Многофункциональность кожного покрова амфибий
Жданова Т. Д.
Из учебной литературы известно, что кожа у земноводных голая, богата железами, которые выделяют много слизи. Эта слизь на суше защищает от высыхания, облегчает газообмен, а в воде уменьшает трение при плавании. Через тонкие стенки капилляров, расположенных густой сетью в коже, кровь насыщается кислородом и избавляется от углекислого газа. Эта «сухая» информация, в общем, полезна, но не способна вызвать никаких эмоций. Только при более детальном знакомстве с многофункциональными возможностями кожи появляется чувство удивления, восхищения и понимание того, что кожа амфибий – настоящее чудо. Ведь во многом благодаря ей земноводные успешно обитают почти во всех частях света и поясах. При этом они не имеют чешуи, как у рыб и пресмыкающихся, перьев, как у птиц, и шерсти, как у млекопитающих. Кожа земноводных позволяет им дышать в воде, защищаться от микроорганизмов и хищников. Она служит достаточно чувствительным органом для восприятия внешней информации и выполняет многие другие полезные функции. Рассмотрим это подробнее.
Специфические особенности кожи
Как и у других животных, кожа у земноводных является наружным покровом, который предохраняет ткани тела от вредного влияния внешней среды: проникновения болезнетворных и гнилостных бактерий (при нарушении целостности кожного покрова происходит нагноение ран), а также ядовитых веществ. Она воспринимает механические, химические, температурные, болевые и другие воздействия благодаря оснащенности большим количеством кожных анализаторов. Подобно другим анализаторам, кожные анализирующие системы состоят из рецепторов, воспринимающих сигнальную информацию, проводящих путей, передающих ее в центральную нервную систему, а также анализирующих эту информацию высших нервных центров в коре головного мозга. Специфические же особенностях кожи земноводных следующие: она наделена многочисленными слизистыми железами, которые поддерживают ее влажность, что имеет особо важное значение для кожного дыхания. Кожа амфибий буквально пронизана кровеносными сосудами. Поэтому через нее непосредственно в кровь поступает кислород и выделяется углекислый газ; коже земноводных даны специальные железы, которые выделяют (в зависимости от вида амфибии) бактерицидные, едкие, неприятные на вкус, слезоточивые, ядовитые и другие вещества. Эти уникальные устройства кожи позволяют земноводным с голой и постоянно влажной кожей успешно защищаться от микроорганизмов, нападения комаров, москитов, клещей, пиявок и других кровососущих животных. Кроме того, земноводных, благодаря этим защитным способностям, избегают многие хищники; кожа амфибий обычно содержит множество различных пигментных клеток, от которых зависит общая, приспособительная и защитная окраска тела. Так, яркая окраска, характерная для ядовитых видов, служит предупреждением для нападающих и т.д.
|
|
Кожное дыхание
Как обитатели земли и воды, земноводные обеспечены универсальной дыхательной системой. Она позволяет амфибиям дышать кислородом не только на воздухе, но и в воде (хотя там его количество приблизительно в 10 раз меньше), и даже под землей. Такая универсальность их организма возможна благодаря целому комплексу дыхательных органов для извлечения кислорода из той среды их обитания, где они находятся в конкретный момент. Это – легкие, жабры, слизистая оболочка рта и кожный покров.
|
|
Наибольшее значение для жизнедеятельности большинства видов амфибий имеет кожное дыхание. При этом поглощение кислорода через пронизанную кровеносными сосудами кожу возможно лишь в случае, когда кожа влажная. Для увлажнения кожи предназначены кожные железы. Чем суше окружающий воздух, тем сильнее они работают, выделяя все новые и новые порции влаги. Ведь кожа снабжена чувствительными «приборами». Они вовремя включают аварийные системы и режимы дополнительной выработки спасительной слизи.
