Чем отличается строение рыб и земноводных
Разница между земноводными и рыбами
Рыбы и земноводные в системе биологической классификации являются классами (или парафилетическими группами), входящими в более высокую таксономическую группу – тип позвоночных (хордовых) животных. Чем отличаются земноводные от рыб биологически? Рассмотрим вопрос, используя последние данные науки.
Происхождение
На сегодняшний день установлено, что жизнь на Земле впервые возникла в океане. Долгая эволюция простейших организмов постепенно привела к усложнению их биологической организациии в конце концов к появлению рыб – позвоночных животных, чья жизнь полностью связана с водоемами. Когда растения вышли из океана на сушу, животные двинулись вслед за источниками пищи: сначала «вегетарианцы», а затем и хищники. Рыбы, постепенно видоизменяясь, стали преобразовываться в существа, более приспособленные для жизни на мелководье и прилегающих к берегу участках суши – так появились земноводные.
Отличие земноводных от рыб в первую очередь в том, что они адаптировались к дыханию вне океана. Однако тесная связь с водоемом заставила развить комбинированное дыхание: кроме легких (как у всех обитателей суши), у земноводных есть дополнительные органы дыхания – жабры, а некоторые вообще дышат с помощью кожного покрова (это называется «кожное дыхание»). Однако ряд видов имеет только легкие – например, жабы, которые живут в более сухой среде, чем большинство земноводных.
Сравнение
Таксономически (то есть в системе классификации) рыбы и земноводные являются равнозначными классами позвоночных животных. Как мы установили, земноводные произошли от рыб в процессе приспосабливания к изменившимся условиям жизни. Вместе с тем у них осталось довольно большое количество одинаковых черт строения, образа жизни и размножения. Что же у них общего?
Во-первых, это размножение, которое осуществляется с помощью метания икры. Разумеется, из этого правила есть исключения. Существуют живородящие рыбы (например, некоторые акулы) и живородящие земноводные (ряд видов жаб и саламандр). Однако размножение путем икрометания встречается и у рыб, и у земноводных значительно чаще. Живорождение – это, скорее, исключение из правил.
Во-вторых, и те и другие являются холоднокровными животными, поэтому сильно зависят от температуры окружающей среды: если для рыб среда более комфортна – ведь вода не остывает ниже нуля (у них всегда есть возможность уйти от «наступающего» льда на глубину), то у земноводных не все так хорошо. Когда температура воздуха становится слишком низкой для нормального метаболизма, они впадают в спячку. Интересно, что практически все земноводные не могут жить в соленой воде, в то время как рыбы распространены повсеместно. Это связано с особенностями кожного дыхания: через чувствительную кожу растворенная в морской воде соль «вытягивает» из организма животного влагу, которая имеет меньшую соленость, и оно гибнет от обезвоживания – такой вот парадокс! Исключением является южноамериканская жаба-ага, которая в процессе эволюции приспособилась к жизни в соленой воде.
Таблица
Подведем итог, в чем разница между земноводными и рыбами. Помимо перечисленного, можно добавить, что у икромечущих земноводных в процессе размножения присутствует стадия, которой нет у рыб. Это, например, всем нам хорошо известные головастики – промежуточное звено между икринкой и взрослой лягушкой. Кстати, изучая его развитие, биологи смогли наблюдать своего рода мини-эволюцию земноводных. Головастики появляются на свет с наружными жабрами и хвостами, но без лап. Постепенно у них возникает легочное дыхание, отваливается хвост и вырастают лапы – и вскоре перед нами предстает полноценная лягушка.
Отличие земноводных от рыб
Водная и наземная среды обитания имеют между собой существенные отличия. Поэтому смена среды, которая произошла у земноводных, привела к существенным изменениям в строении ряда систем органов.
Почему рыбы «вышли» на сушу? В то время появились растения, растущие над водой. На них обитали насекомые и их личинки, которыми могли питаться рыбы. Например, опавшими мертвыми насекомыми или личинками, обитающими в воде, или насекомыми на поверхности воды. Чем больше из воды может вынырнуть рыба, тем больше она будет сыта. Также возможно водоемы периодически пересыхали, и тем древним кистеперым рыбам надо было перебираться в соседний водоем. Таким образом, преимущество получали те из них, у кого это получалось, т. е. обладающие лучше развитыми легкими и конечностями.
