Биофизика: реактивное движение в живой природе. Каракатицы Каракатица как передвигается

Кто из головоногих моллюсков наиболее известен человеку? Большинство читателей, вероятно, назовут осьминога, воспетого классиками приключенческой литературы, другие — гигантских кальмаров или скажут «спрут» — это слово, исходно относившееся к любому крупному головоногому, сегодня чаще употребляется в переносном смысле. И, скорее всего, мало кто вспомнит еще одного полноправного члена этого славного класса и довольно близкого родственника кальмаров — каракатицу. Фото вверху ARCO/VOSTOCK PHOTO

Зоосправка

Тип — моллюски
Класс — головоногие
Подкласс — двужаберные
Отряд — десятиногие
Подотряд — каракатицы (Myopsida или Sepiida)

Каракатицы — самая молодая группа головоногих моллюсков, в геологической летописи они известны с юрского периода. По строению тела близки к кальмарам и вместе с ними образуют отряд десятиногих (названный так по числу щупалец). Некоторые каракатицы (род Loligo) внешне чрезвычайно сходны с кальмарами, однако отличаются от них характерными для всех каракатиц анатомическими особенностями: замкнутой роговицей глаза, известковой рудиментарной раковиной (у кальмаров она чисто хитиновая), отсутствием собственных светящихся тканей и т. д. Типичные каракатицы (род Sepia и близкие к нему) отличаются, кроме того, слегка уплощенным телом, по всему периметру которого идет узкий сплошной плавник, прерывающийся только в месте отхождения от тела щупалец; специальными «карманами» для «рук» (пары ловчих щупалец) и некоторыми другими особенностями.

На сегодня известно около 200 видов каракатиц; примерно половина из них принадлежит к центральному семейству Sepiidae. Все виды, кроме кальмароподобных каракатиц-лолиго, обитают на мелководьях у берегов Старого Света и Австралии, держатся около дна. Некоторые мелкие виды переходят к полусидячему образу жизни, присасываясь к камням. Почти все каракатицы — жители субтропических и тропических вод, но представители рода Rossia вдоль восточного побережья Азии проникают глубоко на север — до моря Лаптевых. Открытый океан для каракатиц, видимо, непреодолим: у берегов Америки и Антарктиды их нет. Считается, что каракатицы живут не более двух лет, размножаются единственный раз в жизни, после чего погибают. Однако биология многих видов совершенно не изучена, в неволе же каракатицы могут прожить до шести лет.

Возможно, главную роль сыграли скромные размеры этих животных: среди каракатиц, живущих сегодня в морях нашей планеты, ни один не достигает размера, позволяющего претендовать на звание спрута .

Самая крупная из современных представительниц — широкорукая сепия, обитающая у западных берегов Тихого океана, едва достигает веса 10 килограммов и длины 1,5 метра (вместе с щупальцами). Наиболее распространенный размер каракатиц — 20—30 сантиметров, а есть виды, взрослые особи которых не превышают в длину и двух сантиметров.

На первый взгляд эти головоногие проигрывают своим братьям по классу по всем параметрам. Живущий в толще воды кальмар — одно из самых быстрых морских созданий: эта живая ракета развивает скорость до 55 км/ч и способна взлетать над водой на несколько метров в высоту.

Осьминог живет на дне и плавает обычно не торопясь, зато владеет многими необычными умениями: его тело легко меняет форму, фактуру и окраску, его восемь «рук» манипулируют предметами, порой превращая их в настоящие орудия, он умеет «ходить» по дну и пролезать в узкие щели между камнями. Каракатицы же обитают около дна, но не на дне. Они нередко зарываются в песок или другой мягкий грунт, но неспособны передвигаться по дну.

Рекордов скорости они тоже не ставят (за исключением представителей рода Loligo, принадлежность которых к каракатицам можно выявить только специальным сравнительно-анатомическим исследованием: по своему облику и образу жизни эти животные удивительно напоминают кальмаров и в литературе иногда именуются «ложными кальмарами»). Технология реактивного движения им знакома, но прибегают они к нему нечасто и неохотно. Для повседневных нужд эти морские животные создали свой собственный способ передвижения, не имеющий аналогов у других головоногих.

У каракатиц наиболее многочисленного рода Sepia и близких к нему форм вдоль всего тела по границе спинной и брюшной сторон идет мягкая узкая «юбочка» — плавник. Этот плоский вырост тела выглядит мягким и нежным, но в нем заключены мышцы. Он и есть главный мотор каракатицы: волнообразные движения живой оборки легко и плавно перемещают тело моллюска.

