43. Класс Земноводные

Определения и обозначения

Земноводные (амфибии) — класс позвоночных животных, жизнь которых связана и с водой, и с сушей. У взрослых особей обычно есть две пары конечностей, голая влажная кожа и лёгкие, а кожа тоже участвует в дыхании. Название класса напоминает: разные этапы жизни амфибий проходят в разных средах, поэтому их нельзя считать полностью наземными животными.

Головастик — водная личинка земноводного, которая по строению и образу жизни отличается от взрослого животного. У него есть хвост, а дыхание обычно происходит с помощью жабр; взрослые конечности ещё не развиты или только появляются. Это название помогает не путать раннюю стадию развития амфибии со взрослой особью.

Метаморфоз — превращение личинки земноводного во взрослое животное в ходе индивидуального развития. Во время него меняются органы дыхания и движения, а часто также питание и место обитания. Понимание этого термина позволяет описать не просто рост, а глубокую перестройку организма.

Клоака — общий отдел пищеварительной, выделительной и половой систем, который открывается наружу. В неё поступают продукты работы этих систем, после чего выводятся через общее отверстие. Термин нужен, чтобы понимать, как устроено выведение веществ и размножение у многих земноводных.

Как это устроено

Земноводные занимают промежуточное положение между водными и наземными позвоночными не потому, что живут ровно на границе двух сред, а потому, что сочетают приспособления к обеим. Конечности позволяют опираться на сушу и передвигаться по ней, а лёгкие обеспечивают дыхание атмосферным воздухом. При этом влажная кожа сохраняет роль в дыхании, а размножение и развитие личинок у многих видов зависят от воды. Такое сочетание объясняет, почему амфибии освоили сушу, но не порвали связь с водоёмами.

Кожа земноводных тонкая, голая и снабжена железами, которые выделяют слизь. Влажная поверхность нужна для газообмена: кислород растворяется в плёнке влаги и затем проходит через кожу в кровь. Если кожа пересохнет, такой обмен станет намного труднее, поэтому амфибии чаще держатся сырых мест, прячутся от солнца и активны в прохладное или влажное время. Эта зависимость ограничивает их распространение и делает чувствительными к осушению мест обитания.

Размножение большинства земноводных связано с водой, потому что их икринки обычно не имеют плотной оболочки и могут высохнуть на воздухе. У многих видов самка откладывает икру в воду, а самец выделяет сперматозоиды рядом с ней; такое оплодотворение называют наружным. Из икринки выходит личинка, которая некоторое время развивается в водоёме. Вода здесь не только место откладывания икры, но и среда, где головастик может дышать и передвигаться.

Головастик приспособлен к жизни в воде: жабры извлекают кислород из воды, а хвост помогает плавать. По мере развития у него появляются конечности и лёгкие, а жабры постепенно исчезают; у лягушек рассасывается и хвост. Эти перемены обеспечивают переход к передвижению по суше и дыханию воздухом. Одновременно часто меняется питание: личинка может собирать растительную пищу, тогда как взрослая лягушка ловит животных.

Кровообращение, движение и органы чувств тоже поддерживают жизнь в двух средах. У взрослого земноводного сердце состоит из двух предсердий и одного желудочка, а кровь движется по двум кругам кровообращения; такое устройство отличается от рыбьего и связано с появлением лёгочного дыхания. Конечности помогают ходить, прыгать или плавать, а глаза и органы слуха воспринимают сигналы в воздухе и у воды. Пища взрослых амфибий часто состоит из мелких животных, которых они обнаруживают и ловят, тогда как головастики обычно добывают пищу иначе.

Сравнение головастика и взрослого земноводного

Сравнивайте не отдельный признак, а целый набор: жабры, хвост и водная среда характерны для личинки, а лёгкие и конечности — для взрослой особи. В строке о размножении важно различать взрослое животное, которое размножается, и головастика, который продолжает развитие. Таблица помогает увидеть, как строение организма связано с его образом жизни.

Разбор задач

Задача 1. Распределить признаки между головастиком и взрослой лягушкой: жабры, лёгкие, хвост, конечности, питание водорослями, питание животной пищей.

Нужно определить, какие признаки относятся к водной личинке, а какие — к взрослой лягушке. Для этого сначала сопоставим органы дыхания и движения со средой обитания каждого этапа. Затем проверим, соответствует ли им тип питания.

1. Головастик живёт в воде, поэтому его характерные признаки — жабры и хвост.
2. У взрослой лягушки есть лёгкие и конечности: с их помощью она дышит воздухом и передвигается по суше или в воде.
3. Питание водорослями чаще относят к головастику, а питание животной пищей — к взрослой лягушке.

