Bez jamy ustnej i bez jelit • Sergey Glagolev • Popularne zadania naukowe w "Elementach" • Biologia

Bez jamy ustnej i bez jelit

Zadanie

Większość zwierząt połyka kogoś lub coś, a następnie trawi połykany pokarm w jelitach. Ale wiele zwierząt nie ma ani ust, ani jelit. Co czy te zwierzęta są? Jaki rodzaj Jak mogą zdobyć i strawić jedzenie?


Wskazówka 1

Teraz przyjmuje się, że nazywa się zwierzęta tylko wielokomórkowymi (Metazoa), więc w zadaniu nie ma żadnych ameb ani ciliates.


Wskazówka 2

Aby odpowiedzieć na pytanie o problem, musisz pamiętać informacje ze szkolnego kursu ludzkiej fizjologii o esencji trawienia. Enzymy trawienne rozkładają cząsteczki pokarmu na mniejsze (na przykład białka na aminokwasy). U ludzi proces ten zachodzi w jamie żołądka i jelitach (trawienie w jamie brzusznej) i na powierzchni komórek nabłonka jelitowego (trawienie w ciele). Następnie małe cząsteczki (strawione pokarmy) są wchłaniane do krwi przez ścianę jelita. Bakterie jelita grubego odgrywają ważną rolę w trawieniu człowieka (na przykład, zapewniają częściowe trawienie błonnika). Zastanów się, jakie metody odżywiania można wykonać bez żadnego z etapów (lub bez jelita i ust dla ich realizacji).


Wskazówka 3

Odpowiedź będzie inna, jeśli weźmiemy pod uwagę tylko etapy dorosłe lub cały cykl życia zwierząt.


Rozwiązanie

Jako zwierzęta zazwyczaj uważamy dorosłych i dorosłych za tych, którzy potrafią się rozmnażać (szczególnie poprzez płeć). W rzeczywistości, jednostka porównania w zoologii nie jest osobą dorosłą, ani nawet rozwojem organizmu, ale całym cyklem życia gatunku (patrz epilog).

Ale po pierwsze, tradycyjnie mówimy o "dorosłych" zwierzętach. Okazuje się, że wśród nich jest pełno pozbawionych jamy ustnej i jelit! To jest:

  • wszystkie gąbki i plakietki (dwa rodzaje prymitywnych wielokomórkowych);
  • ogromna klasa pasożytniczych cnidarians – myxozoi, które były tak zmodyfikowane z powodu pasożytnictwa, że ​​do niedawna byli myleni z protistami;
  • pasożyty z ortonektydów bezkręgowych (patrz także Tajemnicze ortonektyny nie są tak prymitywne jak wcześniej sądzono) i pasożyty (symbionty?) żyjące w nerkach głowonogów mięczaków – rombobaki (patrz Diciemidy);
  • jedna z klas płazińców – tasiemce (cestody), pasożyty jelitowe kręgowców;
  • Wiodącym przedstawicielem rodzaju skondensowanej skóry są skrobaki.

Niedawno do tej listy można było dodać dwa rodzaje zwierząt – pogonoforów i szaty, ale teraz są one zredukowane do poziomu rodziny pierścieniowych robaków i nazywane są siboglinidami.Oprócz nich istnieją dziesiątki innych pierścieniowych robaków bez jamy ustnej i jelit – na przykład wśród morskich oligoczków. Są też takie gatunki wśród innych klas płazińców – turbellarians (patrz U. Dirks i in., 2012) i trematody (partenogenetyczne samice jednego pokolenia, sporocysty) pozbawione są jamy ustnej i jelit (patrz N. Musat, 2006), małŜe dwuskorupowe (rodzina Solemyidae, patrz F. Stewart, C. Cavanaugh, 2006).

Kolejna niesamowita grupa zwierząt "beskishechnyh" – przedstawicieli stawonogów, raków korzeniowych (z których najbardziej znana jest sacculina (patrz rozdział "The True Terror" z książki Karla Zimmera "Pasożyty"). Ktoś, kogo mógłbym przegapić, ale z podanych przykładów, ta "bezkostna" nie jest rzadkością wśród zwierząt.

Wiele z wymienionych grup jelita i jamy ustnej nie ma na żadnym etapie rozwoju. Są to tasiemce, skrubery, gąbki i tri-butlaki, rhombozo i ortonectida. Zaskakująco, obejmują one sacculina. Jest to zaskakujące, ponieważ jego larwy są podobne do wspólnych larw balanus, nauplii, które mają jamę ustną i perforowane jelito. Ale te larwy sakkulinowe nie są tymi ciałami. Nie karmią się wcale, dopóki nie wejdą do organizmu gospodarza, kraba. Pasożyt wchodzi do kraba, całkowicie tracąc wygląd i podobieństwo skorupiaka – w postaci kilku komórek, które wyglądają bardziej jak rak, niż na stawonoga.Jakiego rodzaju usta i jelita!

