Биология

Питание животных

Тема данного урока: «Пищеварение и обмен веществ». Цель урока – рассмотреть способы питания простейших и животных, а также органы пищеварительной системы многоклеточных животных.

Все животные и многие простейшие – гетеротрофные, то есть являются потребителями готовых органических веществ. Питательные вещества служат источником энергии для выполнения всех жизненных функций, а также строительным материалом для роста и развития. Автотрофных простейших мы сегодня не обсуждаем.

Рис. 1. Пищевая цепь

Питательные вещества животные получают, питаясь живыми растениями или животными, или отмершими животными остатками различных организмов, или вообще всем подряд. В соответствии с характером употребления пищи животные подразделяются на категории типа: травоядные, хищные, всеядные, паразиты.

Однако деление это весьма условное. В любом случае пища должна пройти некую предварительную обработку, прежде чем будет усвоена. Всегда присутствует химическое воздействие при помощи специальных веществ – ферментов. Как правило, ферменты работают только в присутствии кислот или щелочей.

У простейших, губок и многих животных, питающихся мелкими пищевыми частицами или мелкими организмами, механического измельчения пищи нет.

При питании относительно крупными пищевыми частицами или организмами часто необходимо предварительное измельчение пищи. Процессы измельчения, расщепления и всасывания составляют пищеварение, а энергия выделяется не в ходе пищеварения, а уже внутри клеток организма в ходе дыхания.

Простейшие, естественно, обладают внутриклеточным пищеварением, те из них, кто имеет плотную клеточную оболочку, способны поглощать только растворенные питательные вещества (рис. 2).

Рис. 2. Грегарина

Другие простейшие с более эластичной оболочкой или со специальными участками покровов способны поглощать частички детрита или других мелких организмов.

Пища внутри клетки простейшего переваривается при помощи пищеварительных вакуолей. В них поступает кислота и особые вещества, пищеварительные ферменты (рис. 3).

Рис. 3. Инфузория туфелька

Губки отфильтровывают пищевые частицы из воды, протекающей через их тело, размеры частиц невелики они, варьируют от 50 до 1 мкм, а могут быть еще меньше. Как правило, пищей губкам служит одноклеточные планктонные организмы, а также мелкие органические детриты (рис. 4).

Рис. 4. Трубчатая губка

Рис. 5. Губка

Все клетки губок (рис. 5) способны поглощать пищевые частицы. Пищеварение у губок только внутриклеточное.

У многоклеточных животных существует множество конкретных способов пищеварения. От наружного, когда пищеварительные соки вводятся в тело жертвы, как у пауков или хищных клопов, или она обволакивается выворачивающимся через ротовое отверстие желудком, до внутреннего пищеварения в специальных отделах пищеварительной системы (рис. 6–8).

Рис. 6. Паук-волк

Рис. 7. Морская звезда поедает рыбу

Рис. 8. Кишечник термита

Рассмотрим пищеварительные органы и пищеварительную систему у животных с различных систематических групп.

Кишечнополостные – это настоящие многоклеточные животные с развитой кишечной полостью, в эпителии, выстилающем кишечную полость, присутствуют в том числе и железистые клетки, которые выделяют внутри кишки ферменты и кислоту (рис. 9).

Рис. 9. Гидра

В кишечной полости происходит внеклеточное, или постное, пищеварение. Однако многие клетки эпителия, выстилающего кишечную полость способны к захвату пищевых частиц, именно в этих клетках заканчивается пищеварение (рис. 10).

Рис. 10. Гидра

У свободноживущих плоских червей имеется замкнутый кишечник, то есть ротовое отверстие есть, а вот анального нет (рис. 11).

Рис. 11. Пищеварительная система плоских червей

У ленточных червей даже и кишечника не имеется (рис. 12). Питательные вещества они поглощают всей поверхностью своего тела.

Рис. 12. Эхинококк

Пищеварительная система круглых червей сквозная (рис. 13). Она имеет вид трубки. Трубка начинается ротовым отверстием и заканчивается анальным. Рот ведет в глотку, по происхождению глотка – это вворачивание покровов тела внутрь, средняя кишка по происхождению – это внутренняя ткать эктодерма.

Рис. 13. Пищеварительная система круглых червей

У кольчатых червей кишечник также сквозной и подразделяется на три отдела. В переднем отделе кишечника можно различить глотку, пищевод, зоб и желудок (рис. 14).

Рис. 14. Пищеварительная система кольчатых червей

Членистоногие в целом обладают более сложной, чем у многощетинковых червей, пищеварительной системой. У них ротовое отверстие, как правило, окружает ротовой аппарат, состоящий из видоизмененных конечностей.

