Способ передвижения медузы корнерота

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

Всё о медузах

Медузы — водные многоклеточные животные, которые принадлежат к типу стрекающих. Основной особенностью представителей этого типа является наличие так называемых стрекательных клеток, вырабатывающих нейротоксины. Кроме небольшой полости с ядом клетки имеет заостренные шипы с полой нитью. С их помощью многоклеточные организмы охотятся и защищаются от врагов.

Медуза — это жизненная форма, относящаяся к разновидности стрекающих Medusozoa, жизненный цикл развития которых заключается в чередовании двух типов поколений: бесполого, представленного полипами, и полового, представленного собственно медузами.

Характеристика и описание

Медузы имеют органы зрения и равновесия, сигналы от которых поступают в мозг — скопления нервных клеток, расположенных по краю купола. Пищеварительная система состоит из ротового отверстия и упрощенной гастроваскулярной системы. В отличие от бесполых полипов медузы принадлежат к женскому или мужскому полу.

Приспособленность к среде обитания проявляется в том, что медузы имеют стрекательные клетки, щупальца для захвата пищи и напоминающее купол тело, форма которого обеспечивает перемещение в воде.

Образ жизни медузы напрямую связан со строением ее тела: большинство видов из-за невозможности противостоять течению и передвигаться в выбранном направлении относят к биопланктону.

Чем различаются образ жизни полипа и медузы

В зависимости от стадии развития представители подтипа Medusozoa ведут различный образ жизни: морской полип все время находится на одном месте, тогда как медузы способны преодолевать большие расстояния, плавая по течению или передвигаясь при помощи периодических сжатий купола.

Как выглядит

Внешнее строение медузы имеет следующие особенности:

• верхняя часть тела гладкая и по форме напоминает купол;
• в центре нижней части купола расположен манубриум — небольшой ротовой хоботок медузы, окруженный более длинными щупальцами для захвата пищи.

Тело животного на 95% состоит из воды, поэтому оно практически полностью прозрачное. Медузам присуща радиальная симметрия тела, при которой через его центр можно провести не одну, как у большинства животных, а несколько осей симметрии.

Подтип медуз объединяет около 2000 разновидностей, значительно отличающихся друг от друга как внешним видом, так и размерами.

Наименование вида	Диаметр купола, см	Количество щупалец
Цианея	200	65-150
Ризостома Альдрованди	80	7, по внешнему виду напоминают гирлянды
Хризаора	60	24
Медуза Атолла	50	Одно длинное и 22 коротких
Медуза-крестовичок	40	60
Коробчатая медуза	20	60
Ируканджи	2,5	4

Виды медуз

Подтип Medusozoa в биологической классификации включает три класса:

• Класс гидроидные. Представлен медузами сравнительно небольших размеров с упрощенной структурой тела и отсутствием обособленной мускулатуры. Половые клетки образуются в наружном слое купола.
• Класс сцифоидные. Имеют более сложное строение: гастроваскулярная система разделена на отделы, в верхней части тела есть мышечные волокна, половые клетки развиваются на внутренней стороне купола.
• Кубомедузы. Были выделены в отдельный класс в 70-х годах прошлого столетия. Основным отличием является прямоугольная форма купола. Во многих источниках кубомедуз до сих пор называют подклассом сцифоидов.

К наиболее интересным разновидностям медуз можно отнести следующие:

• Бессмертная медуза (Turritopsis nutricula). После размножения представители этого вида не гибнут, а возвращаются к стадии полипа. Цикл перехода между бесполым и половым поколением длиться до бесконечности, поэтому теоретически это медуза которая живет вечно.
• Пелагия ночесветка, раткея и другие светящиеся медузы. Способность к люминесценции обеспечивает особый пигмент — люцеферин, который начинает светиться при контакте с кислородом. Реакция окисления происходит в случае опасности или при необходимости привлечения мальков и планктонных организмов. Светящиеся в темной воде тела медуз напоминают разноцветные купола шапито.
• Морская оса. Обитает в теплых тропических водах Южного полушария. Это самая опасная медуза в мире: содержащегося в ее стрекательных клетках яда достаточно для того, чтобы убить несколько десятков человек.
• Парусник. Представляет собой колонию из множества гидроидных полипов, каждый из которых выполняет определенную функцию. В верхней части колонии располагается нарост в форме изогнутой лопасти, которая выполняет роль паруса, позволяя перемещаться по поверхности воды под действием ветра.
• Аурелия ушастая. Один из наиболее многочисленных видов дискомедуз. Распространена в умеренном и тропическом поясе. Медузы имеют практически полностью прозрачный купол, в верхней части которого расположены четыре ярких фиолетовых кольца.

Сколько лет живут

Максимальная продолжительность жизни медуз — около года. До такого солидного срока могут доживать только наиболее крупные сцифоиды. Небольшие гидромедузы живут всего по несколько месяцев.

