§ 48. Плата за независимость

Определения и обозначения

Внутреннее оплодотворение — слияние половых клеток внутри организма самки. Оно позволяет сперматозоидам встретиться с яйцеклеткой не в воде, а в теле животного. Поэтому размножение может происходить на суше, где не нужно выпускать икру в водоём.

Зародышевые оболочки — оболочки вокруг зародыша, которые защищают его и помогают ему развиваться вне водной среды. Они уменьшают риск высыхания и создают вокруг зародыша необходимые условия. Благодаря им развитие не должно постоянно происходить непосредственно в водоёме.

Амниотическое яйцо — яйцо с зародышевыми оболочками и запасом питательных веществ. Оно обеспечивает зародышу защиту и пищу на протяжении развития. Такое яйцо позволяет некоторым позвоночным, в том числе пресмыкающимся, размножаться на суше.

Холоднокровность — зависимость температуры тела животного от температуры окружающей среды. Это не значит, что тело всегда холодное: на солнце оно может нагреться, а в прохладе остыть. Поэтому активность пресмыкающихся тесно связана с тем, насколько тепло вокруг.

Как это устроено

У большинства земноводных размножение связано с водой, потому что их икринки не имеют прочной оболочки, защищающей от высыхания. Самка обычно откладывает икру в воду, а самец выпускает туда половые клетки; оплодотворение часто происходит снаружи тела. В воде икринки остаются влажными, и там же развивается личинка. Если подходящего водоёма нет, икре грозит высыхание, поэтому возможность размножаться ограничивает расселение земноводных.

У пресмыкающихся оплодотворение происходит внутри организма самки. Это решает задачу встречи половых клеток без водоёма: сперматозоиды попадают к яйцеклетке внутри тела. Затем многие пресмыкающиеся откладывают яйца на суше, а не рождают детёнышей. Важное отличие от земноводных — яйцо окружено оболочками, которые защищают развивающийся зародыш и помогают ему сохранять необходимые условия.

Зародыш в яйце не получает пищу из окружающего водоёма, а использует запас питательных веществ, заложенный в яйце. Оболочки окружают его и уменьшают потерю влаги, а внутренние запасы обеспечивают развитие до выхода молодого животного. Поэтому яйцу не требуется постоянно находиться в воде, а самка может отложить его в подходящем месте на суше. Однако оболочки не делают зародыш неуязвимым: слишком сухие, холодные или иным образом неблагоприятные условия могут помешать развитию.

Освоение суши не освободило пресмыкающихся от зависимости от температуры. Они холоднокровны: температура их тела меняется вместе с температурой среды, а скорость процессов в организме связана с теплом. В прохладных условиях животное обычно медленнее двигается и хуже проявляет активность; прогревание помогает ему стать активнее. Поэтому пресмыкающимся нужны места, где они могут получать тепло, например солнечные участки.

«Плата за независимость» состоит в сочетании преимущества и ограничения. Внутреннее оплодотворение и защищённое яйцо позволили пресмыкающимся размножаться без открытого водоёма и расселяться по суше. Но зависимость активности от внешнего тепла сохранилась, так что холод способен ограничить время и место, где животное действует. В отличие от полностью независимого от температуры тела животного, пресмыкающееся не может поддерживать одинаковую активность в любых погодных условиях.

Размножение и зависимость от воды у земноводных и пресмыкающихся

Сравнивайте признаки по строкам: так видно, какое ограничение снимают внутреннее оплодотворение и оболочки яйца. Таблица показывает общие особенности групп, а не исключения у каждого отдельного вида. Обратите внимание, что зависимость активности от температуры сохраняется у обеих групп.

Разбор задач

Лягушка и ящерица

Условие. Сравните размножение лягушки и ящерицы и объясните, почему ящерица может отложить яйца вдали от водоёма. Чтобы ответить, нужно разделить размножение на оплодотворение и последующее развитие зародыша. Затем сравнить, чем защищены икринки и яйца.

1. У лягушки икринки обычно оказываются в воде, где происходит наружное оплодотворение. Их оболочка не защищает от высыхания так, как оболочки яйца пресмыкающегося. Поэтому икре необходима влажная водная среда.
2. У ящерицы половые клетки сливаются внутри организма самки. После этого она может отложить оплодотворённое яйцо на суше: зародышевые оболочки защищают зародыш, а запас питательных веществ обеспечивает его развитие.
3. Сделайте вывод не только по месту откладывания яиц, но и по устройству яйца. Именно сочетание внутреннего оплодотворения и амниотического яйца позволяет размножаться без открытого водоёма.