У разных видов амфибий одни дыхательные органы играют главную роль, другие – дополнительную, а третьи – могут вовсе отсутствовать. Так, у водных обитателей газообмен (поглощение кислорода и выделение углекислого газа) совершается в основном через жабры. Жабрами наделены личинки земноводных и взрослые хвостатые амфибии, постоянно живущие в водоемах. А безлегочные саламандры – обитатели суши, – не обеспечены жабрами, и легкими. Они получают кислород и выводят углекислый газ через влажную кожу и слизистую оболочку рта. Причем до 93 % кислорода обеспечивает именно кожное дыхание. И лишь когда особям необходимы особенно активные движения, включается система дополнительной подачи кислорода через слизистую дна ротовой полости. При этом доля ее газообмена может увеличиться до 25 %. Прудовая лягушка и в воде, и на воздухе получает основное количество кислорода через кожу и выделяет через нее практически весь углекислый газ. Дополнительное дыхание обеспечивают легкие, но лишь на суше. При погружении в воду лягушек и жаб, тот час включаются механизмы снижения обмена веществ. Иначе им не хватило бы кислорода.
|
|
В помощь дыханию кожей
Представители некоторых видов хвостатых амфибий, например, скрытожаберник, живущий в насыщенных кислородом водах быстрых ручьев и рек, легкими почти не пользуется. Извлекать кислород из воды ему помогает свисающая с массивных конечностей складчатая кожа, в которой раскинуто сетью огромное количество кровеносных капилляров. А чтобы омывающая его вода всегда была свежей, и в ней было достаточно кислорода, скрытожаберник использует целесообразные инстинктивные действия – активно перемешивает воду с помощью колебательных движений телом и хвостом. Ведь в этом постоянном движении его жизнь.
Универсальность системы дыхания земноводных выражается и в возникновении специальных дыхательных устройств в определенный период их жизнедеятельности. Так, гребенчатые тритоны не могут долго находиться в воде и запасаются воздухом, время от времени поднимаясь к поверхности. Особенно трудно им дышать в период размножения, так как при ухаживании за самками они выполняют под водой брачные танцы. Для обеспечения такого сложного ритуала у тритона именно в брачный период вырастает дополнительный дыхательный орган – кожная складка в виде гребня. Пусковой механизм репродуктивного поведения приводит в действие и систему организма по производству этого важного органа. Он богато снабжен кровеносными сосудами и значительно повышает долю кожного дыхания.
Хвостатые и бесхвостые амфибии наделены и дополнительным уникальным устройством для обмена бескислородного типа. Им с успехом пользуется, например, леопардовая лягушка. Она может прожить в лишенной кислорода холодной воде до семи суток.
Некоторые лопатоноги, семейства американских чесночниц, обеспечены кожным дыханием не для пребывания в воде, а под землей. Там, зарывшись, они проводят большую часть жизни. На поверхности земли эти амфибии, как и все другие бесхвостые земноводные, вентилируют легкие за счет движений дна ротовой полости и раздуваний боков. Но после того, как лопатоноги зароются в землю, у них автоматически отключается система вентиляции легких и включается управление кожным дыханием.
Жизненно важная окраска
Одной из необходимых защитных особенностей кожи земноводных является создание покровительственной окраски. К тому же и успех охоты часто зависит от умения спрятаться. Обычно окраска повторяет какой-то определенный рисунок объекта окружающей среды. Так, окраска с разводами у многих квакш прекрасно сливается с фоном – стволом покрытого лишайником дерева. Причем квакша способна еще и менять свой цвет в зависимости от общей освещенности, яркости и цвета фона, от климатических параметров. Ее окраска становится темной при отсутствии освещения или на холоде и светлеет – на ярком свету. Представительниц стройных квакш легко принять за поблекший лист, а чернопятнистых – за кусочек коры дерева, на котором она сидит. Практически все тропические амфибии имеют покровительственную окраску, часто чрезвычайно яркую. Только яркая окраска способна сделать животное невидимым среди разноцветья и буйной зелени тропиков.
