общий очерк1

Позвоночные характеризуются наличием внутреннего осевого скелета, двусторонней (двубоковой) симметрией тела, характерным расположением основных систем органов, двумя парами конечностей, двуслойным строением покровов, замкнутой кровеносной системой, сложно устроенной — трубчатой — нервной системой, высоким развитием органов чувств и другими признаками.

У зоологов нет пока единого мнения о количестве классов в типе позвоночных. В данном издании принято подразделение:

ТИП ПОЗВОНОЧНЫЕ (Vertebrata)

Подтип Бесчерепные (Acrania)

Класс Ланцетники (Amphioxi)

Подтип Черепные (Craniata)

Надкласс Бесчелюстные (Agnatha)

Класс Круглоротые (Cyclostomata)

Надкласс Челюстноротые (Gnathostomata)

Класс Хрящевые рыбы (Chondrichthyes)

Подкласс Пластиножаберные (Elasmobranchii)

Подкласс Слитночерепные, или Цельноголовые (Holocephali)

Класс Костные рыбы (Osteichthyes)

Подкласс Лопастеперые (Sarcopterygii)

Подкласс Лучеперые (Actinopterygii)

Класс Земноводные, или Амфибии (Amphibia)

Пресмыкающиеся, или Рептилии (Reptilia)

Птицы (Aves)

Млекопитающие (Mammalia)

Классы Ланцетники и Круглоротые содержат рыбообразных животных — ланцетников, миног и миксин; классы Хрящевые рыбы и Костные рыбы рассматривались ранее в качестве одного класса — Рыбы (Pisces).

Для типа позвоночных особенно характерен внутренний скелет, основой которого является прочный осевой стержень— хорда или позвоночник. Эта опора скелета простирается вдоль всего тела от переднего до хвостового конца. Хорда — это упругий стержень из пузырчатых клеток, заключенных в прочный волокнистый чехол, сохраняющийся в таком виде у низших позвоночных — ланцетников — в течение всей жизни. У нескольких групп беспозвоночных животных (кишечнодышащие, оболочники) имеются в строении зачатки хорды, в связи с чем их иногда объединяют вместе с позвоночными в надтип хордовых. Хорда имеется у зародышей всех позвоночных. У большинства позвоночных хорда во время развития замещается костными позвонками; остатки ее сохраняются у взрослых только в виде упругих межпозвонковых дисков. Скелет у большинства позвоночных построен преимущественно из костной ткани, которая образуется особыми костными тельцами (клетками — остеобластами), и растет и перестраивается в течение всей жизни животного.

Позвоночник образован отдельными костными позвонками, между которыми расположены упругие линзовидные межпозвонковые диски. Такая структура придает одновременно прочность и упругость этой основной опоре тела позвоночных животных. Типичный позвонок состоит из кольцеобразного или цилиндрообразного тела позвонка и отходящих от тела парных отростков — верхних и нижних дуг.

Концы верхних дуг обеих сторон соединяются друг с другом, образуя канал, в котором расположен спинной мозг. Нижние дуги в области туловища образуют короткие поперечные отростки, с которыми сочленены ребра. В области хвоста концы их соединяются внизу, образуя канал, по которому проходят хвостовая артерия и вена. Таким образом, позвоночник не только служит опорой всего тела, но его отростки и сочленяющиеся с ними ребра образуют и защитную костную грудную клетку — футляр для важнейших систем органов позвоночных.

С передним концом позвоночника у всех черепных позвоночных сочленена черепная коробка. Она представляет собой хрящевой или костный футляр, в средней части которого помещается головной мозг, а в боковых частях — капсулы парных органов чувств: обоняния, зрения и слуха. С черепной коробкой снизу сочленен так называемый висцеральный скелет (от латинского висцера — внутренности). Он представляет собой исходно ряд дуг, которые в эволюции позвоночных преобразовались в скелет челюстей, подъязычную кость и слуховые косточки.

Позвоночные имеют, как правило, две пары конечностей — передние и задние, с их опорными поясами — плечевым и тазовым, связанными обычно с позвоночником. Нет конечностей только у низших позвоночных — ланцетников и круглоротых — и у вторично утративших их змеевидных животных.

В соответствии со средой обитания водные позвоночные — бесчерепные (ланцетники), круглоротые (миноги и миксины) и рыбы — дышат жабрами. Конечности у рыб сформированы в виде плавников. Тело имеет более или менее рыбовидную или торпедовидную форму, без внешнего обособления в нем шеи, и основным органом движения у них служит хвост.

Наземные позвоночные — земноводные, пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие — дышат легкими (только развивающиеся в воде личинки земноводных имеют жабры). В дополнение к голове, туловищу и хвосту у наземных позвоночных обособляется шея, благодаря чему голова приобретает подвижность. Парные конечности у наземных позвоночных построены по принципу сложных рычагов, имеют в основе пятипалое строение и служат у большинства для передвижения по суше и в воздухе.

Непарных конечностей, соответствующих непарным плавникам водных животных, у наземных позвоночных нет.

