Биология: теория

Простыми словами

В капле воды из пруда под микроскопом видны крошечные существа: одни переливаются, как капля киселя, другие быстро плывут, взмахивая волосками. Каждое — одна клетка, но живёт как целый организм: питается, дышит, двигается и размножается. Это простейшие.

Признаки животных и систематика

Основная единица систематики — вид. Двойные латинские названия видов ввёл Карл Линней. Виды объединяют в всё более крупные группы:

вид → род → семейство → отряд → класс → тип → царство

Амёба обыкновенная

Инфузория-туфелька и эвглена зелёная

Жизнедеятельность и значение

• Размножение — бесполое, делением клетки надвое. У туфельки есть и половой процесс — конъюгация: две клетки временно соединяются и обмениваются частью ядерного материала; число особей при этом не растёт.
• Циста — покоящаяся стадия с плотной защитной оболочкой; так простейшие переживают засуху, холод и переносятся ветром.
• Раздражимость: туфелька уплывает от кристаллика соли и собирается у скопления бактерий.

Многообразие: саркодовые (амёба, фораминиферы, радиолярии с минеральным скелетом), жгутиковые (эвглена, вольвокс — колония), инфузории (ресничные), споровики (паразиты, например малярийный плазмодий).

Подробнее: детали строения и жизни

Простейших называют одноклеточными животными: их тело — одна клетка, выполняющая все функции организма (питание, дыхание, выделение, движение, размножение). Фауна — животный мир какой-либо территории.

• Амёба обыкновенная живёт в пресной воде прудов и канав; относится к саркодовым (корненожкам). Когда она выпускает ложноножку, цитоплазма перетекает в сторону выроста. Захват пищи ложноножками — фагоцитоз. Непереваренные остатки выбрасываются наружу в любом месте поверхности клетки (у туфельки — через постоянное отверстие, порошицу). Дышит всей поверхностью тела. При размножении сначала ядро делится надвое.
• Сократительная вакуоль особенно нужна пресноводным простейшим: в их клетку постоянно проникает лишняя вода, и вакуоль её откачивает. У туфельки их две — ближе к переднему и к заднему концу клетки.
• Эвглена: светочувствительный глазок — красного цвета; на свету плывёт к свету, нужному для фотосинтеза; запасает углевод, похожий на крахмал.
• В почве простейшие участвуют в почвообразовании, поедая бактерий. Лямблия живёт в кишечнике человека и вызывает лямблиоз.

Простыми словами

Гидра — «живой мешочек» с щупальцами, а черви — уже «трубки» с головой и хвостом. Шаг за шагом тело животных усложняется: появляются третий слой клеток, сквозной кишечник, кровеносные сосуды. Эта тема — о четырёх ступенях такой лестницы.

Кишечнополостные: гидра

Пищеварение и полостное, и внутриклеточное. Нервные клетки образуют сеть — диффузная нервная система. Гидра размножается почкованием и половым путём, способна к регенерации.

Другие кишечнополостные: медузы (аурелия, цианея), коралловые полипы, актинии. Все живут в воде.

Симметрия тела

Плоские и круглые черви

Кольчатые черви: дождевой червь

Тело из колец-члеников, на них щетинки. Передний конец толще и темнее, задний — сплющенный. Поясок (утолщение в передней трети тела) хорошо заметен у половозрелых червей. Дышит всей поверхностью влажной кожи, поэтому после дождя выползает наверх.

Кровеносная система замкнутая: спинной и брюшной сосуды соединены кольцевыми; утолщённые кольцевые сосуды работают как «сердца». Нервная система — окологлоточное кольцо и брюшная нервная цепочка.

Подробнее: типы, полости тела, паразиты

• Гидра: щупальцами со стрекательными клетками (защита и охота) парализует добычу ядом и подтягивает ко рту; почкуется летом, в тёплое время, а осенью размножается половым путём. Ожог медузы-крестовичка опасен для человека ядом стрекательных клеток.
• Планария выдвигает глотку через рот и засасывает добычу; глазки различают свет и темноту.
• Органы прикрепления паразитических червей — присоски и крючья. Промежуточный хозяин печёночного сосальщика — малый прудовик. Аскарида питается полупереваренной пищей в кишечнике хозяина; человек заражается, проглатывая яйца с немытыми овощами и грязной водой. У детей чаще всего паразитирует острица.
• Дождевой червь: сегментация — деление тела на сходные повторяющиеся участки; почти в каждом сегменте повторяются органы выделения и узлы нервной цепочки; на каждом сегменте 4 пары щетинок — ими червь цепляется за стенки норки. Передний конец заострённее, ближе к нему расположен поясок; поясок выделяет слизь, из которой образуется кокон с яйцами. Кровь движут сокращения стенок сосудов и кольцевых «сердец». После дождя вода заполняет ходы, и червям не хватает воздуха — они выползают наверх.

