Багатофункціональність шкірного покриву амфібій
Жданова Т. Д.
З навчальної літератури відомо, що шкіра у земноводних
гола, багата залозами, які виділяють багато слизу. Ця слиз на суші
захищає від висихання, полегшує газообмін, а у воді зменшує тертя при
плаванні. Через тонкі стінки капілярів, розташованих густою мережею в шкірі,
кров насичується киснем і позбавляється від вуглекислого газу. Ця «суха»
інформація, загалом, корисна, але не здатна викликати жодних емоцій. Тільки при
більш детальному знайомстві з багатофункціональними можливостями шкіри з'являється
почуття подиву, захоплення і розуміння того, що шкіра амфібій - справжнє
чудо. Адже багато в чому завдяки їй земноводні успішно мешкають майже у всіх
частинах світу і поясах. При цьому вони не мають луски, як у риб та плазунів,
пір'я, як у птахів, і вовни, як у ссавців. Шкіра земноводних дозволяє
їм дихати в воді, захищатися від мікроорганізмів і хижаків. Вона служить
досить чутливим органом для сприйняття зовнішньої інформації і виконує
багато інших корисних функцій. Розглянемо це докладніше.
Специфічні особливості шкіри
Як і в інших тварин, шкіра у земноводних є
зовнішнім покривом, який оберігає тканини тіла від шкідливого впливу зовнішньої
середовища: проникнення хвороботворних і гнильних бактерій (при порушенні
цілісності шкірного покриву відбувається нагноєння ран), а також отруйних
речовин. Вона сприймає механічні, хімічні, температурні, больові і
інші дії завдяки оснащеності великою кількістю шкірних
аналізаторів. Подібно до інших аналізаторів, шкірні аналізують системи складаються
з рецепторів, що сприймають сигнальну інформацію, провідних шляхів,
передають її у центральну нервову систему, а також аналізують цю
інформацію вищих нервових центрів в корі головного мозку. Специфічні ж
особливості шкіри земноводних наступні: вона наділена численними
слизовими залозами, які підтримують її вологість, що має особливо важливе
значення для кожного дихання. Шкіра амфібій буквально пронизана кровоносними
судинами. Тому через неї безпосередньо в кров надходить кисень і
виділяється вуглекислий газ; шкірі земноводних дані спеціальні залози, які
виділяють (залежно від виду амфібії) бактерицидні, їдкі, неприємні на
смак, сльозоточиві, отруйні та інші речовини. Ці унікальні пристрої шкіри
дозволяють земноводним з голою і постійно вологою шкірою успішно захищатися від
мікроорганізмів, нападу комарів, москітів, кліщів, п'явок та інших
кровосисних тварин. Крім того, земноводних, завдяки цим захисним
здібностями, уникають багато хижаки; шкіра амфібій звичайно містить безліч
різних пігментних клітин, від яких залежить загальна, пристосувальна і
захисне забарвлення тіла. Так, яскраве забарвлення, характерна для отруйних видів,
служить попередженням для нападників і т.д.
Шкірне дихання
Як мешканці землі і води, земноводні забезпечені
універсальної дихальною системою. Вона дозволяє амфібіям дихати киснем не
тільки на повітрі, а й у воді (хоча там його кількість приблизно в 10 разів
менше), і навіть під землею. Така універсальність їх організму можлива
завдяки цілому комплексу дихальних органів для добування кисню з тієї
середовища їх перебування, де вони знаходяться в конкретний момент. Це - легкі, зябра,
слизова оболонка рота і шкірний покрив.
Найбільше значення для життєдіяльності більшості
видів амфібій має шкірне подих. При цьому поглинання кисню через
пронизаний кровоносними судинами шкіру можливе лише у випадку, коли шкіра
волога. Для зволоження шкіри призначені шкірні залози. Чим суші навколишній
повітря, тим сильніше вони працюють, виділяючи все нові і нові порції вологи. Адже
шкіра забезпечена чутливими «приладами». Вони вчасно включають аварійні
системи та режими додаткової вироблення рятівною слизу.
У різних видів амфібій одні дихальні органи відіграють
головну роль, інші - додаткову, а треті - можуть зовсім бути відсутнім.
Так, у водних мешканців газообмін (поглинання кисню і виділення
вуглекислого газу) відбувається в основному через зябра. Зябрами наділені личинки
земноводних і дорослі хвостаті амфібії, які постійно мешкають у водоймах. А
безлегочние саламандри - мешканці суші, - не забезпечені зябрами, і легкими.
