Как под водой дышит паук-серебрянка?
Подводный колокол серебрянки или водяного паука (Argyroneta aquatica) работает как рыбьи жабры, эффективно поглощая из воды кислород, и выводит углекислый газ.
Водяной паук единственный из всего отряда почти всю свою жизнь проводит под поверхностью водяной глади, размножаясь и охотясь в водоёмах с менее или более стоячей водой. Главное, что у серебрянки нет специальных дыхательных органов, позволяющих ему в воде поглощать кислород.
Этот паук вышел из положения довольно необычным способом, прославляющим его на весь мир: серебрянка создаёт из паутины, на растениях которые растут под водой, колокол и наполняет его воздухом, затем он утаскивает его с собой под воду. Удерживает он этот воздушный колокол с помощью волосков расположенных на брюшке, а также между паутинными бородавками. А своё необычное название этот паук получил из-за воздушной «серебряной» оболочки на теле.
В этом воздушном колоколе серебрянка живёт и охотится на мелких беспозвоночных. Но учёные долго не могли понять, как этот паук-водолаз пополняет свои запасы воздуха в воздушном колоколе. Они думали, что он периодически всплывает на поверхность для того чтобы принести свежий воздух, но для этого следовало бы такую процедуру проделывать каждые 20 – 40 минут.
Выяснит это, взялись учёные-энтомологи из Университета Аделаиды (University of Adelaide), Австралия, а также учёные Гумбольдтовского Университета (Humboldt-Universität zu Berlin) Германии. В своей лаборатории им удалось сымитировать стоячий водоем, в который они поселили паука. Для тщательного изучения воздушного колокола они использовали специальные датчики – оптоды, позволяющие определять концентрацию газов в нём.
В статье, которая была опубликована в Journal of Experimental Biology, Стефан Хетц (Stefan Hetz) и Роджер Сеймур (Roger Seymour) сообщают, что серебрянка в течение 24 часов может и не покидать колокол, даже в особо жаркий день, когда значительно увеличивается расход кислорода. После тщательного изучения энтомологи пришли к выводу, что колокол для паука является подобием жабр, обеспечивающих газообмен. Когда кислорода в колоколе становится меньше чем в воде, то он начинает поступать в жилище серебрянки прямо из воды.
А CO2 очень легко растворяется в воде и по мере появления выводится наружу. А всплывает паук исключительно для поддержания давления в колоколе, так как в нём возрастает относительная концентрация азота и он начинает постепенно уходить из пузыря, что приводит к съёживанию воздушного колокола. Собственно для поддержания азота, а значит и давления на необходимом уровне заставляет паука подниматься на поверхность один раз в сутки.
Источник
Секрет долгого пребывания под водой пауков-аквалангистов
Подобно аквалангистам, погружающимся под воду, некоторые пауки могут дышать под водой, используя воздушный пузырь в качестве кислородного бака. Теперь, ученые выявили некоторые увлекательные подробности о свойствах этого пузыря арахнида, включая то, что он может обеспечить пауков воздухом более чем на целый день.
До сих пор ученным уже было известно, что пауки-аквалангисты (Argyroneta aquatica) – размером всего 10-15 миллиметров в длину – используют воздушный пузырь, чтобы дышать под водой, погружаясь в озера и пруды. А в ходе недавнего анализа ученые впервые выяснили, как именно это происходит и вычислили, сколько паук может находиться под водой, пока ему не придется подняться на поверхность, чтобы пополнить свой пузырь свежим воздухом.
«Мы были удивлены тем, насколько должны снизиться уровни кислорода в пузыре прежде, чем пауки вынуждены будут выйти на поверхность» – сообщил исследователь анализа Роджер Симур (Roger Seymour) из Университета Аделаиды, агентству LiveScience. Симур и Стефан Хец (Stefan Hetz) из Университета Гумбольдта в Германии, принесли пауков-аквалангистов в лабораторию и поместили их в баки, в которых они имитировали условия застойного пруда в жаркий летний день, демонстрируя, как животные будут действовать в условиях с низким содержанием кислорода.
