§47. Эволюционные изменения пищеварительной системы животных

Определения и обозначения

Внутриклеточное пищеварение — расщепление пищи внутри клеток. Оно особенно важно для простейших: клетка захватывает пищевую частицу, переваривает её и использует питательные вещества. Этот способ показывает, как пищеварение могло происходить у древних и простых организмов без специальных органов.

Внеклеточное пищеварение — расщепление пищи вне клеток, в пищеварительной полости или просвете тракта. Сначала крупные частицы становятся более мелкими и растворимыми, а затем вещества всасываются клетками. Благодаря этому животное может перерабатывать больше пищи.

Пищеварительная полость — пространство, где пища переваривается и откуда питательные вещества поступают к клеткам. У некоторых животных она сообщается с внешней средой только одним отверстием. Поэтому это ещё не сквозная система: через один и тот же вход пища поступает, а остатки удаляются.

Сквозной пищеварительный тракт — система органов с ротовым и анальным отверстиями. Пища движется в ней в одном направлении, потому что вход и выход находятся в разных местах. Это позволяет разделить этапы питания и сделать каждый участок тракта более специализированным.

Как это устроено

У простейших нет пищеварительной системы как отдельного набора органов, поэтому пища переваривается внутри клетки. Клеточная мембрана захватывает пищевую частицу, вокруг неё образуется пищеварительная вакуоль, а вещества расщепляются ферментами. С усложнением тела стало выгоднее сначала переваривать пищу во внеклеточной среде, а потом передавать клеткам готовые питательные вещества.

У кишечнополостных пища попадает в пищеварительную полость через единственное отверстие. В полости она частично расщепляется, после чего небольшие частицы захватываются клетками стенки и перевариваются внутри них. Такое устройство ограничивает работу системы: один и тот же проход служит и для поступления пищи, и для удаления остатков.

Появление сквозного пищеварительного тракта устраняет это ограничение. Пища входит через рот, постепенно перемещается по отделам и выходит через анальное отверстие, поэтому новые порции не смешиваются с остатками. Кроме того, разные участки могут работать одновременно: в одном идёт измельчение, в другом — переваривание, а далее — всасывание.

В ходе эволюции отделы тракта стали выполнять разные задачи. В ротовой части пища захватывается и измельчается, в следующих отделах перемешивается и обрабатывается пищеварительными соками, а в кишечнике растворённые вещества всасываются. Такое разделение повышает эффективность питания и помогает организму получать больше энергии из пищи.

Пищеварительные железы и органы связаны с образом жизни и характером пищи. У животных, питающихся жидкой пищей, особенно важны органы, через которые она поступает и всасывается, а сложное измельчение может отсутствовать. Твёрдая пища требует крепких ротовых частей, зубов или других приспособлений, а у растительноядных животных нередко нужен длинный кишечник для обработки трудноперевариваемых веществ.

Усложнение пищеварительной системы животных

В таблице показано общее направление изменений, но оно не означает, что все животные развивались по одной одинаковой линии. Сравнивайте сначала число отверстий, затем место пищеварения и степень специализации отделов. После этого легче связать строение системы с образом жизни и типом пищи.

Разбор задач

Задача 1

Сравните пищеварение простейшего и кишечнополостного: где происходит расщепление пищи? Нужно определить не только место пищеварения, но и последовательность этапов. Это поможет различить два способа переработки пищи.

1. У простейшего нет отдельной пищеварительной полости, поэтому пища попадает внутрь клетки.
2. В клетке она окружается мембраной и расщепляется в пищеварительной вакуоли.
3. У кишечнополостного пища сначала обрабатывается в пищеварительной полости, а затем её частицы перевариваются внутри клеток стенки.

Ответ: у простейшего пищеварение происходит внутри клетки, а у кишечнополостного сочетаются внеклеточное пищеварение в полости и внутриклеточное пищеварение.

Задача 2

У плоского червя пищеварительная система имеет одно отверстие, а у круглого червя — два. Объясните значение различия. Сначала нужно установить, как движется пища, а затем определить, какие процессы становятся возможными благодаря второму отверстию.

1. У плоского червя пища входит и непереваренные остатки выходят через один и тот же проход.
2. У круглого червя пища поступает через рот и движется к анальному отверстию в одном направлении.
3. Такой путь разделяет поступление пищи и удаление остатков, поэтому отделы тракта могут последовательно обрабатывать пищу.

Ответ: два отверстия делают пищеварительную систему сквозной и повышают эффективность пищеварения.

Задача 3

Сопоставьте животное, питающееся жидкой пищей, и животное, которому нужно измельчать твёрдую пищу. Какие особенности строения можно ожидать? Рассуждать нужно от свойства пищи к необходимой функции органа.

1. Жидкая пища уже разделена на мелкие частицы, поэтому ей не требуется сильное механическое измельчение.
2. У такого животного можно ожидать развитые органы всасывания и приспособления для быстрого переваривания жидкости.
3. Твёрдая пища требует захвата и размельчения, поэтому нужны зубы, жёсткие ротовые части или другие измельчающие органы.
4. После этого пища должна перемешиваться с пищеварительными соками, а кишечник — всасывать растворённые вещества.

Ответ: строение пищеварительной системы зависит от пищи: для жидкой важнее поступление и всасывание, для твёрдой — захват, измельчение, перемешивание и последующее переваривание.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что у всех многоклеточных животных пищеварение только внеклеточное. Так думают, потому что у более сложных животных заметна роль полости или тракта, но у кишечнополостных внеклеточный этап дополняется внутриклеточным. Проверка: выясните, происходит ли окончательное расщепление пищи в клетках.

Ошибка: называть полость с одним отверстием сквозным трактом. Одного отверстия недостаточно: сквозной тракт обязательно имеет отдельные вход и выход. Проверка: найдите ротовое и анальное отверстия и проследите направление движения пищи.

Ошибка: представлять эволюцию как одинаковое усложнение у всех животных. Органы изменяются в связи со средой, образом жизни и типом пищи, поэтому у разных групп возникают разные приспособления. Проверка: объясните, какую пользу конкретное строение даёт данному животному.

Ошибка: путать пищеварение с всасыванием. Сначала сложные вещества расщепляются на более простые, затем растворённые питательные вещества поступают в организм. Проверка: ответьте, идёт ли речь о превращении пищи или о её переходе в кровь, полость тела или клетки.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, что клетки получают питательные вещества и используют их для роста, движения и других процессов жизнедеятельности. Пищеварение делает крупные частицы пищи доступными для клеток. Без этого обмен веществ был бы невозможен.

Тема связана со строением и функциями органов, обменом веществ и приспособленностью животных к среде. Например, устройство ротового аппарата или кишечника отражает способ питания организма. Поэтому пищеварительную систему рассматривают не отдельно, а как часть общей организации животного.

Полученные представления пригодятся при изучении систем органов позвоночных. По ним можно объяснить различия между животными, а также понять, почему состав и режим питания влияют на организм. Эти знания помогают связывать строение органов с их функциями.

Что запомнить

• У простейших пища переваривается внутри клеток.
• У кишечнополостных пищеварение происходит и в полости, и внутри клеток.
• Полость с одним отверстием не является сквозным пищеварительным трактом.
• Сквозной тракт имеет ротовое и анальное отверстия.
• Отделы пищеварительного тракта выполняют разные функции.
• Строение пищеварительной системы связано с характером пищи и способом питания.