Ohne Mund und ohne Darm • Sergey Glagolev • Populärwissenschaftliche Aufgaben zu den "Elementen" • Biologie

Ohne Mund und ohne Darm

Aufgabe

Die meisten Tiere schlucken jemanden oder etwas und verdauen dann geschluckte Nahrung im Darm. Aber viele Tiere haben weder Mund noch Darm. Was ist? sind diese Tiere? Welche Art Wie können sie Essen bekommen und verdauen?


Tipp 1

Nun wird es akzeptiert, Tiere nur vielzellig (Metazoa) zu nennen, so dass dort keine Amöben und Ciliaten in der Aufgabe sind.


Tipp 2

Um die Frage des Problems zu beantworten, müssen Sie sich an die Informationen aus dem Schulunterricht der menschlichen Physiologie über das Wesen der Verdauung erinnern. Verdauungsenzyme zerlegen Nahrungsmoleküle in kleinere (zum Beispiel Proteine ​​in Aminosäuren). Beim Menschen erfolgt dieser Prozess in der Magen- und Darmhöhle (Bauchverdauung) und auf der Oberfläche von Darmepithelzellen (parietale Verdauung). Dann werden kleine Moleküle (verdaute Nahrung) durch die Darmwand in das Blut aufgenommen. Bakterien des Dickdarms spielen eine wichtige Rolle bei der menschlichen Verdauung (zum Beispiel liefern sie eine teilweise Verdauung von Fasern). Denken Sie darüber nach, welche Methoden der Ernährung ohne eines der Stadien (oder ohne den Darm und den Mund für ihre Umsetzung) tun können.


Tipp 3

Die Antwort wird anders sein, wenn wir nur adulte Stadien oder den gesamten Lebenszyklus von Tieren betrachten.


Lösung

Als Tiere betrachten wir gewöhnlich Erwachsene und Erwachsene – diejenigen, die sich vermehren können (insbesondere durch Sex). Tatsächlich ist die Einheit des Vergleichs in der Zoologie kein erwachsenes Individuum oder gar die Entwicklung eines Organismus, sondern der gesamte Lebenszyklus einer Art (siehe Epilog).

Aber zuerst sprechen wir traditionell von "erwachsenen" Tieren. Es stellt sich heraus, dass unter ihnen ist voll von Mund und Darm! Das:

  • alle Schwämme und Plakzoi (zwei Arten von primitiven vielzelligen);
  • eine riesige Klasse parasitärer Nesseltiere – Myxozoi, die durch Parasitismus so verändert wurden, dass sie bis vor kurzem für Protisten gehalten wurden;
  • Parasiten von Wirbellosen Orthonectiden (siehe auch Mysteriöse Orthonectide sind nicht so primitiv wie bisher angenommen) und Parasiten (Symbionten?), die in den Nieren von Kopffüßermolusken leben – Rhombozoiden (siehe Diciemids);
  • eine der Klassen von Plattwürmern – Bandwürmer (Cestoden), Darmparasiten von Wirbeltieren;
  • Bleiähnliche Vertreter vom Typ der verschmolzenen Haut sind Schaber.

Vor kurzem konnten zwei Arten von Tieren zu dieser Liste hinzugefügt werden – Pogonophoren und Vestitimerer, aber jetzt sind sie auf das Niveau einer Familie von Ringwürmern reduziert und werden Sibogliniden genannt.Zusätzlich zu diesen gibt es Dutzende anderer Ringwürmer ohne Mund und Darm – zum Beispiel unter marinen Oligochaeten. Es gibt auch solche Arten unter anderen Klassen von Plattwürmern – Turbellarien (siehe U. Dirks et al., 2012) und Trematoden (parthenogenetische Weibchen einer Generation, Sporozysten) sind ihres Munds und ihres Darms beraubt (siehe N. Musat, 2006), Muscheln (Familie Solemyidae; siehe F. Stewart, C. Cavanaugh, 2006).