Большинство пауков немедленно сплели паутину между листьями рдестов и стенками аквариума. Затем каждый паук поднялся на поверхность, чтобы собрать большой воздушный пузырь, удерживаемый между гидрофобными волосками (водоотталкивающими), расположенными на его животе и задних ногах. Паутина обвивала более низкие стороны этой газовой камеры, в которую пауки проникали снизу.
Некоторые пауки делали свои палаты настолько большими, что те вмещали в себя животы насекомых, оставляя их заднюю часть и задние ноги, свисающими; другие создавали пузыри большими настолько, что вмещались туда всем телом. Например, пауки должны расширить пузырь, дополняя его воздухом и образуя больше паутины, перед тем как схватить случайно зацепившуюся жертву.
Небольшие сенсоры измеряли уровни кислорода в пузырях и в воде, находящейся вокруг них. В результате обнаружилось, что пауки извлекали кислород из воды как будто бы с помощью жабр, то есть пузырь действовал подобно жабрам; сенсоры также показывали, что пауки могли продержаться в условиях с очень низким содержанием кислорода.
Тем не менее, пузырь уменьшается со временем и заставляет паука подниматься на поверхность за свежим воздухом. Подобно атмосфере, пузырь содержит первоначально как кислород, так и азот, а так как паук вбирает кислород из пузыря, то количество азота непременно увеличивается. Это увеличение выталкивает азот из пузыря диффузией. В конечном счете, пузырь лопается, и пауки поднимаются на поверхность.
Маленькие паучки были способны просидеть под водой более одного дня, что значительно дольше, чем ранее предполагали исследователи, оценивая их способности лишь в 20 минут. «Невероятные способности пауков оставаться долгое время под водой, без необходимости выходить на поверхность, чтобы заменять пузырь, играют преимущественную роль в жизни насекомых. Они позволяют им не только защититься от хищников, но также не спугнуть потенциальную жертву, которая приходит мимо» – отметил Симур.
Исследование было описано подробно на текущем выпуске журнала «Journal of Experimental Biology».
Оригинал (на англ. языке): LiveScience Перевод: М. Гончар
Источник
Паук, живущий под водой. Уникальный строитель подводных куполов
Среди огромного разнообразия пауков (во всем мире насчитывается около 48 000 видов) лишь несколько видов непосредственно связаны с водой. Я уже писал о пауках-охотниках — крупных представителях отряда, которые держатся на поверхности воды, но могут ненадолго погружаться в воду.
Но истинно водный паук, который и охотится, и размножается, и даже зимует под водой, лишь один. Это паук-серебрянка ( Argyroneta aquatica ), который отличается уникальными особенностями поведения, позволяющими ему жить под водой.
Как и все пауки, серебрянка дышит атмосферным воздухом при помощи легочных мешков и системы трахей (сеть трубочек, по которым кислород доставляется в каждую клетку тела). Природа наделила этого паука оригинальным «решением» для возможности длительного нахождения под водой. Брюшко покрыто многочисленными мелкими волосками (на один квадратный миллиметр более тысячи волосков), которые паук периодически смазывает специальным гидрофобным веществом. В результате эти волоски не смачиваются, и при погружении в воду задерживают пузырьки воздуха на своей поверхности. Брюшко паука выглядит серебристым, как капля расплавленного металла. Отсюда и название (причем латинское название рода также переводится как «серебрянный»). Время от времени паук поднимается на поверхность, чтобы пополнить запасы воздуха.
У самца длина волосков неодинакова, а также есть участок, где их практически нет. У самок все волоски имеют примерно одинаковую длину. Благодаря этому «рисунок» воздушного пузырька у разных полов неодинаков. Но проще различить самца от самки по форме брюшка — у самца оно узкое, немного заостренное на конце, а у самки — округлое. Кроме того, эти пауки отличаются от подавляющего большинства остальных видов тем, что самец серебрянки крупнее, чем самка. Длина его тела может достигать 15 мм, самка же в среднем на 30% мельче — 8-12 мм. Такое различие предотвращает каннибализм со стороны самки.
