Что такое реактивный способ движения у медуз

Медуза: умный охотник, лишенный мозга

У неё нет сердца, костей, глаз и мозга. Она на 95% состоит из воды, но при этом остается самым активным морским хищником.

Это необычное существо – медуза, 1 беспозвоночное животное, принадлежащее к типу Кишечнополостные (тот же тип, к которому относятся и кораллы).

Читайте также: Кораллы фото

Тело медузы состоит из желеобразного колокола, щупалец и ротовых полостей, используемых для поедания добычи. Медуза получила свое название благодаря сходству с мифической Медузой Горгоной, у которой из головы вместо волос торчали змеи.

Существует более 200 видов медуз (класс Кубомедузы) разных размеров: от крошечных карибских медуз до арктических цианей, колокол которых достигает 2,5 м в диаметре, длина щупалец составляет примерно 60 м (в 2 раза длиннее синего кита), а вес – более 250 кг.

Как медузы передвигаются

Одни медузы плавают, используя реактивное движение, а другие прикрепляются к другим объектам, к примеру, к морским водорослям. Несмотря на использование реактивного движения, медузы всё же не настолько хорошо плавают, чтобы преодолеть силу волн и течений.

Реактивное движение медузы совершается благодаря наличию корональных мышц, выстилающих нижнюю часть её колокола. Когда эти мышцы выталкивают воду из колокола, происходит отдача, толкающая тело в противоположную сторону.

У медузы нет мозга и глаз, поэтому она полностью полагается на нервные клетки, помогающие ей двигаться, реагировать на пищу и опасность. Органы чувств подсказывают медузе, в каком направлении двигаться, а также определяют источник света.

С помощью особых мешков, расположенных на ободке колокола, медузы прекрасно балансируют в воде. Когда тело медузы переваливается на бок, мешки заставляют нервные окончания сокращать мышцы, и тело медузы выравнивается.

Охотники

Несмотря на безобидный внешний вид, медузы – замечательные охотники. Они жалят и убивают своих жертв особыми стрекательными клетками, нематоцистами. Внутри каждой клетки находится маленький гарпун. В результате прикосновения или движения он выпрямляется и стреляет в добычу, впрыскивая в неё яд. Степень ядовитости этого токсина зависит от вида медузы. Реакции на яд могут быть также разные: от небольшой сыпи до летального исхода.

Медузы не охотятся на людей. Они предпочитают питаться микроскопическими организмами, рыбами и другими медузами. Люди могут случайно пострадать только тогда, когда медузы попадают в прибрежную зону.

Медуза, плавающая в морских просторах, может быть как хищником, так и добычей. Благодаря своей прозрачности, она отлично маскируется и почти незаметна в воде. Это важно, так как, несмотря на реактивное движение, эти организмы всецело находятся во власти течения, а в открытом море, как известно, спрятаться негде.

Жизненный цикл

Начало жизненного цикла медуз очень похоже, хотя и не полностью, на начало развития кораллов. Личинки плавают в воде, пока не находят твердую поверхность (камень или раковину), на которую прикрепляются. Прикрепившиеся личинки растут и преобразуются в полипы, которые на этой стадии напоминают морские анемоны.

Затем в полипах начинают формироваться горизонтальные бороздки. Они углубляются до тех пор, пока полип не превращается в стопку из отдельных, похожих на блины, полипов. Эти плоские полипы один за другим откалываются от стопки и отплывают. С этого момента отколовшийся полип похож на взрослую медузу.

У медуз короткий жизненный цикл. Наиболее живучие виды доживают до 6 месяцев. Эти существа обычно погибают в морских водах или становятся добычей других хищников. Луна-рыба и кожистая черепаха – наиболее опасные хищники, питающиеся медузами (Исследователям неизвестно, каким образом черепахи и рыбы могут съедать медуз вместе с ядовитыми нематоцистами, не причиняя себе вреда).

Несмотря на свою невероятную хрупкость, медузы достаточно сложно устроены. Дыхание этих кишечнополостных осуществляется посредством всей поверхности тела. Оно способно поглощать кислород и выделять углекислый газ.

Другие «медузы»

В море обитает множество других существ, которые хоть и называются медузами, но ими не являются. Один из таких видов – португальский кораблик, очень похожий на медузу.