Eine weitere erstaunliche Gruppe von "beskischetschyh" Tieren – Vertreter von Arthropoden, Wurzelkrebs (von dem Sacculina am bekanntesten ist (siehe Kapitel "Der wahre Terror" aus Karl Zimmer's Buch "Parasiten"). Jemand den ich vermissen könnte, aber aus den gegebenen Beispielen, diese "Knochenlosigkeit" ist bei Tieren nicht ungewöhnlich.

Viele der aufgeführten Gruppen von Darm und Mund haben in keinem Stadium der Entwicklung. Dies sind Bandwürmer, Scrubber, Schwämme und Trihoplak, Rhombozoi und Oronectida. Überraschenderweise umfassen sie Sacculina. Es ist überraschend, da seine Larven den gewöhnlichen Larven des balanus ähnlich sind, den Nauplien, die einen Mund und einen perforierten Darm haben. Aber die Larven sakkulin diese Körper nicht. Sie ernähren sich überhaupt nicht, bis sie in den Organismus des Wirts, die Krabbe, gelangen. Der Parasit tritt in die Krabbe ein und verliert vollständig das Aussehen und die Ähnlichkeit eines Krebstieres – in Form einer Handvoll Zellen, die eher wie ein Krebs aussehen als auf einem Arthropoden.Welche Art von Mund und Darm!

In anderen Fällen haben die Larven einen Mund und einen Darm, später sind sie jedoch reduziert. Dies ist der Fall für Muscheln, den vestimentifeur und anscheinend für Darmnematoden.

Wie essen solche Tiere?

Viele von ihnen sind Parasiten, die im Darm der Wirte (Ketten), in ihrem Blut (Sacculina) oder in Geweben und Zellen (Myxozoi) leben. Teilweise von bereits verdauter Nahrung umgeben – Glukose, Aminosäuren und andere kleine Moleküle. Solche Nahrung kann durch Integumente in der gleichen Weise gesaugt werden wie menschliche Zellen (vgl. Übertragung von Substanzen durch Membranen). Die Integumente vieler parasitärer Tiere ähneln dem Saugepithel unserer Eingeweide – sie sind mit Auswüchsen von Mikrovilli bedeckt, um die Oberfläche zu vergrößern.

Aber selbst in einer Umgebung wie Blut oder Darm fehlt es den Parasiten an vorgefertigten Nährstoffen. Sie behalten ihre eigenen Verdauungsenzyme. In der Regel sind sie auf der Oberfläche des Körpers des Parasiten fixiert – in den Zellmembranen, in der Glykokalyx oder auf der Kutikula. Ihre Verdauung ähnelt also unserer parietalen. Ein Teil der in der Cestodes glycocalyx vorkommenden Enzyme gehört zum Wirt – dort sind beispielsweise Pankreasamylasen aktiv.Manchmal sezerniert der Parasit starke Enzyme in die Umwelt und verursacht dadurch einen Gewebsabbau – Histolyse.

Pinozytose und Phagozytose scheinen eine wichtige Rolle bei der Aufnahme von verdauten Substanzen im Myxozoikum zu spielen. Diese klassischen Ansichten werden durch neuere Informationen über das Myxozoische Genom bestätigt: Es stellte sich heraus, dass sie eine Vielzahl von Proteinen haben, die mit verschiedenen Formen der Endozytose assoziiert sind (siehe Y. Yang et al., 2014). In den Zestoden wird anscheinend auch ein Teil der Substanzen von der Pinozytose absorbiert. Viele andere Parasiten – Schaber, Mermitische Nematoden und Wurzelballenkrebse – können Nährstoffe durch die mit Häutchen bedeckten Hautschichten aufnehmen.

Abb. 1. Diese verzweigenden "Wurzeln" – Sacculina crustacean, der sich innerhalb des Körpers einer Krabbe entwickelt. Es absorbiert Nährstoffe aus dem Blut der Krabbe durch eine dünne Kutikula, bedeckt mit mikroskopischen Prozessen. Längenskalierungslinien 75 Mikrometer. Foto aus dem Artikel J. Goddard et al., 2005. Wirtsspezifität von Sacculina carciniGrüne europäische Krabbe Carcinus maenas in Kalifornien

Die Vorfahren aller parasitären Tiergruppen hatten fast sicher einen Mund und einen Darm. Aber der Schwamm und der Trichoplex können anfangs entfernt werden (obwohl es schwierig ist, genau zu beweisen). Wie essen diese Tiere?

