Exploring Our Fluid Earth
Introduction to Worms
A legtöbb ember ismeri a kerti talajban található földigilisztákat. Bár sok különböző állatfajt szokás “férgek” néven összevonni, több különböző törzs tartozik ebbe a kategóriába. A férgek jellemzően hosszú, vékony élőlények, amelyek lábak nélkül is hatékonyan közlekednek. A különböző gilisztatörzsek mérete, összetettsége és testfelépítése igen széles skálán mozog. A laposférgek (Platyhelminthes törzs) olyan egyszerű állatok, amelyek valamivel összetettebbek, mint a hínárfélék. A kerekesférgek (Nematoda törzs) valamivel összetettebb testfelépítéssel rendelkeznek. A szegmentférgek (phylum Annelida) a legösszetettebb, féregszerű testfelépítésű állatok. A férgek tanulmányozása rávilágíthat egyes szervrendszerek és testjellemzők kialakulásának lehetséges történetére.
A férgek kétoldali szimmetriájú gerinctelen állatok. A férgeknek határozott elülső (fej) és hátsó (farok) vége van. A férgek és más élőlények hasi felszíne a test alsó, gyakran a talajhoz legközelebb eső oldala. A dorzális felület a test felső, ég felé néző részén található. Az oldalsó felületek a test bal és jobb oldalán találhatók. A 3.35. ábra egy bálnacápa és egy úszó plychaete féreg kétoldali szimmetriáját hasonlítja össze. A fény-, tapintás- és szaglásérzékelés szervei a férgek fejében összpontosulnak. Az elülső irányba történő mozgással tudják érzékelni, hogy milyen környezettel találkoznak.
A legtöbb féreg testfelépítésének hat olyan jellemzője és rendszere van, amely fejlődő komplexitásról árulkodik:
- egy mezoderm, a belső (endoderm) és a külső (ektoderm) szövetrétegek közötti köztes testréteg, amely izomszövetet képez
- egy központi idegrendszer, amelyet egy “agy” irányít
- egy kiválasztó rendszer bizonyos típusú salakanyagok eltávolítására
- egy teljes emésztőrendszer, az elülső szájtól a hátsó végbélnyílásig
- egy coelom, az emésztőcső és a külső testfal közötti, szövetekkel bélelt testüreg
- egy keringési rendszer, amely folyadékkal (vérrel) töltött csövek (erek) sorozatából áll, hogy az oldott tápanyagokat, az oxigént és a salakanyagokat gyorsan és hatékonyan szállítsa a testben
Laposférgek: Platyhelminthes törzs
A Platyhelminthes törzs a laposférgeknek nevezett egyszerű, féregszerű állatokból áll (3.36. ábra). A Platyhelminthes (ejtsd: “plat-ee-hel-MIN-theze”) elnevezés a görög platy gyökszóból, amely lapos, és a görög helminth gyökszóból, amely féreget jelent, származik. A laposférgek a szárazföldön, az édesvízben, az óceánban és más állatokban vagy azokon élősködve élnek (pl. galandférgek). A más állatokon – beleértve az embert is – vagy azok belsejében élő parazita laposférgek megsebezhetik vagy akár meg is ölhetik a gazdaszervezetet. A szabadon élő, nem parazita laposférgek jellemzően 10 centiméternél kisebbek. A tengeri fajok a homokba vagy sziklák alá temetkezve élnek sekély vízben. Minden szabadon élő laposféreg ragadozó, amely aktívan vadászik a táplálékra. Egyesek szimbiózisban élnek rákokkal, kagylókkal, osztrigákkal, garnélarákokkal és kagylókkal. Egyes tengeri laposférgek élénk színűek (3.36. ábra A), míg mások szürkék és beleolvadnak a környezetbe (3.36. ábra B).
A laposférgek összetettebbek, mint a cnidariák. A cnidariáknak két sejtrétege van, az ektoderma és az endoderma; a laposférgeknek a másik két réteg között van egy középső rétegük, a mezoderma (3.16. ábra). Ez a plusz réteg azért fontos, mert sejtjei izomrendszerré specializálódnak, amely lehetővé teszi az állat számára a mozgást. A laposférgektől kezdve minden állat, amelyet később tanulmányozni fogunk, rendelkezik mezodermával és izomrendszerrel. Az ektoderma és az endoderma sejtjei is szervezettebbek, mint a cnidariák hasonló sejtjei. Először látunk olyan szövetcsoportokat, amelyek szerveket alkotnak, például az emésztő-, ideg- és kiválasztórendszerben.