Ответ: головастик — жабры, хвост, питание водорослями; взрослая лягушка — лёгкие, конечности, питание животной пищей. Это не значит, что у всех видов рацион одинаков, но такое распределение показывает типичное изменение образа жизни при развитии.

Задача 2. Объяснить, почему лягушка может дышать кожей, но не может долго находиться в сухом воздухе.

На первый взгляд кажется, что кожное дыхание должно позволять лягушке обходиться без водоёма. Но для дыхания важен не сам факт наличия кожи, а её состояние. Проследим, что происходит с газами на поверхности тела.

1. Кислород должен раствориться во влаге на коже, прежде чем пройти через неё в кровь.
2. В сухом воздухе вода с поверхности кожи испаряется быстрее, и кожа может пересохнуть.
3. При недостатке влаги газообмен через кожу ухудшается, поэтому лягушке нужно влажное место и доступ к воде.

Ответ: лягушка дышит через тонкую влажную кожу, а сухой воздух мешает этому процессу, ускоряя потерю влаги. Значит, кожное дыхание помогает амфибии получать кислород, но одновременно усиливает её зависимость от влажной среды.

Задача 3. Определить изменения при превращении головастика в лягушку и объяснить их значение.

Нужно не просто перечислить изменения, а связать каждое с переходом от водной жизни к образу жизни взрослой амфибии. Вспомним, как головастик дышит и движется, а затем сравним его со взрослой лягушкой. Изменения происходят постепенно, поэтому их удобно рассмотреть по порядку.

1. Сначала развиваются конечности, а также лёгкие: они нужны для передвижения и дыхания воздухом.
2. Жабры исчезают, потому что взрослое животное уже не получает кислород только из воды; у лягушки сохраняется и кожное дыхание.
3. Хвост рассасывается, поскольку для прыжков и ходьбы взрослой лягушке важнее конечности.
4. Меняются питание и образ жизни: вместо водорослей лягушка чаще ловит животных и может охотиться на суше.

Ответ: метаморфоз включает развитие конечностей и лёгких, исчезновение жабр и хвоста, а также смену питания и образа жизни. Эти перемены позволяют лягушке использовать ресурсы и водной, и наземной среды, хотя размножение многих амфибий по-прежнему зависит от воды.

Типичные ошибки

Ошибка — считать земноводных полностью наземными животными. Так думают, потому что взрослых лягушек часто видят на берегу или на суше, но икра и личинки большинства амфибий связаны с водой. Проверьте себя: вспомните, где развивается головастик и почему икре нужна влага.

Ошибка — называть кожу земноводных сухой и покрытой чешуёй. Такое представление могут переносить с рыб или пресмыкающихся, однако у амфибий кожа голая и обычно влажная. Проверка простая: чешуя не является характерным покровом земноводных, а влажность кожи необходима для дыхания.

Ошибка — путать головастика со взрослой лягушкой и приписывать им одинаковые органы и образ жизни. Причина — оба относятся к одному виду, но это разные этапы развития с разным строением. Сверьте жабры и хвост с признаками водной личинки, а лёгкие и конечности — со взрослым животным.

Ошибка — утверждать, что земноводные дышат только лёгкими. Это легко предположить, наблюдая за взрослой лягушкой на суше, однако её влажная кожа тоже участвует в газообмене. Чтобы проверить ответ, назовите оба способа дыхания взрослого земноводного и вспомните, почему кожа должна оставаться влажной.

Связь с другими темами

Для изучения земноводных полезно вспомнить общие признаки хордовых и позвоночных животных: внутренний скелет, позвоночник и особенности нервной системы. Сравнение с рыбами помогает увидеть, какие черты связаны с водой, а какие появились при освоении суши. Например, жаберное дыхание характерно для личинки, а у взрослой амфибии развиваются лёгкие.

Тема готовит к изучению пресмыкающихся и дальнейшего освоения позвоночными наземной среды. Сравнивая группы, можно понять, какие ограничения земноводных связаны с влажной кожей и развитием икры в воде. Эти знания также пригодятся при изучении размножения животных, развития личинок, цепей питания и охраны водоёмов.

Что запомнить

• Земноводные — позвоночные животные, связанные в жизненном цикле с водой и сушей.
• Кожа земноводных голая, влажная и участвует в дыхании.
• Размножение и раннее развитие земноводных обычно происходят в воде.
• Личинка земноводного называется головастиком.
• Превращение головастика во взрослое животное называется метаморфозом.
• У взрослых земноводных дыхание осуществляется лёгкими и влажной кожей.
• Земноводные имеют большое значение в природных сообществах и нуждаются в охране.