Гребневики выглядят и ведут себя как медузы, но всё же не являются «настоящими медузами», поскольку не имеют стрекательных клеток. Медузы заселяют моря и океаны по всему миру. Чаще всего они обитают в прибрежных зонах, хотя известны и глубоководные виды, производящие фантастический свет благодаря биолюминесценции.

Эволюционная тайна

Учитывая сложность анатомического строения и способ охоты этих морских существ, трудно представить, каким образом могли выживать переходные формы между немедузами и современными медузами. Медузы появляются в летописи окаменелостей внезапно и без переходных форм.

Для выживания важны все особенности медузы: мешки, помогающие им плавать в правильном направлении, органы чувств, предупреждающие их о приближении хищника или добычи, и жалящие нематоцисты. Поэтому вполне логично заключить, что любая переходная форма, лишенная этих полностью развитых признаков, быстро привела бы к вымиранию вида. Факты указывают на то, что медузы всегда была медузами с момента их Сотворения Богом на 5-й день недели Сотворения (Бытие 1:21).

Ссылки и примечания

1. Если не указано иное, вся информация взята из Национального аквариума в Балтиморе, ; . Вернуться к тексту.

Источник

Что такое реактивный способ движения у медуз

БЕСПОЗВОНОЧНЫЕ: движение в воде

Рассмотрим под микроскопом каплю воды„взятую из какого-нибудь пруда. Мы почти наверняка увидим бесформенные полупрозрачные тельца, похожие на комочки не то слизи, не то грязи. Это простейшие одноклеточные животные — амебы. Приглядевшись внимательно, мы заметим, что они движутся. Вначале у амебы по ходу движения появляется выступ. Постепенно он растет, растягивается, и наконец в образовавшуюся выпуклость перетекает все тело амебы. Кажется, что они как бы шагают, подтягивая тело к переднему концу. Двигаются амебы медленно: чтобы проделать путь в несколько десятков сантиметров, им требуется чуть ли не целый час.

Трудно сказать, какой способ передвижения самый древний, самый примитивный — амебовидный или с помощью жгутиков. Простейшие животные — жгутиконосцы — имеют нитевидные выросты-жгутики. Во время движения каждый жгутик свободным концом описывает круговое движение и как бы ввинчивается в воду. При этом, двигаясь вперед, животное вращается вокруг своей длинной оси, как снаряд, выпущенный из нарезного орудия. У других простейших животных — инфузорий — тело в большинстве случаев окружено множеством ресничек. У инфузории-туфельки таких ресничек бывает до 14 000, и каждая из них работает как весло. Но, несмотря на такое огромное количество весел, скорость туфельки невелика: она едва проплывает пять метров за час.

Многоклеточные беспозвоночные, обитающие в морях и океанах, реках и озерах, освоили самые разнообразные способы передвижения. Морские черви, пиявки плавают, волнообразно изгибая тело. Такой способ плавания требует очень сильной мускулатуры. И на самом деле, пиявки могут подтянуть груз, в 1500 раз превышающий их собственный вес!

Многие водные беспозвоночные плавают с помощью рычагов-весел. Так плавают водяные жуки, водяные клопы, многие ракообразные. Чаще всего как весла используются ноги. Особенно интересно устроена пятая пара ног у плавающего краба. Суставы последних члеников этих ног расширены в виде лопасти весла. При заносе вперед членики сгибаются и не испытывают значительного сопротивления воды. А во время обратного движения нога выпрямляется и загребает воду как самое настоящее весло. У речного рака и омара веслом служит задняя часть «шейки». Подгребая под себя воду сильными хвостовыми лопастями, они плывут задом наперед.

Все, конечно, видели водных насекомых — водомерок, скользящих по поверхности воды, словно по льду. У них тело и лапки густо покрыты несмачивающимися волосками, и, хотя удельный вес водомерок больше единицы, сила поверхностного натяжения водной пленки легко удерживает их на поверхности. Если пинцетом погрузить насекомое в воду, то оно все покрывается серебристым слоем воздуха, а если разжать пинцет, то водомерка, как пробка, всплывает на поверхность. Для гребли она пользуется самыми длинными, средними, ногами, и за один толчок «весел» проскальзывает чуть ли не на четверть метра вперед.

