Зоология беспозвоночных. Краткое изложение основ. Часть 1
Учебное пособие для студентов экологического отделения факультета почвоведения
Покупка
Тематика:
Зоология
Издательство:
КМК
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 158
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-907372-38-2
Артикул: 761677.02.99
Учебное пособие разработано к циклу лекций по зоологии беспозвоночных, которые читаются в рамках курса «Зоология» студентам 1-го курса факультета почвоведения Московского государственного университета МГУ имени М.В. Ломоносова, обучающимся по направлению «экология и природопользование». В пособие включена краткая информация о происхождении эукариотической клетки, о деталях строения клетки животного типа, представлены современные взгляды на разнообразие одноклеточных и даны характеристики наиболее распространенных и многочисленных таксонов многоклеточных животных за исключением хордовых. Основное внимание уделяется внешнему и внутреннему строению представителей разных типов животных, кратко обсуждается разнообразие, систематика и филогения представленных таксонов.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 05.03.06: Экология и природопользование
- 06.03.01: Биология
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
А.О. Борисанова Зоология беспозвоночных. Краткое изложение основ Учебное пособие для студентов экологического отделения факультета почвоведения Часть 1 Товарищество научных изданий КМК Москва 2021
УДК 592/595(075.8) ББК 28.691я73-1 Б82 Борисанова А.О. Зоология беспозвоночных. Краткое изложение основ: Учебное пособие для студентов экологического отделения факультета почвоведения. Часть 1. — Москва: Товарищество научных изданий КМК, 2021. — 158 с., илл. Учебное пособие разработано к циклу лекций по зоологии беспозвоночных, которые читаются в рамках курса «Зоология» студентам 1-го курса факультета почво ведения Московского государственного университета МГУ имени М.В. Ломоносова, обучающимся по направлению «экология и природопользование». В пособие включена краткая информация о происхождении эукариотической клетки, о деталях строения клетки животного типа, представлены современные взгляды на разнообразие одноклеточных и даны характеристики наиболее распространенных и многочисленных таксонов многоклеточных животных за исключением хордовых. Основное внимание уделяется внешнему и внутреннему строению представителей разных типов животных, кратко обсуждается разнообразие, систематика и филогения представленных таксонов. Рекомендовано Учебно-методической комиссией факультета почвоведения МГУ имени М.В. Ломоносова в качестве учебного пособия для студентов факультета почвоведения, обучающихся по стандартам МГУ, по направлению подготовки 05.03.06 «Экология и природопользование» © А.О. Борисанова, текст, иллюстрации, 2021 © Товарищество научных изданий КМК, издание, 2021 ISBN 978-5-907372-38-2 Б82 Учебное пособие опубликовано при поддержке Междисциплинарной научно-образовательной школы Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова «Будущее планеты и глобальные изменения окружающей среды» Фото на обложке: А.А. Семёнов
Предисловие Предлагаемое вниманию читателя пособие будет полезно, в первую очередь, студентам экологического направления факультета почвоведения при освоении курса зоологии беспозвоночных, который читается им на первом курсе. Однако полезную для себя информацию могут найти в нем и студенты других экологических и биологических специальностей, не специализирующихся на изучении зоологии. В пособие намеренно не включены многие интереснейшие группы беспозвоночных (например, ничего не сказано о щупальцевых, гнатиферах, головохоботных червях и ряде других