Основные отличия между водой и воздухом связаны с плотностью этих сред и возможностью протекания физических и химических процессов. Вода – более плотное вещество, она обладает куда большей выталкивающей силой по сравнению с воздухом. Несмотря на то, что в воздухе больше кислорода, чем в воде, кислород может проникать в организм, если есть влага на поверхности тела, т. е. обменные реакции протекают только в растворах. Живой организм, обитающий на суше, сталкивается с двумя проблемами — невозможностью передвижения с помощью плавания и высыханием тела на воздухе.
Плавающие в толще воды рыбы имеют сжатое с боков тело. Благодаря такой форме они могут плавать изгибаясь. Однако у наземных животных тело больше сжато сверху вниз из-за силы тяжести. В таком случае использовать рычажные конечности для передвижения удобнее. Части таких конечностей могут сгибаться и выпрямляться относительно друг друга с помощью прикрепленных к ним мышц. У земноводных больше таких специализированных мышц, чем сегментированной мускулатуры.
В то же время на суше конечности служат не только для передвижения, но и для поддержания тела над землей. Чтобы конечности смогли удерживать вес тела, они должны быть соединены с чем-то прочным, а не просто заканчиваться в мягких тканях животного. Поэтому конечности земноводных, в отличие от плавников рыб, крепятся к позвоночнику с помощью хорошо развитых поясов конечностей.
Для уменьшения перемещения всего тела при исследовании окружающей среды у земноводных появилась шея.
Позвоночник земноводных в связи с приобретением им дополнительных функций стал более сложным. В нем выделяют шейный, туловищный, крестцовый, хвостовой отделы.
В отличие от рыб у земноводных голая влажная кожа, в которой много капилляров. Благодаря этому амфибии могут осуществлять кожное дыхание, т. е. поглощать кислород из воздуха поверхностью кожи. Влажность кожи поддерживается специальными железами, вырабатывающими слизь.
Однако кожного дыхания недостаточно. Амфибии также получают кислород через стенки ротовой полости (которая у них достаточно большая) и через легкие. Личинки многих земноводных имеют жабры, которые у взрослых рассасываются. Вместо них из впячиваний стенки глотки образуются легкие, представляющие собой складчатые мешки. Внутри рта и легких всегда влажно.
Носовая полость у амфибий открывается не только наружу (как у рыб), но и в ротовую полость. Проникая через нее, воздух также увлажняется.
У рыб двухкамерное сердце, состоящее из одного предсердия и одного желудочка, один круг кровообращения. У земноводных сердце трехкамерное, состоящее из двух предсердий и одного желудочка. Такое строение обусловлено появлением легочного дыхания и необходимостью второго круга кровообращения.
Видимость в воздухе выше, чем в воде. Поэтому у земноводных лучше развиты органы зрения, они видят дальше рыб. Чтобы глаза не пересыхали появляются веки и мигательная перепонка.
У большинства земноводных нет боковой линии.
В воздухе звук распространяется хуже, чем в воде (из-за низкой плотности). Рыбам, чтобы слышать, было достаточно иметь только внутреннее ухо. У амфибий же появляется барабанная перепонка, способная улавливать колебания воздуха, а также косточки, передающие колебания перепонки внутреннему уху.
У амфибий появились слюнные железы, позволяющие смачивать пищу. Рыбам, обитающим в воде, они были не нужны.
Продукт выделения аммиак у рыб выделяется через жабры. У земноводных аммиак превращается в почках в мочевину, которая не является ядовитой.
У земноводных по сравнению с рыбами хуже развит мозжечок. Это связано с тем, что амфибиям незачем так сложно двигаться, как рыбам.
Класс земноводные
Для успешного изучения земноводных предлагаю начать с их классификации. Помните, что классификации это именно то, что раскладывает знания в голове «по полочкам», относитесь к ним с должным вниманием.
Давайте перечислим ароморфозы, которыми сопровождалось появление земноводных.
Ароморфозы земноводных
У ранее обсуждаемой нами рыбы латимерии (целаканта) плавники напоминали конечность пятипалого типа. У земноводных они преобразовываются в скелет передней и скелет задней конечностей, которые мы обсудим в данной статье подробно.
Мышцы дифференцируются (делятся) на мышечные пучки, становятся возможны более сложные и точные движения.
Легкие земноводных представлены в виде тонкостенных мешков, относительно небольшого объема.
Благодаря появлению шейного отдела становится возможным движение головой вверх-вниз, что было невозможным для рыб. Однако, подвижность головы значительно ограничена, и поворот головы из стороны в сторону невозможен.
Лягушка озерная
Покров двуслойный, состоит из эпидермиса и дермы. Эпидермис снабжен густой капиллярной сетью, благодаря которой у лягушки возможен газообмен через кожу. Кожа голая, содержит большое количество желез: она должна быть постоянно увлажнена для интенсивного газообмена.