Некоторые сифонофоры плавают «под парусами». Это группа кишечнополостных животных, сросшихся вместе и живущих как один организм. Высовывающийся над поверхностью воды пластинчатый гребень служит им парусом, а свисающие вниз щупальца длиной до 18 метров — килем. Скорость хода сифонофор «под парусами» не так уж мала: при ветре 6 баллов они проплывают около пяти километров в час. Во время шторма сифонофоры выпускают воздух из особых камер и опускаются в глубину.

Наиболее прогрессивный способ движения водных беспозвоночных — гидрореактивный. Считают, что простейшим реактивным двигателем обладают одноклеточные животные — грегарины. Они без видимых движений медленно скользят по воде. Долго недоумевали, как они движутся. Оказалось, что, выделяя из мельчайших отверстий на теле капли студенистого вещества, они отталкиваются от воды и таким образом продвигаются вперед.

Медузы тоже используют реактивный способ движения. У гидроидных медуз к нижнему краю зонтика прикреплена мускулистая перепонка. Попеременным расширением и сокращением ее медуза набирает под купол воду, а затем выталкивает ее наружу. При выталкивании воды она получает толчок и движется выпуклой стороной вперед. Толчки следуют один за другим через 5—6 секунд, и поэтому медуза плавает медленно. Подобие гидрореактивных двигателей имеют моллюски-гребешки, они плавают, или, вернее, прыгают в воде, хлопая створками раковины и выпрыскивая из-под них воду.

Более совершенный двигатель у личинок стрекоз. В минуту опасности они выбрасывают струю воды и быстрым скачком избегают преследования.

Признанные чемпионы по скоростному плаванию среди беспозвоночных животных — головоногие моллюски — кальмары. Они развивают скорость до 50 километров в час. Разогнавшись в воде, они могут взлетать над поверхностью моря на высоту 4—5 метров и пролетать по воздуху более 60 метров.

При движении кальмары пользуются самым совершенным гидрореактивным двигателем. Вода набирается в мантийную полость через отверстие, расположенное около головы. Мантия плотно запирается хрящевыми «запонками». Между ними на брюхе помещается воронка, сообщающаяся с мантийной полостью. Прижимая мантию к туловищу, кальмар с силой выталкивает набранную внутрь воду через переднее отверстие воронки и отталкивается от воды. Затем вновь происходит заполнение полости водой, новое сжатие мантии и новый толчок. Такие толчки, при быстром движении, повторяются до пяти раз в секунду! Плывет кальмар обычно хвостом вперед, управляя плавниками, расположенными в задней части тела. Изменив направление воронки, он может плыть головой вперед.

Головоногие моллюски наутилусы для всплытия и погружения пользуются системой гидростатических баллонов. Этот моллюск строит раковину, разделенную перегородками на несколько камер. Живет наутилус в последней, самой большой камере, а остальные наполнены газом и частично жидкостью. Перегородки посередине пронизаны сифоном — задним выростом тела животного. При подъеме к поверхности наутилус с помощью сифона наполняет камеры газом, вытесняющим воду, и раковина всплывает.

Донные беспозвоночные могут не только плавать, но и передвигаться по дну. Водные жуки, морские пауки, раки, крабы ходят и ползают по дну, точно так же, как сухопутные животные по земле. Пиявки и некоторые другие черви вытягивают передний конец тела, а затем подтягивают к нему остальную часть. Подобным образом двигаются многие моллюски. Они прикрепляются передней частью ноги-подошвы к грунту, а затем, сокращая мышцы, подтягивают тело и раковину вперед.

Наиболее интересные подводные пешеходы — морские ежи. У них помимо твердых игл имеется множество мягких полых отростков-ножек с присосками на концах. Передвигаясь, они вытягивают по ходу движения ножки, нагнетая в них воду. Когда ножки вытянутся на полную длину, еж присасывается ими к какому-либо предмету на дне, а затем затягивает воду из ножек внутрь. Ножки сокращаются и подтягивают морского ежа вперед. Потом ножки отцепляются, снова вытягиваются, присасываются, и весь цикл повторяется снова.

