Як влаштований дощовий хробак. Розгляньмо його з усіх боків

Однією з найбільш загадкових істот у світі фауни є дощовий хробак. Його по праву можна назвати земляним трудівником, так як саме завдяки йому грунт, по якому ми ходимо, сповна просочується киснем та іншими мінеральними речовинами. Проходячи різні ділянки землі вздовж і впоперек, цей хробачок робить їх пухкими, що дозволяє після цього висаджувати там культурні рослини, а також займатися садівництвом.

• Загальні характеристики вигляду
• Зовнішня будова дощового хробака
• Який він зсередини
• Система травлення
• Система кровообігу
• Дихання і нервова система
• Розмноження

Загальні характеристики вигляду

Дощовий хробак відноситься до царства Тварини, до підцарства Багатоклітинні. Його тип характеризують як Кольчасті, а клас – Малощетинкові. Організація кольчастих черв ‘яків порівняно з іншими типами досить висока. Вони володіють вторинною порожниною тіла, яка має свої власні системи травлення, кровоносну і нервову. Розділяються вони щільним прошарком з клітин мезодерми, які служать своєрідними подушками безпеки для тварини. Також завдяки їм автономно може існувати і прогресувати в розвитку кожен окремий членик тіла черв ‘яка. Місця проживання цих земних санітарів – вологий грунт, солоні або ж прісні води.

Зовнішня будова дощового хробака

Тіло черв ‘яка має круглу форму. Довжина представників цього виду може становити до 30 сантиметрів, до складу яких можуть входити від 100 до 180 сегментів. Передня частина тіла черв ‘яка має невелике втовщення, в якому зосереджені так звані статеві органи. Місцеві клітини активуються в період розмноження і виконують функцію відкладання яєць. Бічні зовнішні частини тіла черв ‘яка оснащені короткими, зовсім непомітними для людського ока щетинками. Вони дозволяють тварині пересуватися в просторі і перебирати землю. Також варто відзначити, що животик дощового черв ‘яка пофарбований завжди в більш світлий тон, ніж його спина, яка має темно-бордовий, майже коричневий забарвлення.

Який він зсередини

Від усіх інших сородичів будова дощового хробака відрізняє наявність справжніх тканин, які утворюють його тільце. Зовнішня частина покрита ектодермою, яка багата на слизові клітини, що містять залізо. За цим шаром йдуть м ‘язи, які діляться на дві категорії: кільцеві та поздовжні. Перші розташовані ближче до поверхні тіла і є більш рухливими. Другі ж використовуються як допоміжні під час пересування, а також дозволяють більш повноцінно працювати внутрішнім органам. М ‘язи кожного окремого сегмента тіла черв’ яка можуть функціонувати автономно. При пересуванні дощової хробаки по черзі стискає кожну кільцеву групу м ‘язів, в результаті чого його тіло то розтягується, то стає коротшим. Це дозволяє йому проривати нові тунелі і повноцінно розпушувати землю.

Система травлення

Будова черв ‘яка гранично просто і зрозуміла. Бере воно свій початок з ротового отвору. Через нього їжа надходить у горлянку і після проходить через стравохід. У цьому сегменті продукти очищаються від кислот, що виділяються продуктами гниття. Потім їжа проходить через зоб і потрапляє в шлунок, в якому зосереджено безліч маленьких м ‘язів. Тут продукти буквально перемелюються і після цього надходять до кишківника. У черв ‘ячка є одна середня кишка, яка переходить в задній отвір. У її порожнині всі корисні речовини з їжі всмоктуються в стінки, після чого відходи виходять з організму через заднепрохідний отвір. Важливо знати, що екскременти дощового черв ‘яка насичені калієм, фосфором і азотом. Вони чудово живлять землю і насичують її мінералами.

Система кровообігу

Кровоносну систему, якою володіє дощовий хробак, можна поділити на три сегменти: черевну посудину, спинну посудину і кільцеву, яка об ‘єднує два попередніх. Кровотік в організмі замкнутий, або ж кільцевий. Кільцева посудина, яка має форму спіралі, об ‘єднує дві життєво важливі для черв’ яка артерії в кожному сегменті. Від нього також відгалужуються капіляри, які підходять близько до зовнішньої поверхні тіла. Стінки всієї кільцевої судини і його капілярів пульсують і скорочуються, завдяки чому кров переганяється від черевної артерії до спинної. Примітно, що дощові хробаки подібно людині мають червону кров. Це обумовлюється наявністю гемоглобіну, який регулярно поширюється по всьому тілу.

Дихання і нервова система

Процес дихання біля дощового хробака здійснюється через шкіру. Кожна клітинка зовнішньої поверхні дуже чутлива до вологи, яка вбирається і переробляється. Саме з цієї причини хробаки не мешкають у сухих піщаних місцевостях, а живуть там, де ґрунт завжди наповнений водою або ж у самих водоймах. Нервова система у цієї тварини куди цікавіша. Головна “грудка”, в якій зосереджені всі нейрони у величезній кількості, знаходиться в передньому сегменті тіла, проте його аналоги, менші за розміром, є в кожному з них. Тому кожен членик тіла черв ‘яка може існувати автономно.