In Schwämmen, intrazelluläre Verdauung.Fast alle Schwämme ernähren sich von kleinen Partikeln – von der Größe der Viruspartikel bis 5 Mikrometer. Schwammzellen schlucken und verdauen Nahrungspartikel. Die Hauptrolle in diesem Spiel Kragen-Flagellen-Zellen, die Schaffung eines Wasserflusses. Aber Nahrung kann auch von Amöbozyten verschluckt werden, die ihre Pseudopodien in die äußere Umgebung stecken. Einige Schwämme schlucken Nahrung und Pinocyten – Integumentationszellen.

Überraschenderweise sind einige Schwämme zu echten Räubern geworden (sie scheinen die einzigen Raubtiere ohne Mund oder Darm zu sein). Ein solcher Schwamm wurde zunächst in einer flachen Höhle im Mittelmeer entdeckt. Dann stellte sich heraus, dass etwa hundert Arten von Tiefseeschwämmen auch räuberisch sind. Solche Schwämme haben kein System von Kanälen oder Zellen, die einen Wasserfluss erzeugen – sie weigerten sich vollständig zu filtern. Aber sie haben lange, verengte Auswüchse, bedeckt mit hakenförmigen Nadeln, Nadeln. Kleine Krebstiere "sitzen" auf diesen Nadeln. Dann kriechen Amöboiden zum Ort des Einfangens des Krebses und umgeben ihn. Erstens wird es extrazellulär in der gebildeten "Kammer" verdaut; dann phagozytieren und verdauen einzelne Amöbocyten die Beutetiere.

Abb. 2 Räuberischer Tiefseeschwamm Chondrocladien-Lyra. Foto aus dem Artikel Becky Oskin, Senior Writer, 2012.Seltsam aussehende, Fleisch fressende Schwamm in der Tiefsee gefunden

Trihoplaks – repräsentativ für die Art plakozoi – angetrieben durch Cyanobakterien, Algen und Einzeller Thallus Zellen von mehrzelligen Algen. Napolzaya Bauch Extraktion, es „Sticks“ Körperränder an dem Substrat und Bögen sanft ihr zurück. So unter seinem Körper einen „temporären Darm.“ Gebildet Bis vor kurzem war es in diesem Hohlraum sezerVerdauungsEnzyme Drüsenzellen mit Flagella (Fig. 3, werden sie bezeichnet als „gland cells“) angenommen, dass.

Abb. 3 In einem kürzlich erschienenen Papier C. Smith et al., 2015 Neuartige Zelltypen, Neurosekretorische Zellen und Body Plan des Früh Verteilbetrieb Metazoan, Trichoplax adhaerens trihoplaksa hat zwei neue Arten von Zellen beschrieben, „Zellen mit Kristallen“ und „lipophilen Zellen.“ Es ist dieser offenbar scheiden Enzyme verantwortlich für die Verdauung vneorganizmennoe trihoplaksa

Aber vor kurzem ergeben, dass extrazelluläre Verdauung Mechanismus trihoplaksa härter: Nahrung verdaut Enzyme ohne Geißeln wenige Zellen sezerniert (siehe C. Smith et al, 2015 Koordinierte Fressverhalten in .. Trichoplax, ein Tier ohne Synapsen). Flagellaten „Drüsen“ Bauch Epithelzellen, kann nur das Vorhandensein von Lebensmitteln fühlen und Signalstoffe produzieren, die die Arbeit von „Verdauungs“ Zellen regulieren. Die verdaute Nahrung trihoplaks kotzt die scheinbar pinocytosis.

Beschrieben Macht einen anderen Weg trihoplaksa: er kann die Zellproduktion zurück Arbeit Geißeln werfen.Dann werden sie durch die Löcher im Epithel von ihren Vorgängen eingefangen und von inneren fibrösen Zellen verdaut. Es gibt also eine intrazelluläre Verdauung von Trichoplax.