Для крупного животного такой способ передвижения был бы невозможен, да и каракатицам он не позволяет развить большую скорость. Зато этот способ довольно экономичен, а главное, дает необычайную свободу маневра. Каракатица с одинаковой легкостью движется вперед и назад, не меняя положения тела, подается вбок, зависает на месте — и все это словно бы без малейших усилий.

Каракатицы (как, впрочем, и вообще все головоногие) — хищники, и образ жизни большинства из них соответствует конструкции тела — тихоходной, но маневренной. Такие виды обитают в прибрежных водах — от зоны прибоя до глубин метров в двести (в более глубоких местах солнечный свет не достигает дна и продуктивность донных сообществ резко падает).

Чуть шевеля своим плавником, каракатица плывет над самым дном, выискивая возможную добычу при помощи огромных (до 10% веса тела каждый), исключительно совершенных глаз, многочисленных обонятельных рецепторов, усеивающих всю внутреннюю поверхность щупалец, и прочих органов чувств. Заметив подозрительный бугорок на дне, моллюск направляет туда струю воды из сифона (выходной трубки «реактивного двигателя»), чтобы проверить, не прячется ли под ним добыча — ракообразные, мелкие рыбы и вообще любые существа подходящего размера и не слишком хорошо защищенные.

И горе такому созданию, если оно подпустит обманчиво-неторопливого хищника слишком близко: из специальных боковых «карманов» буквально выстрелят два длинных щупальца — ловчие «руки» каракатицы схватят неосторожную дичь присосками и потащат ко рту, где в середине венчика из восьми других щупалец (коротких и играющих роль скорее столовых приборов, чем орудий лова) щелкает грозный хитиновый клюв, способный разгрызть не только панцирь креветки, но и раковину небольшого моллюска.

Конечно, небольшое мягкотелое животное и само служит желанной добычей для более крупных обитателей моря. Клюв и ловчие щупальца хороши для нападения, но практически бесполезны для защиты. Однако на этот случай у каракатицы есть другие ноу-хау. Атаковавший ее хищник, скорее всего, схватит «чернильную бомбу» — облако густой темной краски, выбрасываемой из специального органа моллюска — чернильного мешка.

При попадании в воду порция краски некоторое время остается компактной и отдаленно напоминает самого моллюска. Если же хищник пытается схватить ее, «чернильный двойник» расплывается в малопрозрачную завесу, одновременно отравляя обонятельные рецепторы врага.

Эта система есть у всех головоногих, но каракатицам принадлежит рекорд по относительной емкости чернильного мешка, что как раз создает специфическую трудность при содержании их в аквариуме. Дело в том, что нервные яды, содержащиеся в чернилах, токсичны для их владельцев. В море моллюск не попадает в собственную «дымовую завесу» или контактирует с ней совсем недолго, в неволе же напуганная каракатица может быстро наполнить ограниченный объем аквариума ядовитой смесью и погибнуть сама.

Собственно красящая часть чернил, как правило, представлена обычным для животных пигментом меланином (хотя некоторые мелкие виды с ночной активностью, например сепиола двурогая с Дальнего Востока, выстреливают во врага не темной, а светящейся жидкостью). Стойкая, невыцветающая краска с древнейших времен использовалась в Европе как чернила для письма и краска для гравюр. Именно этим веществом, которое так и называлось латинским именем каракатицы — сепия, написана значительная часть дошедших до нас античных и средневековых документов. Позднее дешевые и стойкие синтетические красители вытеснили сепию из письменного обихода, но у художников-графиков она популярна до сих пор.

Но вернемся к каракатице, атакованной хищником. Пока последний разбирается с чернильной бомбой, сам моллюск кидается наутек (вот когда реактивный двигатель используется на полную мощность!), одновременно резко меняя окраску. Способность к быстрому изменению цвета покровов в той или иной мере тоже характерна для всех головоногих, но и здесь каракатица выглядит явным чемпионом по богатству красок и тонкости воспроизводимого рисунка, несмотря на то, что располагает она довольно ограниченным набором пигментов желто-красно-коричневой гаммы. Тело каракатицы может окрашиваться то в лиловые, то в нежно-зеленые цвета, покрываться бесчисленными «глазками» с металлическим блеском. А некоторые участки тела светятся в темноте (хотя в отличие от кальмаров у каракатиц нет собственных светящихся тканей — свечение им обеспечивают колонии симбиотических бактерий).