Паук-серебрянка обитает в стоячих и вялотекущих водоемах: озерах, прудах, медленных реках. Иногда его можно встретить в совсем небольших или временных водоемах. Для этого вида важна чистая вода и наличие водных растений. Встречается паук-серебрянка на большей части Европы и России. Нет его на крайнем севере (но, например, на Кольском полуострове есть). Ареал доходит до Японии, где серебрянка занесен в Красную книгу.
Для жизни под водой паук-серебрянка создает себе необходимые условия при помощи строительства удивительных сооружений из паутины куполообразной формы. Эти «постройки» паук прикрепляет к водным растениям, а затем. заполняет их воздухом! Плавая к поверхности воды, паук захватывает воздух брюшком и задними ногами, опускается по паутиновой нити к своему куполу и отпускает пузыри воздуха внутрь. Периодически паук пополняет запас воздуха. Так он создает себе жилище, сидя в котором поджидает жертву.
Паук-серебрянка охотится в основном на самых разных водных беспозвоночных. Это могут быть личинки насекомых, ракообразные. Ловит также мальков рыб. Поймав жертву, паук тащит ее в свой купол, где возможно внекишечное пищеварение, характерное для пауков — он выделяет вещества, растворяющие добычу, а после всасывает ее. Отходы выносит из купола. Иногда прикрепляет добычу недалеко от купола про запас. Могут также выходить из воды, чтобы съесть пойманное животное на суше.
Сам паук может стать жертвой водоплавающей птицы, либо водных обитателей — рыб и лягушек.
Часто самцы строят свои «жилища» неподалеку от самок. Спаривание происходит в куполе самки. После этого самец ее оставляет и возвращается в свой купол. Самка надстраивает к своему куполу специальный «яйцевой» кокон, в который откладывает 30-70 яиц. После рождения первые 2-4 линьки паучата живут в материнском коконе, так как пока не обладают волосками и не могут запасать воздух. Позже они покидают «родительский дом», еще и потому, что самка вполне может пообедать своими детенышами.
Паук-серебрянка зимует в специальном коконе, который отличается увеличенной толщиной и прочностью стенки. Иногда забирается в пустые раковины моллюсков, заделывая отверстие паутиной. Укрытие с пауком может даже вмерзнуть в лед, но пауки без проблем переживают такие условия. Самцы обычно живут около полутора лет, самки — до двух.
В России численность серебрянки невелика. В средней полосе этот вид включен в региональные Красные книги Нижегородской и Владимирской областей, республик Чувашия, Мордовия и некоторых других. Негативно сказывается загрязнение рек и озер.
Источник
one_keeper
one_keeper Статьи о пауках-птицеедах
Theraphosids
Дыхательная система пауков
Роберт Гейл Брин III
Юго-западный колледж, Карлсбад, Нью-Мексико, США
Дыхание, или газообмен кислорода и углекислого газа, у пауков часто не вполне ясен даже специалистам. Многие арахнологи, включая меня, изучали разнообразные области энтомологии. Как правило, курсы по физиологии членистоногих концентрируются вокруг насекомых. Самое существенное различие в респираторной системе пауков и насекомых заключается в том, что в дыхании насекомых их кровь или гемолимфа не играет никакой роли, тогда как у пауков она является непосредственным участником процесса.
Обмен кислородом и углекислым газом у насекомых достигает совершенства во многом благодаря комплексной системе воздушных трубок, составляющих трахею и более мелкие трахеолы. Воздушные трубки пронизывают все тело в тесном контакте с внутренними тканями насекомого. Для газообмена между тканями и воздушными трубками насекомого гемолимфа не нужна. Это становится понятным на примере поведения определенных насекомых, скажем, некоторых видов кузнечиков. Во время движения кузнечика кровь предположительно циркулирует по всему телу, поскольку сердце останавливается. Давления крови, вызванного движением, достаточно для гемолимфы, чтобы выполнить свои функции, которые в большей степени заключаются в распределении питательных веществ, воды и выделении отработанных веществ (своеобразный эквивалент почкам млекопитающих). Сердце начинает снова биться, когда насекомое прерывает движение.
С пауками дело обстоит иначе, хотя и кажется логичным, что у пауков должно все происходить подобным образом, по крайней мере, для тех, у которых имеются трахеи.
