1. Багатофункціональність шкірного покриву амфібій

Багатофункціональність шкірного покриву амфібій

З навчальної літератури відомо, що шкіра у земноводних гола, багата залозами, які виділяють багато слизу. Цей слиз на суші захищає від висихання, полегшує газообмін, а в воді зменшує тертя при плаванні. Через тонкі стінки капілярів, розташованих густою мережею в шкірі, кров насичується киснем і позбавляється від вуглекислого газу. Ця «суха» інформація, в загальному, корисна, але не здатна викликати ніяких емоцій. Тільки при більш детальному знайомстві з багатофункціональними можливостями шкіри з'являється почуття подиву, захоплення і розуміння того, що шкіра амфібій - справжнє диво. Адже багато в чому завдяки їй земноводні успішно мешкають майже у всіх частинах світу і поясах. При цьому вони не мають луски, як у риб і плазунів, пір'я, як у птахів, і вовни, як у ссавців. Шкіра земноводних дозволяє їм дихати в воді, захищатися від мікроорганізмів і хижаків. Вона служить досить чутливим органом для сприйняття зовнішньої інформації і виконує багато інших корисних функцій. Розглянемо це докладніше.

Специфічні особливості шкіри

Як і у інших тварин, шкіра у земноводних є зовнішнім покривом, який оберігає тканини тіла від шкідливого впливу зовнішнього середовища: проникнення хвороботворних і гнильних бактерій (при порушенні цілісності шкірного покриву відбувається нагноєння ран), а також отруйних речовин. Вона сприймає механічні, хімічні, температурні, больові і інші дії завдяки оснащеності великою кількістю шкірних аналізаторів. Подібно до інших аналізаторів, шкірні аналізують системи складаються з рецепторів, що сприймають сигнальну інформацію, провідних шляхів, що передають її в центральну нервову систему, а також аналізують цю інформацію вищих нервових центрів в корі головного мозку. Специфічні ж особливості шкіри земноводних наступні: вона наділена численними слизовими залозами, які підтримують її вологість, що має особливо важливе значення для кожного дихання. Шкіра амфібій буквально пронизана кровоносними судинами. Тому через неї безпосередньо в кров надходить кисень і виділяється вуглекислий газ; шкірі земноводних дані спеціальні залози, які виділяють (в залежності від виду амфібії) бактерицидні, їдкі, неприємні на смак, сльозоточиві, отруйні та інші речовини. Ці унікальні пристрої шкіри дозволяють земноводним з голою і постійно вологою шкірою успішно захищатися від мікроорганізмів, нападу комарів, москітів, кліщів, п'явок та інших кровосисних тварин. Крім того, земноводних, завдяки цим захисним здібностям, уникають багато хижаки; шкіра амфібій звичайно містить безліч різних пігментних клітин, від яких залежить загальна, пристосувальна і захисне забарвлення тіла. Так, яскраве забарвлення, характерна для отруйних видів, служить попередженням для нападників і т.д.

шкірне дихання

Як мешканці землі і води, земноводні забезпечені універсальної дихальною системою. Вона дозволяє амфібіям дихати киснем не тільки на повітрі, але і в воді (хоча там його кількість приблизно в 10 разів менше), і навіть під землею. Така універсальність їх організму можлива завдяки цілому комплексу дихальних органів для вилучення кисню з того середовища їх проживання, де вони знаходяться в конкретний момент. Це - легкі, зябра, слизова оболонка рота і шкірний покрив.

Найбільше значення для життєдіяльності більшості видів амфібій має шкірне дихання. При цьому поглинання кисню через пронизану кровоносними судинами шкіру можливе лише в разі, коли шкіра волога. Для зволоження шкіри призначені шкірні залози. Чим суші навколишній повітря, тим сильніше вони працюють, виділяючи все нові і нові порції вологи. Адже шкіра забезпечена чутливими «приладами». Вони вчасно включають аварійні системи і режими додаткової вироблення рятівною слизу.