Размножение каракатиц, в буквальном смысле слова, «ручная» работа. После длительного ухаживания самец собственноручно прикрепляет сперматофоры (своего рода контейнеры со спермой) к семяприемникам самки, находящимся возле сифона. Оплодотворение происходит, когда яйца (похожие на ягоды с длинным стебельком на одном конце) с потоком воды выносятся из мантийной полости самки через сифон. После чего самка подхватывает их и опять-таки собственноручно прикрепляет к стебелькам водорослей на мелководье, тщательно переплетая стебельки между собой.

Срок развития яиц сильно зависит от температуры воды — в холодных водах он может достигать полугода. Но так или иначе через некоторое время из яиц появляются крохотные каракатицы — точные копии взрослых. Очередное поколение десятируких охотников вышло в море.

Каракатицы (Sepia) относятся к классу головоногих моллюсков. К данному отряду принадлежат около 30 современных видов. Каракатицы имеют самые маленькие размеры из всех головоногих моллюсков. У большинства видов длина тела достигает 20 см, а у мелких видов - 1,8-2 см. Только один вид -широкорукая сепия - имеет длину 150 см вместе с «руками». Обитают каракатицы преимущественно поблизости берегов на мелководье в тропических и субтропических морях Атлантического океана и в Средиземном море.

Строение

Строение каракатицы во многом сходно со строением других головоногих. Ее тело представлено кожно-мускульным мешком (так называемой мантией) и имеет удлиненную овальную форму, слегка уплощенную и не меняющуюся в размерах (осьминоги, например, запросто протискиваются в узкие расщелины). У каракатиц голова сращена с туловищем. На голове расположены большие глаза, имеющие сложную структуру и щелевидный зрачок, а на ее передней части - своеобразный клюв, предназначенный для дробления пищи. Клюв скрыт между щупальцами.

От тела моллюска отходят восемь коротких щупалец-рук и два длинных хватательных щупальца, причем все они усеяны присосками. В спокойном состоянии «руки» каракатицы сложены вместе и вытянуты вперед, таким образом, придавая телу обтекаемость. Хватательные щупальца спрятаны в особые карманы под глазами и вылетают оттуда только во время охоты. У самцов одна из рук отличается по своему строению от других и служит для оплодотворения самок.

По бокам туловища каракатицы расположены плавники, вытянутые в виде каймы, которые являются средством, способствующим передвижению. Ускоряет каракатица свое движение в воде посредством нескольких резких движений. Она втягивает воду в компрессионную камеру, которая сжимается для выброса воды из сифона, находящегося под головой. Моллюск изменяет направление, поворачивая отверстие этого сифона. Отличается каракатица от других головоногих моллюсков наличием внутренней известковой раковины в виде широкой пластины, которая покрывает всю ее спину и защищает внутренние органы. Внутренняя раковина каракатицы построена из арагонита. Это вещество формирует так называемую "кость каракатицы", отвечающую за плавучесть моллюска. Свою плавучесть каракатица регулирует соотношением газа и жидкости внутри данной кости, которая разделена на маленькие камеры.

Остальные внутренние органы у каракатиц устроены так же, как и у остальных представителей головоногих. У этого животного три сердца: по одному сердцу для двух жабр и одно сердце - для всего остального тела. У каракатицы кровь сине-зелёного цвета, из-за находящегося в ней пигмента гемоцианина, насыщенного медьсодержащими белками, которые способны на длительное время "консервировать" кислород, не давая моллюску задохнуться на большой глубине. Также каракатицы имеют чернильный мешок, который производит очень большое количество чернил, по сравнению с другими головоногими. Чернильное вещество имеет коричневый цвет и называется сепия. Имея такое защитное средство, каракатица использует его непосредственно для защиты в самую последнюю очередь.

Цвет каракатиц очень изменчивый. В структуре их кожного покрова имеется три слоя хроматофор (клетки окрашивающего пигмента): на поверхности - светло-желтый слой, средний - оранжево-желтый слой и темный слой, расположенный под двумя предыдущими слоями. Переход от одного оттенка в другой регулируется нервной системой и происходит в течение секунды. По многоообразию цветов, сложности узора и скорости его изменения эти животные не имеют себе равных. Некоторые виды каракатиц могут люминесцировать. Смена окраски и люминесценция используется моллюском для маскировки.