Дыхательные системы пауков
У пауков выделяют, как минимум, пять различных типов дыхательных систем, что зависит от таксонометрической группы и того, с кем вы об этом беседуете:
1) Единственная пара книжных легких, как у сенокосцев Pholcidae ;
2) Две пары книжных легких – у подотряда Mesothelae и подавляющего большинства мигаломорфных пауков (включая птицеедов);
3) Пара книжных легких и пара трубчатых трахей, как, например, у пауков-ткачей, волков и большинства видов пауков.
4) Пара трубчатых трахей и пара ситовидных трахей (или две пары трубчатых трахей, если вы из тех, кто уверен, что различий между трубчатыми и ситовидными трахеями недостаточно, чтобы выделять их в отдельные виды), как в небольшом семействе Caponiidae .
5) Единственная пара ситовидных трахей (или для некоторых трубчатых трахей), как в небольшом семействе Symphytognathidae .
Кислород и углекислый газ переносятся по гемолимфе протеином дыхательного пигмента – гемоцианином. Хотя гемоцианин по химическим свойствам и напоминает гемоглобин позвоночных, в отличие от последнего в него входят два атома меди, что придает крови пауков голубоватый оттенок. Гемоцианин не столь эффективен для связывания газов, как гемоглобин, но паукам его возможностей вполне хватает.
Как показано на приведенном выше изображении паука цефалоторакса, комплексная система артерий, проходящая к ногам и головной области, может считаться преимущественно замкнутой системой (согласно Феликсу, 1996).
Трахейные трубки пронизывают тело (или его части, в зависимости от вида) и заканчиваются около тканей. Все же этот контакт недостаточно близок, чтобы они могли поставлять кислород и удалять из организма углекислый газ самостоятельно, как это происходит у насекомых. Вместо этого, пигментам гемоцианина приходится подхватывать кислород из окончаний дыхательных трубок и проводить его дальше, пропуская углекислый газ обратно в дыхательные трубки. Трубчатые трахеи обычно имеют одно (реже два) отверстие (именуемое дыхальце или стигма), большинство из которых выходят на нижнюю сторону брюшка, рядом с прядильными придатками.
Легочные щели или щели книжных легких (у некоторых видов легочные щели оснащены различными отверстиями, которые могут расширяться или сужаться в зависимости от потребностей в кислороде) расположены спереди нижней части абдомена. Полость за отверстием растянута внутри и вмещает множество листоподобных воздушных карманов книжного легкого. Книжное легкое буквально напичкано воздушными карманами, покрытыми чрезвычайно тонкой кутикулой, которая позволяет производить газообмен посредством простой диффузии, в то время как кровь протекает через него. Зубовидные образования покрывают большую часть поверхности книжных легких со стороны протекания гемолимфы, чтобы предотвратить коллапс.
Поскольку птицееды обладают крупными размерами и их легче изучать, многие физиологи при рассмотрении механизма дыхания пауков останавливаются именно на них. Географическое место обитания изучаемых видов при этом редко уточняется, можно предположить, что большинство из них родом из США. Почти повсеместно систематика птицеедов не принимается во внимание. Лишь изредка физиологи привлекают компетентного систематика по паукам. Чаще же они верят каждому, кто говорит, что может идентифицировать подопытные виды. Подобное пренебрежение к систематике проявляется даже у наиболее известных физиологов, включая Р.Ф. Феликса, автора единственной широко распространенной, но, увы, не самой точной книги по биологии пауков.
Книжное легкое, состоящее из листоподобных перемежающихся воздушных карманов с венозной гемолимфой, протекающей в одном направлении между карманами. Слой клеток, изолирующих воздушные карманы от гемолимфы, настолько тонок, что становится возможным газообмен посредством диффузии (по Феликсу, 1996).
Несколько популярных научных имен, одновременно комичных и грустных для тех, кто имеет хоть какое-то представление о систематике, наиболее часто встречаются в подобного рода статьях. Первое имя – Dugesiella, чаще всего обозначаемая как Dugesiella hentzi. Род Dugesiella исчез в семействе Aphonopelma давным-давно, и даже если его когда-то и относили Aphonopelma hentzi (Жирар), это не может быть принято как заслуживающая доверие идентификация. Если физиолог ссылается на D. hentzi или A. hentzi, это лишь значит, что кто-то исследовал вид Aphonopelma, о котором кто-то другой решил, что этот вид родом из Техаса.