Простыми словами

Улитка, мидия и осьминог — родственники. Все они моллюски («мягкотелые»): тело мягкое, без члеников, обычно защищено раковиной. Улитка носит «домик», мидия прячется между двумя «створками», а кальмар свою раковину почти потерял и стал быстрым хищником.

Брюхоногие и двустворчатые

Раковина и жемчуг

Раковину выделяет мантия. Три слоя: роговой (снаружи, защищает от растворения), известковый (фарфоровидный) и перламутровый (внутренний, блестящий).

Головоногие: кальмар

Нога головоногих превратилась в щупальца-руки с присосками (у кальмара 8 рук и 2 длинных ловчих щупальца) и воронку. Двигаются реактивно: набирают воду в мантийную полость и с силой выбрасывают через воронку. В опасности выбрасывают через воронку и чернильную жидкость из чернильного мешка. Раковина у кальмара — внутренняя роговая пластинка, у осьминога её нет. Глаза крупные, мозг защищён хрящевым «черепом» — это самые сложные моллюски.

Сравнение классов

Значение моллюсков

Подробнее: детали строения и образ жизни

• Прудовик живёт в пресных водоёмах; глаза — у основания щупалец; нога — широкая подошва для ползания, она выделяет слизь, облегчающую скольжение. Тёркой соскабливает налёт водорослей и мягкие части растений. Виноградная улитка живёт на суше во влажных местах, ест листья растений.
• Беззубка лежит на дне пресных водоёмов, зарывшись в ил клиновидной ногой. Сифоны — на заднем конце тела; через вводной в тело поступает вода с кислородом и мелкими пищевыми частицами. Кольца на створках, расходящиеся от макушки, показывают годы роста. Двустворчатых называют фильтраторами: они процеживают воду и питаются взвешенными частицами. Поэтому моллюсков из загрязнённых водоёмов есть нельзя — они накапливают в теле вредные вещества.
• Водные моллюски дышат жабрами (прудовик — лёгким).
• Кальмар: 10 щупалец (8 рук и 2 длинных ловчих — схватывать добычу на расстоянии), у осьминога — 8. Мантия набирает воду и, сокращаясь, выталкивает её через воронку — реактивный рывок; плавники служат для медленного плавания и управления. Глаз кальмара сходен с глазом позвоночных. Чернильная железа выпускает облако чернил, чтобы спастись от врага. Гигантский кальмар — самое крупное беспозвоночное.
• Корабельный червь протачивает ходы в деревянных сооружениях.

Простыми словами

Рак, паук и жук носят «доспехи» — твёрдый наружный скелет из хитина, а их ноги согнуты в суставах, как у рыцарских лат. Отсюда название — членистоногие. Это самый большой тип животных: их больше, чем всех остальных вместе взятых.

Ракообразные: речной рак

• Две пары усиков — воспринимают прикосновения и запахи; сложные глаза на стебельках.
• Пять пар ходильных ног, первая — с клешнями.
• Дышит жабрами (у оснований ходильных ног).
• Резко подгибая брюшко с хвостовым плавником, рак плывёт назад.
• Линька: рак сбрасывает старый панцирь и быстро растёт, пока новый мягкий; в это время прячется.
• Речной рак не выносит загрязнённой воды — он показатель чистоты водоёма.

Другие ракообразные: дафнии и циклопы (корм рыб), крабы, креветки, омары (промысел), мокрицы (живут на суше).