W innych przypadkach larwy mają usta i jelita, ale później są zmniejszone. Dzieje się tak w przypadku małży dwuskorupowych, ubiorów i, jak się zdaje, nicieni jelitowych.

Jak takie zwierzęta jedzą?

Wiele z nich – pasożyty, które żyją w jelitach gospodarzy (tasiemca), w ich krwi (worecznice) lub wewnątrz tkanek i komórek (miksozoi). Częściowo otoczone już strawionym pokarmem – glukozą, aminokwasami i innymi małymi cząsteczkami. Takie pokarmy mogą być zassane przez powłokę w taki sam sposób, jak robią to komórki ludzkie (patrz Przenoszenie substancji przez błony). Pokrywy wielu pasożytniczych zwierząt przypominają nabłonka jelita ssania nasze – są one pokryte wyrostki, mikrokosmkami aby zwiększyć powierzchnię.

Ale nawet w środowisku takim jak krew czy jelita pasożytom brakuje gotowych składników odżywczych. Zachowują własne enzymy trawienne. Z reguły są one przymocowane do powierzchni korpusu pasożyt – w błonach komórkowych w glikokaliksu i naskórka. Więc ich trawienie jest podobne do naszego ciemieniowego. Niektóre enzymy występujące w glikokaliksie ciążowym należą do gospodarza – na przykład aktywne są tam amylazy trzustkowe.Czasami pasożyt wydziela potężne enzymy do środowiska, powodując rozpad tkanki – histolizę.

Pinocytoza i fagocytoza wydają się odgrywać ważną rolę w absorpcji trawionych substancji w myksozoiku. Te klasyczne poglądy potwierdzają najnowsze informacje o genomie Myxozoic: okazało się, że mają one różne białka związane z różnymi postaciami endocytozy (patrz Y. Yang i in., 2014). W cestodach część substancji jest również wchłonięta przez pinocytozę. Wiele innych pasożytów – skrobaki, nicienie mermityczne i raki korzeniowe – są w stanie wchłonąć składniki odżywcze przez pokryte skórką łuski.

Ryc. 1. Te rozgałęzione "korzenie" – skorupiak z rodzaju Sacculina, rozwijający się w ciele kraba. Pochłania składniki odżywcze z krwi kraba poprzez cienki naskórek, pokryty mikroskopijnymi procesami. Linie skali długości 75 mikronów. Zdjęcie z artykułu J. Goddard i wsp., 2005. Specyfika gospodarza Sacculina carciniZielony krab europejski Carcinus maenas w Kalifornii

Przodkowie wszystkich pasożytniczych grup zwierząt prawie na pewno mieli usta i jelita. Ale gąbka i trichoplex mogą być początkowo pozbawione tej cechy (chociaż trudno to dokładnie udowodnić). Jak te zwierzęta jedzą?

W gąbkach, trawienie wewnątrzkomórkowe.Prawie wszystkie gąbki odżywiają się małymi cząsteczkami – od wielkości cząstek wirusa do 5 mikrometrów. Komórki gąbczaste połykają i trawią cząstki żywności. Główna rola w tej grze kołnierz-wici komórek, tworząc przepływ wody. Ale żywność może być również połknięta przez amoebocyty, wtykając ich pseudopędy do środowiska zewnętrznego. Niektóre gąbki połykają żywność i pinakocyty – komórki powiernicze.

Co zaskakujące, niektóre gąbki stały się prawdziwymi drapieżnikami (wydaje się, że są to jedyne drapieżne zwierzęta bez jamy ustnej lub jelit). Najpierw odkryto taką gąbkę w płytkiej jaskini na Morzu Śródziemnym. Potem okazało się, że około stu gatunków gąbek głębinowych jest również drapieżnych. Takie gąbki nie mają układu kanałów ani komórek, które wytwarzają przepływ wody – całkowicie odmówiły filtrowania. Ale mają długie, zwężone wyrostki, pokryte zakrzywionymi igłami, szpikulcami. Małe skorupiaki "siadają" na tych igłach. Następnie komórki amorokowe czołgają się do miejsca chwytania skorupiaków i otaczają je. Po pierwsze, jest on trawiony pozakomórkowo w uformowanej "komorze"; następnie poszczególne amebocyty fagocytują i trawią kawałki zdobyczy.