Nun, wie sich der Rest der fugenlosen freilebenden Meerestiere ernährt – Pogonofory und Vestinentifera, Oligochaeten und Nematoden. Lange Zeit war es ein Rätsel. Gelöste organische Substanz im Meer ist zu wenig; selbst wenn es absorbiert wird, sollte es nicht einmal für kleine und dünne Nematoden ausreichen. Was zu massiven Muscheln zu sagen! Vielleicht in bestimmten Teilen des Körpers etwas Phagozyten etwas? Es wurde angenommen, dass sie sich auf Epauletten mit Tentakeln ernähren, aber diese Daten wurden nicht bestätigt.

Die Antwort kam, als der Mechanismus zur Fütterung der Riesenpahonophore westermenifer – rifti entdeckt wurde (siehe V. V. Malachow, "Vestimentifera – autotrophe Tiere"). Es stellte sich heraus, dass sie an der Stelle des Darms einen massiven Käfig aus Zellen entwickeln – das Troposum.

Trophosomzellen sind mit symbiotischen Bakterien gefüllt. Diese chemoautotrophen symbiotischen Bakterien oxidieren Schwefelwasserstoff zu Schwefel und erhalten Energie für die Synthese von organischer Substanz. Riftii versorgen sie mit Schwefelwasserstoff, Kohlendioxid und Sauerstoff. Und dann wird ein Teil der Symbionten verdaut …

Anschließend wurden genau solche Bakterien in anderen enterischen marinen benthischen Tieren gefunden. In Nematoden und Pongonophor leben sie gewöhnlich im Trophosom (seltener in der Körperhöhle, außerhalb der Zellen); in Oligochaeten, in den Integumenten; in Muscheln, in massiven Kiemen.

Es gibt andere Möglichkeiten. Mindestens eine Art von Pogonofor-Symbionten sind methanotrophe Bakterien (sie verwenden Methan als einzige Energiequelle und organische Substanz). Und die 2002 eröffneten Zombiewürmer haben einen Schultergurt aus der Gattung Osedax – Heterotrophe Symbionten leben insbesondere wurzelähnliche Auswüchse (Abb. 4).

Abb. 4 Würmer Art Osedax – ungewöhnliche Pogonophoren, die auf Walskeletten leben. Auf der linken Seite – weiblich, auf der rechten Seite – Zwergmännchen. Beiden Geschlechtern fehlen Mund und Darm. Weibchen extrahieren Nährstoffe aus Knochen durch wurzelähnliche Auswüchse, in denen symbiotische Bakterien leben. Bild von sciencehubb.de

Diese Würmer leben auf den Skeletten der Wale (seltener – andere Meeressäuger und Großfische) und ernähren sich von dem in den Knochen enthaltenen Kollagen. Das Nagen von Knochen ohne Mund und Darm ist nicht so einfach! Kürzlich stellte sich heraus, dass Würmer Säure absondern, um die mineralische Matrix von Knochen aufzulösen (siehe M. Tresguerres et al., 2013).Wie man in Knochen einsteigt: Protonenpumpe und Carboanhydrase in Osedax-Knochenwürmern).

Es ist merkwürdig, dass sie in diesem Fall die gleichen Mechanismen wie die Zellen – Osteoklasten des menschlichen Knochengewebes – verwenden.

Manchmal gibt es nur eine Art von Symbionten in einer Wirtsart. Und manchmal leben mehrere verschiedene Bakterien im Körper des Wirts – bis zu vier (siehe symbiotische Bakterien ersetzen die Meereswürmer mit Verdauungsorganen und Exkrementen, Elemente, 19. September 2006) bis zu sechs und sogar acht Arten.

Nebenbei können Bakterien eine wichtige Rolle bei der Ernährung von Schwämmen spielen. Schwämme sind buchstäblich mit Bakterien gefüllt, einschließlich Photosynthese. Kürzlich wurde ein räuberischer Schwamm entdeckt, der anscheinend einen Teil seiner Nahrung von methanotrophen Bakterien erhält. Und einige Schwämme im Inneren leben zoochlorella – eukaryotische Algen. Der Schwamm "kultiviert" seine Symbionten in Zellen und verdaut sie teilweise. Symbiotische Bakterien existieren auch in Trichoplax. Kürzlich wurden Bakterien beschrieben, die auf der Oberfläche des Cestodes-Körpers leben (siehe L. Poddubnaya, G. Izvekova, 2005. Nachweis von Bakterien, die mit der Kariesbildung von caryophyllidischen Cestoden assoziiert sind). Vielleicht sind sie an der Verdauung dieser Parasiten beteiligt.