Паукообразные: паук-крестовик

• Два отдела: головогрудь и нерасчленённое брюшко.
• Четыре пары ходильных ног, усиков нет.
• Спереди — хелицеры (челюсти-крючки с ядовитыми железами) и педипальпы (щупальца).
• Дыхание — лёгочными мешками и трахеями.
• На брюшке — паутинные бородавки: из них выходит паутина, из неё паук плетёт ловчую сеть.
• Внекишечное пищеварение: паук впрыскивает в добычу пищеварительный сок и затем всасывает разжиженную пищу.

Пауки приносят пользу — уничтожают множество насекомых-вредителей. Опасен для человека в степях юга России каракурт.

Клещи — тоже паукообразные, тело у них слитное. Таёжный (иксодовый) клещ переносит клещевой энцефалит и боррелиоз; чесоточный зудень вызывает чесотку; паутинный клещ вредит растениям.

Сравнение классов

Задачи на счёт

Подробнее: членистоногие в деталях

• Членистоногие произошли от древних кольчатых червей. Хитиновый покров называют наружным скелетом: к нему изнутри прикрепляются мышцы. Хорошо развиты зрение, осязание, обоняние.
• Речной рак днём прячется в норе под корягой или камнем, ночью охотится; ест и живую добычу, и падаль. Головогрудь сверху покрыта цельным прочным панцирем. Клешни нужны, чтобы захватывать и удерживать пищу и защищаться. Самка вынашивает икру, а потом рачков на брюшных ножках. Основу морского планктона составляют мелкие рачки. Рак-отшельник прячет мягкое брюшко в чужой раковине.
• Паук: от головогруди отходят шесть пар конечностей — хелицеры (прокалывают добычу и вводят яд), педипальпы (ощупывают и удерживают добычу) и четыре пары ходильных ног (8 ног). Паутинные бородавки — на конце брюшка; паутина нужна для ловчих сетей, коконов и убежищ. Пищеварение внекишечное (наружное): паук впрыскивает в добычу пищеварительный сок и всасывает разжиженную пищу.
• У клеща отделы тела слиты в одно целое. Если клещ присосался — как можно скорее удалить его и обратиться к врачу. Скорпион имеет на конце брюшка ядовитое жало.

Простыми словами

Пчела, жук, бабочка и муха устроены по одному плану: тело из трёх отделов, шесть ног, одна пара усиков и чаще всего крылья. Это самый многочисленный класс животных на Земле — насекомых больше миллиона видов.

Строение насекомого

• Голова: одна пара усиков (осязание и обоняние), сложные (фасеточные) глаза, ротовой аппарат.
• Грудь: три пары ног и обычно две пары крыльев.
• Брюшко: на боках — дыхальца (стигмы), через которые воздух входит в трахеи — ветвящиеся трубочки, несущие кислород прямо к органам.
• Покров — хитин; кровеносная система незамкнутая; нервная — окологлоточное кольцо и брюшная нервная цепочка; выделение — мальпигиевы сосуды.

Ротовые аппараты

Типы развития

Отряды и значение

Задачи на счёт

Подробнее: жук, пчёлы и поведение

• Грудь насекомого — из трёх сегментов (передне-, средне- и заднегрудь), на каждом пара ног. У жука надкрылья прикреплены ко второму сегменту, перепончатые крылья — к третьему (заднегруди). В полёте жук приподнимает надкрылья, а машет перепончатыми крыльями. Майский жук — из пластинчатоусых: концы его усиков состоят из подвижных пластинок.
• Гемолимфа («кровь» насекомых) переносит питательные вещества, но почти не переносит кислород — его доставляют трахеи.
• Инстинкт — цепочка врождённых форм поведения (постройка сот, плетение кокона).
• Большими семьями с разделением обязанностей живут пчёлы, муравьи, термиты. В пчелиной семье яйца откладывает матка; рабочие пчёлы строят соты, собирают нектар, кормят личинок; трутни — самцы.
• Постельный клоп — отряд полужесткокрылых (клопов). Гусеница капустной белянки ест листья капусты.

Простыми словами

У рыбы, лягушки, птицы и человека есть общее: внутри тела по спине проходит опора — у самых простых гибкий стержень-хорда, у остальных позвоночник. Все они — хордовые. Рыбы — первые и самые древние позвоночные, отлично приспособленные к жизни в воде.

