Передвижение организмов по воде

БЕСПОЗВОНОЧНЫЕ: движение в воде

Рассмотрим под микроскопом каплю воды„взятую из какого-нибудь пруда. Мы почти наверняка увидим бесформенные полупрозрачные тельца, похожие на комочки не то слизи, не то грязи. Это простейшие одноклеточные животные — амебы. Приглядевшись внимательно, мы заметим, что они движутся. Вначале у амебы по ходу движения появляется выступ. Постепенно он растет, растягивается, и наконец в образовавшуюся выпуклость перетекает все тело амебы. Кажется, что они как бы шагают, подтягивая тело к переднему концу. Двигаются амебы медленно: чтобы проделать путь в несколько десятков сантиметров, им требуется чуть ли не целый час.

Трудно сказать, какой способ передвижения самый древний, самый примитивный — амебовидный или с помощью жгутиков. Простейшие животные — жгутиконосцы — имеют нитевидные выросты-жгутики. Во время движения каждый жгутик свободным концом описывает круговое движение и как бы ввинчивается в воду. При этом, двигаясь вперед, животное вращается вокруг своей длинной оси, как снаряд, выпущенный из нарезного орудия. У других простейших животных — инфузорий — тело в большинстве случаев окружено множеством ресничек. У инфузории-туфельки таких ресничек бывает до 14 000, и каждая из них работает как весло. Но, несмотря на такое огромное количество весел, скорость туфельки невелика: она едва проплывает пять метров за час.

Многоклеточные беспозвоночные, обитающие в морях и океанах, реках и озерах, освоили самые разнообразные способы передвижения. Морские черви, пиявки плавают, волнообразно изгибая тело. Такой способ плавания требует очень сильной мускулатуры. И на самом деле, пиявки могут подтянуть груз, в 1500 раз превышающий их собственный вес!

Читайте также: Как делать воду с льдом

Многие водные беспозвоночные плавают с помощью рычагов-весел. Так плавают водяные жуки, водяные клопы, многие ракообразные. Чаще всего как весла используются ноги. Особенно интересно устроена пятая пара ног у плавающего краба. Суставы последних члеников этих ног расширены в виде лопасти весла. При заносе вперед членики сгибаются и не испытывают значительного сопротивления воды. А во время обратного движения нога выпрямляется и загребает воду как самое настоящее весло. У речного рака и омара веслом служит задняя часть «шейки». Подгребая под себя воду сильными хвостовыми лопастями, они плывут задом наперед.

Все, конечно, видели водных насекомых — водомерок, скользящих по поверхности воды, словно по льду. У них тело и лапки густо покрыты несмачивающимися волосками, и, хотя удельный вес водомерок больше единицы, сила поверхностного натяжения водной пленки легко удерживает их на поверхности. Если пинцетом погрузить насекомое в воду, то оно все покрывается серебристым слоем воздуха, а если разжать пинцет, то водомерка, как пробка, всплывает на поверхность. Для гребли она пользуется самыми длинными, средними, ногами, и за один толчок «весел» проскальзывает чуть ли не на четверть метра вперед.

Некоторые сифонофоры плавают «под парусами». Это группа кишечнополостных животных, сросшихся вместе и живущих как один организм. Высовывающийся над поверхностью воды пластинчатый гребень служит им парусом, а свисающие вниз щупальца длиной до 18 метров — килем. Скорость хода сифонофор «под парусами» не так уж мала: при ветре 6 баллов они проплывают около пяти километров в час. Во время шторма сифонофоры выпускают воздух из особых камер и опускаются в глубину.

Наиболее прогрессивный способ движения водных беспозвоночных — гидрореактивный. Считают, что простейшим реактивным двигателем обладают одноклеточные животные — грегарины. Они без видимых движений медленно скользят по воде. Долго недоумевали, как они движутся. Оказалось, что, выделяя из мельчайших отверстий на теле капли студенистого вещества, они отталкиваются от воды и таким образом продвигаются вперед.

Медузы тоже используют реактивный способ движения. У гидроидных медуз к нижнему краю зонтика прикреплена мускулистая перепонка. Попеременным расширением и сокращением ее медуза набирает под купол воду, а затем выталкивает ее наружу. При выталкивании воды она получает толчок и движется выпуклой стороной вперед. Толчки следуют один за другим через 5—6 секунд, и поэтому медуза плавает медленно. Подобие гидрореактивных двигателей имеют моллюски-гребешки, они плавают, или, вернее, прыгают в воде, хлопая створками раковины и выпрыскивая из-под них воду.