Розмноження

Відразу зазначимо, що всі дощові черв ‘яки – гермафродити, і в кожному організмі насінники розташовані попереду яєчників. Ці ущільнення знаходяться в передній частині тіла, і в період спарювання (а воно у них перехресне) насінники одного з хробаків переходять в яєчники іншого. У період спарювання у черв ‘яка виділяється слиз, який необхідний для утворення кокона, а також білкова речовина, якою харчуватиметься зародок. У результаті цих процесів утворюється слизова муфта, в якій розвиваються ембріони. Потім вони залишають її заднім кінцем вперед і розповзають в землю продовжувати свій рід.

Еволюційний дауншифтинг дощових хробаків

Уявіть, що звичайний дощовий хробак став довгим і товстим, як шлагбаум, і почав жити в трубці, яку будує сам і звідки стирчать лише його численні щупальця. Зі своєї трубки він ніколи не вилазить і селиться на останках кісток хребетних, що гниють уламках затонулих суден або поблизу сірководневих джерел. Складно уявити такого вже далеко не дощового хробака, чи не так? Але в природі такі організми існують, а ім’я їм – вестиментифери.

Черви-вестиментіфери разом зі своїми сородичами погонофорами, костоїдами і древоточцями відносяться до сімейству зібоглінід (розуміємо, імена у цих хробаків на любителя). Всі ці групи черв’яків належать до сидячих кільчастих черв’яків і сталися від того ж предка, що і дощовий хробак. Тільки еволюція загнала дощового хробака в ґрунт, а зібоглінід відправила освоювати глибоководні місця. Як ми вже згадували, деякі вестиментифери селяться поблизу гідротермальних джерел, а умови там далеко не райські для нормальних аеробних організмів. Загалом, вестиментіфер можна вважати прикладом еволюційного дауншифтингу серед черв’яків.

Розповімо трошки детальніше про обстановку поблизу гідротермальних джерел, які вважаються колискою життя на Землі. Температура там залежить від активності джерела і може коливатися в діапазоні від + 2 до + 30 градусів Цельсія, реакція середовища кисла (pH може опускатися до 4,4), хімічний склад сильно варіює, концентрація сірководню і сульфідів перевищує допустиму для людини норму в 100 разів. То холодно, то спекотно, кисло і вкрай токсично для більшості аеробних організмів (сірководень блокує кінцевий фермент дихального ланцюга). Але наші герої, черви-вестиментифери, зуміли успішно пристосуватися до посилання на сірководневі джерела і навіть отримують користь з отруйного оточення.

Зазначимо, що далеко не всі вестиментифери селяться поблизу гідротермальних джерел, до них тяжіють лише деякі представники, такі як рифтія () і ріджея (). Ці хробаки позбулися кишечника, і майже весь просвіт їх цілома займає спеціальний орган – трофосома. Прямо всередині клітин цього органу живуть симбіотичні хемоавтотрофні бактерії. Такі бактерії використовують гідросульфід-іон (HS – ) як джерело окислення, що звільняються в ході окислення електрони надходять в електрон-транспортний ланцюг, і в кінцевому рахунку утворюється АТФ – універсальна енергетична валюта живих істот (принаймні, на Землі).

Все харчування наших вестиментіфер побудовано на симбіотичних відносинах з хемоавтотрофними бактеріями: хробаки постачають симбіонтів житлоплощею, забезпечують сульфідом, а натомість отримують готову органіку у вигляді сукцинату та глутамату. Постає питання: як транспортувати через своє тіло токсичні сульфіди, щоб «нагодувати» бактерій? На цей випадок у рифтії та ріджеї є змінений гемоглобін. Ланцюжки ферменту у цих хробаків забезпечені цистеїновими залишками, здатними зв’язуватися з сірководнем і транспортувати його по тілу (з перенесенням кисню при цьому у них проблем не виникає).

Крім того, нещодавно ми на кафедрі зоології безхребетних тварин біофаку МДУ досліджували кровоносну систему рифтії, гіганта-рекордсменки серед вестиментіфер, і виявили ряд характерних особливостей, не властивих іншим кільчастим хробакам. У рифтії виявилася добре розвинена лакунарна система, що дренує основні системи органів (у тому числі трофосому, де живуть бактерії-симбіонти), основні судини, по яких проштовхується кров до верхнього кінця тіла хробака, додатково вистлані шаром м’язовою тканиною.

Крім того, в щупальцевій зоні рифтії з’єднуються дві системи судин, через що кров до щупальців йде як по базальних, так і по аксіальних судинах. Додаткова судинна система дозволила рифтії обзавестися аж 400 парами ламелл, що несуть щупальця (у інших вестиментіфер їх число не перевищує 70).

Таким чином, змінений гемоглобін і посилена кровоносна система дозволили рідно дощових хробаків стати резистентними до сильного токсину, перейти цілком на симбіотичне харчування і освоїти малопридатну для життя нішу.

Література

Phenotypic variation and fitness in a metapopulation of tubeworms (Ridgeia piscesae Jones) at hydrothermal vents // PloS one, 2014. — 9(10). The biology of vestimentiferan tubeworms // Oceanogr. Mar. Biol. Annu. Rev., 2010 (48). — Pp. 211–264. The sulfide binding function of annelid hemoglobins: relic of an old biosystem? // Journal of inorganic biochemistry, 2005. — 99(1). — Pp. 142-150. The anatomy of the blood vascular system of the giant vestimentiferan tubeworm Riftia pachyptila (Siboglinidae, Annelida) // Journal of Morphology, 2017. — 278(6). — Pp. 810-827.