Тип Хордовые

Внешнее строение рыбы

Тело обтекаемое, покрыто чешуёй и слизью — меньше трения. Жаберная крышка прикрывает жабры. Боковая линия — орган чувств: воспринимает направление и силу течения воды, приближение предметов.

Внутреннее строение

Сердце и кровообращение

Сердце рыбы двухкамерное: предсердие и желудочек. Из сердца кровь поступает в жабры, насыщается кислородом и разносится по телу. Круг кровообращения один.

Классы и многообразие рыб

Подробнее: жизнь рыб и их многообразие

• Ланцетник живёт в морском песке на мелководье. Видов хордовых значительно меньше, чем членистоногих.
• Рыбы холоднокровные: температура тела зависит от воды. Дышат жабрами: жаберные крышки ритмично приподнимаются и опускаются, прокачивая воду; живые жабры ярко-красные от крови. Венозная кровь становится артериальной в жабрах. Печень выделяет желчь для переваривания жиров. У рыб особенно развит мозжечок (координация движений); звук воспринимают внутренним ухом. Слизь на чешуе уменьшает трение о воду и защищает от бактерий.
• Нерест — икрометание: самка мечет икру, самец поливает её молоками. Путь к местам нереста — нерестовая миграция. Икринок очень много, потому что большая часть икры и мальков погибает. О потомстве заботится, например, колюшка — охраняет гнездо.
• Многообразие: акула, скат — хрящевые; окунь, щука — костные; осётр, севрюга, белуга — осетровые; двоякодышащие дышат и жабрами, и лёгким; кистепёрая латимерия — «живое ископаемое».
• Рыбы — важное звено цепей питания водоёмов. Промысловые рыбы — те, которых добывают в больших количествах; вылов ограничивают, чтобы популяции успевали восстанавливаться. Рыбоводство — разведение рыб в искусственных условиях.

Простыми словами

Лягушка — «житель двух миров»: икру мечет в воду, головастик дышит жабрами как рыба, а взрослая лягушка выходит на сушу, но без влаги быстро пересыхает. Ящерица уже по-настоящему сухопутна: сухая кожа в чешуе и яйца в плотной оболочке позволяют ей жить даже в пустыне.

Лягушка: строение и развитие

Части тела: голова (глаза с веками, ноздри, барабанная перепонка — орган слуха), туловище, передние и более длинные задние конечности с плавательными перепонками. Шеи и хвоста у взрослой лягушки нет.

• Дышит лёгкими и кожей; кожа покрыта слизью — газообмен идёт через неё.
• Сердце трёхкамерное, кругов кровообращения два, в желудочке кровь частично смешивается.
• Оплодотворение наружное: икра откладывается в воду.

Головастик — водная личинка: хвост, жабры, боковая линия, двухкамерное сердце и один круг кровообращения, как у рыбы. В ходе превращения появляются лёгкие и конечности (сначала задние), хвост рассасывается.

Ящерица: жизнь на суше

Части тела прыткой ящерицы: голова, шея, туловище, длинный хвост, конечности (расставлены в стороны — тело почти касается земли, «пресмыкается»).

• Кожа сухая, покрыта роговыми чешуями; растёт ящерица, периодически сбрасывая роговой покров — линька.
• Дышит только лёгкими; дыхание за счёт движений грудной клетки (есть рёбра и грудина).
• Сердце трёхкамерное с неполной перегородкой в желудочке — кровь смешивается меньше. У крокодилов сердце четырёхкамерное.
• Оплодотворение внутреннее; откладывает на суше яйца с плотной (кожистой или известковой) оболочкой и запасом питательных веществ.
• При опасности может отбросить хвост (автотомия), потом он отрастает.

Отряды: чешуйчатые (ящерицы, змеи), черепахи, крокодилы, клювоголовые (гаттерия).