Размножение

Живут каракатицы поодиночке, очень редко небольшими стаями, и ведут оседлый образ жизни. В период размножения они образуют большие скопления и могут совершать миграции. Обычно каракатицы плавают на небольшом расстоянии от дна, выслеживая добычу, увидев ее, они замирают на мгновение, а затем стремительным движением настигают жертву. Когда каракатицам грозит опасность, они залегают на дно, и взмахами плавников засыпают себя песком. По нраву эти животные очень осторожны и боязливы. Охотятся каракатицы в дневное время и питаются различными рыбами, креветками, крабами, моллюсками, червями - почти всеми организмами, которые передвигаются и не превышают их по размерам. Для повышения результативности охоты моллюск выдувает струю воды из сифона в песок и ловит мелкую живность, вымытую струей. Мелких животных каракатицы глотают целиком, крупных - разделывают клювом.

У каракатиц много врагов, так как небольшая скорость движения делает их уязвимыми перед хищными рыбами. Поедают этих моллюсков дельфины, акулы и скаты. Каракатиц иногда называют "хамелеонами моря" за их хорошую маскировку под цвет окружающей среды. Во время охоты или бегства от хищников они больше полагаются на свое умение маскироваться, а не на свои защитные чернила.

Каракатицы - раздельнополые животные. Размножаются они раз в жизни. Самец относится к самке с трепетной нежностью, плывя рядом, он поглаживает ее щупальцами, при этом оба вспыхивают яркими красками. Самец вносит самке сперму видоизмененным щупальцем, оплодотворяются яйца уже при кладке. Яйца каракатиц черного цвета и похожи на гроздья винограда, при кладке самки крепят их к подводной растительности. Через некоторое время после нереста взрослые особи умирают. Молодь рождается вполне сформированная, имея чернильный мешок и внутреннюю раковину. Уже с первых мгновений жизни они могут применять чернила. Растут каракатицы быстро, а живут недолго - всего 1-2 года.

С давних времен на каракатиц охотились люди из-за их вкусного мяса, которое используют в средиземноморской и китайской кухне. Измельченная раковина входит в состав ряда зубных паст. В былые времена чернильная жидкость каракатиц использовалась для письма, а в разведенном виде для приготовления особой краски для художников - сепии. Поэтому люди обязаны каракатицам бесчисленными шедеврами живописи и письменности.

Вам странно будет услышать, что есть не мало живых существ, для которых мнимое «поднятие самого себя за волосы» является обычным способом их перемещения в воде.

Рисунок 10. Плавательное движение каракатицы.

Каракатица и вообще большинство головоногих моллюсков движутся в воде таким образом: забирают воду в жаберную полость через боковую щель и особую воронку впереди тела, а затем энергично выбрасывают струю воды через упомянутую воронку; при этом они – по закону противодействия – получают обратный толчок, достаточный для того, чтобы довольно быстро плавать задней стороной тела вперед. Каракатица может, впрочем, направить трубку воронки вбок или назад и, стремительно выдавливая из нее воду, двигаться в любом направлении.

На том же основано и движение медузы: сокращением мускулов она выталкивает из‑под своего колоколообразного тела воду, получая толчок в обратном направлении. Сходным приемом пользуются при движении сальпы, личинки стрекоз и другие водные животные. А мы еще сомневались, можно ли так двигаться!

К звездам на ракете

Что может быть заманчивее, чем покинуть земной шар и путешествовать по необъятной вселенной, перелетать с Земли на Луну, с планеты на планету? Сколько фантастических романов написано на эту тему! Кто только не увлекал нас в воображаемое путешествие по небесным светилам! Вольтер в «Микромегасе», Жюль Верн в «Путешествии на Луну» и «Гекторе Сервадаке», Уэллс в «Первых людях на Луне» и множество их подражателей совершали интереснейшие путешествия на небесные светила, – конечно, в мечтах.

Неужели же нет возможности осуществить эту давнишнюю мечту? Неужели все остроумные проекты, с таким заманчивым правдоподобием изображенные в романах, на самом деле неисполнимы? В дальнейшем мы будем еще беседовать о фантастических проектах межпланетных путешествий; теперь же познакомимся с реальным проектом подобных перелетов, впервые предложенным нашим соотечественником К. Э. Циолковским.

