у рыб. Если брать процентное соотношение веса мозга и массы, то у современных рыб, которые обладают хрящами цифра будет 0,06–0,44%, у рыб костных 0,02–0,94%, у земноводных хвостатых 0,29–0,36%, у земноводных бесхвостых 0,50–0,73%.
Передний мозг земноводных развит больше чем у рыб, произошло полное разделение на два полушария. Также развитие выражается в содержании большего числа нервных клеток.
Мозг состоит из пяти отделов:
Образ жизни, который ведут земноводные
Образ жизни, которую ведут земноводные, напрямую связан с их физиологией и строением. Органы дыхания несовершенные в строении — это касается лёгких в первую очередь из-за этого накладывается отпечаток на другие системы органов. Влага постоянно испаряется с кожи, что делает земноводных зависимыми от наличия влаги в окружающей среде. Температура среды, в которой обитают амфибии тоже очень важна, потому что они не обладают теплокровностью.
У представителей данного класса разный образ жизни, поэтому есть и отличие в строение. Разнообразие и численность земноводных особенно велико в тропиках, где присутствует высокая влажность и практически всегда температура воздуха высокая.
Чем ближе к полюсу, тем меньше становиться видов земноводных. Очень мало амфибий в сухих и холодных областях планеты. Отсутствуют земноводные там, где водоёмов нет, даже временных, потому что яйца могут развиваться зачастую только в воде. В солёных водоёмах амфибии отсутствуют, их кожа не поддерживает осмотическое давление и гипертоническую среду.
Яйца не развиваются в водоёмах с солёной водой. Земноводные делятся на следующие группы по характеру обитания:
Наземные могут далеко уходить от водоёмов, если это не период размножения. А вот водные, наоборот, проводят в воде всю свою жизнь ну или очень близко от воды. У хвостатых преобладают водные формы, некоторые виды бесхвостых тоже могут к ним относиться, в России, например, это прудовые или озёрные лягушки.
Древесные земноводные широко распространены среди наземных, например, лягушки веслоногие и квакши. Часть амфибий наземных ведут образ жизни роющий, например, некоторые бесхвостые, а безногие практически все. У наземных обитателей, как правило, лучше развиты лёгкие, а кожа меньше задействована в дыхательном процессе. За счёт этого они менее зависимые от влажности среды, в которой обитают.
Земноводные занимаются полезной деятельностью, колеблющейся из года в год, зависит это от их численности. Она разная на определённых стадиях, в определённое время и при определённых погодных условиях. Амфибии больше чем птицы уничтожают насекомых, имеющих плохой вкус и запах, а также насекомых, с покровительственным окрасом. Когда практически все насекомоядные птицы спят, земноводные охотятся.
На то, что земноводные приносят большую пользу как истребители насекомых в огородах и садах обратили давно внимание учёные. Садовники Голландии, Венгрии и Англии специально привозили жаб из разных стран, выпуская их в оранжереи и сады. В середине тридцатых годов с Антильских и Гавайских островов были вывезены порядка ста пятидесяти видов жаб-аги. Их стали размножать и на плантацию сахарного тростника выпустили больше миллиона жаб, результаты превзошли все ожидания.
Зрение и слух земноводных
Что касается органов слуха, то появилась слуховая косточка и среднее ухо. Это появление вызвано тем, что появилось необходимость лучше воспринимать звуковые колебания, потому что воздушная среда имеет большую плотность, нежели водная.
Класс земноводные
Для успешного изучения земноводных предлагаю начать с их классификации. Помните, что классификации это именно то, что раскладывает знания в голове «по полочкам», относитесь к ним с должным вниманием.
Давайте перечислим ароморфозы, которыми сопровождалось появление земноводных.
Ароморфозы земноводных
У ранее обсуждаемой нами рыбы латимерии (целаканта) плавники напоминали конечность пятипалого типа. У земноводных они преобразовываются в скелет передней и скелет задней конечностей, которые мы обсудим в данной статье подробно.
Мышцы дифференцируются (делятся) на мышечные пучки, становятся возможны более сложные и точные движения.
Легкие земноводных представлены в виде тонкостенных мешков, относительно небольшого объема.
Благодаря появлению шейного отдела становится возможным движение головой вверх-вниз, что было невозможным для рыб. Однако, подвижность головы значительно ограничена, и поворот головы из стороны в сторону невозможен.
Лягушка озерная
Покров двуслойный, состоит из эпидермиса и дермы. Эпидермис снабжен густой капиллярной сетью, благодаря которой у лягушки возможен газообмен через кожу. Кожа голая, содержит большое количество желез: она должна быть постоянно увлажнена для интенсивного газообмена.
Около 65% всего кислорода поступает через увлажненную кожу. Увлажнение кожи крайне важно, рекомендую запомнить следующий факт: при пересыхании кожи лягушки газообмен в ней прекращается, и лягушка погибает от недостатка кислорода (гипоксии).
Тело состоит из головы, туловища и двух пар конечностей. Передние конечности короче и слабее задних. Задние конечности служат для плавания, они удлинены и имеют плавательные перепонки между пальцами. Хорошо развита мышечная система: мышцы дифференцированы на отдельные пучки. В теле амфибий насчитывается до 350 мышц.