Таким же образом шагают по дну морские звезды, имеющие полые трубчатые ножки в каждом из пяти лучей. Понятно, что скорость иглокожих при таком способе движения невелика — они проползают за минуту не более 5—8 сантиметров.

Многие животные живут в грунте водоемов. Им тоже надо передвигаться, а это посложнее, чем плавать или ползать по дну. Черви и личинки многих насекомых пробираются в грунте, раздвигая головной частью ил или же заглатывая его и пропуская через кишечник. Подобным образом передвигается в земле и дождевой червь. Специальные копающие инструменты — иглы — есть у некоторых видов морских ежей. В зависимости от назначения иглы имеют различную форму. Передние, направленные по ходу движения, — острые и работают подобно бураву, а расположенные по бокам имеют форму ложечки и служат для откидывания грунта в стороны.

Наиболее оригинальным способом передвигаются в иле черви приапулюсы. Формой этот червь похож на огурец. На переднем конце расположено большое ротовое отверстие, через которое глотка может выворачиваться наружу. Глотка и тело покрыты рядами острых шипов, направленных назад. Внутри червя находится полость, наполненная жидкостью и занимающая более 60 процентов общего объема тела. Начиная движение, приапулюс с силой выбрасывает вперед глотку, которая раздвигает грунт. Затем червь раздувает выброшенную глотку, расширяя проделанный ход, и, подтягивая заднюю часть тела к передней, продвигается вперед. Шипы, покрывающие тело, заклинивают приапулюса в туннеле и не дают ему податься назад при выбрасывании глотки.

© Сахалинская областная общественная организация Клуб «Бумеранг», 2005 год

Источник

БИОФИЗИКА: РЕАКТИВНОЕ ДВИЖЕНИЕ В ЖИВОЙ ПРИРОДЕ

Предлагаю читателям зелёных страничек заглянуть в увлекательный мир биофизики и познакомиться с основными принципами реактивного движения в живой природе. Сегодня в программе: медуза корнерот – самая крупная медуза Чёрного моря, морские гребешки, предприимчивая личинка стрекозы-коромысла, восхитительный кальмар с его непревзойдённым реактивным двигателем и замечательные иллюстрации в исполнении советского биолога и художника-анималиста Кондакова Николая Николаевича.

По принципу реактивного движения в живой природе передвигается целый ряд животных, например медузы, морские моллюски гребешки, личинки стрекозы-коромысла, кальмары, осьминоги, каракатицы… Познакомимся с некоторыми из них поближе 😉

Реактивный способ движения медуз

Медузы – одни из самых древних и многочисленных хищников на нашей планете! Тело медузы на 98% состоит из воды и в значительной части составлено из обводнённой соединительной ткани – мезоглеи, функционирующей как скелет. Основу мезоглеи составляет белок коллаген. Студенистое и прозрачное тело медузы по форме напоминает колокол или зонтик (в диаметре от нескольких миллиметров до 2,5 м). Большинство медуз двигаются реактивным способом, выталкивая воду из полости зонтика.

Медузы Корнероты (Rhizostomae), отряд кишечнополостных животных класса сцифоидных. Медузы (до 65 см в диаметре) лишены краевых щупалец. Края рта вытянуты в ротовые лопасти с многочисленными складками, срастающимися между собой с образованием множества вторичных ротовых отверстий. Прикосновение к ротовым лопастям может вызвать болезненные ожоги, обусловленные действием стрекательных клеток. Около 80 видов; обитают преимущественно в тропических, реже в умеренных морях. В России – 2 вида: Rhizostoma pulmo обычен в Чёрном и Азовском морях, Rhopilema asamushi встречается в Японском море.