Ответ. Лягушке для размножения обычно нужен водоём, а ящерица может отложить яйцо на суше. Её зародыш развивается благодаря защитным оболочкам и запасу пищи, хотя яйцу всё равно нужны подходящие условия среды.

Ящерица после прохладной ночи

Условие. После прохладной ночи ящерица утром малоподвижна, а позднее становится активнее. Объясните это изменение. В задаче важно связать поведение животного не с тем, что оно «решило» двигаться меньше, а с особенностями его терморегуляции.

1. Вспомните, что у холоднокровных животных температура тела зависит от температуры окружающей среды. За ночь ящерица остывает, если воздух и место, где она находится, холодные.
2. При низкой температуре процессы в организме идут медленнее, поэтому движения становятся менее быстрыми, а активность снижается. Это помогает понять, почему утром животное не сразу начинает активно перемещаться.
3. Когда ящерица прогревается на солнце или в тёплом месте, температура её тела повышается. Вместе с этим обычно возрастает и активность.

Ответ. Утром ящерица малоподвижна, потому что её тело остыло за ночь. После прогревания она становится активнее, поскольку температура тела зависит от тепла окружающей среды.

Если бы пресмыкающиеся поддерживали постоянную температуру

Условие. Представьте, что пресмыкающиеся стали поддерживать постоянную температуру тела. Назовите возможное преимущество и затраты такого изменения. Чтобы рассуждать, сравните независимость активности от погоды с тем, сколько энергии организму пришлось бы получать.

1. Постоянная температура помогла бы сохранять активность при более широком диапазоне внешних температур. Животному было бы проще двигаться и искать пищу даже тогда, когда окружающая среда прохладная.
2. Для поддержания температуры организм должен был бы тратить больше энергии. Значит, ему потребовалось бы больше пищи, а поиск добычи и пополнение запасов стали бы особенно важными.
3. Сопоставьте результат и цену изменения: преимущество состоит в меньшей зависимости активности от внешнего тепла, а затраты — в большом расходе энергии. Нельзя назвать такое изменение только выгодным, не учитывая потребность в пище.

Ответ. Преимущество — возможность сохранять активность при разной температуре среды. Затраты — необходимость постоянно получать больше энергии и, следовательно, больше пищи.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что яйцо пресмыкающегося совсем не нуждается во влаге. Защитные оболочки уменьшают потерю воды, но не отменяют влияния сухости и других условий среды. Такую ошибку допускают, принимая «может развиваться на суше» за «не зависит ни от каких условий». Проверка: вспомните, что оболочки защищают зародыш, но не делают его неуязвимым.

Ошибка: путать внутреннее оплодотворение с живорождением. Оплодотворение описывает место слияния половых клеток, а рождение или откладывание яйца — то, как потом появляется потомство. Эти события происходят на разных этапах, поэтому внутреннее оплодотворение совместимо с откладыванием яиц. Проверка: отдельно ответьте, где слились половые клетки и где развивается зародыш.

Ошибка: думать, что холоднокровные животные всегда холодные. Их температура тела меняется вслед за температурой среды и может повышаться при прогревании. Путаница возникает из-за бытового значения слова «холоднокровный». Проверка: представьте одну ящерицу в прохладном месте и на солнце — температура её тела будет различаться.

Ошибка: считать пресмыкающихся полностью независимыми от среды после освоения суши. Они могут размножаться без открытого водоёма, но температура по-прежнему влияет на их активность, а яйцам нужны подходящие условия. Ошибку провоцирует внимание только к преимуществу амниотического яйца. Проверка: назовите отдельно, от чего размножение стало меньше зависеть и от чего жизнь животного всё ещё зависит.

Связь с другими темами

Для понимания темы нужно знать, как размножаются земноводные и почему их развитие связано с водой: это показывает, какое ограничение преодолевают пресмыкающиеся. Объяснение опирается на представления о размножении, развитии зародыша и приспособлениях животных к среде обитания. Дальше эти знания помогут сравнивать пресмыкающихся с птицами и млекопитающими, у которых есть другие особенности развития и поддержания температуры. Сравнение групп также помогает проследить эволюцию позвоночных и понять, как менялись их возможности при освоении разных сред.

Что запомнить

• Размножение земноводных обычно зависит от воды.
• Внутреннее оплодотворение позволяет пресмыкающимся размножаться без оплодотворения икры в водоёме.
• Зародышевые оболочки защищают зародыш и обеспечивают его развитие на суше.
• В яйце есть запас питательных веществ для развития зародыша.
• Пресмыкающиеся холоднокровны: температура тела зависит от температуры среды.
• Освоение суши дало пресмыкающимся преимущество, но сохранило зависимость от тепла окружающей среды.