Вони отримують кисень і виводять вуглекислий газ через вологу шкіру і слизову оболонку
оболонку рота. Причому до 93% кисню забезпечує саме шкірне подих. І
лише коли особинам необхідні особливо активні рухи, включається система
додаткової подачі кисню через слизову дна ротової порожнини. При цьому
частка її газообміну може збільшитися до 25%. Ставкова жаба і в воді, і на
повітрі отримує основна кількість кисню через шкіру і виділяє через неї
практично весь вуглекислий газ. Додаткове дихання забезпечують легкі, але
лише на суші. При зануренні у воду жаб і жаб, той час включаються механізми
зниження обміну речовин. Інакше їм не вистачило б кисню.
На допомогу диханню шкірою
Представники деяких видів хвостатих амфібій, наприклад,
скритожабернік, що живе в насичених киснем водах швидких струмків та річок,
легкими майже не користується. Витягувати кисень з води йому допомагає звисаюча
з масивних кінцівок складчаста шкіра, в якій розіпнуто мережею величезне
кількість кровоносних капілярів. А щоб його омиває вода завжди була
свіжою, і в ній було достатньо кисню, скритожабернік використовує
доцільні інстинктивні дії - активно перемішує воду за допомогою
коливальних рухів тілом і хвостом. Адже в цьому постійному русі його
життя.
Універсальність системи дихання земноводних виражається
і у виникненні спеціальних дихальних пристроїв у певний період їх
життєдіяльності. Так, гребенчаті тритони не можуть довго перебувати у воді і
запасаються повітрям, час від часу піднімаючись до поверхні. Особливо важко
їм дихати в період розмноження, тому що при догляді за самками вони виконують
під водою шлюбні танці. Для забезпечення такого складного ритуалу у тритона
саме в шлюбний період виростає додатковий дихальний орган - шкірний
складка у вигляді гребеня. Пусковий механізм репродуктивної поведінки призводить до
дію і систему організму з виробництва цього важливого органу. Він багато
забезпечений кровоносними судинами і значно підвищує долю кожного дихання.
Хвостаті і безхвості амфібії наділені і
додатковим унікальним пристроєм для обміну безкисневого типу. Їм з
успіхом користується, наприклад, леопардове жаба. Вона може прожити в позбавленій
кисню холодній воді до семи діб.
Деякі лопатоногі, родини американських
часничниця, забезпечені шкірним диханням не для перебування у воді, а під землею.
Там, зарившись, вони проводять більшу частину життя. На поверхні землі ці
амфібії, як і всі інші безхвості земноводні, вентилюють легені за рахунок
рухів дна ротової порожнини і роздування боків. Але після того, як лопатоногі
закопають у землю, у них автоматично відключається система вентиляції легенів і
включається управління шкірним диханням.
Життєво важлива забарвлення
Однією з необхідних захисних особливостей шкіри
земноводних є створення протекційним забарвлення. До того ж і успіх
полювання часто залежить від уміння сховатися. Зазвичай забарвлення повторює якийсь
певний малюнок об'єкту навколишнього середовища. Так, забарвлення з розлученнями у багатьох
квакша чудово зливається з фоном - стовбуром покритого лишайником дерева. Причому
квакша здатна ще й змінювати свій колір залежно від загальної освітленості,
яскравості і кольору фону, від кліматичних параметрів. Її забарвлення стає темною
за відсутності освітлення або на холоді і світлішає - на яскравому світлі.
Представниць струнких квакша легко прийняти за збляклі лист, а
чернопятністих - за шматочок кори дерева, на якому вона сидить. Практично всі
тропічні амфібії мають зверхньо забарвлення, часто надзвичайно яскраву.
Тільки яскраве забарвлення здатна зробити тварина невидимим серед різнобарв'я і
буйної зелені тропіків.
Але як земноводні змогли розробити і поступово
одягнутися в зверхньо забарвлення, не маючи знань з кольорознавство і оптиці?
Адже найбільш часто у них зустрічається така забарвлення, коли забарвлення створює
ілюзію розірваності суцільний поверхні тіла. У той же час при стикуванні
частин малюнка, що знаходяться на тулуб і лапках (при їх притискання один до
одного) утворюється удавана безперервність складного візерунка. Поєднання характеру
забарвлення і малюнка часто створює дивовижний камуфляж. Приміром, велика жаба
наділена здатністю створювати оманливий, що маскує візерунок з певним
оптичним ефектом. Верхня частина її тіла нагадує лежить тонкий лист, а
нижня - подібні до глибокої тіні, відкидаємо цим листом. Ілюзія виявляється
повною, коли жаба причаїться на землі, посипаної справжніми листям. Чи могли
всі попередні нехай навіть численні покоління поступово створити малюнок і
колір тіла (з розумінням законів кольорознавства і оптики) для точного наслідування
природному аналогу - побурілі листу з чітко окресленої тінню під його краєм?