таксонов), так как их описание сильно увеличило бы объем текста, а это противоречит цели пособия: в сжатой форме познакомить читателей с основными разделами зоологии беспозвоночных для формирования общих представлений о предмете. Подробную информацию о группах, которые не разбираются в пособии, можно найти в специализированных учебных пособиях по зоологии беспозвоночных, которые выпущены в последние 20 лет, например, в «Зоологии беспозвоночных» Рупперта с соавторами или «Зоологии беспозвоночных» Вестхайде и Ригера. Это замечательные, полные и подробные учебники, единственным минусом которых является то, что часть информации, которая в них приводится, уже устарела, особенно в вопросах, связанных с систематикой и филогенией, так как эта область очень активно развивается последнее время, и взгляды все время меняются. В этом пособии приводится один из наиболее современных вариантов системы многоклеточных животных, но надо иметь в виду, что даже предложенный вариант не является окончательным и уже сейчас есть альтернативные версии положения на филогенетическом древе упоминаемых в пособии таксонов. В предисловии представ
ляется полезным привести общую схему филогенетического древа многоклеточных животных, которая использовалась при подготовке пособия, с учетом всех групп, включая и те, которые не разбираются подробно в тексте (рис. 1). Многоклеточные животные (Metazoa) традиционно делятся на низших многоклеточных (Prometazoa), включающих губок (Porifera) и пластинчатых (Placozoa), и настоящих многоклеточных (Eumetazoa), включающих все остальные таксоны. Это разделение применяется в данном пособии, но на сегодняшний день существуют и другие версии классификации многоклеточных животных. Например, в ряде исследований предлагается выделить ветвь эпителиальных многоклеточных (Epitheliozoa), включающую всех настоящих многоклеточных и пластинчатых, а также, возможно, гомосклероморфных губок, на основании наличия у перечисленных таксонов эпителиальной организации. Настоящие многоклеточные делятся на ветви радиат (Radiata) и билатерий (Bilateria), отличающихся особенностями эмбрионального развития и типом симметрии. Особое место среди многоклеточных занимают гребневики (Ctenophora), которые раньше рассматривались в составе радиат. Исследования последних лет показывают, что они независимо от других животных приобрели признаки настоящих многоклеточных: эпителиальную организацию, нервную и мышечную систему, способность к полостному пищеварению — и образуют сестринскую ветвь к другим настоящим многоклеточным. В этих исследованиях предлагается объединить радиат и билатерий в таксон планулозои (Planulozoa), а гребневиков рассматривать как сестринскую группу планулозой. К радиатам на сегодняшний день относят только стрекающих (Cnidaria), все остальные таксоны животных относятся к билатериям. Базальной ветвью билатерий являются ксеноцеломорфы (Xenacoelomorpha), представителей которых раньше относили к плоским червям. Ксеноцеломорфы отличаются примитивностью организации — не имеют развитой центральной нервной системы, гонад и выделительной системы. Всех остальных билатерий относят к ветви нефрозоа (Nephrozoa), общей особенностью которой считается наличие органов выделения — нефридиев. Нефрозоа делятся на первичноротых (Protostomia) и вторичноротых (Deuterostomia), отличающихся рядом особенностей эмбрионального развития, которые подробно разобраны в тексте пособия. Ко вторичноротым относятся всего три типа животных — хордовые (Chordata), полухордовые (Hemichordata) и иглокожие (Echinodermata), причем последние объединяются в группу амбулакрарии (Ambulacraria), представители
Рис. 1. Филогенетическое древо многоклеточных животных.