Более совершенный двигатель у личинок стрекоз. В минуту опасности они выбрасывают струю воды и быстрым скачком избегают преследования.

Признанные чемпионы по скоростному плаванию среди беспозвоночных животных — головоногие моллюски — кальмары. Они развивают скорость до 50 километров в час. Разогнавшись в воде, они могут взлетать над поверхностью моря на высоту 4—5 метров и пролетать по воздуху более 60 метров.

При движении кальмары пользуются самым совершенным гидрореактивным двигателем. Вода набирается в мантийную полость через отверстие, расположенное около головы. Мантия плотно запирается хрящевыми «запонками». Между ними на брюхе помещается воронка, сообщающаяся с мантийной полостью. Прижимая мантию к туловищу, кальмар с силой выталкивает набранную внутрь воду через переднее отверстие воронки и отталкивается от воды. Затем вновь происходит заполнение полости водой, новое сжатие мантии и новый толчок. Такие толчки, при быстром движении, повторяются до пяти раз в секунду! Плывет кальмар обычно хвостом вперед, управляя плавниками, расположенными в задней части тела. Изменив направление воронки, он может плыть головой вперед.

Головоногие моллюски наутилусы для всплытия и погружения пользуются системой гидростатических баллонов. Этот моллюск строит раковину, разделенную перегородками на несколько камер. Живет наутилус в последней, самой большой камере, а остальные наполнены газом и частично жидкостью. Перегородки посередине пронизаны сифоном — задним выростом тела животного. При подъеме к поверхности наутилус с помощью сифона наполняет камеры газом, вытесняющим воду, и раковина всплывает.

Донные беспозвоночные могут не только плавать, но и передвигаться по дну. Водные жуки, морские пауки, раки, крабы ходят и ползают по дну, точно так же, как сухопутные животные по земле. Пиявки и некоторые другие черви вытягивают передний конец тела, а затем подтягивают к нему остальную часть. Подобным образом двигаются многие моллюски. Они прикрепляются передней частью ноги-подошвы к грунту, а затем, сокращая мышцы, подтягивают тело и раковину вперед.

Наиболее интересные подводные пешеходы — морские ежи. У них помимо твердых игл имеется множество мягких полых отростков-ножек с присосками на концах. Передвигаясь, они вытягивают по ходу движения ножки, нагнетая в них воду. Когда ножки вытянутся на полную длину, еж присасывается ими к какому-либо предмету на дне, а затем затягивает воду из ножек внутрь. Ножки сокращаются и подтягивают морского ежа вперед. Потом ножки отцепляются, снова вытягиваются, присасываются, и весь цикл повторяется снова.

Таким же образом шагают по дну морские звезды, имеющие полые трубчатые ножки в каждом из пяти лучей. Понятно, что скорость иглокожих при таком способе движения невелика — они проползают за минуту не более 5—8 сантиметров.

Многие животные живут в грунте водоемов. Им тоже надо передвигаться, а это посложнее, чем плавать или ползать по дну. Черви и личинки многих насекомых пробираются в грунте, раздвигая головной частью ил или же заглатывая его и пропуская через кишечник. Подобным образом передвигается в земле и дождевой червь. Специальные копающие инструменты — иглы — есть у некоторых видов морских ежей. В зависимости от назначения иглы имеют различную форму. Передние, направленные по ходу движения, — острые и работают подобно бураву, а расположенные по бокам имеют форму ложечки и служат для откидывания грунта в стороны.

Наиболее оригинальным способом передвигаются в иле черви приапулюсы. Формой этот червь похож на огурец. На переднем конце расположено большое ротовое отверстие, через которое глотка может выворачиваться наружу. Глотка и тело покрыты рядами острых шипов, направленных назад. Внутри червя находится полость, наполненная жидкостью и занимающая более 60 процентов общего объема тела. Начиная движение, приапулюс с силой выбрасывает вперед глотку, которая раздвигает грунт. Затем червь раздувает выброшенную глотку, расширяя проделанный ход, и, подтягивая заднюю часть тела к передней, продвигается вперед. Шипы, покрывающие тело, заклинивают приапулюса в туннеле и не дают ему податься назад при выбрасывании глотки.

Источник

Передвижение организмов по воде

С кем ты хочешь подружиться? Выбери героя, который будет помогать тебе учиться, узнавать новое и соблюдать питьевой режим!