У різних видів амфібій одні дихальні органи відіграють головну роль, інші - додаткову, а треті - можуть бути зовсім відсутніми. Так, у водних мешканців газообмін (поглинання кисню і виділення вуглекислого газу) відбувається в основному через зябра. Зябрами наділені личинки земноводних і дорослі хвостаті амфібії, які постійно мешкають у водоймах. А безлегочние саламандри - мешканці суші, - не забезпечені зябрами, і легкими. Вони отримують кисень і виводять вуглекислий газ через вологу шкіру і слизову оболонку рота. Причому до 93% кисню забезпечує саме шкірне дихання. І лише коли особинам необхідні особливо активні рухи, включається система додаткової подачі кисню через слизову дна ротової порожнини. При цьому частка її газообміну може збільшитися до 25%. Ставкова жаба і в воді, і на повітрі отримує основна кількість кисню через шкіру і виділяє через неї практично весь вуглекислий газ. Додаткове дихання забезпечують легкі, але лише на суші. При зануренні у воду жаб і жаб, той час включаються механізми зниження обміну речовин. Інакше їм не вистачило б кисню.

На допомогу диханню шкірою

Представники деяких видів хвостатих амфібій, наприклад, скритожабернік, що живе в насичених киснем водах швидких струмків і річок, легкими майже не користується. Витягувати кисень з води йому допомагає звисаюча з масивних кінцівок складчаста шкіра, в якій розкинуто мережею величезна кількість кровоносних капілярів. А щоб омиває його вода завжди була свіжою, і в ній було достатньо кисню, скритожабернік використовує доцільні інстинктивні дії - активно перемішує воду за допомогою коливальних рухів тілом і хвостом. Адже в цьому постійному русі його життя.

Універсальність системи дихання земноводних виражається і у виникненні спеціальних дихальних пристроїв в певний період їх життєдіяльності. Так, борін тритони не можуть довго перебувати у воді і запасаються повітрям, час від часу піднімаючись до поверхні. Особливо важко їм дихати в період розмноження, так як при догляді за самками вони виконують під водою шлюбні танці. Для забезпечення такого складного ритуалу у тритона саме в шлюбний період виростає додатковий дихальний орган - шкірна складка у вигляді гребеня. Пусковий механізм репродуктивної поведінки призводить в дію і систему організму з виробництва цього важливого органу. Він багато забезпечений кровоносними судинами і значно підвищує частку шкірного дихання.

Хвостаті і безхвості амфібії наділені і додатковим унікальним пристроєм для обміну безкисневого типу. Їм з успіхом користується, наприклад, леопардовий жаба. Вона може прожити в позбавленої кисню холодній воді до семи діб.

Деякі лопатоногі, сімейства американських часничниця, забезпечені шкірним диханням не для перебування у воді, а під землею. Там, зарившись, вони проводять більшу частину життя. На поверхні землі ці амфібії, як і всі інші безхвості земноводні, вентилюють легені за рахунок рухів дна ротової порожнини і роздування боків. Але після того, як лопатоногі зариються в землю, у них автоматично відключається система вентиляції легенів і включається управління шкірним диханням.

Життєво важлива забарвлення

Однією з необхідних захисних особливостей шкіри земноводних є створення протекційного забарвлення. До того ж і успіх полювання часто залежить від вміння сховатися. Зазвичай забарвлення повторює якийсь певний малюнок об'єкту навколишнього середовища. Так, забарвлення з розлученнями у багатьох квакша чудово зливається з фоном - стовбуром покритого лишайником дерева. Причому квакша здатна ще й змінювати свій колір залежно від загальної освітленості, яскравості і кольору фону, від кліматичних параметрів. Її забарвлення стає темною за відсутності освітлення або на холоді і світлішає - на яскравому світлі. Представниць струнких квакша легко прийняти за збляклі лист, а чернопятністих - за шматочок кори дерева, на якому вона сидить. Практично всі тропічні амфібії мають зверхньо забарвлення, часто надзвичайно яскраву. Тільки яскраве забарвлення здатна зробити тварина невидимим серед різнобарв'я і буйної зелені тропіків.