A laposférgek emésztőrendszere a cnidariákhoz hasonlóan csak egyetlen nyílással rendelkezik az emésztőüregbe, de az önállóan élő tengeri laposférgekben az üreg a test minden részébe ágazik (ábra. 3.37 B). Ezek a laposférgek egy garaton keresztül táplálkoznak. A garat egy hosszú, csőszerű szájrész, amely a testből kinyúlik, körülveszi a táplálékot, és nagyon finom darabokra tépi azt (3.37. ábra C és D). Az emésztőüreget bélelő sejtek fejezik be a táplálék megemésztését. Ezután a feloldott tápanyagok a test más sejtjeihez kerülnek. Az emésztetlen táplálék a szájüregben távozik vissza, mint a cnidariáknál. A parazita galandférgek általában közvetlenül a gazdaszervezetből veszik fel a tápanyagokat, míg a parazita laposférgek megtartották emésztőrendszerüket.
A legtöbb önjáró állathoz hasonlóan az önállóan élő laposférgek is rendelkeznek központi idegrendszerrel. A központi idegrendszer a test elülső részén található idegsejtek tömegéből, az úgynevezett ganglionból (bonyolultabb élőlényeknél a ganglion agyvá fejlődik), valamint az agyból a test hátsó vége felé húzódó idegszálból áll (3.38. ábra). A fejben lévő érzékelősejtek érzékelik a környezet változásait. A szabadon élő laposférgekben a fényre reagáló érzékelő sejtek a fej két szemgödrében csoportosulnak. A vízáramlást, szilárd tárgyakat és vegyi anyagokat érzékelő érzékelő sejtek a fej két, fülkagylónak nevezett, lebenyszerű nyúlványában találhatók. Az önjáró állatoknál ezek a fejben lévő érzékszervek az állat első részei, amelyek az új környezettel találkoznak. A ganglion fogadja az információkat az érzékszervi struktúrákból, és a fark felé futó két idegsejtfonal mentén jeleket küld a test más részeibe. Mivel az idegszálakat lépcső alakú keresztszálak kötik össze, ezt a fajta idegrendszert gyakran “ideglétrának” nevezik.”
A kiválasztórendszer a laposférgek szöveteiből eltávolítja a salakanyagokat és a felesleges vizet. A laposférgek meglepően bonyolult rendszerrel rendelkeznek a testük salakanyagoktól való megszabadítására (3.39. ábra). Ez a hálózat az állat mindkét oldalán végigfut az állat hosszán, és a test hátsó részén található apró pórusokon keresztül nyílik a külvilág felé. A csövekhez apró sejtek kapcsolódnak, amelyek a szövetekből a hulladékot és a vizet a csövekbe szállítják. Ezek a sejtek flagellákat tartalmaznak, amelyek ide-oda csapkodnak, folyadékáramot hozva létre, amely folyamatosan a kiválasztó pórusok felé mozog. Mikroszkóp alatt a flagellák mozgása úgy néz ki, mint egy pislákoló tűz, és a szerkezetet lánghagymának nevezik.
A laposférgeknek nincs keringési rendszerük. A keringési rendszer nélküli állatok a molekulák viselkedése miatt csak korlátozottan képesek oxigént és tápanyagokat szállítani a testük sejtjeihez. Ahogy a molekulák terjednek a vízben, a forrásuktól távolodva egyre kevésbé koncentrálódnak. Ezt nevezzük diffúziónak. Egy gömb alakú tengeri állat nem jutna megfelelő oxigénhez és tápanyaghoz a legbelső sejtjeihez, mert a sejtek túl messze vannak a test felszínétől ahhoz, hogy a molekulák el tudjanak mozogni (diffundálni) hozzájuk (3.40 A ábra). A cnidariáknak azonban nincs gondjuk a diffúzióval, mert táska alakú testük legtöbb sejtje közvetlenül érintkezik a vízzel, így az oxigén- és tápanyagcsere könnyű (3.40 B ábra). A laposférgek, amelyek zsák alakúak, de lapítottak, szintén könnyen jutnak oxigénhez és tápanyagokhoz a testük sejtjeihez, mert minden sejtjük vagy a külső felületükhöz, vagy az emésztőüregükhöz közel van (3.40. ábra C). Ahogy az állatok egyre nagyobbá és összetettebbé válnak, a diffúzió gyakran már nem jöhet szóba, és ekkor kezd kialakulni a keringési és légzőrendszer.