Трёхкамерное сердце

Сравнение и значение

Подробнее: поведение, охрана, первая помощь

• Земноводные и пресмыкающиеся — холоднокровные: температура тела зависит от температуры среды; в холод их активность падает, зимой они впадают в оцепенение.
• Лягушка: барабанная перепонка воспринимает звуковые колебания и передаёт их в среднее ухо. Кожа должна быть влажной: через сухую кожу газообмен не идёт. Добычу ловит, выбрасывая липкий язык. Развитие — с превращением (метаморфозом): икра → головастик → лягушонок. Численность земноводных сокращается, потому что загрязняются и осушаются водоёмы.
• Ящерица: когти на пальцах помогают цепляться за грунт и камни при беге и лазании; хвост отбрасывает, чтобы спастись от хищника. У змеи язык раздвоен на конце и служит органом обоняния; ядовитая змея вводит яд через ядовитые зубы при укусе. При укусе ядовитой змеи пострадавшего нужно срочно доставить к врачу (жгут не накладывают, ранку не прижигают).
• Черепаха может втянуть голову и ноги, потому что у неё есть панцирь. Морские черепахи выходят на берег только откладывать яйца. В мезозое на Земле господствовали динозавры.

Простыми словами

Птица — «летательный аппарат», в котором всё подчинено полёту: лёгкие полые кости, обтекаемое тело в перьях, мощные грудные мышцы и очень быстрый обмен веществ. Поэтому птицы теплокровны и могут жить и в жару, и в мороз.

Внешнее строение и перо

Части тела: голова (клюв, глаза, ушное отверстие), шея, туловище, крылья, хвост, ноги. Нижняя часть ноги — цевка: она образована сросшимися костями стопы (и части предплюсны); на ней пальцы с когтями. На крыле — маховые перья, на хвосте — рулевые.

Копчиковая железа над хвостом выделяет жир; птица смазывает им перья, и они не намокают — особенно важно для водоплавающих (утки).

Приспособления к полёту

• Скелет лёгкий и прочный: кости тонкие, многие полые, с воздухом; на грудине — киль, к нему крепятся мощные грудные мышцы, опускающие крыло; кости таза и поясничные позвонки срастаются; позвонки туловища почти неподвижны.
• Шея очень подвижная: туловище жёсткое, и доставать пищу, чистить перья, оглядываться приходится только головой.
• Двойное дыхание: лёгкие связаны с воздушными мешками. Воздух проходит через лёгкие и на вдохе, и на выдохе — газообмен идёт дважды. Мешки также облегчают тело и охлаждают его.
• Нет мочевого пузыря, у самки один яичник — меньше вес; пища переваривается быстро.
• Сердце четырёхкамерное: два предсердия и два желудочка, артериальная и венозная кровь не смешиваются. Органы получают богатую кислородом кровь, обмен веществ интенсивный → постоянная температура тела (теплокровность).

Яйцо и развитие

Сезонные миграции — перелёты к местам зимовки и обратно. Птицы бывают перелётными, кочующими и оседлыми.

Группы птиц и счёт

Экологические группы: птицы леса (дятел, клёст), открытых пространств (страус, дрофа), водоплавающие (утка, гусь), болотные (цапля, журавль), хищные (орёл, ястреб, сова). Насекомоядные птицы уничтожают вредителей садов, полей и лесов; хищные регулируют численность грызунов.

Подробнее: питание, размножение, сезонная жизнь

• Обтекаемая форма тела уменьшает сопротивление воздуха в полёте; сросшиеся кости таза — прочная опора для задних конечностей. Лучше всего у птиц развиты зрение и слух. Отсутствие мочевого пузыря уменьшает массу тела.
• Пищеварение: зубов нет; зоб временно запасает и размягчает пищу, а перетирает её мускульный отдел желудка с проглоченными камешками. Интенсивный обмен веществ обеспечивают дыхательная и кровеносная системы вместе; по сравнению с рыбами у птиц есть второй круг кровообращения — лёгочный.
• Размножение: оплодотворение внутреннее; гнёзда строят, чтобы отложить яйца и вырастить птенцов; яйца насиживают, чтобы зародыш развивался в тепле. Линька — смена изношенного оперения. Утки не намокают: перья смазаны жиром копчиковой железы.
• Оседлые птицы живут в одной местности круглый год, перелётные улетают на зимовку в тёплые края — зимой им не хватает корма. Орнитологи кольцуют птиц, чтобы изучать перелёты и продолжительность жизни. Кормушки помогают зимующим птицам пережить бескормицу; скворечники и синичники — гнездиться там, где мало дупел.
• Отряды: курица — куриные; утка и гусь — гусеобразные; предок домашних голубей — сизый голубь; пингвин плавает и ныряет, но не летает. Хищные птицы регулируют численность грызунов и уничтожают ослабленных животных.