Але як земноводні змогли розробити і поступово одягнутися в зверхньо забарвлення, не маючи знань з кольорознавства і оптиці? Адже найчастіше у них зустрічається така забарвлення, коли забарвлення створює ілюзію розірваності суцільний поверхні тіла. У той же час при стикуванні частин малюнка, що знаходяться на тулуб і лапках (при їх притискання один до одного) утворюється удавана безперервність складеного узору. Поєднання характеру забарвлення і малюнка часто створює дивовижний камуфляж. Наприклад, велика жаба наділена здатністю створювати оманливий, що маскує візерунок з певним оптичним ефектом. Верхня частина її тіла нагадує лежить тонкий лист, а нижня - подібна глибокій тіні, що відкидається цим листом. Ілюзія виявляється повною, коли жаба причаїться на землі, посипаної справжніми листям. Чи могли всі попередні нехай навіть численні покоління поступово створити малюнок і колір тіла (з розумінням законів кольорознавства і оптики) для точного наслідування природному аналогу - побурілі листу з чітко окресленою тінню під його краєм? Для цього жаби з століття в століття повинні були наполегливо вести своє забарвлення до потрібної мети, щоб отримати верх - бурим з темним малюнком, а боки - з різким зміною цього кольору на каштаново-коричневий.

Як шкіра створює забарвлення?

Шкірі земноводних надані в розпорядження чудові за своїми можливостями клітини - хроматофори. Вони схожі на одноклітинний організм з густо розгалуженим відростками. Усередині цих клітин знаходяться гранули пігменту. Залежно від конкретного діапазону кольорів у забарвленні амфібій кожного виду існують хроматофори з чорним, червоним, жовтим і синювато-зеленим пігментом, а також світловідбиваючі платівки. Коли гранули пігменту зібрані в кульку, вони не впливають на забарвлення шкіри амфібії. Якщо ж пігментні частинки по певній команді рівномірно розподіляться по всьому відростках хроматофора, то шкіра придбає заданий колір. У шкірі тварини можуть перебувати хроматофори, що містять різні пігменти. При цьому кожен вид хроматофора займає в шкірі свій шар. Різні кольори забарвлення амфібії утворюються при одночасній дії декількох видів хроматофорів. Додатковий ефект створюють світловідбиваючі платівки. Вони надають пофарбованої шкірі переливчастий перламутровий блиск. Важливу роль в управлінні роботою хроматофорів поряд з нервовою системою грають гормони. Пігментоконцентрірующіе гормони відповідають за збір пігментних частинок в компактні кульки, а пігментостімулірующіе - за їх рівномірний розподіл по численних відростках хроматофора.

А як здійснюється власне виробництво по виготовленню пігментів? Справа в тому, що всі найскладніші макромолекули і інші речовини організм чудовим способом, створює для себе сам. Він швидко і впевнено як би «тче» з повітря, світла і з вчасно поставляються йому необхідних елементів - своє власне тіло. Ці елементи всмоктуються через травну систему, надходять при вдиханні, дифундують через шкіру. На це «ткацтво» в координаційному центрі кожної клітинки і в системі управління всім організмом існує всеосяжна генетична «документація». Вона включає величезний банк даних і програму дій кожної молекули, молекулярних комплексів, систем, органоидов, клітин, органів і т.п. - аж до цілісного організму. І ось в цій гігантській з інформаційного обсягом документації є місце для програми власного виробництва пігментів. Вони синтезуються хроматофорами і використовуються досить економно. Коли будь-яким пігментним часткам прийшла пора брати участь у забарвленні і розподілятися по всьому, навіть найдальших ділянках розпластаною клітини, в хроматофорі організовується активна робота по синтезу пігментного барвника. А коли потреба в даному пігменті відпаде (при зміні, наприклад, кольору фону на новому місці знаходження амфібії), барвник збирається в грудочку, і синтез припиняється. Економне виробництво включає в себе і систему утилізації відходів. При періодичних линька (наприклад, у озерних жаб 4 рази на рік) частинки шкіри жаби з'їдають. І це дозволяє їх хроматофорами синтезувати нові пігменти, звільняючи організм від додаткового збору необхідних «сировинних матеріалів».