Как вода путешествует по нашему телу

Когда ты выпил стакан воды, что происходит с ней дальше? Кажется, что она так быстро покидает организм! На самом деле, за это время она успевает совершить продолжительное путешествие и сделать очень много полезных дел. Каких? Давай разберёмся.

Изо рта вода попадает в желудок. Она помогает ему переваривать пищу, растворяя её, и забирает с собой питательные вещества, которые нужны организму.

Следующий пункт — кишечник. Через его стенки вода всасывается в организм и попадает в кровеносные сосуды, которые и служат для неё «транспортом». Перемещаясь по всему телу вместе с кровью, вода доставляет питательные вещества ко всем клеткам и органам. Клетки нуждаются в этих веществах так же, как мы — в пище. Когда мы хотим есть, нам сложнее сосредоточиться на учёбе и быть активными из-за чувства голода. Так же и с клетками: когда им не хватает питательных веществ, они голодают, и мы чувствуем себя хуже.

Вода помогает каждому процессу, который происходит в нашем организме. Например, мы даже не могли бы сгибать руки и ноги, если бы не вода! Наши кости свободно двигаются в суставах благодаря особенной структуре, которая вырабатывается в организме и не даёт внутренним органам и тканям тереться друг о друга. Как ты, наверное, уже догадался, без воды эта структура не образуется.

Вода питает клетки органов. Но это — не единственное её задание! Прежде чем покинуть организм, она забирает с собой растворимые отходы жизнедеятельности клеток. Что это такое? Каждый живой организм в процессе работы избавляется от ненужного, будь то человек, животное или клетка. Когда мы поедим, часть пищи усваивается организмом, а часть — выводится из него. Так же происходит и в клетке. Вода, циркулируя в организме, забирает у клеток то, что осталось в результате их жизнедеятельности.

Когда вода выполнила всю свою работу, она покидает наше тело. Большая её часть — примерно 1 литр каждый день — выводится через почки и мочевой пузырь. Примерно пол-литра воды мы выдыхаем вместе с воздухом, а ещё часть выходит через кожу, когда мы потеем, и через кишечник.

Теперь ты узнал, какие важные задания выполняет вода в нашем организме, чтобы мы были здоровы и чувствовали себя бодро. Старайся соблюдать питьевой режим, и клетки твоего организма никогда не будут голодать!

Источник

Водное передвижение — Aquatic locomotion

Водное передвижение — это биологически продвинутое движение в жидкой среде. Простейшие двигательные системы состоят из ресничек и жгутиков . Плавание несколько раз эволюционировало у ряда организмов, включая членистоногих , рыб , моллюсков , рептилий , птиц и млекопитающих .

СОДЕРЖАНИЕ

Эволюция плавания

Плавание несколько раз развивалось по разным линиям. Предполагаемые окаменелости медуз встречаются в Эдиакарах , но первые свободно плавающие животные появляются в раннем и среднем кембрии . Они в основном связаны с членистоногими и включают аномалокаридид , которые плавают с помощью боковых долей, как современные каракатицы . Головоногие моллюски пополнили ряды нектонов в конце кембрия, а хордовые, вероятно, поплыли из раннего кембрия. Многие наземные животные сохраняют некоторую способность плавать, однако некоторые из них вернулись в воду и развили способность к водному перемещению. Однако большинство обезьян (включая людей) утратили инстинкт плавания .

В 2013 году Педро Ренато Бендер, научный сотрудник Института эволюции человека Университета Витватерсранда , предложил теорию, объясняющую потерю этого инстинкта. Названная гипотезой последнего общего предка Сачи (в честь Сачи , бразильского фольклорного персонажа, который не может преодолевать водные преграды), она утверждает, что потеря инстинктивной способности к плаванию у обезьян лучше всего объясняется ограничениями, связанными с адаптацией к древесной жизни у обезьян. последний общий предок обезьян. Бендер выдвинул гипотезу, что древние обезьяны все чаще избегали глубоководных водоемов, когда риск контакта с водой был явно выше, чем преимущества пересечения их. Уменьшение контакта с водоемами могло привести к исчезновению инстинкта собачьего весла .