Кожа позвоночных — плотный и прочный покров, обособляющий организм от внешней среды, состоит из двух слоев: поверхностного — надкожицы, или эпидермиса, и нижнего — собственно кожи, или дермы (от греческих слов эпинаидерма — кожа). Эпидермис у ланцетников однослойный, у всех остальных позвоночных — многослойный, причем у водных — рыбообразных и рыб, а также у земноводных он снабжен слизистыми железами; у высших наземных позвоночных наружный слой эпидермиса ороговевает, образуя роговые чешуи — у пресмыкающихся, перья — у птиц, волосы — у млекопитающих. В эпидермисе высших позвоночных также развиваются разнообразные кожные железы: потовые, сальные, слизистые.

Важнейшие системы внутренних органов расположены вдоль осевого скелета — хорды или позвоночника: над хордой — центральная нервная система, под ней — спинной ствол .кровеносной системы (спинная аорта). По обе стороны вдоль спинной аорты расположены органы выделения — почки. Ниже этого спинного комплекса систем органов, внутри туловища, расположены брюшная и околосердечная полости тела, содержащие органы пищеварения п другие системы органов («внутренности») и сердце.

Система органов пищеварения объединяет длинную, усложняющуюся у высших классов позвоночных пищеварительную трубку и несколько пищеварительных желез, соединенных с пищеварительной трубкой протоками. Пищеварительная трубка подразделяется на ротовую полость, глотку, пищевод, желудок, тонкую и толстую кишки. Основные пищеварительные железы — печень и поджелудочная железа. Печень выделяет желчь, которая способствует перевариванию жиров; поджелудочная железа выделяет соки, участвующие в переваривании белков и углеводов. Участвует в пищеварении также слюна, выделяемая в ротовую полость слюнными железами.

Особое значение имеет глотка, из стенок которой развиваются железы внутренней секреции — щитовидная и зобная — и которая всегда бывает связана с органами дыхания. У водных позвоночных боковые стенки глотки прободены жаберными щелями, а у двоякодышащих рыб и у наземных животных от ее брюшной стенки отходит дыхательная трубка, ведущая к легким.

Кровеносная система позвоночных замкнутая, т. е. кровь циркулирует по сети сосудов по всему телу, нигде не застаиваясь в полостях — лакунах. Центральный орган системы — сердце — расположен на брюшной стороне. Только у низших позвоночных— ланцетников — сердце не сформировано и его функции выполняет передний отдел брюшного сосуда. У большинства рыб сердце двухкамерное, у земноводных и высших позвоночных — трехкамерное и четырехкамерное. Сердце — сложно устроенный орган, снабженный мощной мускулатурой и регулирующими ток крови клапанами.

Ритмические сокращения мышц сердца (пульсация) гонят кровь по артериям к голове, головному мозгу, органам дыхания, в спинную аорту. Кровь расходится по утончающимся сосудам по всему телу, отдавая тканям и органам кислород (полученный ею при прохождении через органы дыхания) и питательные вещества. В почках и в печени она растекается по мельчайшим сосудам — капиллярам, через стенки которых протекает обмен веществ, и вновь собирается в вены, ведущие ее к сердцу. Это характерные для позвоночных воротные системы печени и почек. Кровообращение у высших позвоночных достигло большого совершенства, обеспечивающего поддержание собственной постоянной температуры тела и повышение энергетического уровня жизнедеятельности.

Центральная нервная система имеет вид трубки, располагающейся обычно в канале, образованном верхними дугами позвонков над позвоночником. В голове она расширяется и усложняется, образуя головной мозг, защищенный черепной коробкой.

Головной мозг чрезвычайно усложняется у высших позвоночных, разделяясь на пять основных отделов — передний, промежуточный, средний, продолговатый мозг и мозжечок, в которых располагаются основные центры восприятия внешних и внутренних раздражений, их переработки и формирования ответных реакций и поведения организма. Исходно, в грубой схеме, передний мозг содержит обонятельные и осязательные центры, средний и промежуточный — зрительные, мозжечок — двигательные, продолговатый — вкусовые, слуховые и сейсмосенсорные (восприятия движений воды). У высших позвоночных структура головного мозга усложняется изгибами, складками, многослойным расположением взаимосвязанных разнородных нервных клеток, развитием проводящих путей и связей (комиссур).

Центры восприятий в мозгу взаимосвязаны, особенно у высших позвоночных, и поведение животного определяется переработкой сочетаний различных восприятий, подчас очень сложной, вплоть до ассоциативной.

Спинной мозг представляет собой толстостенную трубку, состоящую из серого и белого мозгового вещества. Серое мозговое вещество содержит нервные клетки и нервные волокна, белое — одетые белой мякотной оболочкой нервные волокна.

От головного мозга отходит от 8 до 12 пар головных нервов, от спинного отходят метамерно спинномозговые нервы, число которых соответствует числу первоначальных мышечных сегментов животного. Отростки спинномозговых нервов разветвляются по всему телу.