которой характеризуются наличием в жизненном цикле ресничной личинки типа диплеврулы. Первичноротые делятся на две ветви — спиралии (Spiralia) и линяющие (Ecdysozoa). К линяющим относится восемь типов животных с линяющей кутикулой: нематоды (Nematoda), волосатики (Nematomorpha), киноринхи (Kinorhyncha), лорициферы (Loricifera), приапулиды (Priapulida), онихофоры (Onychophora), тихоходки (Tardigrada), членистоногие (Arthropoda). Спиралии подразделяются на ветвь гнатифер (Gnathifera), включающей три типа животных: коловратки (Rotifera), микрогнатозои (Micrognathozoa) и гнатостомулиды (Gnathostomulida), для которых характерно прямое развитие и сложный челюстной аппарат в глотке, — и крупную ветвь платитрохозойных животных (Platytrochozoa), включающую десять типов. Платитрохозоа делятся на руфозоа (Rouphozoa) и лофотрохозоа (Lophotrochozoa). К руфузоа относится тип плоские черви (Platyhelminthes) и тип гастротрихи (Gastrotricha), общим признаком которых является способ поглощения пищи с помощью сосущей глотки. Лофотрохозойные животные объединяют таксоны с ресничной личинкой трохофорного типа. Филогенетические взаимоотношения между разными типами лофотрохозойных животных до сих пор являются предметом обсуждения. Например, иногда выделяют отдельную ветвь лофофорат, или щупальцевых (Lophophorata), к которым относят три типа животных с лофофором — венчиком ресничных щупалец, участвующих в фильтрации пищевых частиц: форониды (Phoronida), мшанки (Bryozoa) и плеченогие (Brachiopoda). Иногда мшанок исключают из состава лофофорат и рассматривают как группу в составе ветви полизоа (Polyzoa), в которую также предлагают включать тип внутрипорошицевые (Entoprocta) и тип циклиофоры (Cycliophora). Так как устоявшейся системы пока нет, в пособии все типы лофотрозойных животных рассматриваются как самостоятельные ветви. К первичноротым животным также относится тип морские стрелки (Chaetognatha), но его положение не определено однозначно и чаще всего этот таксон рассматривается как самостоятельная ветвь в составе первичноротых. В завершение описания современных взглядов на систему животных нужно отметить тенденцию к отказу от использования традиционных таксономических рангов, таких как подтипы, классы, отряды. Вместо этого говорят о ветвях, или кладах, разных уровней. Это связано с тем, что часто сестринские группы, имеющие ближайшего общего предка, оказываются очень неравнозначными по объему, разнообразию представителей и количеству ветвей низших поряд
ков, поэтому придание им одинакового ранга не имеет смысла. Так, в пределах членистоногих животных ближайшего общего предка имеют все шестиногие, включающие более миллиона видов, и ремипедии, к которым относится всего 21 вид пещерных ракообразных. В тексте пособия для некоторых групп сохранены традиционные ранги, но наравне с ними используются и безранговые названия таксонов в тех случаях, когда речь идет о недавно выделенных кладах или таксонах, ранг которых в настоящее время активно обсуждается. Благодарности. Я хочу поблагодарить за полезные замечания на первых этапах работы над пособием А.О. Михееву. Огромную благодарность выражаю Е.Н. Темеревой за советы и ценные замечания, сделавшие текст полнее, понятнее и точнее. Искренне благодарю П.А. Белову за поддержку при подготовке пособия и полезные комментарии. Благодарю за ценные советы по отдельным главам пособия А.А. Прудковского, А.И. Лаврова и Е.В. Ворцепневу. Также я выражаю свою признательность издателю и редактору, К.Г. Михайлову. Благодарю своих коллег, С.С. Водопьянова и А.А. Рахлееву, вместе с которыми создавался курс зоологии беспозвоночных для студентов 1-го курса факультета почвоведения, ставший основой данного учебного пособия. Огромное спасибо всему коллективу кафедры зоологии беспозвоночных биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова за вложенные в свое время знания, за формирование стройной системы представлений о проблемных вопросах зоологии беспозвоночных и за вдохновение, без которого не могло бы появиться это пособие. А.О. Борисанова
ВВЕДЕНИЕ В ЗООЛОГИЮ Строение ядерной клетки гетеротрофного1 типа Наружная плазматическая мембрана (плазмалемма) — двойной фосфолипидный слой, создающий полупроницаемый барьер, который отделяет клетку от внешней среды и обеспечивает избирательный транспорт веществ в клетку и из клетки. На поверхности плазмалеммы находится слой гликокаликса (рис. 2). Гликокаликс — молекулы олигосахаридов и полисахаридов, а также гликопротеинов (молекулы, состоящие из белковой основы, с которой соединены олигосахариды) и гликолипидов (молекулы, состоящие из липида, связанного с сахарами), заякоренных в мембране. Гликокаликс выполняет рецепторную функцию и обеспечивает узнавание клетками друг друга. Цитоплазма — жидкая среда клетки, в которой протекают биохимические реакции, происходит транспорт веществ и находятся клеточные органоиды. Ядро — двухмембранный клеточный органоид, в котором заключена генетическая информация в виде молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), связанных с белками в компактную форму — хроматин (наиболее компактный вариант хроматина — хромосомы, которые видны во время деления клетки). Ядро обеспечивает хранение, передачу и реализацию генетической информации. Реализация генетической информации заключается в процессе транскрипции — считывании информации с ДНК на РНК (рибонуклеиновой кислоты), с последующим синтезом в клетке необходимых для ее жизнедеятельности белков уже по матрице РНК в процессе трансляции. Передача генетической информации происходит при делении клеток. В зависимости от количества копий каждой хромосомы в ядре, говорят о плоидности клетки. Гаплоидная клетка — каждая хромосома представлена в единственном экземпляре. Диплоидная клетка — каждая хромосома представлена двумя копиями (парные хромосомы называются гомологичными — они не полностью идентичны друг 1 Гетеротрофы — организмы, не способные создавать органические вещества самостоятельно, поэтому поглощающие их из внешней среды в готовом виде в процессе питания.
