[ вернуться к содержанию сайта icon

[ вернуться к содержанию сайта



Название[ вернуться к содержанию сайта
Дата конвертации06.09.2012
Размер120.71 Kb.
ТипДокументы


[вернуться к содержанию сайта]


СПРУТЫ, РАКИ И ПАУКИ – ЖИВЫЕ ГИДРОМАШИНЫ

(напечатано в журнале "Инженер" №1, 2008 г.)


Только раки-забияки

Не боятся бою-драки:

Хоть и пятятся назад,

Но усами шевелят...

И акула увильнула,

Только хвостиком махнула.

А за нею каракатица –

Так и пятится, так и пятится.

К. Чуковский "Тараканище"


Природа бесконечно изобретательна в своих творениях. Однако в случае спрутов, раков и пауков многие её конструкторские решения настолько сходны, что берёт сомнение, не собраны ли эти организмы по единой схеме, общему плану, то есть не приходятся ли они друг другу близкими родственниками? На первый взгляд, нет ничего, что роднило бы столь несхожих (рис. 1) представителей царства животных. Разве что число ног: у осьминога, рака и паука по восемь ходильных ног (щупалец), растущих прямо из головогруди или головы (за это спрутов и относят к головоногим). Имей эти существа органы слуха, мы бы сказали, что ноги у них растут от ушей. Только им и присуще 8 опорных конечностей. Другие животные с восемью ногами – это либо другие головоногие (кальмары, каракатицы), либо другие паукообразные (скорпионы, сенокосцы, клещи), либо другие ракообразные (крабы, креветки).



Оказалось, аналогия пауков и осьминогов простирается много дальше этого поверхностного сходства. Те же ноги пауков и щупальца осьминогов, внешне столь несхожие, очень близко устроены внутри и представляют собой живой гидропривод, вроде того, что есть в "лапе" экскаватора, управляемой системой гидроцилиндров [1]. Присмотревшись внимательней, можно найти и массу других удивительных аналогий (см. таблицу). Взять хотя бы способ питания. Известно, что у пауков весьма странный способ усваивать пищу – наружное пищеварение. Суть его в том, что паук впрыскивает парализованной ядом и завёрнутой в тенёта жертве свою слюну и ферменты. В хитиновом панцире насекомого, как в котелке, эти вещества переварят и разложат ткани жертвы, ставшей одним сплошным желудком. Пауку остаётся лишь высосать из хитиновой оболочки, как сок из тетрапака, разжиженное содержимое этих живых «консервов» [2]. И вот выяснилось, что наружное пищеварение применяют и головоногие [3]. Совсем как пауки, они вводят в тело жертвы (моллюска, которого не могут извлечь из раковины) свои пищеварительные соки, а после «выпивают» её. Кстати, для парализации жертвы спруты используют, подобно паукам и скорпионам, сильный яд.


Загадочность спрутов и пауков и идущий бок о бок с нею страх перед ними, часто суеверный, тоже в какой-то мере роднят этих существ. И те и другие пользуются репутацией безжалостных охотников и хладнокровных убийц-интеллектуалов, следящих за жертвой своим неземным цепким взглядом. Не зря в фантастике спрутов и пауков часто используют в качестве прототипов инопланетных существ и мутантов ("Человек-паук", "Чужой"). Покрытые присосками щупальца спрутов и липкие тенёта паука, одинаково хорошо удерживающие добычу, в литературе и кинематогрофе давно стали синонимами крепкой опутанности, глобального и цепкого захвата чего-либо. Конан Дойл, описывая лондонскую мафию, сравнивал профессора Мориарти с пауком, тенёта которого крепко опутали Лондон. Да и со спрутом (как в одноимённом сериале), обвившим всё своими щупальцами, мафию сравнивали не раз.

Схожи с ней оба животных и своим безмерным обжорством, непропорциональным аппетитом. Так, в книге У. Кроми [3] кальмар назван «ненасытным кошмаром моря», кровожадно убивающим жертвы без всякой нужды. Древние моряки верили, что голодный кракен – так они называли гигантского спрута – способен утащить под воду большой корабль. И, возможно, это не пустые фантазии, если на больших глубинах действительно обитают головоногие непостижимых размеров (в десятки метров длиной), о чём судят по огромным рубцам от присосок на теле кашалотов, ныряющих на такие глубины. Видно, и эти гиганты моря, охотящиеся за кальмарами, не застрахованы от контратаки с их стороны. Точно так же крупные пауки (размером с блюдце и телом с куриное яйцо) нападают на превосходящих их размерами и эволюционно более развитых существ – на птиц и прочих мелких позвоночных.