Ротовой аппарат используется для механического измельчения пищи, для проникновения в организм жертвы или для введения в организм жертвы пищеварительных соков, как у пауков или клопов (рис. 15–18).

Рис. 15. Жук ложнослоник беловатый (Источник)

Рис. 16. Комар

Рис. 17. Воронковый паук (Источник)

Как правило, присутствуют пищеварительные железы, которые могут быть разными по строению и происхождению.

Рис. 18. Клоп непа – «водяной скорпион» (Источник)

Как вы помните, членистоногие сбрасывают свои покровы при линьке. Передняя и задняя кишки у представителей типа также является вворачиваемыми покровами, поэтому при линьке членистоногие сбрасывают покровы передней и задней кишки (рис. 19, 20).

Рис. 19. Линька паука (Источник)

Рис. 20. Пищеварительная система паука

У моллюсков пищеварительная также сквозная. Для механического измельчения пищи используются специальные терка радула (рис. 21) или роговой клюв, как у головоногих (рис. 22).

Рис. 21. Радула улитки

Рис. 22. Клюв осьминога

Передняя часть пищеварительной системы состоит из ротовой полости, глотки, пищевода и желудка. В ротовую полость открываются протоки слюнных желез (рис. 23).

Рис. 23. Пищеварительная система осьминога

У большинства иглокожих пищеварительная система незамкнутая, однако у офиур анальное отверстие отсутствует (рис. 24, 25).

Рис. 24. Морские лилии (Источник)

Рис. 25. Офиура (Источник)

Пищеварительная трубка обычно представлена только длинной кишкой, у морских звезд формируется объемный желудок, который они могут выворачивать наизнанку через рот (рис. 26).

Рис. 26. Морская звезда

Желудком звезда обволакивает добычу, которую не может проглотить, таким образом, у морских звезд пищеварение наружное.

Теперь давайте рассмотрим пищеварительные системы различных позвоночных животных.

Рот круглоротых окружен мускулистой присоской (рис. 27). Покровы здесь усажены мелкими зубами, которых множество. У остальных позвоночных имеются челюсти с различными приспособлениями для удержания и умерщвления добычи (рис. 28).

Рис. 27. Ротовая присоска миноги (Источник)

Рис. 28. Белая акула (Источник)

Для добычи мелкого корма, для механического измельчения пищи (рис. 29, 30).

Рис. 29. Ганский гавиал (Источник)

Рис. 30. Корова

Пищеварительная система открывается ротовым отверстием, за которым следует глотка, пищевод, желудок, тонкая и толстая кишка. Заканчивается пищеварительная система либо анальным отверстием, либо клоакой – расширенной частью задней кишки, в которую впадают также протоки выделительной системы (рис. 31).

Рис. 31. Пищеварительная система ящерицы

Клоака присутствует у круглоротых, у хрящевых рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и яйцекладущих млекопитающих (рис. 32–37).

Рис. 32. Минога

Рис. 33. Манта

Рис. 34. Древесная лягушка

Рис. 35. Гребнистый крокодил

Рис. 36. Императорские пингвины

Рис. 37. Ехидна (Источник)

У рыб имеются однотипные зубы, либо костные пластинки, служащие для удержания добычи и механического измельчения пищи (рис. 38).

Рис. 38. Паку

У земноводных на подвижных челюстях расположены очень мелкие зубы и есть язык. В связи с наземным образом жизни у взрослых земноводных развиваются слюнные железы, смачивающие добычу слюнной (рис. 39).

Рис. 39. Челюсть лягушки

Любопытно, что ни амфибии, ни рептилии не способны к жующим движениям челюстей. Пищу они не пережевывают, а только разрывают ее движениями головы или даже всего тела (рис. 40).

Рис. 40. Комодский варан

Зубы у пресмыкающихся более или менее однородны по строению, лишь некоторые представители класса имеют помимо мелких зубов и более крупные, полые, ядовитые зубы (рис. 41, 42).

Рис. 41. Питон

Рис. 42. Гремучая змея

Ядовитые зубы змей сообщаются с ядовитыми железами, которые развиваются из слюнных желез (рис. 43).

Рис. 43. Ядовитые железы

У рептилий впервые возникает слепая кишка, располагающаяся на границе тонкого и толстого кишечника (рис. 44).

Рис. 44. Пищеварительная система ящерицы

У птиц челюсти преобразуются в роговой клюв, а зубы исчезают. В пищеводе обособляется зоб (рис. 45). Желудок подразделен на два отдела: мускулистый, в котором происходит механическое измельчение пищи, и железистый, в котором осуществляется химическая переработка (рис. 46).