Ryc. 2 Drapieżna gąbka głębinowa Chondrocladia lyra. Zdjęcie z artykułu Becky Oskin, starszy pisarz, 2012.Dziwnie wyglądająca, jedząca mięso gąbka znaleziona w głębokim morzu

Trichoplax – przedstawiciel rodzaju łożyska – odżywia się cyjanobakteriami, jednokomórkowymi algami i komórkami plechy wielokomórkowych alg. Czołgając się po brzuchu, "przykleja" brzegi ciała do podłoża i lekko wygina grzbiet. Tak więc pod jego ciałem powstaje "tymczasowe jelito". Do niedawna sądzono, że enzymy trawienne, komórki gruczołowe z wici, wydzielają się do tej wnęki (na ryc. 3 są oznaczone jako "komórki gruczołowe").

Ryc. 3 W niedawnym artykule, C. Smith i in., 2015. Novel Cell Types, Metazoan Neurosecretory, Trichoplax adhaerens w Trichoplax opisano dwa nowe typy komórek: "komórki z kryształami" i "komórki lipofilowe". To ta ostatnia, najwyraźniej, wydzielają enzymy odpowiedzialne za trawienie trichoplaxu poza narządem.

Ale ostatnio stało się jasne, że mechanizm zewnątrzkomórkowego trawienia trichoplaxu jest bardziej skomplikowany: pokarm jest trawiony przez enzymy wydzielane przez kilka komórek bez wici (patrz C. Smith i in., 2015. Skoordynowane zachowanie żywieniowe w Trichoplax, zwierzę bez synaps). Uwięzione "gruczołowe" komórki nabłonka jamy brzusznej, być może, tylko odczuwają obecność pożywienia i emitują substancje sygnalizacyjne, które regulują pracę komórek "trawiennych". Trichopleks absorbuje rozgotowane jedzenie, najwyraźniej z udziałem pinocytozy.

Opisano również inny sposób żywienia trichoplaxu: można rzucać na jego grzbiet komórki żerujące z pracą wici.Następnie przez otwory w nabłonku są wychwytywane przez ich procesy i trawione przez wewnętrzne włókniste komórki. Tak więc istnieje wewnątrzkomórkowe trawienie trichoplaxu.

Teraz o tym, jak karmią się pozostałe bezzębne, swobodnie żyjące zwierzęta morskie – pogonofory i vestimentifera, oligochaeta i nicienie. Przez długi czas była to tajemnica. Rozpuszczona materia organiczna w morzu jest zbyt mała; nawet jeśli jest wchłaniany, nie powinien wystarczyć nawet małym i cienkim niciom. Co powiedzieć o masywnych małżach! Może w niektórych częściach ciała coś z fagocytów? Założono, że żywią się pagonami przy użyciu macek, ale te dane nie zostały potwierdzone.

Odpowiedź przyszła kiedy mechanizm giganta energetycznego Pogonophora-Vestimentifera otwarty – Rift (patrz Władimir Małachow „Vestimentifera -. Autotroficzny zwierząt”). Okazało się, że w miejscu jelita wykształcają masywną klatkę komórek – troposum.

Komórki trofosomowe są wypchane symbiotycznymi bakteriami. Te chemoautotroficzne symbiotyczne bakterie utleniają siarkowodór do siarki i otrzymują energię do syntezy materii organicznej. Riftii dostarczają siarkowodoru, dwutlenku węgla i tlenu. A potem część symbiontów jest trawiona …

Następnie dokładnie takie bakterie znaleziono w innych zwierzętach dennych z błoną jelitową. W nicieniach i ponogonoforach zwykle żyją w troposomie (rzadziej w jamie ciała, poza komórkami); w oligochaetes, w powłokach; w małżach, w masywnych blaszkach.

Są inne opcje. Przynajmniej jeden gatunek symbiontów pogonoforowych to bakterie metanotroficzne (używają metanu jako jedynego źródła energii i materii organicznej). A robaki zombie otwarte w 2002 roku mają pasek na ramię z rodzaju Osedax – heterotroficzne symbionty żyją w specyficznych wyrostkach przypominających korzenie (ryc. 4).

