§ 41–42. Земноводные — первые наземные позвоночные

Определения и обозначения

Земноводные, или амфибии, — позвоночные животные, приспособленные к жизни и в воде, и на суше. Их называют первыми наземными позвоночными, потому что они освоили передвижение по суше и дыхание атмосферным воздухом. При этом их нельзя считать полностью независимыми от воды: кожа должна оставаться влажной, а размножение многих видов проходит в водоёмах. Так название напоминает о связи животных с двумя средами.

Головастик — водная личиночная стадия развития земноводных. Он отличается от взрослой лягушки строением и образом жизни: у него есть хвост, конечности сначала отсутствуют, а дыхание обычно происходит с помощью жабр. Это не просто маленькая копия взрослого животного, а форма, приспособленная к жизни в воде. Знание особенностей головастика помогает понять, почему развитие амфибий связано с водоёмом.

Метаморфоз — превращение личинки во взрослое животное. Во время него у головастика развиваются конечности и лёгкие, изменяются органы дыхания и кровообращение, а у лягушки исчезает хвост. Меняются также передвижение и питание. Понятие помогает описать не только рост животного, но и глубокую перестройку его организма при переходе к другому образу жизни.

Кожное дыхание — газообмен через влажную кожу: кислород поступает в организм, а углекислый газ выходит наружу. Оно дополняет дыхание лёгкими и особенно важно потому, что лёгкие земноводных работают недостаточно эффективно. Для газообмена кожа должна быть тонкой и влажной. Поэтому кожное дыхание объясняет, почему амфибии часто держатся влажных мест и плохо переносят высыхание.

Как это устроено

Выход позвоночных на сушу стал возможен благодаря появлению конечностей и способности дышать воздухом. Конечности поддерживают тело и помогают передвигаться там, где нельзя плавать с помощью плавников. Лёгкие позволяют получать кислород из атмосферы, а не только из воды. Но земноводные не стали полностью сухопутными: их кожа легко теряет влагу, а размножение у многих видов по-прежнему зависит от водоёма.

Кожа земноводных тонкая и влажная, поэтому через неё могут проходить газы. В отличие от плотных покровов, которые хорошо защищают от высыхания, такая кожа помогает дышать, но делает животное уязвимым при потере воды. Если поверхность высохнет, газообмен ухудшится. Поэтому амфибии чаще встречаются у водоёмов, в сырой траве и других влажных местах.

Лёгкие дают возможность дышать атмосферным воздухом, однако они устроены проще, чем лёгкие многих наземных позвоночных, и обеспечивают не весь необходимый газообмен. Недостаток компенсируется тем, что кислород поступает также через кожу. Два способа дыхания дополняют друг друга, а не исключают один другой. По этой причине нельзя объяснять дыхание взрослой лягушки только работой лёгких.

Размножение многих земноводных связано с водой, потому что их икринки не защищены твёрдой оболочкой и могут высохнуть. В водоёме из икринок выходят головастики, приспособленные к плаванию и дыханию жабрами. В воде личинки находят пищу и проходят ранние этапы развития. Таким образом, даже животные, способные передвигаться по суше, часто возвращаются к воде для продолжения рода.

Метаморфоз помогает головастику перейти от водного образа жизни к взрослой форме. У него появляются конечности, развиваются лёгкие, перестраивается кровообращение, а жаберное дыхание сменяется лёгочным и кожным. У лягушки хвост постепенно исчезает, и меняется способ передвижения. Изменяется и питание, потому что взрослая особь добывает пищу иначе, чем водная личинка.

Признаки рыб и земноводных

Сравнивайте животных по одной строке за раз: так легче увидеть, какие признаки связаны с водой, а какие помогают освоить сушу. Особенно полезно сопоставить дыхание и органы передвижения. Таблица показывает общие особенности групп, но у отдельных видов могут быть свои отличия.

Разбор задач

Задача 1. Объясните, почему земноводных считают позвоночными, освоившими сушу, но не полностью порвавшими связь с водой.