Для цього жаби з століття в століття повинні були наполегливо вести своє забарвлення до потрібної
мети, щоб отримати верх - бурим з темним малюнком, а боки - з різким
зміною цього кольору на каштаново-коричневий.
Як шкіра створює забарвлення?
Шкірі земноводних надані в розпорядження чудові
за своїми можливостями клітини - хроматофори. Вони схожі на одноклітинний
організм з густо гілкуюються відростками. Всередині цих клітин знаходяться гранули
пігменту. Залежно від конкретного діапазону кольорів у забарвленні амфібій
кожного виду існують хроматофори з чорним, червоним, жовтим та
синювато-зеленим пігментом, а також світловідбиваючі платівки. Коли гранули
пігменту зібрані в кульку, вони не впливають на забарвлення шкіри амфібії. Якщо ж
пігментні частки по певній команді рівномірно розподіляться по всіх
відростках хроматофора, то шкіра придбає заданий колір. У шкірі тварини можуть
перебувати хроматофори, що містять різні пігменти. При цьому кожний вид
хроматофора займає в шкірі свій шар. Різні кольори забарвлення амфібії
утворюються при одночасній дії декількох видів хроматофорів.
Додатковий ефект створюють світловідбиваючі платівки. Вони додають пофарбованої
шкірі переливчастий перламутровий блиск. Важливу роль в управлінні роботою
хроматофорів поряд з нервовою системою грають гормони. Пігментоконцентрірующіе
гормони відповідають за збір пігментних частинок в компактні кульки, а
пігментостімулірующіе - за їх рівномірний розподіл по численних
відростках хроматофора.
А як здійснюється власне виробництво по
виготовлення пігментів? Справа в тому, що всі найскладніші макромолекули і інші
речовини організм чудовим способом, створює для себе сам. Він швидко і впевнено
як би «тче» з повітря, світла і з вчасно поставляються йому необхідних
елементів - своє власне тіло. Ці елементи всмоктуються через
травну систему, надходять при вдиханні, дифундують через шкіру. На
це «ткацтво» в координаційному центрі кожної клітинки і в системі
управління всім організмом існує всеосяжна генетична
«Документація». Вона включає величезний банк даних і програму дій кожної
молекули, молекулярних комплексів, систем, органоидов, клітин, органів і т.п. --
аж до цілісного організму. І ось в цій гігантській з інформаційного
обсягом документації є місце для програми власного виробництва
пігментів. Вони синтезуються хроматофорами і використовуються дуже економно.
Коли яких-небудь пігментним часткам прийшла пора брати участь у забарвленні і
розподілятися по всіх, навіть найдальших ділянках розпластана клітини, в
хроматофора організується активна робота з синтезу пігментного барвника. А
коли потреба в даному пігменті відпаде (при зміні, наприклад, кольори
фону на новому місці знаходження амфібії), барвник збирається у грудочку, і
синтез припиняється. Економне виробництво включає в себе і систему
утилізації відходів. При періодичних линька (наприклад, у озерних жаб 4
рази на рік) частинки шкіри жаби з'їдають. І це дозволяє їх хроматофорами
синтезувати нові пігменти, звільняючи організм від додаткового збору
необхідних «сировинних матеріалів».