Ryc. 4 Worms rodzaju Osedax – niezwykłe pogonofory żyjące na szkieletach wielorybów. Po lewej – kobieta, po prawej – mężczyzna karłowaty. Obu płciom brakuje jamy ustnej i jelit. Kobiety wyciągają składniki odżywcze z kości za pomocą korzeniowych wyrostków, w których żyją symbiotyczne bakterie. Obraz z sciencehubb.co.uk

Te robaki żyją na szkieletach wielorybów (rzadziej – innych ssaków morskich i dużych ryb) i żywią się kolagenem zawartym w kościach. Pogryzienie kości bez jamy ustnej i jelit nie jest tak proste! Ostatnio okazało się, że robaki wydzielają kwas, aby rozpuścić mineralną matrycę kości (patrz M. Tresguerres i in., 2013.Jak dostać się do kości: pompa protonowa i anhydraza węglanowa u myszy Osedax).

Ciekawe, że w tym przypadku wykorzystują te same mechanizmy, co komórki – osteoklasty ludzkiej tkanki kostnej.

Czasami istnieje tylko jeden typ symbionta u jednego gatunku żywiciela. A czasem w organizmie gospodarza żyje kilka różnych bakterii – do czterech (patrz symbiotyczne bakterie zastąpione przez robaki morskie organami trawiennymi i wydalinami, Elements, 19 września 2006 r.) Do sześciu, a nawet ośmiu gatunków.

Nawiasem mówiąc, bakterie mogą odgrywać ważną rolę w odżywianiu gąbek. Gąbki są dosłownie nadziewane bakteriami, w tym fotosyntetyzującymi. Ostatnio odkryto drapieżną gąbkę, najwyraźniej otrzymującą część pokarmu z bakterii metanotroficznych. A niektóre gąbki w żywych zoochlorella – algi eukariotyczne. Gąbka "kultywuje" swoje symbionty wewnątrz komórek i częściowo je trawi. Bakterie symbiotyczne występują również w trichoplaxie. Ostatnio opisano bakterie, które żyją na powierzchni ciała tasiemca (patrz L. Poddubnaya, G. Izvekova, 2005. Wykrywanie bakterii związanych z łupinkami ciarodili kariuli). Być może biorą udział w trawieniu tych pasożytów.

Czy istnieją fotoautotroficzne symbionty, które pozwalają właścicielowi zrezygnować z jamy ustnej i jelit? Nie mogłem znaleźć jasnych przykładów. Prawda, turbelarium małych jelit Symsagittifera roscoffensisżycie w symbiozie z glonami zoochlorella jest bliskie temu. Nie ma prawdziwego jelita, a jej usta i gardło nie działają jako dorośli. Wielu naukowców uważa, że ​​kosztem tej samej symbiozy, przynajmniej niektórzy Vendobionci, przedstawiciele starożytnej fauny walijskiej, również pożerani z jamy ustnej i jelit, żywili się nią.

W końcu niektóre zwierzęta jelitowe mogą wcale nie jeść. Tak więc "dorosłe" ortonektyny, mężczyźni i kobiety, nie żyją po opuszczeniu organizmu żywiciela do środowiska zewnętrznego.


Posłowie

Wróćmy do początku odpowiedzi i spójrzmy na problem szerszy.

U większości zwierząt cykl życiowy obejmuje rozmnażanie płciowe i co najmniej dwa pokolenia – wielokomórkowe generowanie diploidalnych osobników i jednokomórkowe generowanie haploidalnych gamet. Tak, tak, gamety nie są komórkami naszego ciała, ale niezależnymi organizmami! Mają inny genotyp; często żyją w wodzie (na przykład w jeżowcach lub polychaetes), a nie w ciele wielokomórkowych rodziców, jak u ludzi; mają własne skomplikowane zachowanie i własny los. Wszystkie gamety nie mają ani ust, ani jelit. I mają różne sposoby karmienia (możesz o nich porozmawiać innym razem).

Jeśli chodzi o wytwarzanie wielokomórkowe, to u jego osobników, rozwijających się z zygoty, jelito pojawia się również odlegle od razu. Występuje podczas gastrulacji i zaczyna działać jeszcze później. W jaki sposób zwierzęta tego pokolenia otrzymują energię i substancje niezbędne do wzrostu, dopóki nie będą miały jamy ustnej ani jelit? Większość – ze względu na zapasy żółtka nagromadzone w jajku. U wielu zwierząt, nawet po opuszczeniu jaja, larwy nie mają jamy ustnej ani jelit i zaczynają karmić się dopiero po metamorfozie. Niektóre – na przykład ssaki – "pasożytują" w ciele poprzedniej generacji wielokomórkowej. Podobnie jak prawdziwi pasożyty, trawią ścianę macicy enzymami trawiennymi, wabią matczyne naczynia krwionośne i zastępują ściany komórkami. Następnie "pasożyt" tworzy złożony system odrostów, przez który zasysa pokarm od matki (patrz: Rozwój kosmków kosmków). Dopiero znacznie później powstają jelita (a tym bardziej usta) i zaczynają działać dopiero po urodzeniu.