1. Сначала найдём признаки освоения суши: у взрослых амфибий есть конечности для передвижения по земле и лёгкие для дыхания воздухом.
2. Затем проверим, что удерживает их возле воды: тонкая кожа должна быть влажной, а икринки многих видов не защищены от высыхания.
3. Учтём развитие потомства: из икринок обычно появляются водные личинки, которые позднее проходят метаморфоз.

Ответ. Земноводные освоили сушу благодаря конечностям и лёгочным дыханию, но влажная кожа, размножение и развитие личинок сохраняют их зависимость от воды.

Задача 2. У земноводного кожа стала сухой и покрылась плотной плёнкой. Объясните, как это повлияет на животное.

1. Вспомним, что через влажную кожу происходит газообмен: кислород поступает внутрь, а углекислый газ выводится.
2. Плотная плёнка мешает газам проходить через поверхность, а сухость дополнительно затрудняет этот процесс.
3. Лёгкие продолжат работать, но они не заменяют кожное дыхание полностью. Поэтому животному станет труднее получать достаточно кислорода и выводить углекислый газ.

Ответ. Газообмен через кожу ухудшится, и дыхание животного станет менее эффективным, даже если лёгкие сохранят свою работу.

Задача 3. Сравните головастика и взрослую лягушку по среде обитания, дыханию и способу передвижения. Объясните, почему эти различия возникают.

1. Головастик живёт в воде, обычно дышит жабрами и плавает с помощью хвоста. Это помогает ему двигаться и получать кислород в водной среде.
2. У взрослой лягушки есть конечности; она может передвигаться по суше и в воде. Она дышит лёгкими и влажной кожей.
3. Сопоставим эти признаки: во время метаморфоза организм перестраивается, чтобы взрослая особь могла использовать не только водную среду.

Ответ. Головастик приспособлен к водной жизни, а взрослая лягушка — к жизни в воде и на суше. Различия возникают в ходе метаморфоза, когда меняются органы дыхания и передвижения.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что земноводные дышат только лёгкими. Так думают, потому что у взрослых животных есть лёгкие и они могут находиться на суше. Но влажная кожа тоже участвует в газообмене, а лёгочное дыхание не отменяет этой роли. Проверьте себя: если в описании дыхания взрослой лягушки названы только лёгкие, ответ неполный.

Ошибка: полагать, что все земноводные постоянно живут на суше. Появление конечностей и лёгких легко принять за полную независимость от воды. Однако кожа амфибий должна оставаться влажной, а размножение и раннее развитие многих видов проходят в водоёме. Проверьте себя вопросом: где развиваются икринки и личинки?

Ошибка: называть головастика маленькой копией взрослой лягушки. Такое представление возникает, если учитывать только размер и не сравнивать строение. У головастика есть хвост, он обычно дышит жабрами и живёт в воде, поэтому заметно отличается от взрослой особи. Проверьте себя: сравните их среду обитания, дыхание и передвижение.

Ошибка: считать метаморфоз только появлением конечностей. Конечности хорошо заметны, поэтому другие изменения легко упустить. Но при превращении также развиваются лёгкие, перестраивается кровообращение и меняются питание и передвижение. Проверьте себя: можете ли вы назвать изменения не только внешнего строения, но и работы организма?

Связь с другими темами

Для понимания земноводных нужно знать общие признаки позвоночных и устройство рыб. Сравнение показывает, как конечности и лёгкие помогают животным использовать сушу, а жабры и плавники связаны с жизнью в воде. Эта тема подготавливает к изучению дальнейшего освоения суши позвоночными. На её основе можно сравнивать приспособления земноводных, пресмыкающихся и других групп животных.

Что запомнить

• Земноводные — первые позвоночные, приспособившиеся к жизни на суше.
• Кожа земноводных тонкая и влажная и участвует в дыхании.
• Взрослые земноводные дышат лёгкими и кожей.
• Размножение многих земноводных зависит от воды.
• Из икринки развивается водная личинка — головастик.
• Превращение головастика во взрослое животное называется метаморфозом.