Körömférgek: Nematoda törzs
A Nematoda törzsbe (a görög nema gyökszóból, amely fonalat jelent) tartozó fajok közismertebb nevükön a kerekesférgek (3.41. ábra). A fonálférgeknek mintegy 25 000 faját írták le hivatalosan a tudósok. A fonálférgek a Föld szinte minden élőhelyén megtalálhatók. Az egyik fajt először német sörözőkben fedezték fel a filcből készült söralátétek belsejében élve. A mezőgazdasági területeken végzett vizsgálatok során 100 köbcentiméter (cm3) talajban akár 10 000 fonálférget is találtak. A fonálférgek hasonlóan nagy számban fordulnak elő a tengeri és édesvízi üledékekben, ahol fontos ragadozók, bomlástermékek és más fajok, például rákok és csigák zsákmányai.
A laposférgekhez hasonlóan a fonálféregfajok vagy szabadon élő, vagy parazita életmódot folytatnak. A parazita fonálférgek (3.41. ábra A, C, D és E) közé tartoznak a házi kutyákat megfertőző szívférgek, valamint a kisgyermekeket gyakran megfertőző horogférgek és orsóférgek. Számos, a növényeken élősködő fonálféreg pusztíthatja a termést. Egyes fonálférgek kriptobiotikusak, és figyelemre méltó képességet mutattak arra, hogy évtizedekig nyugalmi állapotban maradjanak, amíg a környezeti feltételek kedvezővé nem válnak.
A laposférgekhez hasonlóan a fonálférgek is kétoldali szimmetrikusak. Nevüket kerek testük keresztmetszeti alakjáról kapták. A laposférgekkel ellentétben, amelyeknél a táplálék és a hulladék ugyanazon a nyíláson keresztül lép be és ki, a fonálférgek teljes emésztőrendszerrel rendelkeznek. Egy teljes emésztőrendszerrel rendelkező állat egyik végén szájjal, középen egy hosszú, speciális részekkel ellátott csővel, a másik végén pedig végbélnyílással rendelkezik. Teljes emésztőrendszerrel összetettebb élőlényeknél találkozhatunk, és számos előnnyel jár a laposféreg emésztési módszerével szemben. A teljes emésztőrendszerrel az állat tud enni, miközben az előző étele emésztődik. Az emésztőrendszer részei specializálódhatnak, hogy különböző feladatokat lássanak el, és a táplálékot szakaszosan emésztik meg (3.42. ábra). Ahogy a táplálék halad előre, molekulákra bomlik, és a csövet bélelő sejtek felszívják. A csövet körülvevő izmok összehúzódnak, összenyomják a táplálékot, és a perisztaltikának nevezett folyamat során tovább tolják azt. Az emészthetetlen salakanyagok a végbélen keresztül távoznak.
A laposférgektől eltérően a fonálférgek karcsúak, és védő kutikula borítja őket. A kutikula egy viaszos bevonat, amelyet az epidermisz, vagyis a legkülső sejtes szövet választ ki. E borítás miatt a gázcsere nem történhet közvetlenül a bőrön keresztül, mint a laposférgeknél. A fonálférgeknél a gázcsere és a salakanyagok kiválasztása inkább a bélfalon keresztül történő diffúzióval történik. Bár a fonálférgek testében van egy tér az emésztőrendszer és a testfal között, ez nincs szövetekkel bélelve, és nem tekinthető valódi coelomnak. Ezért a fonálférgeket néha pszeudoelomának nevezik (3.17. ábra C).