Грустно, но до сих пор среди физиологов гуляет имя Eurypelma californicum . Род Eurypelma был растворен в другом роде некоторое время назад, и вид Aphonopelma californicum был признан недействительным. Данных пауков, возможно, следует относить к Aphonopelma eutylenum . Когда вы слышите указанные имена, это лишь значит, что кто-то думает, что эти виды родом из Калифорнии.
Некоторые «научные» имена действительно вгоняют в краску. В 1970х годах, некто провели исследование вида под названием Eurypelma helluo . Судя по всему, они ошиблись с отнесением вида к паукам-волкам Lycosa helluo (сейчас Hogna helluo (Валкенаер)) и изменили имя рода, чтобы сделать его более похожим на имя паука-птицееда. Бог его знает, кого эти люди исследовали.
С переменным успехом, но все же физиологи изучали пауков, иногда даже птицеедов, и они достигли некоторых заслуживающих внимания результатов.
У тестируемых птицеедов было обнаружено, что первая (передняя) пара книжных легких управляет потоком крови от просомы (головогруди), в то время как вторая пара легких – кровью от абдомена, до того, как она возвратится к сердцу.
У насекомых сердце преимущественно представляет собой простую трубку, которая высасывает кровь из брюшка, проталкивает ее через аорту и выбрасывает ее в районе головного отсека тела насекомого. С пауками дело обстоит иначе. После того, как кровь прошла через аорту, затем через перешеек между головогрудью и брюшком и попала в зону головогруди, ее поток делится на то, что может быть определено как замкнутая система артерий. Он разветвляется и направляется в отдельные участки головы и ног. Другие артерии, именуемые боковые брюшные артерии, берут начало из сердца с обеих сторон и ветвятся внутри абдомена. От задней части сердца к паутинным придаткам тянется т.н. брюшная артерия.
Когда сердце птицееда сокращается (систола), кровь проталкивается не только вперед через аорту внутрь головогруди, но также с боков через боковые артерии и сзади, вниз сквозь брюшную артерию. Подобная система работоспособна при различных уровнях кровяного давления для головогруди и брюшка. В условиях повышенной активности, кровяное давление в головогруди значительно превышает кровяное давление в брюшке. При этом быстро достигается точка, когда давление гемолимфы в головогруди становится настолько велико, что кровь невозможно протолкнуть из брюшка в головогрудь через аорту. Когда это происходит, через определенное время паук внезапно останавливается.
Многие из нас наблюдали подобное поведение у своих питомцев. Когда у птицееда появляется возможность сбежать, некоторые из них тут же пулей вылетают из заточения. Если птицеед не достигает места, в котором он чувствует себя в безопасности, достаточно быстро, он может бежать некоторое время и неожиданно замереть, что позволяет киперу изловить беглеца. Наиболее вероятно, он останавливается в результате того, что кровь перестает поступать в головогрудь.
С точки зрения физиологии, существует две основные причины замирания пауков. Мышцы, столь активно задействованные при попытке побега, присоединены к головогруди. Это дает повод многим считать, что в мышцах просто заканчивается кислород, и они перестают работать. Возможно, оно так и есть. И все же: почему это не приводит к запинанию, подергиванию или иным проявлениям слабости мышц? Вместе с тем, этого не наблюдается. Главным потребителем кислорода в головогруди птицеедов является мозг. Может такое быть, что мышцы могут работать чуть дольше, но мозг паука отбирает кислород на капельку раньше? Простое объяснение может заключаться в том, что эти с маниакальностью рвущиеся на свободу беглецы просто-напросто теряют сознание.
Общая система кровообращения паука. Когда сердце сжимается, кровь передвигается не только вперед по аорте и через педицелу в головогрудь, но и по бокам через брюшные артерии вниз, и через заднюю артерию позади сердца по направлению к паутинным придаткам (По Феликсу, 1996)
Источник