Довольно сложная для столь простых существ нервная система тоже роднит их. Осьминогов считают одними из умнейших созданий. То же мнение есть и о пауках (их даже наделяют личностью, интеллектом). Это резко выделяет спрутов и пауков из других беспозвоночных. У осьминогов мозг представляет собой практически то же, что у пауков – окологлоточное кольцо – несколько нервных узлов (ганглиев), окружающих глотку. Паукам и осьминогам присущи весьма сложные и разнообразные формы поведения (см. Н. Тинберген «Поведение животных», 1978 г). Вспомним и их сложные необычные постройки: сети паука, служащие ловушкой, домом (и много чем ещё), и подводные каменные «замки» осьминогов (о них подробнее в замечательной книге М. Фройде «Животные строят», 1986 г).

Правда, при строительстве осьминог не использует, в отличие от паука, материалы своего тела. Зато другие моллюски, скажем мидии, имеют биссусовую железу, выделяющую вещество, застывающее в прочные биссусовые нити (близкие по составу к нити паука), которыми моллюски крепятся к субстрату. Да и среди головоногих есть моллюски аргонавты, строящие из выделяемого белка плот [3], на котором дрейфуют по воле течений и волн, совсем как некоторые пауки дрейфуют в воздушных потоках на выпущенной ими паутинной нити. Эта любовь спрутов и пауков к странствиям, их космополитизм и выносливость позволили им расселиться столь широко, что они обитают даже на самых больших глубинах (спруты) и высотах (пауки встречаются в горах до 7 км), недоступных для других животных.



Осьминоги и охотятся сходно с пауками: затаившись, они подстерегают добычу, ожидая, пока та не попадёт в западню. Интересно, что не одни пауки, но и некоторые головоногие ловят добычу в расставленные сети [4]. Если пауки мастерят сети из белков своего тела, то и некоторые кальмары вылавливают морскую мелочь с помощью своеобразной сети – перепонки, натянутой меж длинных щупалец, подобных радиальным нитям колесовидной паутины (рис. 2 – похоже ведёт лов и плавающий осьминог аргонавт, см. [5]). Не только сетью, малейшие колебания которой хищник чутко улавливает, но и внешностью этот кальмар сходен с пауками и сенокосцами, имеющими непомерно длинные хлыстовидные лапки (рис. 3).



Сложное поведение и хорошо развитый мозг дополняются у пауков и головоногих прекрасно развитым зрением. Из всех беспозвоночных только пауки и спруты имеют сложные камерные глаза с собирающим световые лучи элементом и сетчаткой, взаимное положение которых меняется при фокусировании на избранных объектах. Кроме того, у многих кальмаров имеется множество простых глазков, разбросанных по телу. Они напоминают простые глазки паука, словно бойницы смотрящие с башни-головы в разные стороны. При этом у тех и других глаза иногда расположены на стебельках. Так, стебельчатые глаза бывают у паукообразных фаланг. Такие глаза характерны для моллюсков и ракообразных, которым паукообразные приходятся близкими родственниками (достаточно сравнить рака и скорпиона, см. рис. 4). Это ещё раз доказывает эволюционную близость всех трёх классов животных.



За счёт развитого зрения осьминоги способны обучаться не только на собственном опыте, но и глядя на своих собратьев. Их способность к обезьянничанию, подражанию невероятна. У одного вида осьминогов она доходит до того, что он легко изображает любое животное. Притворяясь крабом, он на своих по-паучьему полосатых лапах особенно схож с пауком (см. «Природа» №4, 2002 г., рис. 5). Необычайно разнообразны узоры многих пауков (вспомним паука-крестовика). Ещё волшебней меняющаяся окраска головоногих, особенно светящихся (не зря веет мистикой даже от их научных названий: «чудесная лампа», «адский вампир»). Менять цвета и светиться умеют и некоторые ракообразные (водные аналоги пауков), а также пауки, подобно хамелеонам окрашивающиеся под окружающий фон [1]. Спрутам и паукам присущи схожие ритуалы ухаживания и оплодотворения, забота о потомстве. Паучиха и самка осьминога, охраняя яйца, не отходят от потомства и не принимают пищи, пока не появится молодь. Кстати, новорожденные пауки, спруты и ракообразные очень похожи на своих родителей (в отличие от других беспозвоночных). Силён у них и половой диморфизм – самка заметно крупнее самца, причём у осьминогов, как у иных пауков, она порой не прочь закусить супругом (каннибализм вообще распространён среди пауков и спрутов).