Как размножаются

Размножение медуз происходит следующим образом:

• После оплодотворения женская особь откладывает яйца, из которых в скором времени рождаются планулы.
• Планула это очень маленькая личинка медузы, которая некоторое время находится в воде, а затем оседает на дно и прикрепляется к грунту, переходя в стадию полипа.
• После того, как полип подрастает, на нем начинают развиваться эфиры — не до конца сформировавшиеся медузы, напоминающие блюдца.
• Отделение эфиров от родительского полипа называется стробиляция. В дальнейшем у медуз формируются щупальца и половые клетки.
• После размножения жизненный цикл медузы завершается.

Среда обитания

Медузы распространены по всему Мировому океану. Они обитают и в холодных полярных водах и в теплой воде тропических морей. Большая часть относится к пелагическим организмам, однако встретить представителей некоторых разновидностей можно на глубине до 10 тысяч метров.

Подавляющее большинство медуз могут жить исключительно в соленой воде. Встречаются также пресноводные виды, размеры которых не превышают нескольких сантиметров в диаметре. Их достаточно часто используют для содержания в аквариумах.

Чем питаются

Медузы относятся к кишечнополостным животным с примитивной системой переваривания пищи. Основой рациона для некрупных гидроидных организмов является планктон. Питание сцифоидных медуз в связи с более сложной системой пищеварения и огромными размерами отличается сравнительным разнообразием. Они едят рыбью икру, мальков, рачков, а иногда и мелких особей своего подвида.

Кто питается медузами

Многоклеточные животные составляют основу рациона рыбы-луны и морских черепах. Несмотря на сравнительно низкую питательность, похожие на желе купола с удовольствием поедают многие виды рыб, птиц и водных млекопитающих. Такая популярность среди морских обитателей объясняется тем, что добыча медуз не требует больших энергетических затрат.

Как называется орган равновесия у медуз

За определение положения тела относительно земли у медуз отвечают статоцисты, расположенные по краю купола. Это небольшие полые мешочки, внутренняя поверхность которых покрыта чувствительными ворсинками. Внутри каждого мешочка находится несколько песчинок. При изменении направления движения песчинки перемещаются внутри статоцист, задевая волоски. Полученная таким образом информация поступает в скопление нервных клеток.

Как передвигается медуза корнерот

Диаметр куполов взрослых особей этого вида достигает 50-60 см. Это наиболее крупные представители стрекательных в Черном и Средиземном морях. Кроме этого, медуза корнерот интересна своим умением плавать: в отличие от большинства сородичей она способна перемещаться в воде в любом направлении и не зависимо от течения. Двигаться вперед и поворачиваться ей помогают активные сокращения краев купола.

Что делают из медуз

Во многих азиатских странах съедобные виды медуз используют для приготовления блюд и даже приравнивают к деликатесам. В пищу идут только купола, которые очищаются от щупалец и слизи. Поскольку они являются быстро портящимся продуктом, их либо готовят сразу, либо засаливают, а затем вялят и сушат.

Медузы являются полезным продуктом, так как содержат ценные структурные белки, биологически активные вещества, липиды и микроэлементы.

Китай, Корея, Бирма, Вьетнам и некоторые другие страны ведут промышленный вылов съедобных видов медуз для дальнейшего изготовления пищевых полуфабрикатов и косметической продукции.

Значение медузы в природе и в жизни человека

В океанических и морских экосистемах представителей подтипа Medusozoa относят к консументам второго порядка. Польза их заключается в фильтрации воды и очистке ее от различных органических частиц. Медузы также обеспечивают кормовую базу для многих видов рыб и морских животных. Их купол и щупальца нередко становятся убежищем для мальков, скрывающихся от хищников.

Вместе с тем значительное увеличение количества медуз в некоторых районах Мирового океана имеет определенные негативные последствия: сокращаются популяции питающихся планктоном рыб, в том числе и имеющих важное промысловое значение.

Человек использует медуз преимущественно для употребления в пищу, а также для изготовления медикаментозных препаратов и косметологических средств. Небольшие декоративные виды часто становятся украшением аквариумов и океанариумов.

Что делать если ужалила медуза

Признаками контакта с ядовитыми щупальцами животного являются жжение, резкая боль и покраснение кожных покровов. Уменьшить последствия от ожогов медузы помогут следующие действия:

1. В первую очередь необходимо удалить с поверхности кожи остатки шипов с нейротоксинами. Для этого место ожога вначале промывают морской водой (пресная приведет к разрушению шипов и поступлению остатков яда в кожу), а затем обтирают махровым полотенцем или плотной тканью. При выполнении этих манипуляций не следует прикасаться к пораженной коже руками.
2. Покрасневшие участки обрабатывают перекисью водорода.
3. При появлении отека прикладывают лед.
4. В случае возникновения аллергических реакций следует принять антигистаминные средства.

Если состояние продолжает ухудшаться, стоит обратиться за медицинской помощью.

Источник