Рис. 45. Тукан

Рис. 46. Пищеварительная система голубя

Поскольку зубов у птиц нет, то для механического измельчения пищи они вынуждены заглатывать мелкие камешки (рис. 47). У птиц длина тонкого отдела кишечника довольно велика, тогда как толстого уменьшена.

Рис. 47. Камешки из желудка глухаря

Млекопитающие обладают разными по строению зубами, развиваются резцы, клыки, предкорневые и коренные зубы (рис. 49). Число и форма зубов каждого типа постоянны для особей одного вида млекопитающих.

Рис. 48. Челюсти млекопитающего

Рис. 49. Череп жирафа (Источник)

В эпителии стенок желудка позвоночных имеется секреторные клетки, которые выделяют кислоту, входящую в состав желудочного сока (рис. 50).

Рис. 50. Пищеварительная система человека

Есть печень и поджелудочная железа, поджелудочная железа выделяет в том числе и пищеварительные ферменты. Печень выделяет желчь, важную при переваривании жиров. Кишечник всегда разделяется на несколько разделов. У некоторых птиц и млекопитающих развивается слепая кишка, в которой происходит переваривание растительной пищи и клетчатки. Причем в этом переваривании помогают кишечные мутуалисты (рис. 51).

Рис. 51. Кишечная палочка (Источник)

Обмен веществ

У любого живого организма есть клетки или органы, а также процессы, которые обеспечивают питание, выделение и дыхание в том или ином смысле этого слова. В организм всегда должны поступать какие-то вещества, и какие-то вещества должны из него выделяться.

Поскольку любой организм обменивается веществом и энергией с окружающей средой, организм можно всегда считать открытой системой. Обмен веществ протекает в любом организме непрерывно, от самого его рождения до самой смерти. Полная остановка обмена веществ – это, как правило, и есть смерть, а вот скорость обмена веществ может быть очень различной.

Скорость обмена веществ повышена, когда организм растет, развивается или просто куда-то быстро движется. Интенсивность обмена веществ нормально, когда животное находится в активном состоянии, и снижено, когда животное находится в спячке.

Снижение скорости обмена веществ до исчезновения всяких видимых признаков жизни называется анабиозом.

В отдельных случаях очень редко обмен веществ может полностью останавливаться на некоторое время. Так происходит, например, при вмерзании в лед некоторых рыб и земноводных или при инцистировании у некоторых ракообразных и простейших.

Переваривая вещества, поступившие в организм в процессе питания, животное получает строительный материал, который усваивает и использует для роста и развития. Для того чтобы любой живой организм мог расти, развиваться и размножаться, необходимы некие вещества, вырабатываемые его клетками и энергия.

Для всех гетеротрофных организмов источником энергии в конечном счете является пища, причем если поиск пищи, ее переработка и усвоение требует некоторых затрат энергии, то выделяется энергия в ходе дыхания в той или иной ее форме.

Таким образом, обмен веществ в любом организме неразрывно связан с обменом энергии.

Энергия химических связей питательных веществ путем своеобразных химических реакций переводится в энергию АТФ. Универсальная энергетическая валюта клетки, энергия АТФ, в свою очередь, используется организмом для роста и развития, для поддержания постоянной температуры тела или совершения кокой-то мышечной работы.

Катализатор – вещество, ускоряющее химическую реакцию, но само по себе в ходе нее остающееся неизмененным.

Все процессы обмена веществ в организме происходят при участии биологических катализаторов или ферментов. Например, пищеварительные ферменты содержатся в слюне, желудочном соке и секрете поджелудочной железы.

Чрезвычайно важную роль в обмене веществ играет и газообмен, именно в ходе газообмена любой аэробный организм получает кислород, необходимый для дыхания, и избавляется от углекислого газа и других ненужных организму веществ.

От жидких и растворенных газообразных продуктов обмена веществ организм избавляется при помощи выделительной системы. Непереваренные остатки пищи выбрасываются в окружающую среду с помощью дефекации.

Таким образом, любой живой организм непрерывно получает из окружающей среды все необходимые ему вещества и выбрасывает в окружающую среду вещества ненужные.

Фотосинтезирующие организмы способны запасать энергию солнечных лучей, гетеротрофные организмы используют энергию химических связей пищи. В любом случае жизнь любого живого существа – это непрерывный обмен веществом и энергией с окружающей средой. То есть любое живое существо по определению – это открытая система.