Простыми словами

Кошка, кит, летучая мышь и человек — все млекопитающие. Они очень разные, но у всех детёныши питаются молоком матери, тело покрыто волосами, а температура тела постоянная. Это самый высокоорганизованный класс животных.

Внешнее строение и кожа

Тело покрыто шерстью: длинные жёсткие остевые волосы и густой мягкий подшёрсток (держит тепло). Вибриссы — длинные чувствительные волосы на морде: ими зверь ощупывает предметы в темноте. Есть ушные раковины, конечности расположены под туловищем — движение быстрое.

Зубная система

Зубы млекопитающих дифференцированы (разные по форме и работе) и сидят в ячейках челюстей: резцы откусывают, клыки удерживают и рвут добычу, коренные перетирают и разжёвывают пищу. По зубам можно узнать, чем питается зверь.

Внутреннее строение

Отряды млекопитающих

Значение и охрана

Подробнее: строение, развитие, охрана

• Кожа: из рогового слоя образуются волосы, а также когти, ногти и копыта. Подкожная жировая клетчатка особенно толстая у китов и тюленей — сохраняет тепло в воде.
• Шейных позвонков у большинства млекопитающих семь — даже у жирафа. Ушная раковина — наружная часть уха, собирающая звуки; в среднем ухе три слуховые косточки.
• Когда диафрагма сокращается и уплощается, объём грудной полости увеличивается — происходит вдох. Два круга кровообращения и четырёхкамерное сердце — у птиц и млекопитающих. Кишечник особенно длинный у растительноядных. Корова жуёт жвачку, чтобы перетереть отрыгнутую полупереваренную траву.
• Зародыш у большинства развивается в матке и получает питание от матери через плаценту.
• Млекопитающие произошли от древних зверозубых пресмыкающихся.
• Значение: разносят семена и плоды на шерсти и в кишечнике; кроты и суслики улучшают почву норами; хищники регулируют численность других животных и оздоровляют популяции — истреблять их нельзя. Промысловые звери — те, кого добывают ради меха и мяса. Акклиматизация — приспособление вида к жизни в новом районе. Заповедники и национальные парки сохраняют редкие виды и места их обитания.

Простыми словами

Животные не появились сразу такими, как сейчас. За сотни миллионов лет от простых одноклеточных произошли черви, моллюски, насекомые, рыбы, а от рыб — наземные позвоночные. Это эволюция — историческое развитие живого. А экология изучает, как животные живут сегодня: кто кого ест и как все они связаны со средой.

Систематика животных

Чем ниже категория, тем больше сходства: животные одного вида почти одинаковы, а одного царства — очень разные. Название категории (тип, класс) — не то же, что название группы (таксона): «Класс» — категория, «Птицы» — таксон.

Усложнение животного мира

Такая схема показывает усложнение животных в ходе эволюции: каждая следующая группа сохраняет «изобретения» предков и добавляет новые.

Эволюция животных

Первыми на сушу вышли древние земноводные (от кистепёрых рыб). Важнейшее событие на заре эволюции — появление многоклеточности: клетки стали специализироваться и образовывать ткани.

Экология: цепи питания и пирамида

Экология изучает связи организмов между собой и со средой обитания.

Охрана животного мира

Сохранять многообразие животных важно: каждый вид — незаменимое звено природных сообществ; исчезновение одного вида нарушает цепи питания.

Подробнее: понятия экологии и эволюции

• Пережить зиму помогают запасание корма, спячка, миграции, густой мех.
• Если исчезнет первое звено (растения), разрушится вся цепь питания. Если исчезнет хищник, поедающий лягушек (уж), число лягушек сначала увеличится.
• Систематика на примере: отряд Хищные — тигр, рысь, волк, медведь; семейство Кошачьи — тигр, рысь; волк — семейство Псовые. Класс Птицы — воробей, голубь, пингвин.
• Жизнь зародилась в воде; первыми были одноклеточные организмы без ядра. Сходство зародышей позвоночных на ранних стадиях доказывает их общее происхождение; родословное древо показывает родственные связи групп. Утконос сочетает признаки пресмыкающихся (откладывает яйца) и млекопитающих (кормит молоком). Птицы и млекопитающие получили важное преимущество — постоянную температуру тела.