Около 65% всего кислорода поступает через увлажненную кожу. Увлажнение кожи крайне важно, рекомендую запомнить следующий факт: при пересыхании кожи лягушки газообмен в ней прекращается, и лягушка погибает от недостатка кислорода (гипоксии).
Тело состоит из головы, туловища и двух пар конечностей. Передние конечности короче и слабее задних. Задние конечности служат для плавания, они удлинены и имеют плавательные перепонки между пальцами. Хорошо развита мышечная система: мышцы дифференцированы на отдельные пучки. В теле амфибий насчитывается до 350 мышц.
Скелет лягушки состоит из скелета головы, туловища, поясов конечностей и свободных конечностей. Скелеты поясов конечностей малоподвижны, в отличие от скелета свободной конечности, построенного по типу рычагов.
Имеются туловищный (7 позвонков) и хвостовой отделы позвоночника, доставшиеся земноводным еще от рыб. Однако появляются и новые отделы: крестцовый и шейный, оба содержащие по одному позвонку. Благодаря возникновению шейного отдела, у земноводных становится возможным поворот головы, что было невозможным для рыб.
Скелеты поясов конечностей служат опорой для конечностей. В состав плечевого (переднего) пояса входят: лопатки, ключицы, вороньи кости (коракоиды), хрящи. Ребер нет, вследствие чего грудная клетка отсутствует, передний пояс лежит свободно в толще мышц, грудина не соединена при помощи ребер с позвоночником.
Пояс задних конечностей (тазовый) образован: подвздошными и седалищными костями, лобковым хрящом.
Скелет передней свободной конечности состоит из: плечевой кости, предплечья (образовано сросшимися лучевой и локтевой костями) и кисти (состоящей из запястья, пястья и фаланг пальцев).
Скелет задней свободной конечности образован бедром, голенью (состоит из сросшихся малоберцовой и большеберцовой костей), стопы (включает предплюсну, плюсну и фаланги пальцев).
Короткий пищевод переходит в желудок, продолжающийся в тонкий кишечник, куда открываются протоки желчного пузыря, а также пищеварительных желез: печени и поджелудочной. Тонкая кишка переходит в толстую кишку, оканчивающуюся клоакой.
Легкие представленные тонкостенными мешками, стенка которых густо оплетена капиллярами, в которых происходит газообмен. Дыхательная поверхность легких невелика, они не способны полностью удовлетворить нуждам организма в кислороде, поэтому жизнь лягушки невозможна без кожного дыхания.
Воздух поступает в легкие и удаляется из них благодаря сокращениям мышц дна ротовой полости.
Осуществляется только при увлажненной коже, на поверхности которой растворяется кислород, после чего он проникает в капилляры кожи. Кожа помогает дышать лягушкам при погружении в воду: кислород поступает в кровь напрямую из воды.
При пересыхании кожи животное погибает, так как слабо развитые легкие не в состоянии обеспечить потребности организма в кислороде.
Также дыхание осуществляется эпителием, покрывающим ротовую полость, но это вносит незначительный вклад в процесс дыхания.
Изменения в кровеносной системе земноводных, по сравнению с рыбами, обусловлены заменой жаберного дыхания на легочное. Сердце имеет 3 камеры: 2 предсердия и 1 желудочек, сердце более крупное. Возникает второй (легочный) круг кровообращения.
Физиологически и анатомически сокращение сердца происходят таким образом, что более насыщенная кислородом артериальная кровь изгоняется из него в последнюю очередь и попадает в сонные артерии, идущие к головному мозгу. Таким образом, к головному мозгу направляется более насыщенная кислородом кровь, чем к остальным органам.
По мере образования в почке мочи, она поступает в мочеточники, ведущие в клоаку. Попавшая в клоаку моча стекает в мочевой пузырь, через стенки которого осуществляется всасывание воды. При сокращении стенок мочевого пузыря концентрированная моча выводится в клоаку, откуда выбрасывается во внешнюю среду.
Головной мозг земноводных отличается от мозга рыб полностью разделенным на два полушария и более развитым передним мозгом.
Мозжечок и средний мозг развиты гораздо слабее, так как земноводные малоподвижны и их движения относительно простые: они передвигаются по плоскости в «2D измерении». Перемещение рыб в таком случае можно обозначить как в «3D измерении». Это упрощенное, но вполне справедливое сравнение.
Свободные конечности земноводных позволяют им совершать более разнообразные движения в отличие от циклических поворотов плавников и тела у рыб.
