Абдурахманов Гайирбег Магомедович,

Лопатин Игорь Константинович,

Исмаилов Шейх Ибрагимович

 

Основы зоологии и зоогеографии

Учебник

Редактор Е. А. Гороховская. Технический редактор Я Ф. Коржуева.

Компьютерная верстка: Г. Ю. Никитина. Корректоры В. И.Хомутова. Э. Г. Юрга

 

Подписано в печать 23.03.2001. Формат 60х90/16 Бумага тип. № 2 Печать офсетная. Гарнитура «Тайме». Усл. печ. л. 31,0. Тираж 30 000 экз. (1-и завод 1 -10 000 экз.).

Заказ №369.

 

Лицензия ИД № 02025 от 13.06.2000. Издательски._центр «Академия».

105043, Москва, ул. 8-я Парковая, 25. Тел./факс (095)165-4666, 367-0798, 305-2387.

 

Отпечатано на Саратовском полиграфическом комбинате.

410004, г. Саратов, ул. Чернышевского, 59.

ISBN 5-7695-0625-3 © Абдурахманов Г.М., Лопатин И.К., Исмаилов Ш.И., 2001

® Издательский центр «Академия», 2001

 

ЧАСТЬ I

ОСНОВЫ зоологии

 

Введение

Общие сведения о зоологии

 

Зоология – это наука о животном мире. Хотя ее отдельные разделы касаются строения, жизненных функций, поведения и связей организмов как единого целого со средой, все же объектом зоологии оказываются не отдельные животные и даже не отдель­ные их типы; а все животное царство в целом.

Зоология является составной частью биологии, изучающей живую природу. Живые организмы по своей структуре несравнен­но сложнее объектов неживой природы, соответственно этому и биология гораздо сложнее физики и химии. Все живые организмы относятся к нескольким царствам. Животное царство — это часть живого мира, представители которой характеризуются гетеро­трофным питанием и подвижностью. На первый взгляд, различия между растениями и животными настолько очевидны, что не требуют обоснований. В действительности дело обстоит сложнее, и приведенное выше определение животного царства нуждается в дополнениях главным образом из-за ряда исключений и погра­ничных случаев.

Возьмем, к примеру, питание растений и животных. Первые из них — автотрофны. Они способны синтезировать питательные ве­щества из простых молекул в процессе фотосинтеза. Животные — гетеротрофны. Они добывают энергию путем поглощения пита­тельного материала, синтезируемого растениями или другими живыми организмами. Короче, они нуждаются в готовых органи­ческих соединениях, поскольку сами синтезировать их не могут. Однако грибы и многие бактерии, относящиеся к другим цар­ствам, также гетеротрофны.

Далее, отнесение живых организмов к царству животных толь­ко на основе их подвижности также недостаточно аргументиро­вание. Среди животных немало сидячих, прикрепленных организ­мов, например губки, коралловые полипы, морские лилии или ряд моллюсков. С другой стороны, существуют подвижные расте­ния, особенно из одноклеточных (зеленые жгутиконосцы). Не аб­солютны и такие признаки, как наличие толстых целлюлозных оболочек в клетках растений и тонкой мембраны в животных клет­ках, ограниченный определенным периодом рост животных и про­должающийся всю жизнь рост растений и т. д. Среди животных оболочники имеют целлюлозные оболочки клеток, а крокодилы и черепахи растут в течение всей жизни. Поэтому правильнее бу­дет характеризовать животных как организмы, обладающие комп­лексом следующих признаков. Большинство животных подвижно; их клетки покрыты тонкой мембраной; основные органы распо­ложены внутри тела, имеющего довольно постоянную форму; рост обычно приурочен к определенному периоду развития; они гете­ротрофны, а конечные продукты их обмена веществ — углекис­лый газ, вода и мочевина. Этот комплекс признаков в целом удов­летворительно характеризует сущность животного.

Задачи зоологии весьма разнообразны. С одной стороны, это изучение строения (внешнего и внутреннего) и функционирова­ния животных организмов, их индивидуального развития, их си­стематики, географического распространения, с другой — изуче­ние взаимоотношений животных с другими организмами, в том числе с другими животными, выявление зависимости животных от условий среды обитания, изучение исторического развития раз­личных групп и т. д. Так как среди животных немало видов, прямо или косвенно используемых человеком, а также вредителей куль­турных растений и переносчиков различных заболеваний, зооло­гия интересуется и практическим значением животных, а полу­ченные в результате зоологических исследований данные широко применяются в сельском и лесном хозяйстве, рыбоводстве, меди­цине и ветеринарии.

