35. Подтип Позвоночные, или Черепные: общая характеристика

Определения и обозначения

Позвоночные — подтип хордовых животных, у которых хорда в процессе развития заменяется позвоночником. Это название подчёркивает наличие главной осевой опоры тела и помогает отличить таких животных от хордовых без позвоночника.

Черепные — животные, имеющие череп, защищающий головной мозг. Термин показывает другой общий признак этой группы: мозг находится внутри прочной части внутреннего скелета.

Позвоночник — осевой скелет, состоящий из позвонков и выполняющий опорную и защитную функции. Позвонки образуют гибкую, но прочную основу тела, а пространство внутри них защищает спинной мозг.

Внутренний скелет — опорная система, расположенная внутри тела и связанная с мышцами. Он поддерживает форму организма, защищает внутренние органы и создаёт места прикрепления мышц, благодаря чему возможно движение.

Как это устроено

Позвоночных одновременно называют черепными, потому что у них есть два связанных элемента внутреннего скелета: позвоночник и череп. Позвоночник защищает спинной мозг, а череп — головной, поэтому нервная система оказывается окружена костными или хрящевыми структурами. У беспозвоночных такой единой осевой опоры и черепа нет, хотя у них могут быть наружные скелеты или другие защитные образования.

В начале развития позвоночного животного осевую опору образует хорда — упругий продольный тяж. Позднее вокруг неё закладываются позвонки, и у большинства взрослых позвоночных хорда сохраняется лишь частично или исчезает. Членение на позвонки делает ось тела одновременно прочной и гибкой: она выдерживает нагрузку и позволяет туловищу двигаться.

Внутренний скелет, череп и конечности работают как единая система. Скелет поддерживает тело, череп и позвоночный канал защищают отделы нервной системы, а рёбра и другие кости могут предохранять внутренние органы. Конечности или их видоизменения связаны с мышцами и превращают их сокращения в ходьбу, плавание, полёт или другие движения.

Нервная система позвоночных разделена на головной и спинной мозг. Головной мозг принимает и обрабатывает информацию, а спинной проводит сигналы к органам и от них; такое разделение повышает точность управления телом. Чем сложнее устройство нервной системы и органов чувств, тем разнообразнее реакции животного и его поведение.

Системы органов позвоночных связаны обменом веществ и общим управлением. Пищеварительная система расщепляет пищу, дыхательная получает кислород, а кровеносная переносит кислород и питательные вещества; выделительная удаляет ненужные продукты обмена. Половая система обеспечивает размножение, а особенности всех этих систем зависят от среды обитания и образа жизни животного.

Общая характеристика позвоночных

Таблица помогает отличать общие признаки подтипа от особенностей отдельных классов. При сравнении сначала ищите признаки, встречающиеся у всех позвоночных, а затем — варианты, связанные со средой обитания.

Например, жабры рыбы и лёгкие млекопитающего различаются, но оба органа обеспечивают дыхание. Поэтому такие различия не отменяют общих признаков подтипа.

Разбор задач

Задача 1. Распределение признаков

Распределите признаки между позвоночными и беспозвоночными: наличие позвоночника, наружный скелет, череп, внутренний скелет, хорда. Нужно учитывать не любой способ защиты тела, а признаки, определяющие подтип.

1. Позвоночник относим к позвоночным, потому что он является их главным осевым скелетом.
2. Череп и внутренний скелет также относим к позвоночным: они поддерживают тело и защищают мозг и внутренние органы.
3. Наружный скелет не является общим признаком позвоночных, поэтому связываем его прежде всего с беспозвоночными, например с членистоногими.
4. Хорда — признак хордовых, но не только позвоночных: у некоторых хордовых позвоночник не формируется.

Ответ: для позвоночных характерны позвоночник, череп и внутренний скелет; наружный скелет не определяет эту группу; хорда может встречаться и у хордовых без позвоночника.

Задача 2. Две функции позвоночника

Объясните, почему позвоночник одновременно служит опорой для тела и защитой спинного мозга. Рассуждение строится от его положения и строения к выполняемым функциям.

1. Позвоночник расположен вдоль тела, поэтому принимает на себя массу туловища и служит осью, к которой прикрепляются мышцы.
2. Он состоит из отдельных позвонков, соединённых подвижно, поэтому сохраняет прочность и одновременно позволяет сгибаться.
3. Отростки и дуги позвонков образуют позвоночный канал, внутри которого проходит спинной мозг.

Ответ: позвоночник поддерживает тело благодаря прочной осевой конструкции, а защищает спинной мозг благодаря позвоночному каналу.

Задача 3. Сравнение классов

Сравните рыбу, птицу и млекопитающее по дыханию, покровам, конечностям и размножению, затем назовите общие признаки. Сначала фиксируем различия, а после отделяем их от признаков всего подтипа.

1. Рыба дышит жабрами, покрыта чешуёй и слизью, передвигается плавниками; размножение обычно связано с водой.
2. Птица дышит лёгкими, имеет перьевой покров, крылья и ноги; откладывает яйца.
3. Млекопитающее дышит лёгкими, покрыто шерстью, имеет конечности; обычно рождает детёнышей и выкармливает их молоком.
4. Общими остаются внутренний скелет, череп, позвоночник, головной и спинной мозг, а также основные системы органов.

Ответ: классы различаются приспособлениями к среде, но относятся к позвоночным благодаря общему плану строения.

Типичные ошибки

Считать позвоночными всех животных с хордой. Ошибка возникает из-за того, что позвоночные входят в тип Хордовые. Проверяйте, сформировался ли позвоночник: у некоторых хордовых его нет.

Путать позвоночник с осевым скелетом вообще. На ранних стадиях развития и у некоторых хордовых осевую функцию выполняет хорда. Чтобы не ошибиться, уточняйте, о каком животном и каком этапе развития идёт речь.

Называть череп внешним скелетом. Череп находится внутри покровов и связан с другими костями внутреннего скелета. Проверка проста: внешний скелет располагается снаружи тела, а череп окружает мозг изнутри.

Считать, что все позвоночные дышат лёгкими. Такое обобщение подходит не всем группам: рыбы используют жабры, а у некоторых животных важную роль играет кожа. Сначала определите группу и среду обитания, затем называйте орган дыхания.

Связь с другими темами

До изучения этой темы нужно знать признаки типа Хордовые, строение хорды и назначение основных систем органов животных. Это позволяет понять, какие признаки позвоночные унаследовали от более крупной группы, а какие появились при усложнении строения.

Дальше общая характеристика понадобится при изучении рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. Сравнивая классы, можно отделять общие признаки подтипа от частных приспособлений.

Тема связана с эволюцией органов и систем, сравнительной анатомией и приспособлением животных к воде и суше. Различия в дыхании, покровах и движении показывают, как строение связано с условиями жизни.

Что запомнить

• Позвоночные, или черепные, — подтип хордовых животных.
• Главные признаки подтипа — позвоночник, череп и внутренний скелет.
• Позвоночник заменяет хорду и образует осевую опору тела.
• Череп защищает головной мозг, а позвоночный канал — спинной мозг.
• У позвоночных хорошо развиты нервная система и органы чувств.
• К позвоночным относятся рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие.
• Общие признаки подтипа сочетаются с разнообразными приспособлениями к среде обитания.