Gibt es photoautotrophe Symbionten, die es dem Besitzer erlauben, Mund und Darm aufzugeben? Ich konnte keine klaren Beispiele finden. Wahres Dünndarm-Turbellarium Symsagittifera Roscoffensisdas Leben in Symbiose mit Zoochlorella Algen ist in der Nähe. Des Darms und es hat so nicht, und der Mund und Rachen im Erwachsenenalter nicht funktionieren. Viele Wissenschaftler glauben, dass aufgrund einer ähnlichen Symbiose zumindest einige vendobionty aßen – Vertreter der alten Vendiums Fauna, ist auch ohne den Mund und Darm.

Schließlich können einige enterische Tiere überhaupt nicht essen. Also, nicht essen „Erwachsene“ Orthonectida – Männer und Frauen – nach der Veröffentlichung des Körpers des Hosts an die äußeren Umgebung.


Nachwort

Nun zurück zum Anfang der Antwort und das Problem weiter betrachten.

Die meisten Tierlebenszyklus umfasst die geschlechtliche Fortpflanzung und mindestens zwei Generationen – Erzeugung vielzelligen diploiden Arten und die Erzeugung von einzelligen haploiden Gameten. Ja, ja, Gameten sind keine Zellen unseres Körpers, sondern unabhängige Organismen! Sie haben einen anderen Genotyp; Oft leben sie in Wasser (wie Seeigel oder polychaete), anstatt in den Körper von mehrzelligen Eltern eines Mannes; Sie haben ihr eigenes komplexes Verhalten und ihr eigenes Schicksal. Alle Gameten haben weder Mund noch Darm. Und sie haben ihre eigenen verschiedenen Arten zu füttern (du kannst ein andermal darüber reden).

Was die vielzellige Generation betrifft, dann erscheint der Darm bei seinen Individuen, die sich aus einer Zygote entwickeln, auch nicht sofort. Es tritt während der Gastrulation auf und es fängt an, noch später zu arbeiten. Wie bekommen die Tiere dieser Generation die für das Wachstum notwendige Energie und Substanzen, bis sie weder Mund noch Darm haben? Die meisten – aufgrund der Eigelbbestände im Ei angesammelt. Bei vielen Tieren, auch nachdem sie das Ei verlassen haben, haben die Larven keinen Mund oder Darm und beginnen erst nach der Metamorphose zu füttern. Einige – zum Beispiel Säugetiere – parasitieren im Körper der vorherigen vielzelligen Generation. Wie echte Parasiten verdauen sie die Gebärmutterwand mit Verdauungsenzymen, locken mütterliche Blutgefäße und ersetzen ihre Wände durch ihre Zellen. Dann bildet der "Parasit" ein komplexes System von Auswüchsen, durch das er Nahrung von der Mutter absaugt (siehe Entwicklung der Plazenta-Zotten). Es ist erst viel später, dass die Eingeweide (und noch mehr der Mund) gebildet werden, und sie fangen an, nur nach der Geburt zu arbeiten.

So haben alle Tiere (in den frühen Stadien der Entwicklung) keinen Mund oder Darm. Vielleicht wiederholt dies den Verlauf der Evolution – höchstwahrscheinlich gehörte das Verdauungssystem nicht einmal zu den gemeinsamen Vorfahren moderner Tiere. Erst in späteren Stadien der Evolution entwickelten Tiere Mund und Darm.Und dann haben viele Gruppen diese Organe verloren – und nicht nur die Parasiten.