A legtöbb féregnek két izomsávja van: hosszanti izmok, amelyek a test hosszában futnak, és körkörös izmok, amelyek körkörös sávokat alkotnak a test körül. Más férgektől eltérően, amelyeknek két izomsávjuk van, a fonálférgeknek csak hosszanti izmaik vannak. Ez megmagyarázza jellegzetes rángatózó mozgásukat, mivel csak a testük két oldalán lévő hosszú izmok összehúzódásával és előrefelé vonaglással tudnak mozogni. A fonálférgek idegrendszere egy sor idegből áll, amelyek a test hosszában futnak, és az elülső ganglionokhoz kapcsolódnak. A szabadon élő fonálférgek képesek ocellivel érzékelni a fényt, és a legtöbb fonálféreg meglehetősen összetett kemoszenzoros képességekkel rendelkezik. A legtöbb fonálféreg nem hermafrodita, azaz egy egyedben mindkét ivar megtalálható, hanem kétlakiak – külön nemű egyedek. A kemoszenzoros képességeik nagyon hasznosak, mivel feromonokra támaszkodnak a potenciális társak felkutatásában.
Szegmentált férgek: Az Annelida törzsbe tartozó férgek (a latin annelus szó gyűrűt jelent) jellemzően összetett, szegmentált testtel rendelkeznek (3.43. ábra). A gyűrűsgyíkok teste ismétlődő szakaszokra, úgynevezett szegmensekre oszlik, és minden szegmensben számos belső szerv ismétlődik. A földigiliszták (Oligochaeta osztály) e törzs ismert szárazföldi tagjai, a piócák (Hirudinea osztály) pedig a törzs jól ismert parazita tagjai, amelyek leggyakrabban édesvizekben fordulnak elő. A polychaeta férgek vagy “sörtésférgek” (Polychaeta osztály) az Annelida törzs legnagyobb csoportját alkotják. Leginkább tengeri és brakkvízi élőhelyeken fordulnak elő.
A polichéták (a görög poly jelentése sok és chaeta jelentése sörték) gyűrűsférgek nevét onnan kapták, hogy a legtöbb szegmensük sörtékkel rendelkezik, amelyeket chatae vagy setae-nek neveznek. A 3.44. ábra két példát mutat a polichaeták szetáira. A szabadon mozgó (nem ülő) polichétáknak az oldalukon parapodia (a görög para jelentése közel és podia jelentése láb) nevű izmos lebenyek vannak, és e parapodia szettjei a mozgás érdekében a homokba vájnak. A tűzféreg a polichéták egyik fajtája, amely nevét az egyes parapodiumokon található szúrós sörtékről kapta (3.44. ábra A). Ezek a sörték képesek behatolni az emberi bőrbe, irritációt, fájdalmat és duzzanatot okozva, hasonlóan az üvegszálakkal való érintkezés okozta irritációhoz.
A csőférgek olyan szesszilis polihéják, amelyek csövekben élnek, amelyeket a csőanyag kiválasztásával építenek. A kőzethez rögzített vagy homokba vagy iszapba ágyazott csövek a féregfajtól függően bőrösek, meszesek vagy homokkal borítottak lehetnek (3.45. ábra). A csőférgek a csőből kinyúló csápokkal táplálkoznak. A táplálékdarabok a csápok barázdái mentén haladnak a száj felé. Egyes csőférgek visszahúzzák csápjaikat, amikor a táplálék rájuk kerül. A csőférgek parapodiáikkal vízáramlatokat hoznak létre, amelyek a csöveken keresztül áramlanak, hogy segítsék a légzést és a csövek tisztítását. Ezzel szemben a szabadon élő vagy mozgékony polihétavérű férgeknek van egy ormányuk, amely a szájukból kinyúlik, hogy zsákmányt fogjon. Ez a táplálkozószerv gyakran apró fogakkal vagy állkapcsokkal van felfegyverezve a hegyén. Aktív életmódjuknak és jó védekezőképességüknek köszönhetően a szabadon mozgó polichéták számos élőhelyen, például iszapban, homokban, szivacsokban, élő korallokban és algákban képesek megélni.
