Zkoumání naší tekuté Země

Úvod do žížal

Většina lidí zná žížaly, které se vyskytují v zahradní půdě. Ačkoli se pod pojem „žížaly“ běžně zahrnuje mnoho různých druhů živočichů, existuje několik odlišných fylů, které do této kategorie spadají. Žížaly jsou obvykle dlouhá, tenká stvoření, která se efektivně pohybují bez nohou. Různé fyly červů vykazují velkou škálu velikostí, složitosti a stavby těla. Ploštěnky (fylogenomén Platyhelminthes) jsou jednoduchí živočichové, kteří jsou o něco složitější než hlístice. Škrkavky (phylum Nematoda) mají o něco složitější půdorys těla. Členovci (phylum Annelida) jsou nejsložitější živočichové s červím tělesným plánem. Studium červů může osvětlit možnou historii vývoje některých orgánových soustav a tělesných znaků.

Červci jsou bezobratlí živočichové s bilaterální symetrií. Červi mají určitý přední (hlavový) konec a zadní (ocasní) konec. Břišní povrch červů a dalších organismů je spodní strana těla, často nejblíže zemi. Hřbetní povrch se nachází na horní části těla obrácené k obloze. Boční povrch se nachází na levé a pravé straně těla. Obrázek 3.35 porovnává bilaterální symetrii u žraloka velrybího a plovoucího červa plyšového. Orgány pro vnímání světla, hmatu a čichu jsou soustředěny v hlavě červů. Mohou zjišťovat druhy prostředí, s nimiž se setkávají, pohybem v předním směru.

Existuje šest znaků a systémů, které odhalují vyvíjející se složitost stavby těla většiny červů:

1. mezoderm, mezivrstva těla mezi vnitřní (endoderm) a vnější (ektoderm) vrstvou tkáně, která tvoří svalovou tkáň
2. centrální nervová soustava řízená „mozkem“
3. vylučovací soustava k odstraňování některých druhů odpadních produktů
4. kompletní trávicí soustava od předních úst až po zadní řitní otvor
5. střevo, tělní dutina mezi trávicí trubicí a vnější stěnou těla, která je vystlána tkání
6. oběhová soustava tvořená řadou trubic (cév) naplněných tekutinou (krví) k rychlému a účinnému transportu rozpuštěných živin, kyslíku a odpadních produktů po těle

Ploštěnky: Fylum Platyhelminthes

Fylum Platyhelminthes se skládá z jednoduchých červovitých živočichů nazývaných ploché hlístice (obr. 3.36). Název Platyhelminthes (vyslovuje se „plat-ee-hel-MIN-theze“) je odvozen z řeckého kořene slova platy, což znamená plochý, a řeckého kořene slova helminth, což znamená červ. Ploštěnky žijí na souši, ve sladké vodě, v oceánu a v jiných živočiších nebo na nich jako parazité (např. tasemnice). Parazitické ploché hlístice, které žijí na jiných živočiších – včetně člověka – nebo v nich, mohou hostitelský organismus poškodit nebo dokonce zabít. Volně žijící neparazitické ploché hlístice jsou obvykle kratší než 10 cm. Mořské druhy žijí zahrabané v písku nebo pod kameny v mělké vodě. Všechny volně žijící ploštěnky jsou dravci, kteří aktivně loví potravu. Některé žijí v symbióze s kraby, škeblemi, ústřicemi, krevetami a mlži. Některé mořské ploštěnky jsou zářivě zbarvené (obr. 3.36 A), zatímco jiné jsou nevýrazné a splývají s prostředím (obr. 3.36 B).

Ploštěnci jsou složitější než hlístice. Hlístice mají dvě vrstvy buněk, ektoderm a endoderm; ploštěnky mají mezi ostatními dvěma vrstvami střední vrstvu zvanou mezoderm (obr. 3.16). Tato další vrstva je důležitá, protože její buňky se specializují na svalový systém, který živočichovi umožňuje pohyb. Počínaje plošticemi mají všichni živočichové, které budeme následně studovat, mezoderm a svalovou soustavu. Buňky ektodermu a endodermu jsou také organizovanější než podobné buňky hlístic. Poprvé vidíme skupiny tkání, které se vyvinuly tak, aby tvořily orgány, například v trávicí, nervové a vylučovací soustavě.

Stejně jako hlístice mají ploché hlístice trávicí soustavu s jediným otvorem do trávicí dutiny, ale u samostatně žijících mořských ploštěnců se dutina rozvětvuje do všech částí těla (obr. 3.37 B). Tyto ploché hlístice se živí hltanem. Hltan je dlouhá trubicovitá ústní část, která vychází z těla, obklopuje potravu a trhá ji na velmi drobné kousky (obr. 3.37 C a D). Buňky vystýlající trávicí dutinu dokončí trávení potravy. Rozpuštěné živiny pak putují do dalších buněk těla. Nestrávená potrava odchází zpět ústy, stejně jako u hlístic. Parazitické tasemnice obvykle vstřebávají živiny přímo z hostitele, zatímco parazitické motolice si zachovaly trávicí soustavu.