Здатність до світло-і цветоощущение
Забарвлення у земноводних деяких видів може змінюватися,
як у хамелеонів, хоча й більш повільно. Так, різні особи трав'яних жаб в
залежно від різних чинників можуть набувати різних переважні кольори
- Від червоно-коричневого до майже чорного. Забарвлення земноводних залежить від
освітленості, температури та вологості повітря, і навіть від емоційного
стану тварини. Та все ж головною причиною зміни кольору шкіри, часто
локального, рісунчатого, є «підстроювання» його під колір фону або
навколишнього простору. Для цього в роботу включаються складні системи
світло-і цветоощущенія, а також координації структурними перебудовами
цветообразующіх елементів. Амфібіям дана чудова здатність порівнювати
кількість падаючого світла з кількістю світла, відбитого від фону, на якому
вони знаходяться. Чим це співвідношення менше, тим тварина буде світліше. При
попаданні на чорний фон, різниця в кількості падаючого і відбитого світла
буде велика, і світ його шкіри стає темніше. Інформація про загальну
освітленості фіксується у верхній частині сітківки очей земноводного, а про
освітленості фону - в її нижньому відділі. Завдяки системі зорових
аналізаторів відбувається порівняння отриманої інформації про те, чи відповідає
забарвлення даної особи характеру фону, і приймається рішення, в якому напрямку
її слід змінювати. В експериментах з жабами це легко доводилося,
світловідчуття введенням їх в оману. Якщо їм зафарбовував рогівку і
перекривали попадання світла в нижню частину зіниці, то у тварини створювалася
ілюзія, що вони знаходяться на чорному тлі, і жаби ставали темніше. Для
того, щоб поміняти кольорову гаму забарвлення своєї шкіри, амфібіям потрібно не
тільки порівнювати інтенсивності освітлення. Вони повинні також оцінювати довжину
хвилі відбитого світла, тобто визначати колір фону. Про те, як це відбувається,
вчені знають дуже мало.
Цікавим є факт, що у земноводних не тільки
зорові аналізатори можуть контролювати зміна забарвлення шкіри. Особи,
повністю позбавлені зору, зберігають свою здатність змінювати забарвлення тіла,
«Підлаштовуючись» під колір фону. Це пов'язано з тим, що хроматофори самі володіють
світлочутливістю і реагують на освітлення шляхом розосередження пігменту
за своїми відростках. Тільки зазвичай мозок керується інформацією від очей, і
придушує цю діяльність шкірних пігментних клітин. Але для критичних
ситуацій в організму існує ціла система подстраховок, щоб не залишити
тварина беззахисним. Ось і в цьому випадку маленька, сліпа і беззахисна
квакша одного з видів, яку вилучили з дерева, поступово набуває кольору
яскраво-зеленого живого листа, на який вона посаджена. Як вважають біологи, до
дуже цікавим відкриттям може призвести дослідження механізмів переробки
інформації, відповідальної за хроматофорние реакції.
Захист шкірного покриву
Завдяки універсальності своєї шкіри, земноводні
здатні успішно захищатися від різних мікро - і інших малих організмів,
охочих оселитися у вологому середовищі покриву. Шкірні залози земноводних спеціально
виробляють бактеріостатичні і бактерицидні речовини, які припиняють
розмноження або вбивають організми небажані для життєдіяльності тварин.
Тому стає зрозумілим відсутність зовнішніх паразитів на шкірі амфібій. Цю
особливість амфібій люди помітили й використовують здавна. У селах жаб
саджали в глиняний посуд з молоком, щоб воно не скисає. Виділені
бактерицидні речовини припиняли розмноження молочнокислих бактерій.
Не менш надійно захищена від ушкоджень з боку
витягнув, що паразитують на водних мешканців та ікра амфібій. Товста
драглисті оболонка ікри, як би «ікряним шкіра», призначена не тільки для
захисту зародка від висихання і механічних пошкоджень, але і від пояденія
майбутнього малюка різними тваринами. Лише деякі з птахів, риб і молюсків
здатні проковтнути слизький желеподібний грудку. Але у постійно вологою ікри
є й такі вороги, як хвороботворні мікроорганізми. Від цих любителів
желеподібної середовища земноводні деяких надійно захищені отруйними речовинами,
які містяться в оболонці ікри. Так, в оболонці ікринок остромордих жаб
знайдено сильно отруйна речовина - ранідін, який рятує ікру від їх нападу.
Ця отрута здатний вбивати мікроорганізми швидше, ніж засоби розроблені
медиками - сушена жаб'яча ікра є прекрасним засобом для лікування
запальних процесів на шкірі людей.
Шкіра захищає від хижаків
Шкірні виділення багатьох земноводних, наприклад,
криничок, саламандр, жаб, є самим дієвим зброєю проти різних
ворогів. Причому це можуть бути і отрути і неприємні, але безпечні для життя
хижаків речовини. Наприклад, шкіра квакша деяких видів виділяє рідину,
яка опалює подібно кропиві. Шкіра квакша інших видів утворює їдку і
густу мастило, і, торкнувшись її мовою, навіть самі невибагливі тварини
випльовують схоплені здобич. Шкірні виділення криничок, що мешкають в Росії,
видають неприємний запах і викликають сльозотеча, а при попаданні на шкіру
тварини - печіння і біль. Хоча б один раз скуштувавши криничку, хижак добре
запам'ятовує даний йому урок і більше не вирішується чіпати представниць цього
виду амфібій. Серед багатьох людей поширене переконання, що на шкірі
людину, що узяла в руки жабу або жабу, з'являються бородавки. Це
забобони, які не мають жодної підстави, але необхідно мати на увазі, що
якщо виділення шкірних залоз жаб потраплять на слизові оболонки рота, носа і
очей людини, то викличуть їх роздратування.