A laposférgekhez hasonlóan a gyűrűsférgek is rendelkeznek mezodermával, izmokkal, központi idegrendszerrel és kiválasztórendszerrel. E rendszerek mindegyike összetettebb a gyűrűsférgekben, mint a laposférgekben vagy a fonálférgekben. A specializáltabb, teljes emésztőrendszer mellett a gyűrűsférgek olyan testtulajdonságokat is kifejlesztettek, amelyek a laposférgekben vagy fonálférgekben nem találhatók meg. Ezek a jellemzők valamilyen formában minden nagyobb, összetettebb állatban megjelennek:
- a coelom, az emésztőcső és a külső testfal közötti, szövetekkel bélelt testüreg
- a folyadékkal (vérrel) töltött csövek (erek) sorozatából álló keringési rendszer az oldott tápanyagok, az oxigén és a salakanyagok gyors és hatékony szállítására
Memlékezzünk, hogy a coelom egy folyadékkal teli üreg, amely az emésztőcső és a külső testcső között fekszik és mezodermális szövetek veszik körül. Az emésztőcső a külső testcső belsejében helyezkedik el. Ezt az elrendezést nevezzük “cső a csőben konstrukciónak” (3.46. ábra). A coelomban lévő folyadék a testfal lágyszöveteit a cnidariák hidrosztatikus csontvázához hasonlóan támogatja. A testcső és az emésztőcső falában lévő mezodermális izmok nyomást gyakorolhatnak a folyadékra, hogy segítsék a mozgást. A gyűrűsgyíkok testfalában kétféle izomzat található: körkörös és hosszanti. Amikor a körkörös izmok összehúzódnak, a szegmens hosszabbá és keskenyebbé válik. Amikor a hosszanti izmok összehúzódnak, a szegmens rövidebb és vastagabb lesz (3.47. ábra). Ezek az összehúzódások hozzák létre a férgek kúszó mozgását. Emlékezzünk vissza, hogy a fonálférgek nem rendelkeznek körkörös izmokkal, és csak a hosszanti izmok összehúzódásával tudnak mozogni, így inkább prüszkölnek és vonaglanak, mint kúsznak. A polichéták teste mentén található szeták megtapadnak az aljzatban, és a féreg egyes részeit a helyén tartják, míg más részei előrefelé mozognak.
A polichéták zárt keringési rendszerrel rendelkeznek, amelyben a vért az erek izmai pumpálják tovább (3.48. ábra). A vér a mikroszkopikus kapillárisokon keresztül áramlik, felveszi a táplálékmolekulákat az emésztőrendszerből és az oxigént a bőrből, és elszállítja azokat a test sejtjeihez. A parapodiák, a szegmensek oldalán lévő lebenyek növelik a bőr felületét a légzéshez. Egy ilyen hatékony keringési rendszerben az állat belső szöveteinek nem kell közel lennie az emésztő- és légzőszervekhez, mert a vér szállítja a tápanyagokat és az oxigént. Egy ilyen rendszer lehetővé teszi, hogy az állatok sokkal nagyobbra nőjenek, mint a laposférgeknél lehetséges, amelyeknek a diffúzióra kell hagyatkozniuk.
A gyűrűsférgek idegrendszere is összetettebb, mint más féregszerű törzseké. A gyűrűsférgeknek egyszerű agyszervük van, amely egy pár idegcsomóból áll a fej tájékán (3.49. ábra). Az idegek összekötik az agyat a fejben lévő érzékszervekkel, amelyek érzékelik a féreg előtti környezetet. A földigiliszták szem nélküliek, de a policháta gyűrűsférgek olyan szemekkel rendelkeznek, amelyek képesek megkülönböztetni a fényt és a sötétséget. Néhány polichétaféreg szeme még a formákat is képes érzékelni. Az agyból az emésztőcső körül és a hasi felszín mentén idegek is húzódnak. Minden szegmensben egy ganglion vagy idegsejtcsoport működteti a szerveket.
A gyűrűsférgek kiválasztórendszere minden szegmensben egy pár kis csőből áll. Ezek a csövek, amelyeket nephridiáknak nevezünk (a görög nephrus szó gyökérszavából, amely vesét jelent), mindkét végén nyitottak. Szűrik a coelomikus folyadékot, amely hasznos tápanyagmolekulákat tartalmaz a hulladékmolekulákkal együtt. Ahogy a folyadék áthalad a csövön, a hasznos molekulák visszatérnek a coelomba, a hulladékmolekulák pedig a vízbe kerülnek. Bár ez a rendszer kevésbé tűnik bonyolultnak, mint a laposféregé, a nephridia valójában hatékonyabb módszer a salakanyagok kezelésére, mivel a folyadékot szűrve a hasznos molekulákat a szervezetben tartja (3.50. ábra).