Здатність до світло-і цветоощущение

Забарвлення у земноводних деяких видів може змінюватися, як у хамелеонів, хоча і більш повільно. Так, різні особини трав'яних жаб в залежності від різних факторів можуть набувати різних переважні кольори - від червоно-коричневого до майже чорного. Забарвлення земноводних залежить від освітленості, температури і вологості повітря, і навіть від емоційного стану тварини. І все ж головною причиною зміни кольору шкіри, часто локального, рисунчатого, є «підстроювання» його під колір фону або навколишнього простору. Для цього в роботу включаються складні системи світло-і відчуття кольору, а також координації структурними перебудовами цветообразующие елементів. Амфібіям дана чудова здатність порівнювати кількість падаючого світла з кількістю світла, відбитого від фону, на якому вони знаходяться. Чим це співвідношення менше, тим тварина буде світліше. При попаданні на чорний фон, різниця в кількості падаючого і відбитого світла буде велика, і світло його шкіри стає темніше. Інформація про загальну освітленості фіксується у верхній частині сітківки очей земноводного, а про освітленості фону - в її нижньому відділі. Завдяки системі зорових аналізаторів відбувається порівняння отриманої інформації про те, чи відповідає забарвлення даної особини характеру фону, і приймається рішення, в якому напрямку її слід змінювати. В експериментах з жабами це легко доводилося, введенням їх світловідчуття в оману. Якщо їм зафарбовували рогівку і перекривали попадання світла в нижню частину зіниці, то у тварини створювалася ілюзія, що вони знаходяться на чорному тлі, і жаби ставали темніше. Для того, щоб поміняти кольорову гаму забарвлення своєї шкіри, амфібіям потрібно не тільки порівнювати інтенсивності освітлення. Вони повинні також оцінювати довжину хвилі відбитого світла, тобто визначати колір фону. Про те, як це відбувається, вчені знають дуже мало.

Цікавим є факт, що у земноводних не тільки зорові аналізатори можуть контролювати зміна забарвлення шкіри. Особи, повністю позбавлені зору, зберігають свою здатність змінювати забарвлення тіла, «підлаштовуючись» під колір фону. Це пов'язано з тим, що хроматофори самі володіють світлочутливістю і реагують на освітлення шляхом розосередження пігменту за своїми відростках. Тільки зазвичай мозок керується інформацією від очей, і придушує цю діяльність шкірних пігментних клітин. Але для критичних ситуацій у організму існує ціла система подстраховок, щоб не залишити тварину беззахисним. Ось і в цьому випадку маленька, сліпа і беззахисна квакша одного з видів, знята з дерева, поступово набуває кольору яскраво-зеленого живого листа, на який вона посаджена. Як вважають біологи, до дуже цікавих відкриттів може призвести дослідження механізмів переробки інформації, відповідальної за хроматофорние реакції.

Захист шкірного покриву

Завдяки універсальності своєї шкіри, земноводні здатні успішно захищатися від різних мікро - та інших малих організмів, охочих оселитися у вологому середовищі покриву. Шкірні залози земноводних спеціально виробляють бактеріостатичні і бактерицидні речовини, які припиняють розмноження або вбивають організми небажані для життєдіяльності тварин. Тому стає зрозумілим відсутність зовнішніх паразитів на шкірі амфібій. Цю особливість амфібій люди помітили й використовують здавна. У селах жаб саджали в глиняний посуд з молоком, щоб воно не скисало. Кошти, виділені бактерицидні речовини припиняли розмноження молочнокислих бактерій.

Чи не Менш надійно захищено від пошкодженню з боку простягші, что паразітують на водних мешканців и ікра амфібій. Товста драглісті оболонка ікрі, як бі «Ікрянім шкіра», призначила НЕ только для захисту зародки від вісіхання и механічніх пошкоджень, а й від пояденія майбутнього малюка різнімі тварин. Лише деякі з птахів, риб и молюсків здатні проковтнути Слизько желеподібній грудку. Альо у Постійно волога ікрі є й Такі вороги, як хвороботворні мікроорганізми. Від цих любителів желеподібної середовища земноводні Деяк надійно захіщені отруйнімі Речовини, Які містяться в оболонці ікрі. Так, в оболонці ікрінок остромордих жаб знайдено сильно отруйна Речовини - ранідін, Який рятує ікру від їх нападу. Ця отрута здатний вбивати мікроорганізми швидше, ніж засоби розроблені медиками - сушена жаб'яча ікра є прекрасним засобом для лікування запальних процесів на шкірі людей.

Шкіра захищає від хижаків

Шкірні виділення багатьох земноводних, наприклад, жерлянок, саламандр, жаб, є найдієвішим зброєю проти різних ворогів. Причому це можуть бути і отрути і неприємні, але безпечні для життя хижаків речовини. Наприклад, шкіра квакша деяких видів виділяє рідину, яка опалює подібно кропиві. Шкіра квакша інших видів утворює їдку і густу мастило, і, торкнувшись її мовою, навіть самі невибагливі тварини випльовують схоплений видобуток. Шкірні виділення жерлянок, що мешкають в Росії, видають неприємний запах і викликають сльозотеча, а при попаданні на шкіру тварини - печіння і біль. Хоча б один раз покуштувавши криничку, хижак добре запам'ятовує даний йому урок і більше не вирішується чіпати представниць цього виду амфібій. Серед багатьох людей поширене переконання, що на шкірі людини, яка взяла в руки жабу або жабу, з'являються бородавки. Це забобони, що не мають жодної підстави, але необхідно мати на увазі, що якщо виділення шкірних залоз жаб потраплять на слизові оболонки рота, носа і очей людини, то викличуть їх роздратування.