другу из-за происходящих мутаций). Триплоидный — каждая хромосома представлена тремя копиями. Полиплоидный — каждая хромосома представлена многими копиями. Эндоплазматическая сеть (ЭПС) — система связанных друг с другом мембранных цистерн и каналов, расположенных по всей клетке. По эндоплазматической сети транспортируются вещества, в ней же может происходить синтез сложных органических веществ. Гранулярная, или шероховатая, ЭПС отличается от гладкой ЭПС тем, что в ее мембрану встроены рибосомы. Аппарат, или комплекс Гольджи — стопка уплощенных дисковидных цистерн с отшнуровывающимися по бокам мембранным пузырьками. Отвечает за накопление веществ, которые получает от эндо плазматической сети, их преобразование и заключение в отдельные мембранные пузырьки, которые могут сливаться с плазматической мембраной, обеспечивая выведение веществ из клетки. Рис. 2. Строение клетки животного типа.
Лизосомы — одно из производных аппарата Гольджи, небольшие мембранные пузырьки, заполненные пищеварительными ферментами. Могут сливаться с фагосомами (мембранные пузырьки с частицами пищи, образующиеся при фагоцитозе1) и обеспечивать внутриклеточное пищеварение; могут участвовать в процессах автолиза — утилизации старых частей клетки — и апоптоза — запрограммированной клеточной гибели. Митохондрии — двухмембранные органоиды с гладкой наружной мембраной и образующей инвагинации — кристы — внутренней мембраной. Отвечают за кислородный этап клеточного дыхания, в результате которого синтезируется большое количество АТФ (аденозинтрифосфата) — главной энергетической молекулы клетки, в макроэргических2 химических связях между атомами которой заключено большое количество энергии. Эта энергия может быть высвобождена и использована для поддержания процессов жизнедеятельности после разрыва связи. Рибосомы — немембранные клеточные органоиды, обеспечивающие синтез белков. Центриоли — немембранные органоиды в виде цилиндров из девяти триплетов микротрубочек. Две центриоли образуют клеточный центр, или центросому. При делении клетки центриоли являются центром организации микротрубочек веретена деления (веретено деления необходимо для правильного расхождения хромосом к полюсам клетки). У клеток со жгутиками или ресничками центриоли дают начало базальным тельцам жгутиков (ресничек) — цилиндрам из девяти триплетов микротрубочек, лежащим под плазмалеммой в зоне отхождения жгутика (реснички). От микротрубочек базального тельца начинается аксонема — структура из микротрубочек, проходящая уже внутри самого жгутика (реснички) и обеспечивающая его работу. Цитоскелет — специальные белки цитоплазмы, которые участвуют в создании клеточного каркаса и поддержании формы клетки, движении клеточных органоидов и самих клеток (в изменении формы клетки важнейшую роль играют сократимые белки актин 1 Фагоцитоз — процесс захвата клеткой из внешней среды твердых частиц путем изменения формы мембраны и образования фагоцитарного пузырька, или фагосомы. 2 Макроэргические связи — ковалентные связи между атомами в молекуле, которые гидролизуются (разрываются) с выделением значительного количества энергии.