Микроорганизмы

Бактериальный

Инфузории

Инфузории используют маленькие жгутики, называемые ресничками, для передвижения по воде. Одна инфузория обычно имеет от сотен до тысяч ресничек, которые плотно упакованы вместе в массивы. Во время движения отдельная ресничка деформируется, используя рабочий ход с высоким коэффициентом трения, за которым следует ход восстановления с низким коэффициентом трения. Поскольку на индивидуальном организме имеется множество ресничек, упакованных вместе, они демонстрируют коллективное поведение в метахрональном ритме . Это означает, что деформация одной реснички находится в фазе с деформацией ее соседки, вызывая волны деформации, которые распространяются по поверхности организма. Эти распространяющиеся волны ресничек позволяют организму скоординированно использовать реснички для движения. Типичным примером ресничного микроорганизма является Paramecium , одноклеточное мерцательное простейшее, покрытое тысячами ресничек. Биение ресничек позволяет парамециуму перемещаться по воде со скоростью 500 микрометров в секунду.

Жгутиковые

У некоторых организмов, таких как бактерии и сперма животных, есть жгутики, которые научились перемещаться в жидкой среде. Модель вращающегося двигателя показывает, что бактерии используют протоны электрохимического градиента для перемещения своих жгутиков. Крутящий момент в жгутике бактерий создается частицами, которые проводят протоны вокруг основания жгутика. Направление вращения жгутиков у бактерий определяется заполнением протонных каналов по периметру мотора жгутика.

Движение сперматозоидов называется подвижностью сперматозоидов . Середина сперматозоида млекопитающих содержит митохондрии, которые обеспечивают движение жгутика сперматозоидов. Двигатель вокруг основания создает крутящий момент, как у бактерий, движущихся в водной среде.

Псевдоподии

Движение с помощью псевдопода осуществляется за счет увеличения давления в одной точке на клеточной мембране . Это повышение давления является результатом полимеризации актина между корой и мембраной. По мере увеличения давления клеточная мембрана выталкивается наружу, образуя псевдопод. Когда ложноножка движется наружу, остальная часть тела тянется вперед за счет коркового напряжения. В результате клетки перемещаются в жидкой среде. Кроме того, направление движения определяется хемотаксисом . Когда хемоаттракция происходит в определенной области клеточной мембраны , полимеризация актина может начаться и переместить клетку в этом направлении. Прекрасным примером организма, использующего псевдоножки, является Naegleria fowleri .

Беспозвоночные

У лучников , медуз и их сородичей основной способ плавания — сгибание чашеобразного тела. Все медузы плавают свободно, хотя многие из них проводят большую часть времени в пассивном плавании. Пассивное плавание сродни скольжению; организм плавает, используя токи там, где это возможно, и не прилагает никакой энергии для управления своим положением или движением. Напротив, активное плавание требует затрат энергии на путешествие в желаемое место.

В билатерии существует множество способов плавания. В стрелках червей ( Chaetognatha ) волнистые их ребристое тело, а не в отличии от рыбы. Нематоды плавают волнообразными движениями тела без плавников. Некоторые группы членистоногих могут плавать, в том числе многие ракообразные . Большинство ракообразных, например креветки , обычно плавают на специальных плавательных ногах ( плеоподах ). Плавательные крабы плавают на модифицированных ходильных ногах ( переоподах ). Ракообразное дафния плавает, взмахивая усами.

Также существует ряд форм плавающих моллюсков . Многие свободно плавающие морские слизни , такие как морские ангелы , имеют структуры, напоминающие плавники. Некоторые моллюски с раковиной, такие как гребешки, могут ненадолго плавать, хлопая обеими раковинами, открывая и закрывая их. Моллюски, наиболее приспособленные для плавания, — это головоногие моллюски . Фиолетовые морские улитки используют плавучий плот из пенопласта, стабилизированный амфифильными муцинами, чтобы плавать на поверхности моря.

Среди Deuterostomia есть и несколько пловцов. Перья звезды могут плавать, раскачивая свои многочисленные руки. Beautiful Swim Feather Star en MSN Video . Сальпы движутся, прокачивая воду через свои студенистые тела. Наиболее развитые для плавания deuterostomes встречаются у позвоночных , особенно у рыб .

Реактивный двигатель

Реактивное движение — это метод передвижения в воде, при котором животные заполняют мышечную полость и выбрасывают воду, чтобы заставить их двигаться в направлении, противоположном струе воды. Большинство организмов оснащено одним из двух вариантов реактивного движения; они могут втягивать воду сзади и выталкивать ее сзади, например, медузы, или втягивать воду спереди и выталкивать ее сзади, например, сальпы. Заполнение полости вызывает увеличение массы и сопротивления животного. Из-за большой сужающейся полости скорость животного колеблется при движении по воде, ускоряясь при выталкивании воды и замедляясь при всасывании воды пылесосом. Несмотря на то, что этими колебаниями сопротивления и массы можно пренебречь, если частота циклов реактивного движения достаточно высока, реактивное движение является относительно неэффективным методом передвижения в воде.