Органы чувств у позвоночных животных достигают очень большой сложности и совершенства строения. Слабо развиты они только у ланцетника. У позвоночных имеются кожные органы осязания, ощущений движений воды (сейсмосенсорные), вкуса; развиты органы обоняния; имеются специальные органы слуха, служащие одновременно и органами равновесия, а также специальные органы зрения. Все эти парные сложно устроенные органы помещаются в специальных впадинах черепных костей.

Органы зрения позвоночных представлены парными глазными яблоками. Плотная наружная оболочка их — склера — служит внешней опорой, скелетом глаза. В передней части глаза склера переходит в прозрачную роговицу. Внутри глазного яблока располагается прозрачный линзовидный хрусталик. Изнутри склера выстлана тремя оболочками — сетчатой (воспринимающая), сосудистой (питающая) и пигментной (изолирующая). На границе с роговицей сосудистая оболочка переходит в радужину, диафрагмирующую отверстие зрачка. Задняя камера глазного яблока заполнена стекловидным телом, а передняя — водянистой влагой. Через прозрачные части глазного яблока (роговица, хрусталик, водянистая влага и стекловидное тело) проходят и преломляются лучи света.

Внутренний аппарат органа слуха и равновесия (внутреннее ухо) представляет собой сложно устроенный перепончатый лабиринт, наполненный жидкостью — эндолимфой — и заключенный в костном лабиринте. Лабиринт состоит из трех полукружных каналов, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях, центрального протока, нижнего мешочка и полого выроста, спирально закручивающегося у млекопитающих, — улитки. Наибольшей сложности и тонкости строения органы слуха достигают у высших наземных позвоночных — млекопитающих, у которых в добавление к внутреннему аппарату развивается также среднее и наружное ухо. При единстве основного типа строения позвоночные разных классов существенно отличаются друг от друга строением тела, характером развития, образом жизни.

Рыбы постоянно живут в воде: от яйца (икринки) до взрослых животных, дышащих жабрами. Только двоякодышащие рыбы наряду с жабрами имеют и легкие, благодаря которым могут дышать атмосферным воздухом. У земноводных развитие яиц и личинок обычно происходит в воде, причем личинки дышат жабрами; взрослые животные большей частью живут на суше, дыша развившимися у них легкими. У пресмыкающихся, птиц и млекопитающих вся жизнь проходит на суше (кроме вторично перешедших к жизни в воде китов и дельфинов). Пресмыкающиеся откладывают покрытые защищающей их от высыхания кожистой скорлупой яйца., из которых вылупляются уже сформированные животные. Птицы откладывают яйца в известковой скорлупе; большинство птиц заботится о потомстве, насиживая яйца и выкармливая птенцов. У млекопитающих все развитие происходит внутри тела матери, надежно защищающего зародыш. После рождения детеныша родители кормят его, защищают и учат, пока он не подрастет и не станет самостоятельным.

Скелетная, кровеносная и нервная системы, а также органы чувств и характер воспроизводства достигают у позвоночных животных высших во всем животном мире форм устройства и дифференцировки, частично связанных, видимо, с тем, что многие животные этой группы перешли от водного к наземному образу жизни. Позвоночные представляют собой наивысший этап усложнения строения животных.

Самые древние остатки позвоночных известны из ордовикских слоев палеозойской эры.

Позвоночные — самый молодой из известных типов животных; остатки других типов животных встречаются в гораздо более древних слоях. Предками позвоночных были, по-видимому, пелагические личинки оболочников, от которых позвоночные развились неотенически (путем получения личинками способности размножения).

Всего насчитывается около 40 тысяч видов позвоночных, в том числе 20 рыбообразных и рыб, земноводных и пресмыкающихся — 6, птиц — около 8, 6 и млекопитающих около 4 тысяч видов. Позвоночные достигли замечательного разнообразия строения. Среди них есть малютки, достигающие 1 см длины и 15 мг веса (филиппинские бычковые рыбы), и гиганты — 33 м длины и 150 т веса (синие киты). Позвоночные ведут самый различный образ жизни, полностью овладев пространствами нашей планеты, встречаясь в реках и океане, на поверхности земли и зарываясь в нее, в нижних слоях атмосферы. Они приспособились к жизни в условиях полярных морозов, в сухих накаленных пустынях, во влажных тропических лесах и даже в горячих ключах, в постоянном мраке пещер и на ярком солнце, при страшном давлении океанских глубин до 7, 8 км и в разреженной атмосфере высочайших горных вершин. Некоторые из позвоночных способны улавливать тончайшие запахи, малейшие изменения температуры, слабейшие звуки, ничтожные колебания воды; они одарены необычайной остротой зрения, позволяющей видеть на огромном расстоянии.

Некоторые позвоночные обладают своеобразными звуковыми и электрическими радарами, ориентируясь с их помощью в пространстве; у многих из них есть сложнейшие тепловые, звуковые, химические, гидродинамические «приемники» и «антенны». Они достигли наивысшей для организмов энергетической эффективности и в особенности необыкновенного развития нервной системы, обусловившего достижение наибольшей высоты психической деятельности.