Меняется форма хрусталика. Если у рыб он был шарообразный, то у земноводных его форма становится более выпуклой (как и форма роговицы). Хрусталик приобретает форму двояковыпуклой линзы. Амфибии видят дальше рыб.
Однако аккомодация, настройка глаза на наилучшее видение объекта, остается на том же уровне, что и у рыб: достигается только за счет перемещения хрусталика вперед и назад. Эти перемещения помогает совершать особая ресничная мышца, возникшая у земноводных.
Наземная среда меняет и характер передачи звуков: теперь он передается через колебания воздуха. Если рыбам в воде было достаточно внутреннего уха для улавливания колебаний воды, то земноводным этого мало. У них впервые возникает среднее ухо, которое снабжено барабанной перепонкой, чувствительной к колебаниям воздуха.
Лягушки раздельнополые животные, оплодотворение наружное. Размножение и начальные этапы развития земноводных происходят в воде, поэтому амфибий крайне редко можно встретить в засушливых местах, где водоемы отсутствуют.
Во время оплодотворения самец удерживает самку сзади и надавливает передними конечностями на ее брюшко, что приводит к выметыванию икры. Эта икра сразу же оплодотворяется семенной жидкостью самца.
Головастики
Значение земноводных
Земноводные, как и все живые организмы, являются звеном в цепи питания (консументами). Они уничтожают многих кровососущих насекомых, а также насекомых, которые наносят вред культурным растениям.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Приобретения земноводных в процессе эволюции: характеристика класса, причины появления, преобразования в ходе развития и аспекты эволюции
Приобретения земноводных в процессе эволюции
Характеристика класса Земноводные
Земноводные — класс живых организмов, относящихся к типу Хордовые, для которых характерны признаки переходной формы живых существ от водного к наземно-воздушному способу существования.
Земноводные отличаются специфическими чертами строения. У них голая кожа, покрытая слизью для повышения увлажнения и обеспечения дыхания. У земноводных также есть шейный позвонок, благодаря которому они могут поднимать и опускать голову. А вот легкие не отличаются хорошим развитием — на вид это мешок, который ничем не защищен, так как грудной клетки у земноводных нет. Животные делают вдох и выдох при помощи движений горлом.
У этих животных трехкамерное сердце и два круга кровообращения. При этом нет межжелудочковой перегородки, поэтому кровь смешивается.
Земноводные не отличаются наличием постоянной температуры тела: если температура тела снижается, то животные впадают в спячку.
Что касается оплодотворения, то оно происходит в воде. Для земноводных характерно непрямое развитие, отмечается развитие личинки или головастика — она довольно заметно отличается от взрослой особи. У головастиков отсутствуют конечности, есть жаберное дыхание, двухкамерное сердце и один круг кровообращения.
Для головастиков характерно наличие специфического органа, характерного для всех водных животных — боковой линии.
Развитие головастика возможно только в воде. Исходя из этого очевидно, что земноводные, несмотря на легочное дыхание — еще не полностью сухопутные животные.
Для конечностей земноводных характерно пятипалое строение, однако этого еще недостаточно для того, чтобы животные могли передвигаться по чрезмерно рельефному субстрату.
Когда головастики выходят на сушу, то у них появляются среднее ухо и барабанная перепонка.
Выделяют следующие отряды земноводных:
У жаб легкие хорошо развиты и сухая кожа. Несмотря на то, что они обитают на суше, размножение происходит в воде.
Основное питание земноводных — насекомые и их личинки. Сами же земноводные — пища для рыб, змей и ежей. На коже жаб и саламандр есть ядовитые железы.
Для земноводных животных характерен период зимовки, поэтому в случае холодных температур они ищут укрытие на суше или в мелких водоемах. Если водоемы не отличаются чистотой, то отмечается гибель головастиков. К слову, головастики погибают и при снижении температуры.
Некоторые рыборазводные хозяйства используют лягушек, которые уничтожают мальков рыб. Бывает, что лягушки — предмет международной торговли. В отдельных странах лягушки, как и другие земноводные, охраняются законом.
Все это свидетельствует о том, что земноводные — незаменимая часть биоценозов, участвующая в обеспечении постоянного круговорота веществ.
Причины появления земноводных и преобразования в ходе их развития
У появления и формирования земноводных есть определенные предпосылки:
Во время перехода земноводных животных от водного к наземно-воздушному способы существования, происходили определенные морфологические, анатомические и физиологические преобразования:
Аспекты эволюции земноводных
Признаки, указанные выше, свидетельствуют о существенном отличии земноводных от рыб и прочих водных животных. При этом, те же самые признаки земноводных обозначают связь этих животных с водной средой. Это выражается в том, что процесс размножения по-прежнему зависит от наличия воды.