Большинство головоногих и паукообразных – хищники. Многим головоногим в охоте помогают, кроме восьми ног, пара щупалец, служащих для захвата и удержания добычи и способных сильно удлиняться. Примерно тому же служат имеющиеся у пауков ногощупальца (педипальпы), находящиеся возле рта. Концы щупалец спрутов и лап пауков усеяны когтями и крючьями для удержания добычи. У скорпионов и ракообразных ногощупальца сильно удлинены и снабжены клешнями, дабы ещё крепче удерживать добычу. А есть паукообразные, у которых первая пара ног и вовсе напоминает кальмарьи щупальца – она превращена в сильно удлинённые жгутообразные отростки, несущие, как и щупальца спрутов, рецепторы вкуса. Обладающих такими щупальцами фринов, телифонов и тартарид так и назвали – «жгутоногие». Наконец, клювообразные челюсти паукообразных (хелицеры) – это аналог рогового «клюва» головоногих. Таким клювом фаланги, как и осьминоги, перетирают пищу.

Упомянем также о крови (гемолимфе) спрутов, раков и пауков – у них она совершенно отлична от крови большинства животных, хотя бы по цвету. В своей книге «Занимательная биология» И.И. Акимушкин так образно рассказывает об этом феномене: «Есть в мире животные – цветом крови чистые аристократы. Это скорпионы, пауки и спруты (я не шучу!). Вместо гемоглобина у них гемоцианин, и в нём не железо, а медь. От меди и кровь у них голубая (в венах) и почти синяя (в артериях)». Вообще этот автор, известный исследователь головоногих, часто сравнивает их с пауками [6]. Удивляет, что именно кровь головоногих и паукообразных содержит гемоцианин, этот редкий дыхательный пигмент, свойственный лишь другим моллюскам и ракообразным (родичам паукообразных, рис. 4), а более никому.

Ну и раз речь зашла о крови, вернёмся к разговору о ногах спрутов и пауков. Ведь именно кровь, как выяснилось, является рабочей жидкостью, приводящей в движение гидроприводы ног спрутов и пауков [7]. Ноги пауков и паукообразных устроены весьма интересным образом. Понаблюдайте, как ходят насекомые и пауки. Если движения первых выглядят естественно, то ползущий паук больше напоминает шагающего робота. Это и есть своего рода робот (вспомним автономно складывающиеся лапки сенокосцев): тонкие паучьи лапки приводятся в действие гидравлической системой. Многие, наверное, помнят, как мастерили в детстве свёрнутые спиралью, точно щупальце спрута, трубочки? Стоит дунуть в такую трубочку, как она вытянется во всю длину – и снова свернётся, если снизить давление (рис. 6). Именно так работают манометры с трубкой Бурдона – таково научное название этой игрушки. Такими трубками и являются, по сути, наполненные кровью сосуды в лапках паука. Меняя давление гемолимфы в сосудах, паук то распрямляет лапки, то снова их складывает [1].



Подобный гидропривод в природе не редкость [^ 8]. Есть он у морских звёзд, амбулакральные ножки которых – многочисленные присоски-выросты лучей – движутся при нагнетании в них жидкости [5, стр. 262]. Можно его предположить и у бабочек, хоботок которых, свёрнутый для удобства спиралью, раскатывается при добывании нектара во всю свою длину. Что это, как не спиральная трубка Бурдона? Насекомые развёртывают крылья, нагнетая в их сосуды кровь. Улитки и слизни (брюхоногие моллюски), перекачивая жидкость, выпускают и убирают «рожки», медленно раздвигающиеся и складывающиеся, словно телескопические гидроцилиндры. Но главное, устройствами этого типа оснащены щупальца головоногих моллюсков. Ведь только так они и могут управлять своими бескостными мягкими ногами. Только так спруты способны мгновенно выпростать, выпрямить и удлинить щупальце.