Разнообразие животного мира земного шара, разносторонность задач и многообразие методов исследования привели к выделе­нию многих самостоятельных зоологических дисциплин.

Морфология животных изучает внешнее (собственно морфоло­гия) и внутреннее (анатомия) строение. К ней же относятся гис­тология; изучающая микроскопическое строение тканей и орга­нов; цитология, исследующая структурные особенности клеток животных; эмбриология — наука о закономерностях индивиду­ального развития. Большинство морфологических дисциплин ос­новано на сравнительном изучении строения различных живот­ных, что позволяет называть их сравнительной анатомией, сравнительной эмбриологией и т. д.

Физиология животных — наука о жизненных процессах, прохо­дящих в организме животных, таких, как питание и пищеварение, дыхание, кровообращение, выделение, нервная деятельность и т. д. В наше время все эти процессы изучаются также в сравнительном плане, и поэтому физиология стала сравнительной физиологией.

Поведение животных изучает этология — относительно моло­дая зоологическая дисциплина, хотя в числе ее основоположни ков числится знаменитый исследователь поведения насекомых Анри Фабр, работавший в XIX в.

Экология животных как часть общей экологии исследует взаи­моотношение животных с окружающей средой и все разнообра­зие приспособлений животных к среде, обеспечивающих их вы­живание, расселение, размножение и развитие.

Генетика животных изучает применительно к животным орга­низмам закономерности наследственности и изменчивости.

Систематика животных вместе с филогенетикой — фундамен­тальный раздел зоологии, синтезирующий данные всех отраслей биологии, изучающих животных. Систематика отражает естествен­ную систему организмов с их объективно существующими род­ственными взаимоотношениями. Исходный раздел систематики — фаунистика — изучает состав и особенности животного мира нашей планеты. С другой стороны, фаунистику можно считать частью зоогеографии — науки о географическом распростране­нии животных.

Наряду с перечисленным существует и другое деление зооло­гии — по объектам исследования. Так выделяются науки о про­стейших — протозоология, о насекомых — энтомология, о ры­бах — ихтиология, о птицах — орнитология и т. п.

Современная биология изучает живое на всех уровнях его орга­низации — от молекулярного до биосферного. При этом мы наблю­даем постепенное усложнение уровней организации; на каждом уровне рождается новое качество, не свойственное предшествую­щему уровню. В то же время на каждом последующем уровне ис­пользуются свойства простых компонентов, лежащих в основе бо­лее сложных систем.

Известный советский биофизик академик Г. Франк классифи­цирует организацию субстрата, из которого построено все живое, следующим образом.

Первый уровень— это макромолекулы белка и нуклеи­новых кислот, слагающие любую живую систему. Они имеют оп­ределенные свойства, позволяющие живой системе функциони­ровать. Называть подобные молекулы живыми не следует. Несмотря на то что макромолекулам присущи некоторые черты живого, они не обладают характерной для него совокупностью признаков.

Второй уровень организации — действующие хими­ческие системы — молекулы типа ферментов, которые видоизме­няют другие молекулы. В настоящее время биохимики научились воспроизводить в условиях эксперимента цепочки ферментных систем, в которых уже проявляются самые элементарные прин­ципы регуляции биохимических процессов. Более того, если иметь соответствующие ферменты и молекулы нуклеиновой кислоты, можно провести в искусственных условиях воспроизведение (реп­ликацию) этой нуклеиновой кислоты. Тем не менее химические системы, работающие даже на очень сложном уровне, еще нельзя назвать живыми.

Третий уровень организации жизни — внутриклеточ­ные органеллы и частицы, например ядра клеток, рибосомы, митохондрии, мембраны и т. д. Субклеточные органеллы имеют не­которые свойства и функции живого, но, строго говоря, они еще не живые. Только при переходе на клеточный уровень мы получа­ем настоящую живую систему — клетку.