Можно ли долететь до Луны на самолете? Конечно, нет: самолеты и дирижабли движутся только потому, что опираются о воздух, отталкиваются от него, а между Землей и Луной воздуха нет. В мировом пространстве вообще нет достаточно плотной среды, на которую мог бы опереться «межпланетный дирижабль». Значит, надо придумать такой аппарат, который способен был бы двигаться и управляться, ни на что не опираясь.

Мы знакомы уже с подобным снарядом в виде игрушки – с ракетой. Отчего бы не устроить огромную ракету, с особым помещением для людей, съестных припасов, баллонов с воздухом и всем прочим? Вообразите, что люди в ракете везут с собой большой запас горючих веществ и могут направлять истечение взрывных газов в любую сторону. Вы получите настоящий управляемый небесный корабль, на котором можно плыть в океане мирового пространства, полететь на Луну, на планеты… Пассажиры смогут, управляя взрывами, увеличивать скорость этого межпланетного дирижабля с необходимой постепенностью, чтобы возрастание скорости было для них безвредно. При желании спуститься на какую‑нибудь планету они смогут, повернув свой корабль, постепенно уменьшить скорость снаряда и тем ослабить падение. Наконец, пассажиры смогут таким же способом возвратиться и на Землю.

Передвигаются каракатицы не так быстро, как их родственники кальмары, хотя и имеют на вооружении реактивную воронку. Обычно они плавают при помощи плавников, но могут использовать и реактивный способ передвижения. Плавники могут действовать раздельно, что дает каракатице удивительную маневренность при движении - она может двигаться даже боком. Если же каракатица передвигается только реактивным способом, то плавники она прижимает к брюху. Часто каракатицы собираются в небольшие стайки, двигаясь ритмично и согласованно, при этом одновременно меняя окраску тела. Зрелище очень завораживающее.

Биология 7 класс

«Факты о птицах» - Нервная система. Пищеварительная система. Яйца птиц. Класс Птицы. Внешнее строение. Интересные факты. Немного о птицах. Эволюция птиц. Разнообразие птиц. Половая система. Значение птиц в природе. Птицы в жизни человека. Кровеносная система. Выделительная система.

«Особенности размножения покрытосеменных растений» - Способ бесполого размножения. Способы опыления. Камбий в стебле древесного растения. Двойное оплодотворение у покрытосеменных растений. Семя. Тест. Строение цветка. Два спермия. Оплодотворение. Какой способ бесполого размножения изображен на рисунке. Признак покрытосеменных растений. Семя пшеницы. Особенности полового и бесполого размножения. Вставьте пропущенные слова. Размножение покрытосеменных.

«Описание моллюсков» - Фронтальный мини-тест по теме «Черви». Ископаемые остатки моллюсков. Лужанка. Типы животных. Органы выделения. Разнообразие моллюсков. У некоторых видов раковины нет. Спрут. Кальмар. Объясните ошибки из высказывания. Моллюски села Шуйское. Характерные признаки моллюсков. Классификация моллюсков. Движение головоногих. Внешнее строение моллюсков. Брюхоногие. Разнообразие раковин. Внутреннее строение моллюсков.

«Пчёлы» - Ячейки разделяются по строению. Роль пчелы. Гнездо пчелиной семьи. Цветочная пыльца. Лечение пчелиным ядом. Грудь. Мед. Тело взрослой пчелы. Роение. Пара больших боковых сложных глаз. Пчелиная матка. Ротовой аппарат. Пчелиный яд. Пчела - символ трудолюбия. Органы дыхания. Мед есть сок с росы небесной. Пчёлы.

«Пищевые трофические связи» - Трофические отношения в природе. Выберите консументов. Типы биотических отношений. Типы взаимотношений. Тип биотических отношений. Консументы. Бурая водоросль. Нектар цветов. Значение. Урок экологии. Продуценты. Трофические цепи. Давайте жить дружно. Компоненты экосистемы. Клевер. Пищевая цепь. Веселый тест. Редуценты. Таблица. Правило. Необходимые компоненты экосистемы. Детритные пищевые цепи. Пары организмов.

«Органы дыхания» - Основной орган дыхания в водной среде. Паукообразные. Жабры. Пресмыкающиеся. Дыхательная система земноводных. Трахеи. Дыхательная система млекопитающих. Жаберные щели. Найдите ошибки в тексте. Птицы. Органы дыхания и газообмен. Пластинчатые перистые жабры. По дыханию все живое делится на две группы. Эволюция дыхательной системы. Ракообразные. Растения, грибы и примитивные животные. Функции дыхательной системы.