Im Allgemeinen ist eine der "Moral" dieser Fabel, dass Sie während der Evolution alles verlieren können: nicht nur den Mund und die Eingeweide, sondern auch die Schönheit und den Stolz der vielzelligen Tiere – die Nerven- und Muskelsysteme. Aber für einige Wissenschaftler, weit entfernt von der Zoologie, scheint die Evolution immer noch die "Leiter der Wesen" zu erklimmen. Wie wir bereits bei einer der vorherigen Aufgaben festgestellt haben, ist die morphologische Regression tatsächlich ein sehr häufiger Weg der Evolution (siehe das Problem "Warm oder kalt?").

Die zweite Schlussfolgerung ist, dass Tiere viel erfinderischer als der menschliche Verstand sind. Wahrscheinlich hätte kein Zoologe vorhersagen können, dass der Epaulet sich von Knochen ernähren könnte, und der Schwamm könnte sich von Krebstieren ernähren. Was kann man über Nicht-Spezialisten sagen? Wie oft denken sie, dass Tiere in Übereinstimmung mit den Ideen von Schulbüchern angeordnet sind … Lassen Sie mich zwei Beispiele nennen. Der erste – auf einer der eher hochrangigen Olympiade wurde die folgende Frage gestellt:

"Das Herz der Insekten:
a) Mehrkammerrohr;
b) Zweikammer;
c) Dreikammer;
d) Vierkammer ".

Es war notwendig, eine Antwort zu wählen.Die Compiler glaubten, dass die richtige Antwort a) war. Und tatsächlich ist das Herz der Insekten sehr unterschiedlich. Es gibt Insekten, die kein Herz haben (Zwergenreiter). Oft hat das Herz viele Paare von Ostealen (lateralen Öffnungen), aber schwach in Kammern unterteilt. Wenn wir davon ausgehen, dass die Osteolappen die Grenzen zwischen den Kammern bilden, dann hat die Hausfliege ein Vierkammerherz, viele Käfer haben ein Zwei- oder Dreikammerherz, und ein oder drei Kammerläuse haben …

Das zweite Beispiel. In den Fortbildungskursen für Lehrer erklärte ein bekannter Methodologe, wie man Zoologie unterrichtet. Er glaubte, dass die Struktur von Tieren immer auf der Grundlage der allgemeinen Logik und des Prinzips der Korrelationen erklärt werden kann. Zum Beispiel: Warum haben Turbellarien (frei lebende Plattwürmer) Zilien, aber Nematoden haben keine Zilien? Alles ist sehr einfach: an den Nematoden erschien eine dicke Kutikula, durch die die bewegliche Wimper nicht gequetscht werden kann. Es scheint logisch und verständlich zu sein, nur die Fakten stimmen nicht überein … Tatsache ist, dass eine andere Gruppe von Würmern – Gastrotrichs – eine sehr dicke Kutikula auf dem Bauch hat und Löcher darin sind, durch die lebende Zilien herausragen und perfekt funktionieren! Und niemand wird natürlich auf der Grundlage der "gemeinsamen Logik" erklären,warum gibt es keine Zilien in dem adulten Leberegel – ein enger Verwandter der Turbellarien, ohne jegliche Kutikula.

Und die letzte Bemerkung. Es ist nicht das erste Mal, dass Sie eine Antwort darauf finden, dass Sie erstaunt sind, wie schnell sich die Wissenschaft entwickelt. Noch vor 20-25 Jahren wusste niemand von Raubschwämmen (und es stellte sich heraus, dass mehr als hundert von ihnen auftauchten!) Oder über Cartes-Würmer; Fast alle Wissenschaftler waren davon überzeugt, dass Myxozoi Protisten sind (und sie wurden in zwei Klassen eingeteilt, die sich als Phasen des Lebenszyklus derselben Spezies herausstellten); Ortho-Necne, die bereits seit mehr als einem Jahrhundert untersucht wurden, beschrieben nicht Muskeln und Rezeptoren usw.

Zoologie entwickelt sich nicht weniger dynamisch als Biochemie oder Physiologie. Und wie viel mehr ist noch zu entdecken und zu klären! Hier zum Beispiel: Wie extrahieren Zombie-Würmer Kollagen aus Knochen und benutzen sie Fett? Und warum brauchen wir symbiotische Bakterien Trichoplax? Niemand weiß es genau.


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