Считается, что щупальца и присоски управляются в основном мышцами. Но будь привод ног чисто мышечным, потребовалась бы сверхсогласованная работа огромного числа мышц. Всё заметно облегчается за счёт наличия у осьминога гидропривода и гидроусилителя, как у паука и морской звезды. Трубка Бурдона, распрямляющаяся и удлиняющаяся при нагнетании в щупальца крови, даёт большую точность движений, становясь аналогом полужёсткого хряща, который спрут может, подобно пауку, изгибать уже при помощи мышц.

Неслучайно движения щупалец спрутов [^ 5, с. 327-329], лучей морских звёзд [5, с. 261] и лапок пауков крайне автоматичны – ноги сами движут тело. А присоскам осьминога, даже внешне схожим с присосками морской звезды, гидропривод позволяет ещё крепче присасываться: кольцевые мышцы присосок обеспечивают лишь начальное быстрое, но слабое прилипание. Вообще мягкотелому бескостному моллюску проще манипулировать с давлением жидкости, нежели с мышцами, которым не к чему крепиться. Простота, отсутствие шарниров и взаимно движущихся частей в трубке Бурдона побуждает теперь и инженеров конструировать на её основе гибкие манипуляторы, обладающие большой силой и способные работать в агрессивных средах (рис. 7). Это могут быть как микроманипуляторы для прецизионных операций, так и гигантские гидромашины, развивающие огромное усилие. Другие типы гидро- и пневмоприводов давно уже применяются, скажем, на транспорте. Интересно, что ещё И. Ньютон задолго до эры гидромашин допускал такой гидро- и пневмопривод у мышц.



Есть у ног паука и спрута и ещё одна общая черта – способность отделяться в случае опасности, то что называют автотомией. С ней многие знакомы на примере сенокосца – паукообразного, лапки которого легко отделяются и начинают быстро сгибаться-разгибаться, как бы кося сено. Точно так и осьминоги отбрасывают щупальце, схваченное преследователем. При этом щупальце сохраняет способность извиваться, отвлекая на себя внимание преследователя. Той же способностью – отбрасывать ноги, дабы не отбросить копыта – наделены и многие ракообразные. Снова аналогия трёх классов животных на лицо. Живыми гидромашинами спрутов, раков и пауков можно назвать и ещё по одной причине – они часто используют для движения общий гидродинамический принцип – реактивное движение, уподобляясь живым ракетам. Спруты, набрав воду, выбрасывают её через воронку вперёд, двигаясь за счёт реакции назад. Раки тоже используют этот принцип: резко подогнув хвост, они отбрасывают воду вперёд, а сами реактивно отлетают назад. Этот общий принцип реактивно пятиться и отражён в стихотворении Чуковского. Из других животных используют реактивный принцип только двустворчатые моллюски. Всё это ещё раз доказывает удивительную аналогию моллюсков (особенно головоногих) и членистоногих (пауко- и ракообразных).

Пришло время спросить: к чему все эти курьёзные совпадения (см. таблицу), что они значат? Самый простой ответ состоит в том, что мы здесь имеем дело с конвергентной эволюцией – с появлением сходных приспособлений у никак не связанных групп животных. Подобно тому, как разных людей посещают одни и те же мысли и они независимо создают схожие теории и изобретения, так и природа под влиянием сходных внешних условий и факторов отбора может изобретать донельзя похожих, но совершенно неродственных животных.

Однако нельзя сказать, что условия обитания пауков и спрутов сходны, скорее наоборот. А потому можно допустить и более глубокую и невероятную причину их сходства – близкое родство. Вспомним идентичность их дыхательных пигментов, а также то, что паукообразные и головоногие – это древнейшие группы животных. Паукообразные (в отличие от насекомых) сформировались ещё в водной среде, о чём говорит хотя бы устройство их лёгочных мешков. А часть паукообразных – например паук-серебрянка, ставящий сети под водой, или паук-охотник, бродящий по воде, словно клоп-водомерка,– вернулись в воду. Известны и гигантские морские пауки (выделяемые в отдельный класс) – эти древние существа морскую среду и не покидали [3]. И наоборот, известно, что осьминоги могут выбираться на сушу и некоторое время бродить по ней [6]. Дыхательный мешок осьминога – это прототип лёгкого (кстати, из беспозвоночных лёгочное дыхание есть только у моллюсков и пауков). Есть и ракообразные, живущие на суше. Таким образом, были все предпосылки для выхода головоногих на сушу и превращения их в пауков, паукообразных и ракообразных.



