§ 22. Первый шаг из моря на сушу

Определения и обозначения

Кистепёрые рыбы — древние рыбы с мясистыми плавниками, внутри которых находились кости. Эти кости служили опорой, поэтому плавник мог не только грести, но и упираться в дно. Такое строение было полезно на мелководье, где рыбе требовалось отталкиваться от грунта.

Земноводные — позвоночные животные, жизнь которых связана и с водой, и с сушей. Взрослые животные могут передвигаться по суше и дышать воздухом, но многие размножаются в воде. Это название помогает понять двойную зависимость их образа жизни.

Лёгочное дыхание — получение кислорода из воздуха с помощью лёгких. В отличие от жабр, которые извлекают кислород из воды, лёгкие используют воздух, попавший в дыхательную систему. Такое дыхание важно, когда животное оказывается вне воды или в водоёме с нехваткой кислорода.

Выход позвоночных на сушу — постепенное освоение наземной среды животными, чьи предки жили в воде. Это был не один резкий переход, а накопление полезных особенностей. Понятие объясняет, почему ранние наземные формы ещё сохраняли тесную связь с водоёмами.

Как это устроено

На суше могли быть пища и свободные места для жизни, поэтому берег становился привлекательной средой для животных. Но вода поддерживает тело, а на суше позвоночному приходилось противостоять силе тяжести. Кроме того, воздух мог высушивать тело, а дышать в нём нужно было иначе. Поэтому освоение берега требовало целого набора изменений, а не одного нового органа.

Кистепёрые рыбы могли продвигаться по мелководью благодаря мясистым плавникам с костной опорой. Когда вода становилась слишком мелкой, обычного плавания было недостаточно: тело могло задевать дно. Опираясь плавниками на грунт, рыба могла оттолкнуться и переместиться к более глубокому месту или среди водной растительности. Это не значит, что она ходила по суше: такое строение прежде всего помогало двигаться у дна.

В некоторых водоёмах растворённого кислорода могло становиться мало, например в тёплой или заросшей воде. Рыба, способная заглотить воздух, получала дополнительный источник кислорода и могла пережить неблагоприятные условия. Лёгкие позволяют использовать кислород воздуха, тогда как жабры извлекают кислород, растворённый в воде. Поэтому воздушное дыхание могло быть полезным ещё до постоянной жизни на суше.

Для жизни вне воды позвоночным требовалось удерживать тело и передвигаться, не опираясь на плавучесть. Конечности и укреплённый скелет могли поддерживать вес и помогать перемещаться по твёрдой поверхности. Нужно было также дышать воздухом и уменьшать потерю влаги, иначе тело быстро высыхало бы. Эти изменения возникали постепенно и сочетались друг с другом.

Первые наземные позвоночные не могли сразу порвать связь с водоёмами. Их размножение и развитие потомства ещё зависели от воды, где икринки не высыхали. Поэтому животные могли выходить на сушу, но возвращались к воде для продолжения жизни. Такая зависимость объясняет, почему первые земноводные занимали промежуточное положение между водной и наземной средой.

Приспособления позвоночных к жизни в воде и на суше

Сравнивайте животных сразу по нескольким строкам: один признак не показывает, насколько организм приспособлен к суше. Особенно важно отличать место передвижения от места размножения. По таблице видно, что первые земноводные освоили сушу, но не избавились от зависимости от водоёмов.

Разбор задач

Задача 1

У кистепёрых рыб были мясистые плавники с внутренними костями. Объясните, чем такое строение могло быть полезно на мелководье.

1. На мелководье вода хуже поддерживает тело, а рыба может задевать дно.
2. Кости внутри мясистого плавника придавали ему опору и помогали не складываться при движении.
3. Упираясь плавником в грунт, рыба могла оттолкнуться и продвинуться по дну.

Ответ: костная опора позволяла плавникам служить не только для плавания, но и для отталкивания от дна. Это помогало передвигаться у берега, однако не доказывает, что рыба могла ходить по суше.

Задача 2

В небольшом водоёме стало мало растворённого в воде кислорода. Почему способность заглатывать воздух могла помочь древней рыбе выжить?

1. Сначала определяем, чего не хватает животному: жабрам становится трудно получать кислород из бедной им воды.
2. Затем учитываем, что в воздухе тоже есть кислород, который организм может использовать при дыхании.
3. Если рыба могла заглатывать воздух и получать из него кислород, она получала дополнительный источник для дыхания.

Ответ: воздушное дыхание могло помочь пережить нехватку кислорода в воде. Это преимущество в водоёме ещё не означает, что рыба была полностью приспособлена к жизни на суше.

Задача 3

Одно животное дышит жабрами и передвигается плавниками, другое дышит лёгкими и передвигается конечностями, но откладывает икру в воде. Какое из них лучше приспособлено к суше и почему оно всё ещё зависит от водоёма?

1. Сравним дыхание: лёгкие позволяют получать кислород из воздуха, а жабры приспособлены к извлечению кислорода из воды.
2. Сравним движение: конечности помогают опираться на грунт, тогда как плавники лучше подходят для плавания.
3. Затем проверим размножение: если животное откладывает икру в воде, его потомство всё ещё зависит от водоёма.

Ответ: лучше к суше приспособлено животное с лёгкими и конечностями. Но оно остаётся связанным с водой, потому что откладывает там икру и его потомство развивается в водной среде.

Типичные ошибки

Ошибка — считать, что первые позвоночные сразу стали полностью наземными. Так можно решить, если замечать только появление лёгких или конечностей, но переход шёл постепенно и ранние формы сохраняли связь с водой. Проверьте себя: учитывайте не только дыхание и передвижение, но и размножение.

Ошибка — утверждать, что кистепёрые рыбы ходили по суше как современные животные. Её допускают, потому что костные плавники напоминают зачатки конечностей, однако сходство не означает одинаковый способ движения. Проверьте вывод: в условии говорится о передвижении по мелководью и опоре на дно, а не о ходьбе по суше.

Ошибка — путать лёгочное и жаберное дыхание. Оба способа обеспечивают организм кислородом, поэтому их можно ошибочно считать одинаковыми, но источник кислорода у них разный. Проверьте себя: лёгкие используют кислород воздуха, а жабры извлекают его из воды.

Ошибка — думать, что для жизни на суше достаточно только лёгких. Такое впечатление возникает, если свести приспособление к дыханию, но на суше нужно ещё поддерживать тело, передвигаться и сохранять влагу. Проверьте объяснение: перечислены ли в нём опора, движение и защита от высыхания наряду с дыханием?

Связь с другими темами

Чтобы понять переход к суше, нужно знать, что рыбы живут в воде, дышат жабрами и передвигаются плавниками. Тема связана с изучением земноводных: их строение и развитие показывают сочетание водных и наземных приспособлений. Эти знания пригодятся при изучении освоения суши другими позвоночными. Тогда можно будет сравнивать изменения органов и способов размножения разных групп.

Что запомнить

• Освоение суши позвоночными происходило постепенно.
• Кистепёрые рыбы имели мясистые плавники с костной опорой.
• Мясистые плавники помогали передвигаться по мелководью.
• Способность дышать воздухом была важна при недостатке кислорода в воде.
• Первые земноводные сочетали признаки, полезные в воде и на суше.
• Размножение ранних земноводных оставалось связано с водой.