Пищеварение и мутуализм

Из курса ботаники 6 класса вы знаете, что хлоропласты – это потомки некогда проглоченных эукариотами фотосинтезирующих бактерий. У зеленых водорослей и высших растений это действительно так, а вот хлоропласты некоторых простейших – это потомки эукариот, которые когда-то проглотили бактерии, и в свою очередь были проглочены более крупными эукариотами. И иногда это потомки эукариот, проглотивших других эукариот, когда-то проглотивших фотосинтезирующие бактерии.

У многих настоящих животных кишечнополостных, моллюсков и плоских червей внутри тела живут одноклеточные водоросли-мутуалисты. Водоросли получают защиту, а животные переваривают клетки водорослей по мере их размножения. В итоге клетки водорослей-мутуалистов составляют известную долю рационов животного, иногда это доля весьма и весьма существенна (рис. 52, 53).

Рис. 52. Морской слизень (Источник)

Рис. 53. Тридакна (Источник)

Некоторые коралловые полипы (рис. 54) и плоские свободноживущие черви во взрослом состоянии питаются практически только за счет своих внутренних водорослевых симбионтов (рис. 55) и к самостоятельной жизни не готовы.

Рис. 54. Коралловый полип (Источник)

Рис. 55. Водоросль-симбионт (Источник)

Зубная формула

Как вы уже знаете, зубы млекопитающих различаются по форме и строению. Число и форма зубов в целом постоянны для каждого вида млекопитающих. В связи с этим для представителей класса казалось возможным провести зубную формулу – кратное описание зубной системы.

При записи зубной формулы используют однобуквенные латинизированные названия типов зубов. Выделяют резцы, клыки, предкоренные, или praemollare, и коренные зубы, или mollare.

За сокращенным названием типа зубов следует указание количества пар зубов данной группы. В числителе – в верхней челюсти и в знаменателе – в нижней челюсти (рис. 56).

Рис. 56. Зубная формула

Например, это запись зубной формулы человека, она означает, что у нас имеется две пары резцов, одна пара клыков, две пары praemollare и 3 пары mollare в верхней и нижней челюсти (рис. 57).

Рис. 57. Зубная формула человека

Зубные формулы находят широчайшее применение в систематике млекопитающих, они используются при составлении характеристик групп разного систематического ранга, от родов до целых отрядов. Зубная формула позволяет кратко записать характеристику зубной системы.

Знаете ли вы что...

В одном кубическом сантиметре содержимого рубца коровы обитает до 20 млрд специальных микроорганизмов (рис. 58). Фактически, корова как организм питается вовсе не травой, а питающимися травой микроорганизмами.

Рис. 58. Микроворсинки кишечного эпителия

Каждая клетка кишечного эпителия млекопитающего имеет до 3 тысяч микроворсинок, которые значительно увеличивают внутреннюю поверхность кишки. Тем самым обеспечивается эффективное всасывание и переваривание пищи.

Рис. 59. Домашняя канарейка

Рис. 60. Колибри-пчелка

Чем меньшая величина птицы, тем интенсивнее идет у нее обмен веществ, тем больше энергии ей нужно для поддержания высокой температуры тела (рис. 59, 60).

Рис. 61. Императорский пингвин

У пингвина температура тела составляет 38,8° по Цельсию (рис. 61). У домашней курицы – 41,7° по Цельсию, у жаворонка (рис. 62) – 43°, у зарянки (рис. 63) – 44°.

Рис. 62. Степной жаворонок

Рис. 63. Зарянка

 

Список литературы

1. Латюшин В.В., Шапкин В.А. Биология. Животные. 7 класс. – М.: Дрофа, 2011.
2. Сонин Н.И., Захаров В.Б. Биология. Многообразие живых организмов. Животные. 8 класс. – М.: Дрофа, 2009.

 

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Пищеварение (Источник).
2. Питание одноклеточных (Источник).
3. Питание и пищеварение ракообразных (Источник).
4. Пищеварение (Источник).
5. Зубы позвоночных (Источник).
6. Дыхание и питание (Источник).
7. Пищеварительная система позвоночных (Источник).

 

Домашнее задание

1. Что такое пищеварение? Какие типы пищеварения вам известны? Для каких групп животных они характерны?
2. Из каких частей состоит пищеварительная система многоклеточных животных? У каких типов эти части появляются впервые?
3. Как связан размер животного с интенсивностью процессов пищеварения и обмена веществ в целом?
4. Для чего нужны зубы? О чем говорит зубная формула животного? Можно ли по зубам отличить хищника от травоядного?
5. Обсудите с друзьями и близкими перспективы перехода представителей нашего вида к автотрофному питанию.