Гипотеза о близком родстве между членистоногими, к которым относятся паукообразные и ракообразные, и моллюсками, включая головоногих (рис. 8), имеет основания. Согласно общепринятой теории те и другие происходят от кольчатых червей. Кроме того, среди моллюсков есть формы очень похожие на членистоногих (например, хитоны – панцирные моллюски, имеющие не раковину, а сегментированный панцирь, как у мокрицы), а среди членистоногих – на моллюсков (скажем, ракушковые раки, живущие в двустворчатой раковине, как у речной перловицы). Известно и пристрастие раков-отшельников к раковинам моллюсков (не зря сходны слова «ракушка» и «рак»). Тяготеют к раковинам и осьминоги. Видно, и в них сильны ностальгические чувства. Похоже, раковина в ходе эволюции была редуцирована и преобразована во внешний скелет – в хитиновый покров раков и пауков.



Всё это приводит к мысли, что моллюски и членистоногие, особенно их головоногие и паукообразные представители, гораздо ближе друг к другу, чем полагалось, что они эволюционировали в тесной связи друг с другом (не случайно головоногие и трилобиты – первые развитые представители моллюсков и членистоногих – появились на Земле почти одновременно). Чтобы решить вопрос о родстве спрутов, раков и пауков, следует сравнить их ДНК, либо белковый состав. Подобный анализ мы проводим, пробуя мясо спрутов, раков и крабов – и многие отмечают сходство их вкуса [6]. Итак, пути эволюции неисповедимы, вот почему схема развития живого мира не раз пересматривалась в связи с новыми данными. Интересно, что и в книгах по зоологии эти четыре класса живых гидромашин – брюхоногие, головоногие, ракообразные, паукообразные – идут подряд, как в порядке реальной эволюции [1]. Создавая спрутов, раков и пауков, природа проявила чудеса изобретательности. В итоге эти её творения напоминают более всего боевые восьмиколёсные машины-амфибии, защищённые бронёй, маскировочной окраской и разными типами вооружения [6, стр 70].


Семиков С.


Литература:

1. Удивительное в жизни животных. – Саратов, 1966.

2. Козлов М.А. Соты жизни. – Чебоксары, 1976.

3. Кроми У. Обитатели бездны. – Л.: Гидрометизд., 1971.

4. Несис К. Глубоководный кальмар расставляет сети // "Наука и жизнь" №3, 2002.

5. Ичас М. О природе живого: механизмы и смысл. – М.: Мир, 1994.

6. Акимушкин И.И. Приматы моря. – М.: Географгиз, 1963.

7. Губерман И. Третий триумвират. – М.: Детская литература, 1974.

8. Броненосец в потёмках // "Химия и жизнь" №3, 1998.


Дата установки: 02.02.2008

[вернуться к содержанию сайта]








Похожие:

[ вернуться к содержанию сайта icon[ вернуться к содержанию сайта

[ вернуться к содержанию сайта icon[ вернуться к содержанию сайта

[ вернуться к содержанию сайта icon[вернуться к содержанию сайта]
Меня очень огорчает увлечение учёных такими рискованными гипотезами, как эйнштейновская
[ вернуться к содержанию сайта iconВернуться к содержанию сайта
Квантовая химия – её прошлое и настоящее. Развитие электронных представлений о природе химической связи
[ вернуться к содержанию сайта icon[ вернуться к содержанию сайта
Двойственность и вращение сверхновых, пульсаров и других переменных звёзд как причина колебаний их блеска и спектра
[ вернуться к содержанию сайта icon[ вернуться к содержанию сайта
И верность уху. Звуки умертвив, Музыку я разъял, как труп. Поверил я алгеброй гармонию. Тогда
[ вернуться к содержанию сайта icon[ вернуться к содержанию сайта
И я тут же нашла объяснение: молоко не поглощалось ртом, оно конденсировалось из воздуха через волосы на шкуре коровы
[ вернуться к содержанию сайта icon[вернуться к содержанию сайта]
Эта операция поставит Землю в положение Юпитера, ось которого почти перпендикулярна плоскости его орбиты
[ вернуться к содержанию сайта icon[ вернуться к содержанию сайта
Ньютона, выполненный С. И. Вавиловым и напечатанный в журнале "Успехи физических наук" Т. VII, вып. 2, 1927 г., см также pdf
[ вернуться к содержанию сайта icon[ вернуться к содержанию сайта
...
[ вернуться к содержанию сайта icon[ вернуться к содержанию сайта
...
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов