Позвоночные

Позвоночные - самые разнообразные и  прогрессивные животныеНа сегодняшний день известно более миллиона различных видов животных. К позвоночным относят всего 40 тысяч. Несмотря на небольшую численность, позвоночные невероятно разнообразны. Так, в число позвоночных входят самые тяжелые наземные животные – динозавры. Масса некоторых травоядных динозавров достигала 40 тонн (вес 15 автомобилей). Крупнейшее водное животное – тоже позвоночное. Масса синего кита превышает 100 тонн! С другой стороны, лягушки из семейства узкоротых достигают в длину всего 7 мм!

Кто такие позвоночные и откуда они появились? Чтобы ответить на эти вопросы, ученые изучают окаменелые останки позвоночных. Они сравнивают современные виды позвоночных, анализируют их ДНК и собирают эволюционную историю воедино. Человек тоже позвоночное животное и является частью этой истории.

Общий предок позвоночных Сотни миллионов лет беспозвоночные доминировали на Земле. Их тела состояли из мягких тканей, иногда защищенных внешним панцирем. Но около 500 миллионов лет назад появился прародитель всех позвоночных.

Первым позвоночным животным считается миллокунмингия. Размер этого доисторического существа не превышал 30 миллиметров в длину.

Благодаря крепкому внутреннему стержню миллокунмингия обладала новым способом передвижения. Сокращения мышц волнообразно изгибали внутренний стержень – хорду. Отталкиваясь от воды, это существо двигалось вперед.

Это был революционно новый способ движения. Он позволил миллокунмингии ловко уворачиваться от крупных беспозвоночных хищников.

У позвоночных единый план строенияВсе позвоночные унаследовали строение миллокунмингии. У многих позвоночных признаки древнего предка проявляются только на этапе эмбрионального развития. Все позвоночные имеют:

1. Хорду – гибкий стержень, который проходит вдоль всей спины. У большинства позвоночных хорда заменяется на позвоночник. Например, у человека хорда осталась в виде межпозвоночных дисков.
2. Нервная трубка, параллельная хорде. Нервная трубка эволюционировала у позвоночных в спинной и головной мозг.
3. Наличие жаберных дуг. Первые позвоночные использовали их для фильтрации воды. Затем жаберные дуги превратились в жабры для дыхания. У наземных позвоночных жаберные дуги развиваются в уши, нижнюю и верхнюю челюсть. 
4. Мышечный хвост. Хвост имеется у кошек, рыб, ящериц и многих других. У человека от хвоста остался только копчик.

Ряд эволюционных скачков позволил нашим прародителям приспособиться к окружающей среде и справиться с неимоверными трудностями. Появление хорды – первый этап в долгом эволюционном пути позвоночных.

Миллокунмингия стала прародителем современных позвоночных: рыб, амфибий, птиц, млекопитающих и других.

Эволюция и основные группы позвоночных  

ЛанцетникиЛанцетники считаются переходным звеном между беспозвоночными и позвоночными животными. По форме они напоминают хирургический инструмент – ланцет, за что и получили своё название. У ланцетников имеются все признаки примитивных позвоночных животных.

Взрослые ланцетники плавают по морскому дну. В случае опасности они зарываются в песок. Ротовые щупальца втягивают и фильтруют морскую воду.

ОболочникиОболочники ведут прикрепленный образ жизни и мало похожи на позвоночных. Однако оболочники генетически более близкие родственники другим позвоночным, чем ланцетники. Личинка оболочников имеет все признаки хордовых. Срок жизни личинки может не превышать нескольких минут. За это время она находит подходящее место для прикрепления. После прикрепления, с личинкой происходит ряд метаморфоз (превращений). Хвост и хорда растворяются, нервная система упрощается, а органы поворачиваются на 90 градусов.

Взрослые оболочники всю жизнь сидят неподвижно и всасывают воду. Частички пищи отфильтровываются слизистой сеткой и ресничками отправляются в пищевод.

МиногиМиноги на первый взгляд похожи на рыбу. Но это существо гораздо более простого строения. У миног нет рта и плавников. Вместо рта у миног имеется воронка с щетинками. Первые позвоночные имели подобное ротовое отверстие. Они были ограничены в выборе пищи. Миноги всасывают через ротовую воронку частички пищи. Некоторые миноги присасываются к рыбам и прогрызают кожу, питаясь кровью и мышами жертвы. 

Появление челюстейПостепенно передние жаберные дуги позвоночных эволюционировали в верхнюю и нижнюю челюсти. Первых челюстных позвоночных находят в отложениях, возраст которых 440 миллионов лет. Соединенная с черепом челюсть позволяла древним рыбам хватать пищу, разрывать её и измельчать для последующего усвоения.

У эмбриона человека из нижних жаберных дуг развивается гортань и глотка, а из верхних – челюсть.

Первые рыбы. Появление плавниковПередние грудные плавники у древних рыб создавали подъемную силу во время движения. Задние брюшные плавники помогали рыбе держать устойчивый курс при движении в воде.

Древние позвоночные рыбы стали доминировать в морях благодаря такой системе плавников и мощным челюстям.

Дунклеостей охотился в морях 400 миллионов лет назад. Размер его тела достигал 6 метров. Весил дунклеостей более тонны.

Хрящевые и костные рыбыСледующий эволюционный скачок изменил строение костей. Скелет первых древних рыб состоял из хрящей. К современным хрящевым рыбам относят акул и скатов.

Со временем хрящевые коллагеновые нити стали покрываться прочным минеральным каркасом – фосфатом кальция. Фосфат кальция придавал прочность образовавшимся костям. Так появились первые костные рыбы. У всех наземных позвоночных скелет также состоит из фосфата кальция и коллагеновых нитей.

Выход на сушу. Первые амфибии380 миллионов лет назад лопастепёрые рыбы дали начало первым наземным позвоночным – амфибиям. У современных лопастепёрых рыб мощные мясистые плавники. Некоторые виды имеют лёгкие. Древние лопастепёрые рыбы выходили на мелководье и дышали атмосферным кислородом. Для выживания в наземных условиях плавники уже не годились. Кости плавников постепенно эволюционировали в конечности.

Появление растений на суше стимулировало развитие жизни в пресноводных болотах и вокруг них. Первым наземным позвоночным является тиктаалик. Плавая на глубине, тиктаалик ничем не отличался от других рыб. Однако остатки его скелета говорят о том, что он мог свободно передвигаться по болотам и отмелям. Строение плавников позволяло тиктаалику принимать упорное устойчивое положение и ступать по поверхности земли.

С греческого «амфибия» переводится как «ведущий двойную жизнь». Это связано с их наземно-водным образом жизни. Древние амфибии охотились на насекомых и других беспозвоночных.

У амфибий остается неразрывная связь с водой. У них влажная кожа. Если кожа высохнет, то животное погибнет. Яйца амфибий не имеют плотной оболочки. Поэтому амфибиям приходится возвращаться в воду, чтобы оставить потомство. Древние позвоночные не могли заселить безводные части суши, не решив эти две проблемы.

РептилииРептилии – потомки амфибий – смогли разорвать связь с водной средой обитания. В этом им помогли две адаптации:

1. У рептилий зародыш развивается на суше – в яйце. Водонепроницаемое яйцо богато питательными веществами. Зародыш в яйце дополнительно окружен защитными оболочками.

2. Кожа рептилий состоит из особого вещества – кератина. Кератин входит в состав чешуек рептилий, крыльев птиц и меха млекопитающих. Сухие кератиновые чешуйки предотвращают избыточное испарение воды. Они сохраняют влагу внутри тела рептилии.

Своего расцвета рептилии достигли 70 миллионов лет назад. К рептилиям относят крокодилов, черепах, ящериц, змей и динозавров.

ПтицыСамой крупной и прогрессивной группой рептилий являлись динозавры. Современные родственники динозавров безраздельно правят воздушной средой. Речь идёт о птицах.

Не известно, когда динозавры приобрели оперенье. Считается, что предки птиц появились около 150 миллионов лет назад. Первые такие существа, размером с кошку, могли летать используя только силу гравитации. Они залазили высоко на деревья в поисках добычи. Прыгая вниз с деревьев, предки птиц свободно планировали в воздухе. Оперенье на задних и передних конечностях увеличивало соприкосновение с воздухом, что замедляло падение.

МлекопитающиеОбщий предок рептилий и млекопитающих жил 200 миллионов лет назад. Первые млекопитающие были мелкими насекомоядными животными. Господствующее место на Земле млекопитающие заняли только после исчезновения динозавров. Резкое похолодание климата сыграло на руку млекопитающим. Густая шерсть млекопитающих хорошо сохраняет тепло.

Но главная адаптация млекопитающих связана с развитием зародыша. Эмбрион млекопитающих развивается в теле матери и получает от неё все питательные вещества. После рождения, самки вскармливают своих детёнышей молоком.