Четвертый уровень— живая клетка в целом. Это еди­ная функционирующая система со сложным молекулярным струк­турным аппаратом. Только клетке в целом присущ цикл развития и самовоспроизведения в ряду поколений. При этом используют­ся свойства и макромолекул, и работающих химических систем, и субклеточных частиц в их единстве, устойчивости и организаци­онном самоуправлении. Известен эксперимент по пересадке ядра, взятого из дифференцированной клетки эпителия кишечника ля­гушки, в ее яйцо. В определенных случаях из такого «составного» яйца развивался полноценный организм. Это значит, что специа­лизированная клетка взрослого организма вопреки своей специ­фике способна в той или иной мере сохранять в ядре всю инфор­мацию, необходимую для развития целого организма.

Можно сделать вывод о том, что жизнь начинается с живой клетки, имеющей сложную внутреннюю молекулярную структу­ру, разнообразные мембраны и клеточное ядро, в котором со­держится записанная в ДНК информация. Мембраны разделяют внутриклеточные вещества разного характера и отличаются спе­цифической проницаемостью. Есть в клетке и механизмы пере­дачи информации ферментным системам.

Химическая деятельность клетки крайне сложна. Для нее ха­рактерна координация скоростей многих параллельно идущих и переплетающихся «химических конвейеров». Ферментативные процессы в клетке представляют собой целый ансамбль. Все про­цессы, протекающие в клетке, возможны лишь при наличии четко организованного транспорта веществ, их передвижения, накопления и выделения. В целом это самостоятельная, очень устойчивая, саморегулирующаяся система, имеющая определен­ную цикличность развития, размножения и воспроизведения и управляющая теми субклеточными образованиями, которые в ней содержатся.

Пятый уровень— это многоклеточные организмы. Кста­ти, простейшие (одноклеточные) животные, хотя и состоят из единственной клетки, по своим функциям и принципу организа­ции гораздо ближе к многоклеточным организмам, чем к клетке. Целому организму свойственна сложная и, вероятно, многократно дублируемая система саморегуляции, изучаемая физиологами. О высокой надежности ее говорят находки «живых ископаемых», сохранивших внешние формы и морфофункциональные призна­ки, несмотря на то, что как виды они существуют сотни милли­онов лет. Характерным примером служит древнейшая рыба — целакант, известная по ископаемым остаткам давно, но неожи­данно обнаруженная в Индийском океане всего каких-нибудь со­рок лет назад. Ископаемый скелет ее, пролежавший в земле около 300 млн лет, ничем не отличается от скелета современного цела-канта. Неизменяемость в данном случае свидетельствует о высо­кой устойчивости и надежности системы.

Шестой уровень организации — экосистема в целом. Гигантской экосистемой является и биосфера нашей планеты. Для экосистемы характерна взаимосвязь и взаимозависимость различ­ных организмов и их популяций. Легче всего проследить эту взаи­мосвязь на примере водной экосистемы, безразлично, пруд это или Мировой океан. В такой экосистеме осуществляется кругово­рот веществ, базирующийся на цепях и сетях питания.

Первым звеном пищевой (трофической) цепи являются од­ноклеточные водоросли (фитопланктон), использующие для пи­тания растворенные неорганические вещества. Вторым звеном ока­зываются мельчайшие животные организмы (зоопланктон), питающиеся фитопланктоном. За счет этих звеньев живут планк-тоноядные («мирные») рыбы, служащие, в свою очередь, пи­щей хищным рыбам. Отмершими водными растениями и трупа­ми животных питаются другие организмы — сапрофаги. В конце концов мертвая органика разлагается микроорганизмами-дест­рукторами и превращается в неорганические соединения, иду­щие на питание фитопланктона. В этом чрезвычайно сложном переплетении взаимоотношений проявляются сложные механиз­мы регуляции с изменяющимися количественными уровнями процессов.

Процессы, протекающие в экосистемах, являются выражени­ем всеобщей связи и взаимодействия, существующих в природе. Эта всеобщность взаимодействия раскрывается как иерархия ме­ханизмов обратных связей. Благодаря им в любых живых системах наблюдается замечательная регуляция процессов и необычная их устойчивость.

Зоология тесно связана с практической деятельностью челове­ка, и не только с теми ее видами, в которых прямо используются зоологические объекты (пчеловодство, рыборазведение, борьба с вредителями и т.д.), но и с делом охраны природы и восстанов­лением численности исчезающих видов животных. Без экологиче­ских знаний в этих видах своей деятельности человек был бы без­оружен.