Скелет лягушки состоит из скелета головы, туловища, поясов конечностей и свободных конечностей. Скелеты поясов конечностей малоподвижны, в отличие от скелета свободной конечности, построенного по типу рычагов.
Имеются туловищный (7 позвонков) и хвостовой отделы позвоночника, доставшиеся земноводным еще от рыб. Однако появляются и новые отделы: крестцовый и шейный, оба содержащие по одному позвонку. Благодаря возникновению шейного отдела, у земноводных становится возможным поворот головы, что было невозможным для рыб.
Скелеты поясов конечностей служат опорой для конечностей. В состав плечевого (переднего) пояса входят: лопатки, ключицы, вороньи кости (коракоиды), хрящи. Ребер нет, вследствие чего грудная клетка отсутствует, передний пояс лежит свободно в толще мышц, грудина не соединена при помощи ребер с позвоночником.
Пояс задних конечностей (тазовый) образован: подвздошными и седалищными костями, лобковым хрящом.
Скелет передней свободной конечности состоит из: плечевой кости, предплечья (образовано сросшимися лучевой и локтевой костями) и кисти (состоящей из запястья, пястья и фаланг пальцев).
Скелет задней свободной конечности образован бедром, голенью (состоит из сросшихся малоберцовой и большеберцовой костей), стопы (включает предплюсну, плюсну и фаланги пальцев).
Короткий пищевод переходит в желудок, продолжающийся в тонкий кишечник, куда открываются протоки желчного пузыря, а также пищеварительных желез: печени и поджелудочной. Тонкая кишка переходит в толстую кишку, оканчивающуюся клоакой.
Легкие представленные тонкостенными мешками, стенка которых густо оплетена капиллярами, в которых происходит газообмен. Дыхательная поверхность легких невелика, они не способны полностью удовлетворить нуждам организма в кислороде, поэтому жизнь лягушки невозможна без кожного дыхания.
Воздух поступает в легкие и удаляется из них благодаря сокращениям мышц дна ротовой полости.
Осуществляется только при увлажненной коже, на поверхности которой растворяется кислород, после чего он проникает в капилляры кожи. Кожа помогает дышать лягушкам при погружении в воду: кислород поступает в кровь напрямую из воды.
При пересыхании кожи животное погибает, так как слабо развитые легкие не в состоянии обеспечить потребности организма в кислороде.
Также дыхание осуществляется эпителием, покрывающим ротовую полость, но это вносит незначительный вклад в процесс дыхания.
Изменения в кровеносной системе земноводных, по сравнению с рыбами, обусловлены заменой жаберного дыхания на легочное. Сердце имеет 3 камеры: 2 предсердия и 1 желудочек, сердце более крупное. Возникает второй (легочный) круг кровообращения.
Физиологически и анатомически сокращение сердца происходят таким образом, что более насыщенная кислородом артериальная кровь изгоняется из него в последнюю очередь и попадает в сонные артерии, идущие к головному мозгу. Таким образом, к головному мозгу направляется более насыщенная кислородом кровь, чем к остальным органам.
По мере образования в почке мочи, она поступает в мочеточники, ведущие в клоаку. Попавшая в клоаку моча стекает в мочевой пузырь, через стенки которого осуществляется всасывание воды. При сокращении стенок мочевого пузыря концентрированная моча выводится в клоаку, откуда выбрасывается во внешнюю среду.
Головной мозг земноводных отличается от мозга рыб полностью разделенным на два полушария и более развитым передним мозгом.
Мозжечок и средний мозг развиты гораздо слабее, так как земноводные малоподвижны и их движения относительно простые: они передвигаются по плоскости в «2D измерении». Перемещение рыб в таком случае можно обозначить как в «3D измерении». Это упрощенное, но вполне справедливое сравнение.
Свободные конечности земноводных позволяют им совершать более разнообразные движения в отличие от циклических поворотов плавников и тела у рыб.
Меняется форма хрусталика. Если у рыб он был шарообразный, то у земноводных его форма становится более выпуклой (как и форма роговицы). Хрусталик приобретает форму двояковыпуклой линзы. Амфибии видят дальше рыб.
Однако аккомодация, настройка глаза на наилучшее видение объекта, остается на том же уровне, что и у рыб: достигается только за счет перемещения хрусталика вперед и назад. Эти перемещения помогает совершать особая ресничная мышца, возникшая у земноводных.
Наземная среда меняет и характер передачи звуков: теперь он передается через колебания воздуха. Если рыбам в воде было достаточно внутреннего уха для улавливания колебаний воды, то земноводным этого мало. У них впервые возникает среднее ухо, которое снабжено барабанной перепонкой, чувствительной к колебаниям воздуха.
Лягушки раздельнополые животные, оплодотворение наружное. Размножение и начальные этапы развития земноводных происходят в воде, поэтому амфибий крайне редко можно встретить в засушливых местах, где водоемы отсутствуют.
Во время оплодотворения самец удерживает самку сзади и надавливает передними конечностями на ее брюшко, что приводит к выметыванию икры. Эта икра сразу же оплодотворяется семенной жидкостью самца.
Головастики
Значение земноводных
Земноводные, как и все живые организмы, являются звеном в цепи питания (консументами). Они уничтожают многих кровососущих насекомых, а также насекомых, которые наносят вред культурным растениям.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