Происхождение земноводных объясняется несколькими гипотезами. Но эволюционный потенциал этих животных можно адекватно описать только в случае последовательного описания их предков.
Начать стоит с панцирноголовых земноводных или стегоцефалов. У этих древних животных были определенные признаки:
Стегоцефалы, появившиеся в период палеозоя, вымерли в триаском периоде. Первыми их предками, как считают ученые, были костные рыбы: они сочетали примитивные черты строения с развитыми (современными).
В конце девонского периода появились ихтиостегиды, которые проживали в пресных водоемах. Это были переходные формы. Такие животные имели кожу, покрытую специфической мелкой рыбьей чешуей, рыбий хвост, который дополнял парные конечности пятипалого типа. Хотя жаберные крышки были рудиментарны, у них был клейтрум.
Клейтрум — кость, которая относится к спинному отделу и соединяет череп и плечевой пояс.
Ихтеостегиды могли жить в пресной воде и на суше, хотя на сушу они выползали довольно редко.
Также в качестве предков земноводных называют лабиринтодонтов. Они имели тело, покрытое тяжелой костной чешуей — чешуйчатым панцирем. Передвигаться по суше им было непросто. К тому же, кожное дыхание этих животных было затруднено. Костный панцирь на поверхности собственного тела появился в результате необходимости адаптироваться к сложным условиям окружающей среды.
Земноводные — прогрессивная переходная группа живых организмов, отражающих специфику эволюционного процесса. Благодаря им можно понять, чем отличалось становление наземно-воздушных животных, как развивались приспособления к резко меняющимся условиям обитания.
В чем сходство и отличие земноводных и рыб
Ответ или решение 3
Земноводными называют позвоночных животных, размножение и подрастание которых происходит в воде или влажной среде, а когда вырастают, они живут на суше. Рыбы – это животные, постоянно живущие в воде.
Сравнительные характеристики
Смена обитания всегда приводит к разноплановым изменениям и среди самих обитателей. Сравнение между рыбами и земноводными можно провести по ряду факторов:
Сходства
Можно выделить ряд общих черт. Во-первых, они обитают в воде. Во-вторых, и одни, и другие имеют позвоночник, череп, голову, туловище.Тело у них покрыто кожей и присутствует слизь. Тело и у одних, и у других имеет двухстороннюю симметрию. Они могут видеть и слышать. У них присутствуют обоняние и осязание. Они различают пищу на вкус. Их сердце состоит из предсердия и желудочка. В головном мозге насчитывается пять отделов. Размножаются путем наружного оплодотворения при помощи яичников и семенников.
Отличия
Для возможности быстро плавать, изгибаясь при этом, у рыб в течение жизни приспособилось тело, оно сплюснуто с двух сторон. Земноводным это не надо, их тело приспособлено, наоборот, к передвижению по земле. Оно у них сжато сверху. При таком положении им удобнее передвигаться. Земноводные животные имеют конечности, которых нет у рыб. Конечности могут разгибаться. Это осуществляется благодаря мышцам, которые прикреплены к ним. Конечности поддерживают также тело животного над землей.
Для того, чтобы иметь возможность наблюдать вокруг себя, у земноводных появляется шея. Их позвоночник также стал сложнее. В нем теперь различают несколько частей, согласно частям тела.
Когда земноводные вырастают, их жабры, которые есть при рождении, постепенно усыхают, и они дышат теперь легкими и гладкой кожей через открытые поры. Рыбы, наоборот, дышат через жабры. Тело рыб покрывает чешуя, которая защищает от трения. Кровообращение происходит кругами, у рыб он один, а у земноводных – два.Еще у земноводных органы зрения развиты намного лучше, чем у рыб.
3. Двухсторонняя симметрия.
4. Наличие гомологичных органов.
5. Развиваются с трех зародышевых листков.
6. Размножаются в воде.
7. Земноводные откладывают икру очень похожую на рыбью.
8. Головастики(личинки, что развиваются из икринок земноводных) имеют внешнее и внутреннее сходство с рыбами.
1. У земноводных вместо плавников имеются парные конечности.
2. У земноводных развито внутреннее и среднее ухо, а у рыб только внутреннее.
3. В отличии от рыб череп земноводных соединен с позвоночником.
4. У земноводных два круга кровообращения и трехкамерное сердце, а у рыб один круг и двухкамерное сердце.
5. Мозг земноводных лучше развит чем у рыб.