Stejně jako většina samohybných živočichů mají i samostatně žijící ploštice centrální nervovou soustavu. Centrální nervová soustava se skládá z masy nervových buněk zvané ganglion (u složitějších organismů se ganglion vyvíjí v mozek) v přední části těla a nervové šňůry táhnoucí se od mozku směrem k zadnímu konci těla (obr. 3.38). Smyslové buňky v hlavě detekují změny v prostředí. U volně žijících ploštic jsou smyslové buňky reagující na světlo seskupeny ve dvou očních skvrnách v hlavě. Smyslové buňky, které detekují vodní proudy, pevné předměty a chemické látky, jsou ve dvou chlopňovitých výběžcích na hlavě zvaných ušní boltce. U samohybných živočichů jsou tyto smyslové orgány v hlavě první částí živočicha, která se setkává s novým prostředím. Ganglion přijímá informace ze smyslových struktur a vysílá signály do ostatních částí těla po dvou vláknech nervových buněk vedoucích směrem k ocasu. Protože jsou nervová vlákna spojena příčnými vlákny ve tvaru žebříku, nazývá se tento druh nervové soustavy často „nervový žebřík“.

Vylučovací soustava odstraňuje z tkání ploštěnek odpadní látky a přebytečnou vodu. Ploštěnky mají překvapivě propracovaný systém, kterým se zbavují odpadních látek (obr. 3.39). Tato síť probíhá po celé délce živočicha na každé straně a otevírá se směrem ven malými póry v zadní části těla. K trubicím jsou připojeny drobné buňky, které přesouvají odpadní látky a vodu z tkání do trubic. Tyto buňky obsahují bičíky, které bijí sem a tam a vytvářejí proud tekutiny, který se neustále pohybuje směrem k vylučovacím pórům. Pod mikroskopem vypadá pohyb bičíků jako mihotavý oheň a tato struktura se nazývá plamének.

Ploché červy nemají oběhovou soustavu. Živočichové bez oběhové soustavy mají omezené schopnosti dodávat kyslík a živiny do tělních buněk kvůli způsobu, jakým se molekuly chovají. Jak se molekuly šíří vodou, snižuje se jejich koncentrace, protože se vzdalují od svého zdroje. Tento proces se nazývá difúze. Mořský živočich ve tvaru koule by do svých nejvnitřnějších buněk nedostal dostatek kyslíku a živin, protože buňky jsou příliš daleko od povrchu těla, než aby se k nim molekuly mohly pohybovat (difundovat) (obr. 3.40 A). Střevlíkovití však s difuzí problém nemají, protože většina buněk jejich vakovitého těla je v přímém kontaktu s vodou, což usnadňuje výměnu kyslíku a živin (obr. 3.40 B). Ploštěnci, kteří mají tvar vaku, ale jsou zploštělí, také snadno dostávají kyslík a živiny k buňkám svého těla, protože všechny jejich buňky jsou blízko buď vnějšího povrchu, nebo trávicí dutiny (obr. 3.40 C). Jak se živočichové stávají většími a složitějšími, difúze už často nepřipadá v úvahu, a pak začínáme pozorovat vývoj oběhové a dýchací soustavy.

Kruhonožci:

Druhy z fylu Nematoda (z řeckého kořene slova nema, což znamená vlákno) jsou známější jako škrkavky (obr. 3.41). Vědci oficiálně popsali asi 25 000 druhů hlístic. Nematody se vyskytují téměř ve všech biotopech na Zemi. Jeden druh byl poprvé objeven žijící uvnitř plstěných pivních tácků v německých pivnicích. Studie na zemědělských půdách zjistily až 10 000 hlístic ve 100 cm3 půdy. Podobně hojně se hlístice vyskytují v mořských a sladkovodních sedimentech, kde slouží jako důležití predátoři, rozkladači a kořist pro jiné druhy, jako jsou krabi a plži.

Stejně jako ploché červy, i druhy škrkavek vedou buď volně žijící, nebo parazitický způsob života. Mezi parazitické hlístice (obr. 3.41 A, C, D a E) patří škrkavky, které infikují domácí psy, a měchovci a hlístice, které běžně infikují malé děti. Mnoho hlístic, které parazitují na rostlinách, může devastovat úrodu. Některé hlístice jsou kryptobiotické a prokázaly pozoruhodnou schopnost zůstat v klidovém stavu po celá desetiletí, dokud nenastanou příznivé podmínky prostředí.