Но как земноводные смогли разработать и постепенно одеться в покровительственную окраску, не имея знаний по цветоведению и оптике? Ведь наиболее часто у них встречается такая окраска, когда расцветка создает иллюзию разорванности сплошной поверхности тела. В то же время при состыковке частей рисунка, находящихся на туловище и лапках (при их прижимании друг к другу) образуется кажущаяся непрерывность составного узора. Сочетание характера окраски и рисунка часто создает удивительный камуфляж. К примеру, большая жаба наделена способностью создавать обманчивый, маскирующий узор с определенным оптическим эффектом. Верхняя часть ее тела напоминает лежащий тонкий лист, а нижняя – подобна глубокой тени, отбрасываемой этим листом. Иллюзия оказывается полной, когда жаба притаится на земле, усыпанной настоящими листьями. Могли ли все предыдущие пусть даже многочисленные поколения постепенно создать рисунок и цвет тела (с пониманием законов цветоведения и оптики) для точного подражания природному аналогу – побуревшему листу с четко очерченной тенью под его краем? Для этого жабы из века в век должны были настойчиво вести свою окраску к нужной цели, чтобы получить верх – бурым с темным рисунком, а бока – с резким изменением этого цвета на каштаново-коричневый.
Как кожа создает окраску?
Коже земноводных предоставлены в распоряжение чудесные по своим возможностям клетки – хроматофоры. Они похожи на одноклеточный организм с густо ветвящимися отростками. Внутри этих клеток находятся гранулы пигмента. В зависимости от конкретного диапазона цветов в окраске амфибий каждого вида существуют хроматофоры с черным, красным, желтым и синевато-зеленым пигментом, а также светоотражающие пластинки. Когда гранулы пигмента собраны в шарик, они не влияют на окраску кожи амфибии. Если же пигментные частицы по определенной команде равномерно распределятся по всем отросткам хроматофора, то кожа приобретет заданный цвет. В коже животного могут находиться хроматофоры, содержащие различные пигменты. При этом каждый вид хроматофора занимает в коже свой слой. Различные цвета окраски амфибии образуются при одновременном действии нескольких видов хроматофоров. Дополнительный эффект создают светоотражающие пластинки. Они придают окрашенной коже переливчатый перламутровый блеск. Важную роль в управлении работой хроматофоров наряду с нервной системой играют гормоны. Пигментоконцентрирующие гормоны отвечают за сбор пигментных частиц в компактные шарики, а пигментостимулирующие – за их равномерное распределение по многочисленным отросткам хроматофора.
А как осуществляется собственное производство по изготовлению пигментов? Дело в том, что все сложнейшие макромолекулы и другие вещества организм чудесным способом, создает для себя сам. Он быстро и уверенно как бы «ткет» из воздуха, света и из вовремя поставляемых ему необходимых элементов – свое собственное тело. Эти элементы всасываются через пищеварительную систему, поступают при вдыхании, диффундируют через кожу. На это «ткацкое производство» в координационном центре каждой клеточки и в системе управления всем организмом существует всеобъемлющая генетическая «документация». Она включает огромный банк данных и программу действий каждой молекулы, молекулярных комплексов, систем, органоидов, клеток, органов и т.п. – вплоть до целостного организма. И вот в этой гигантской по информационному объему документации есть место для программы собственного производства пигментов. Они синтезируются хроматофорами и используются весьма экономно. Когда каким-либо пигментным частицам пришла пора участвовать в окраске и распределяться по всем, даже самым дальним участкам распластанной клетки, в хроматофоре организуется активная работа по синтезу пигментного красителя. А когда потребность в данном пигменте отпадет (при изменении, например, цвета фона на новом месте нахождения амфибии), краситель собирается в комочек, и синтез прекращается. Экономное производство включает в себя и систему утилизации отходов. При периодических линьках (например, у озерных лягушек 4 раза в году) частицы кожи лягушки съедают. И это позволяет их хроматофорам синтезировать новые пигменты, освобождая организм от дополнительного сбора необходимых «сырьевых материалов».