Дослідження отрут різних тваринах показали, що пальма першості в створенні найбільш сильних отрут належить не змій. Наприклад, шкірні залози тропічних жаб виробляють настільки сильна отрута, що він становить небезпеку для життя навіть великих тварин. Від отрути бразильської жаби-аги гине собака, схопила її зубами. А отруйним секретом шкірних залоз південноамериканської листолазів двокольорового індіанські мисливці змащували наконечники стріл. Шкірні виділення листолазів-Коко містять отруту батрахотоксин - найсильніший з усіх відомих небілкових отрут. Його дія в 50 разів сильніше, ніж отрути кобри (нейротоксин), в кілька разів, ніж ефект кураре. Ця отрута в 500 разів сильніша за отруту голотурії морського огірка, і він в тисячі разів більш токсичний, ніж ціаністий натрій.

Здавалося б, навіщо земноводні забезпечені здатністю виробляти такий ефективний отрута? Але в живих організмах все влаштовано доцільно. Адже його впорскування відбувається без спеціальних пристроїв (зубів, гарпунів, колючок і т.п.), якими забезпечені інші отруйні тварини, щоб отруйна речовина потрапляло в кров ворога. А отрута земноводних виділяється зі шкіри в основному при стисненні амфібії в зубах хижака. Він всмоктується переважно через слизову оболонку рота що напав на неї тварини.

відлякує забарвлення
Яскраве забарвлення амфібій зазвичай вказує на те, що їх шкіра може виділяти отруйні речовини. Цікаво, що у деяких видів саламандр отруйними і найбільш пофарбованими є представники певних рас. У Аппалачських лісових саламандр шкіра особин виділяє отруйні речовини, а у інших споріднених саламандр шкірні виділення отрути не містять. При цьому, саме отруйні амфібії наділені яскравим забарвленням щік, а особливо небезпечні - і червоними лапками. Птахи, які харчуються саламандрами, знають про цю їх особливості. Тому амфібій з червоними щоками вони чіпають рідко, а з пофарбованими лапками - взагалі уникають.

З краснобрюхие американськими третинами, які яскраво забарвлені і зовсім неїстівні, пов'язаний цікавий факт. Живуть поруч з ними гірські помилкові і неотруйні червоні тритони, звані «нешкідливими шахраями», забезпечені тією ж яскравою фарбою (мімікрія). Однак помилкові червоні тритони зазвичай значно обганяють в рості своїх отруйних побратимів і стають менше на них схожими. Може бути, з цієї причини яскраве забарвлення спеціально дана їм тільки на перші 2-3 роки. Після цього терміну у старших «ошуканців» починається синтез пігментів для відотіпічной темної, коричнево-бурого забарвлення, і вони стають обережнішими.

Проведено експерименти з курчатами, які наочно продемонстрували явне дію на них попереджає забарвлення. Курчатам запропонували в якості їжі яскраво забарвлених краснобрюхие, помилкових червоних і помилкових гірських тритонів. А також неяскравих безлегеневих саламандр. Курчата з'їли тільки «скромно одягнених» саламандр. Оскільки курчата досвіду зустрічі з амфібіями до цього не мали, то з цих однозначних результатів дослідів повинен бути тільки один висновок: «знання» про небезпечну забарвленням вроджене. Але може бути батьки курчат, отримавши неприємний урок при зустрічі з яскраво забарвленою отруйної здобиччю, передали ці знання у спадок своєму потомству? Вченими встановлено, що розвитку, вдосконалення інстинктивних механізмів поведінки не відбувається. Є лише послідовні вікові стадії його реалізації, які в заданий момент змінюють один одного. Тому в складний комплекс захисних інстинктивних поведінкових реакцій ця боязнь яскравих істот, які несуть в собі потенційну небезпеку, була закладена спочатку.