Реактивное бегство морских моллюсков гребешков

Морские моллюски гребешки, обычно спокойно лежащие на дне, при приближении к ним их главного врага – восхитительно медлительной, но чрезвычайно коварной хищницы – морской звезды – резко сжимают створки своей раковины, с силой выталкивая из неё воду. Используя, таким образом, принцип реактивного движения, они всплывают и, продолжая открывать и захлопывать раковину, могут отплывать на значительное расстояние. Если же гребешок по какой-то причине не успевает спастись своим реактивным бегством, морская звезда обхватывает его своими руками, вскрывает раковину и поедает…

Морской Гребешок (Pecten), род морских беспозвоночных животных класса двустворчатых моллюсков (Bivalvia). Раковина гребешка округлая с прямым замочным краем. Поверхность её покрыта расходящимися от вершины радиальными ребрами. Створки раковины смыкаются одним сильным мускулом. В Чёрном море обитают Pecten maximus, Flexopecten glaber; в Японском и Охотском морях – Mizuhopecten yessoensis (до 17 см в диаметре).

Реактивный насос личинки стрекозы-коромысла

Нрав у личинки стрекозы-коромысла, или эшны (Aeshna sp.) не менее хищный, чем у её крылатых сородичей. Два, а иногда и четыре года живёт она в подводном царстве, ползает по каменистому дну, выслеживая мелких водных обитателей, с удовольствием включая в свой рацион довольно-таки крупнокалиберных головастиков и мальков. В минуты опасности личинка стрекозы-коромысла срывается с места и рывками плывёт вперёд, движимая работой замечательного реактивного насоса. Набирая воду в заднюю кишку, а затем резко выбрасывая её, личинка прыгает вперёд, подгоняемая силой отдачи. Используя, таким образом, принцип реактивного движения, личинка стрекозы-коромысла уверенными толчками-рывками скрывается от преследующей её угрозы.

Реактивные импульсы нервной «автострады» кальмаров

Во всех, приведённых выше случаях (принципах реактивного движения медуз, гребешков, личинок стрекозы-коромысла), толчки и рывки отделены друг от друга значительными промежутками времени, следовательно большая скорость движения не достигается. Чтобы увеличилась скорость движения, иначе говоря, число реактивных импульсов в единицу времени, необходима повышенная проводимость нервов, которые возбуждают сокращение мышц, обслуживающих живой реактивный двигатель. Такая большая проводимость возможна при большом диаметре нерва.

Известно, что у кальмаров самые крупные в животном мире нервные волокна. В среднем они достигают в диаметре 1 мм – в 50 раз больше, чем у большинства млекопитающих – и проводят возбуждение они со скоростью 25 м/с. А у трёхметрового кальмара дозидикуса (он обитает у берегов Чили) толщина нервов фантастически велика – 18 мм. Нервы толстые, как верёвки! Сигналы мозга – возбудители сокращений – мчатся по нервной «автостраде» кальмара со скоростью легкового автомобиля – 90 км/ч.

Благодаря кальмарам, исследования жизнедеятельности нервов ещё в начале 20 века стремительно продвинулись вперёд. «И кто знает, – пишет британский натуралист Фрэнк Лейн, – может быть, есть сейчас люди, обязанные кальмару тем, что их нервная система находится в нормальном состоянии…»

Быстроходность и манёвренность кальмара объясняется также прекрасными гидродинамическими формами тела животного, за что кальмара и прозвали «живой торпедой».

Кальмары (Teuthoidea), подотряд головоногих моллюсков отряда десятиногих. Размером обычно 0,25-0,5 м, но некоторые виды являются самыми крупными беспозвоночными животными (кальмары рода Architeuthis достигают 18 м, включая длину щупалец).
Тело у кальмаров удлинённое, заострённое сзади, торпедообразное, что определяет большую скорость их движения как в воде (до 70 км/ч), так и в воздухе (кальмары могут выскакивать из воды на высоту до 7 м).

Реактивный двигатель кальмара

Реактивное движение, используемое ныне в торпедах, самолётах, ракетах и космических снарядах, свойственно также головоногим моллюскам – осьминогам, каракатицам, кальмарам. Наибольший интерес для техников и биофизиков представляет реактивный двигатель кальмаров. Обратите внимание, как просто, с какой минимальной затратой материала решила природа эту сложную и до сих пор непревзойдённую задачу 😉

В сущности, кальмар располагает двумя принципиально различными двигателями (рис. 1а). При медленном перемещении он пользуется большим ромбовидным плавником, периодически изгибающимся в виде бегущей волны вдоль корпуса тела. Для быстрого броска кальмар использует реактивный двигатель. Основой этого двигателя является мантия – мышечная ткань. Она окружает тело моллюска со всех сторон, составляя почти половину объёма его тела, и образует своеобразный резервуар – мантийную полость – «камеру сгорания» живой ракеты, в которую периодически засасывается вода. В мантийной полости находятся жабры и внутренние органы кальмара (рис. 1б).