Stejně jako ploštice jsou hlístice bilaterálně symetrické. Jejich název je odvozen od kulatého tvaru průřezu těla. Na rozdíl od ploštic, u nichž potrava a odpad vstupují a vystupují stejným otvorem, mají hlístice kompletní trávicí soustavu. Živočich s kompletní trávicí soustavou má na jednom konci ústa, uprostřed dlouhou trubici se specializovanými částmi a na druhém konci řitní otvor. Úplná trávicí soustava se vyskytuje u složitějších organismů a oproti způsobu trávení ploštěnců nabízí mnoho výhod. S úplnou trávicí soustavou může živočich jíst, zatímco jeho předchozí potrava se tráví. Části trávicí soustavy se mohou specializovat na různé úkoly a trávit potravu postupně (obr. 3.42). Jak se potrava pohybuje, je rozkládána na molekuly a vstřebávána buňkami vystýlajícími trubici. Svaly obklopující trubici se stahují, stlačují potravu a posouvají ji dál v procesu zvaném peristaltika. Nestravitelné odpadní látky odcházejí řitním otvorem ven.

Na rozdíl od ploštic jsou hlístice štíhlé a jsou pokryty ochrannou kutikulou. Kutikula je voskový povlak vylučovaný epidermis neboli nejsvrchnější buněčnou tkání. Díky tomuto krytu nemůže výměna plynů probíhat přímo přes kůži jako u ploštic. K výměně plynů a vylučování odpadních látek u hlístic dochází spíše difuzí přes stěnu střeva. Přestože hlístice mají v těle prostor mezi trávicím traktem a tělní stěnou, není vystlán tkání a nepovažuje se za pravý coelom. Proto se hlístice někdy označují jako pseudocelomata (obr. 3.17 C).

Většina hlístic má dva pásy svalů: podélné svaly, které probíhají po celé délce těla, a kruhové svaly, které tvoří kruhové pruhy kolem těla. Na rozdíl od jiných červů, kteří mají dva pásy svalů, mají hlístice pouze podélné svaly. To vysvětluje jejich charakteristické mrskací pohyby, protože se mohou pohybovat pouze stahováním podélných svalů na obou stranách těla a kroutit se dopředu. Nervová soustava hlístic je tvořena soustavou nervů, které probíhají po celé délce těla a spojují se s předními ganglii. Volně žijící hlístice jsou schopny vnímat světlo pomocí ocelli a většina hlístic má poměrně složité chemosenzorické schopnosti. Většina hlístic není hermafroditů s oběma pohlavími u jednoho jedince, ale jsou známé jako dvoudomé – mají jedince oddělených pohlaví. Jejich chemosenzorické schopnosti jsou velmi užitečné, protože při vyhledávání potenciálních partnerů spoléhají na feromony.

Segmentovaní červi:

Červci z fylu Annelida (z latinského kořene slova annelus, což znamená kroužek) mají obvykle složité segmentované tělo (obr. 3.43). Tělo annelidů je rozděleno na opakující se úseky zvané segmenty a v každém segmentu se opakuje mnoho vnitřních orgánů. Žížaly (třída Oligochaeta) jsou známí suchozemští zástupci tohoto fyla a pijavice (třída Hirudinea) jsou dobře známí parazitičtí zástupci tohoto fyla, kteří se nejčastěji vyskytují ve sladkých vodách. Mnohonožky neboli „štětinatci“ (třída Polychaeta) jsou největší skupinou ve fylu Annelida. Vyskytují se především v mořských a brakických vodách.

Polychaety (z řeckého kořene slov poly znamenající mnoho a chaeta znamenající štětiny) mnohonožky se tak jmenují proto, že většina jejich segmentů má štětiny zvané chatae nebo setae. Na obrázku 3.44 jsou zobrazeny dva příklady mnohonožek setae. Volně se pohybující (nikoliv přisedlé) mnohonožky mají na bocích svalové chlopně zvané parapodia (z řeckého para znamená blízko a podia znamená nohy), jejichž řasy se při pohybu zarývají do písku. Ohniváci jsou typem mnohoštětinatců, kteří si své jméno vysloužili díky žahavým štětinám na každém parapodiu (obr. 3.44 A). Tyto štětiny mohou proniknout do lidské kůže a způsobit podráždění, bolest a otok, podobně jako podráždění způsobené působením skleněných vláken.