Дослідження отрут різних тваринах показали, що
пальма першості в створенні найбільш сильних отрут належить не змій.
Наприклад, шкірні залози тропічних жаб виробляють настільки сильна отрута,
що він становить небезпеку для життя навіть великих тварин. Від отрути
бразильської жаби-аги гине собака, схопивши її зубами. А отруйним секретом
шкірних залоз південноамериканського лістолаза двокольоровий індіанські мисливці
мастили наконечники стріл. Шкірні виділення лістолаза-коко містять отруту
батрахотоксін - найсильніший з усіх відомих небілкових отрут. Його дія в
50 разів сильніше, ніж отрути кобри (нейротоксин), у кілька разів, ніж ефект
кураре. Ця отрута в 500 разів сильніша за отруту голотурії морського огірка, і він в тисячі
разів більш токсична, ніж ціаністий натрій.
Здавалося б, навіщо земноводні забезпечені здатністю
виробляти такий ефективний отрута? Але в живих організмах все влаштовано
доцільно. Адже його впорскування відбувається без спеціальних пристроїв
(зубів, гарпунів, колючок тощо), якими забезпечені інші отруйні
тварини, щоб отруйна речовина потрапляло в кров ворога. А отрута земноводних
виділяється зі шкіри в основному при стисненні амфібії в зубах хижака. Він
всмоктується переважно через слизову оболонку рота що напав на неї
тварини.
відлякують забарвлення
Яскраве забарвлення амфібій зазвичай вказує на те, що їх
шкіра може виділяти отруйні речовини. Цікаво, що у деяких видів
саламандр отруйними і найбільш пофарбованими є представники певних
рас. У Аппалачскіх лісових саламандр шкіра особин виділяє отруйні речовини, а у
інших споріднених саламандр шкірні виділення отрути не містять. При цьому, саме
отруйні амфібії наділені яскравим забарвленням щік, а особливо небезпечні - і червоними
лапками. Птахи, які харчуються саламандрами, знають про цю їх особливості.
Тому амфібій з червоними щоками вони чіпають рідко, а з пофарбованими лапками --
взагалі уникають.
З червоночеревая американськими тритонами, які яскраво
забарвлені і зовсім неїстівні, пов'язаний цікавий факт. Живуть поруч з ними
гірські помилкові і неотруйні червоні тритони, звані «нешкідливими
ошуканцями », забезпечені тією ж яскравою фарбою (мімікрія). Однак помилкові червоні
тритони зазвичай значно обганяють у рості своїх отруйних побратимів і
стають менше на них схожими. Можливо, з цієї причини яскраве забарвлення
спеціально дана їм тільки на перших 2-3 роки. Після цього терміну у старших
«Шахраїв» починається синтез пігментів для відотіпічной темною,
коричнево-бурого забарвлення, і вони стають обережнішими.
Проведені експерименти з курчатами, які наочно
продемонстрували явне дію на них попереджуючим забарвлення. Курчата
запропонували в якості їжі яскраво забарвлених червоночеревая, помилкових червоних і
помилкових гірських тритонів. А також неяскравих безлегочних саламандр. Курчата з'їли
тільки «скромно одягнених» саламандр. Оскільки курчата досвіду зустрічі з амфібіями
до цього не мали, то з цих однозначних результатів дослідів має бути тільки
один висновок: «знання» про небезпечну забарвленням вроджене. Але може бути батьки
курчат, отримавши неприємний урок при зустрічі з яскраво забарвленої отруйної здобиччю,
передали ці знання у спадок своїм нащадкам? Учені встановили, що
розвитку, вдосконалення інстинктивних механізмів поведінки не відбувається.
Є лише послідовні вікові стадії його реалізації, які в
заданий момент змінюють один одного. Тому у складний комплекс захисних
інстинктивних поведінкових реакцій ця боязнь яскравих істот, що несуть в собі
потенційну небезпеку, була закладена з самого початку.
Список літератури
Для підготовки даної роботи були використані
матеріали з сайту http://www.portal-slovo.ru/