При реактивном способе плавания животное производит засасывание воды через широко открытую мантийную щель внутрь мантийной полости из пограничного слоя. Мантийная щель плотно «застёгивается» на специальные «запонки-кнопки» после того как «камера сгорания» живого двигателя наполнится забортной водой. Расположена мантийная щель вблизи середины тела кальмара, где оно имеет наибольшую толщину. Сила, вызывающая движение животного, создаётся за счёт выбрасывания струи воды через узкую воронку, которая расположена на брюшной поверхности кальмара. Эта воронка, или сифон, – «сопло» живого реактивного двигателя.

«Сопло» двигателя снабжено специальным клапаном и мышцы могут его поворачивать. Изменяя угол установки воронки-сопла (рис. 1в), кальмар плывёт одинаково хорошо, как вперёд, так и назад (если он плывет назад, – воронка вытягивается вдоль тела, а клапан прижат к её стенке и не мешает вытекающей из мантийной полости водяной струе; когда кальмару нужно двигаться вперёд, свободный конец воронки несколько удлиняется и изгибается в вертикальной плоскости, её выходное отверстие сворачивается и клапан принимает изогнутое положение). Реактивные толчки и всасывание воды в мантийную полость с неуловимой быстротой следуют одно за другим, и кальмар ракетой проносится в синеве океана.

1а) кальмар – живая торпеда; 1б) реактивный двигатель кальмара; 1в) положение сопла и его клапана при движении кальмара назад и вперёд.

На забор воды и её выталкивание животное затрачивает доли секунды. Засасывая воду в мантийную полость в кормовой части тела в периоды замедленных движений по инерции, кальмар тем самым осуществляет отсос пограничного слоя, предотвращая таким образом срыв потока при нестационарном режиме обтекания. Увеличивая порции выбрасываемой воды и учащая сокращения мантии, кальмар легко увеличивает скорость движения.

Реактивный двигатель кальмара очень экономичен, благодаря чему он может достигать скорости 70 км/ч; некоторые исследователи считают, что даже 150 км/ч!

Инженеры уже создали двигатель, подобный реактивному двигателю кальмара: это водомёт, действующий при помощи обычного бензинового или дизельного двигателя. Почему же реактивный двигатель кальмара по-прежнему привлекает внимание инженеров и является объектом тщательных исследований биофизиков? Для работы под водой удобно иметь устройство, работающее без доступа атмосферного воздуха. Творческие поиски инженеров направлены на создание конструкции гидрореактивного двигателя, подобного воздушно-реактивному…

Кондаков Николай Николаевич (1908–1999) – советский биолог, художник-анималист, кандидат биологических наук. Основным вкладом в биологическую науку стали выполненные им рисунки различных представителей фауны. Эти иллюстрации вошли во многие издания, такие как Большая Советская Энциклопедия, Красная книга СССР, в атласы животных и в учебные пособия.

Акимушкин Игорь Иванович (01.05.1929–01.01.1993) – советский биолог, писатель – популяризатор биологии, автор научно-популярных книг о жизни животных. Лауреат премии Всесоюзного общества «Знание». Член Союза писателей СССР. Наиболее известной публикацией Игоря Акимушкина является шеститомная книга «Мир Животных».

Материалы этой статьи полезно будет применить не только на уроках физики и биологии, но и во внеклассной работе.
Биофизический материал является чрезвычайно благодатным для мобилизации внимания учащихся, для превращения абстрактных формулировок в нечто конкретное и близкое, затрагивающее не только интеллектуальную, но и эмоциональную сферу.

Литература:
§ Кац Ц.Б. Биофизика на уроках физики
Москва: издательство «Просвещение», 1988
§ § Акимушкин И.И. Приматы моря
Москва: издательство «Мысль», 1974
§ Тарасов Л.В. Физика в природе
Москва: издательство «Просвещение», 1988

Источник