Trubicovité hlístice jsou přisedlé mnohoštětinatce, které žijí v trubicích, jež budují vylučováním materiálu trubic. Trubky, připevněné ke skalám nebo zapuštěné do písku či bahna, mohou být podle druhu červa kožovité, vápnité nebo pokryté pískem (obr. 3.45). Trubkovci se živí tím, že z trubice vytahují chapadla. Kousky potravy se pohybují po drážkách v chapadlech k ústům. Někteří trubkovití červi zatahují chapadla, když na ně dopadne potrava. Trubicovité hlístice vytvářejí svými parapodii proudy vody, které protékají trubicemi a napomáhají dýchání a čištění trubic. Naproti tomu volně žijící nebo pohyblivé mnohonožky mají chobot, který mohou vysunout z úst a chytit kořist. Jedná se o potravní orgán, který je na svém konci často vyzbrojen malými zoubky nebo čelistmi. Díky svému aktivnímu způsobu života a dobré obranyschopnosti se mohou volně se pohybující mnohonožky živit v nejrůznějších biotopech, jako je bahno, písek, houby, živé korály a řasy.

Stejně jako ploché hlístice mají annelidé mezoderm se svalovinou, centrální nervovou soustavu a vylučovací soustavu. Každá z těchto soustav je u annelidů složitější než u ploštic nebo hlístic. Kromě specializovanějšího kompletního trávicího systému se u annelidů vyvinuly také tělesné znaky, které se u ploštěnců nebo hlístic nevyskytují. Tyto znaky se v určité formě objevují u všech větších a složitějších živočichů:

1. střevo, tělní dutina mezi trávicí trubicí a vnější stěnou těla, která je vystlána tkání
2. oběhový systém tvořený řadou trubic (cév) naplněných tekutinou (krví) k rychlému a účinnému transportu rozpuštěných živin, kyslíku a odpadních produktů

Připomeňte si, že coelom je tekutinou vyplněná dutina ležící mezi trávicí trubicí a vnější tělní trubicí a obklopená mezodermální tkání. Trávicí trubice leží uvnitř vnější tělní trubice. Toto uspořádání se nazývá „stavba trubice v trubici“ (obr. 3.46). Tekutina v coelomu podpírá měkké tkáně tělní stěny podobně jako u hydrostatické kostry hlístic. Mezodermální svaly ve stěně tělní trubice a trávicí trubice mohou vyvíjet tlak na tekutinu a napomáhat tak pohybu. V tělní stěně annelidí jsou dva typy svalů: kruhové a podélné. Když se kruhové svaly stahují, segment se prodlužuje a zužuje. Když se stahují podélné svaly, segment se zkracuje a tloustne (obr. 3.47). Tyto kontrakce způsobují plazivý pohyb červů. Připomeňme, že hlístice nemají kruhové svaly a mohou se pohybovat pouze stahováním podélných svalů, tedy spíše mrskáním a kroucením než plazením. Sety podél těla mnohonožek se zapichují do substrátu a udržují části červa na místě, zatímco jiné části se pohybují vpřed.

Hlístice mají uzavřenou oběhovou soustavu, v níž je krev pumpována svaly v cévách (obr. 3.48). Krev proudí mikroskopickými kapilárami, zachycuje molekuly potravy z trávicího traktu a kyslík z kůže a dopravuje je k buňkám těla. Parapodia, chlopně po stranách segmentů, zvětšují povrch kůže pro dýchání. V takto účinném oběhovém systému nemusí být vnitřní tkáně zvířete v blízkosti trávicích a dýchacích orgánů, protože živiny a kyslík dodává krev. Takový systém umožňuje živočichům růst do mnohem větších rozměrů, než je to možné u ploštic, které se musí spoléhat na difúzi.

Nervová soustava je u annelidů také složitější než u jiných červovitých fylů. Annelidé mají jednoduchý mozkový orgán tvořený dvojicí nervových shluků v oblasti hlavy (obr. 3.49). Nervy spojují mozek se smyslovými orgány v hlavě, které detekují prostředí před červem. Žížaly jsou bez očí, ale mnohonožky annelidi mají oči, které dokáží rozlišovat světlo a tmu. Některé oči mnohonožek dokážou dokonce rozpoznávat tvary. Nervy se také táhnou od mozku kolem trávicí trubice a podél břišního povrchu. Ganglion neboli shluk nervových buněk obsluhuje orgány v každém segmentu.

Vylučovací soustava mnohonožek se skládá z dvojice malých trubiček v každém segmentu. Tyto trubice, nazývané nefridie (z řeckého kořene slova nephrus, což znamená ledvina), jsou na obou koncích otevřené. Filtrují coelomovou tekutinu, která obsahuje užitečné molekuly živin spolu s odpadními molekulami. Při pohybu tekutiny trubicí se užitečné molekuly vracejí do coelomu a odpadní molekuly přecházejí do vody. Ačkoli tento systém vypadá méně složitě než u ploštěnky, nefridie jsou ve skutečnosti účinnější metodou nakládání s odpadními produkty, protože filtrují tekutinu a udržují užitečné molekuly uvnitř těla (obr. 3.50).