Все головоногие моллюски могут двигаться за счет реактивного движения , но это очень энергоемкий способ передвижения по сравнению с хвостовым движением, используемым рыбами. Относительная эффективность реактивного движения снижается по мере увеличения размера животного. Со времен палеозоя, когда конкуренция с рыбой создавала среду, в которой эффективное движение было решающим для выживания, реактивное движение отошло на второй план, а плавники и щупальца использовались для поддержания постоянной скорости. Тем не менее, стоп-старт, обеспечиваемый реактивными двигателями, по-прежнему полезен для обеспечения высокоскоростных всплесков — не в последнюю очередь при поимке добычи или избегании хищников. Действительно, это делает головоногих моллюсков самыми быстрыми морскими беспозвоночными, и они могут обогнать большинство рыб. Кислородная вода попадает в полость мантии к жабрам, и в результате мышечного сокращения этой полости отработанная вода выбрасывается через гипоном , образованный складкой в мантии. Движение головоногих моллюсков обычно назад, поскольку вода вытесняется вперед через гипоном, но направление можно в некоторой степени контролировать, направляя его в разные стороны. Большинство головоногих моллюсков плавают (т.е. обладают нейтральной плавучестью ), поэтому им не нужно плавать, чтобы оставаться на плаву. Кальмары плавают медленнее, чем рыбы, но используют больше энергии для увеличения скорости. Снижение эффективности связано с количеством воды, которое кальмар может ускорить из своей мантии.

Медузы используют одностороннюю конструкцию водной полости, которая генерирует фазу непрерывных циклов реактивного движения, за которой следует фаза покоя. Эффективность Фруда составляет около 0,09, что указывает на очень дорогостоящий метод передвижения. Метаболические затраты на транспортировку медузы высоки по сравнению с рыбой такой же массы.

Другие реактивные животные имеют аналогичные проблемы с эффективностью. Морские гребешки , похожие на медузы, плавают, быстро открывая и закрывая свои раковины, которые втягивают воду и выталкивают ее со всех сторон. Это движение используется как средство спасения от хищников, таких как морские звезды . Впоследствии раковина действует как судно на подводных крыльях, противодействуя тенденции морского гребешка тонуть. Эффективность Фруда для этого типа движения низкая, около 0,3, поэтому он используется в качестве механизма аварийного спасения от хищников. Однако объем работы, выполняемой гребешком, снижается за счет эластичного шарнира, соединяющего две раковины двустворчатого моллюска. Кальмары плавают, втягивая воду в полость своей мантии и выталкивая ее через сифон. Эффективность их водометной двигательной установки по Фруду составляет около 0,29, что намного ниже, чем у рыбы той же массы.

Большая часть работы, выполняемой мышцами морского гребешка для закрытия его оболочки, сохраняется в виде упругой энергии в ткани абдуктина, которая действует как пружина, открывающая оболочку. Эластичность приводит к тому, что работа, выполняемая против воды, становится низкой из-за больших отверстий, в которые должна входить вода, и маленьких отверстий, которые должна оставлять вода. Инерционная работа водометного движителя также невелика. Из-за низкой инерционной работы экономия энергии, создаваемая эластичной тканью, настолько мала, что ею можно пренебречь. Медузы также могут использовать свою эластичную мезоглею, чтобы увеличить свой колокол. Их мантия содержит слой мышц, зажатый между эластичными волокнами. Мышечные волокна проходят вокруг раструба по окружности, в то время как эластичные волокна проходят через мышцу и по бокам раструба, чтобы предотвратить удлинение. После однократного сокращения колокол пассивно вибрирует на резонансной частоте, наполняя колокол. Однако, в отличие от гребешков, инерционная работа похожа на гидродинамическую из-за того, как медузы выталкивают воду через большое отверстие с низкой скоростью. Из-за этого отрицательное давление, создаваемое вибрирующей полостью, ниже положительного давления струи, а это означает, что инерционная работа мантии мала. Таким образом, реактивный двигатель показан как неэффективный способ плавания.

Источник