Zatem wszystkie zwierzęta (we wczesnych stadiach rozwoju) nie mają jamy ustnej ani jelit. Być może to częściowo powtarza bieg ewolucji – najprawdopodobniej układ trawienny nie był nawet wśród wspólnych przodków współczesnych zwierząt. Dopiero w niektórych późniejszych stadiach ewolucji zwierzęta rozwinęły jamę ustną i jelita.A potem wiele grup straciło te narządy – i nie tylko pasożyty.

Ogólnie rzecz biorąc, jedną z "moralności" tej bajki jest to, że podczas ewolucji można coś stracić: nie tylko usta i jelita, ale nawet piękno i duma zwierząt wielokomórkowych – układu nerwowego i mięśniowego. Jednak niektórym naukowcom, daleko od zoologii, ewolucja wciąż wydaje się wspinać na "drabinę istot". Jak już zauważyliśmy w jednym z poprzednich zadań, regresja morfologiczna jest bardzo powszechną ścieżką ewolucji (patrz problem "Ciepły czy zimny?").

Drugi wniosek jest taki, że zwierzęta są o wiele bardziej pomysłowe niż ludzki umysł. Żaden zoolog prawdopodobnie nie mógł przewidzieć, że epolet może pożywić się kościami, a gąbka mogłaby pożywić się rakami. Co powiedzieć o nie-specjalistach! Jak często myślą, że zwierzęta są ułożone zgodnie z ideami podręczników szkolnych … Pozwól mi podać dwa przykłady. Pierwsza – na jednej z dość olimpiad na wysokim poziomie zadano następujące pytanie:

"Serce owadów:
a) wielokomorowe rurowe;
b) dwukomorowy;
c) trzykomorowe;
d) czterokomorowy ".

Trzeba było wybrać jedną odpowiedź.Kompilatorzy uważali, że poprawną odpowiedzią było a). W rzeczywistości serce owadów jest bardzo różne. Są owady, które nie mają serca (jeźdźcy karłowaci). Często serce ma wiele par osteal (boczne otwory), ale słabo dzieli się na komory. Jeśli przyjmiemy, że klapy ościeżnicy są granicami między komorami, to mucha domowa ma czterokomorowe serce, wiele owadów ma dwu- lub trójkomorowe serce, a jedno lub trzykomorowe wszy mają …

Drugi przykład. Na zaawansowanych szkoleniach dla nauczycieli znany metodolog wyjaśnił, jak uczyć zoologii. Uważał, że strukturę zwierząt można zawsze wyjaśnić na podstawie ogólnej logiki i zasady korelacji. Na przykład: dlaczego turkarianie (płazińce) mają rzęski, ale nicienie nie mają rzęsek? Wszystko jest bardzo proste: na nicieniach pojawił się gruby naskórek, przez który nie można ścisnąć ruchomych rzęs. Wydaje się logiczne i zrozumiałe, tylko fakty nie odpowiadają … Faktem jest, że inna grupa robaków – gastrotrichs – ma bardzo gruby naskórek na brzuchu i są w nim dziury, przez które żywe rzęski wystają i działają idealnie! I nikt, oczywiście, nie wyjaśni na podstawie "wspólnej logiki",dlaczego nie ma rzęsek u osoby dorosłej wątrobowej – bliskiego krewnego turbularystów, pozbawionego łuski.

I ostatnia uwaga. To nie pierwszy raz, kiedy dajecie odpowiedź, że jesteście zdumieni, jak szybko rozwija się nauka. Jeszcze 20-25 lat temu nikt nie wiedział o drapieżnych gąbkach (a okazało się, że ponad setka z nich się otworzyła!) Albo o robakach kartek; prawie wszyscy naukowcy byli przekonani, że myxozoi są protistami (i zostali podzieleni na dwie klasy, które okazały się etapami cyklu życiowego tego samego gatunku); Orto-nektoidy, które były badane od ponad wieku, nie opisywały mięśni i receptorów itp.

Zoologia rozwija się nie mniej dynamicznie niż biochemia czy fizjologia. A ile jeszcze trzeba odkryć i wyjaśnić! Tutaj na przykład: jak robaki zombie wydzielają kolagen z kości i czy używają tłuszczu? I dlaczego potrzebujemy trichoplaxu z bakteriami symbiotycznymi? Nikt nie wie na pewno jeszcze.


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: