Poznanie Naszej Płynnej Ziemi

Wprowadzenie do Robaków

Większość ludzi jest zaznajomiona z dżdżownicami występującymi w glebie ogrodowej. Chociaż wiele różnych rodzajów zwierząt jest powszechnie określanych mianem „robaków”, istnieje kilka odrębnych gromad, które pasują do tej kategorii. Dżdżownice to zazwyczaj długie, cienkie stworzenia, które sprawnie poruszają się bez nóg. Poszczególne gromady robaków charakteryzują się dużą rozpiętością rozmiarów, złożoności i budowy ciała. Płazińce (phylum Platyhelminthes) to proste zwierzęta, które są nieco bardziej skomplikowane niż knidaria. Okrągłe robaki (phylum Nematoda) mają nieco bardziej złożony plan budowy ciała. Segmentowane robaki (phylum Annelida) są najbardziej złożonymi zwierzętami o robakowatym planie budowy ciała. Badanie robaków może oświetlić możliwą historię ewolucji niektórych układów narządów i cech ciała.

Ślimaki są zwierzętami bezkręgowymi o symetrii dwustronnej. Robaki mają określony koniec przedni (głowa) i koniec tylny (ogon). Powierzchnia brzuszna robaków i innych organizmów to dolna strona ciała, często najbliżej ziemi. Powierzchnia grzbietowa znajduje się w górnej części ciała, zwróconej ku niebu. Powierzchnie boczne znajdują się po lewej i prawej stronie ciała. Na rysunku 3.35 porównano symetrię dwustronną u rekina wielorybiego i pływającego robaka plychaete. Organy odpowiedzialne za odczuwanie światła, dotyku i zapachu są skupione w głowach robaków. Mogą one wykryć rodzaj środowiska, w którym się znajdują, poruszając się w kierunku przednim.

Istnieje sześć cech i systemów, które ujawniają ewolucyjną złożoność budowy ciała większości robaków:

1. mezoderma, pośrednia warstwa ciała między wewnętrzną (endodermą) i zewnętrzną (ektodermą) warstwą tkanki, która tworzy tkankę mięśniową
2. centralny układ nerwowy kierowany przez „mózg”
3. układ wydalniczy do eliminacji niektórych rodzajów produktów odpadowych
4. kompletny układ pokarmowy, od przedniego otworu gębowego do tylnego odbytu
5. śluzówka, jama ciała między przewodem pokarmowym a zewnętrzną ścianą ciała, która jest wyścielona tkanką
6. układ krążenia składający się z serii rurek (naczyń) wypełnionych płynem (krwią) do szybkiego i skutecznego transportu rozpuszczonych składników odżywczych, tlenu i produktów odpadowych wokół ciała

Płaskonogi: Phylum Platyhelminthes

Forma Platyhelminthes składa się z prostych robakopodobnych zwierząt zwanych płazińcami (rys. 3.36). Nazwa Platyhelminthes (wymawiana „plat-ee-hel-MIN-theze”) pochodzi od greckiego słowa platy oznaczającego płaski i greckiego słowa helminth oznaczającego robaka. Płazińce żyją na lądzie, w wodzie słodkiej, w oceanie, a także w lub na innych zwierzętach jako pasożyty (np. tasiemce). Pasożytnicze płazińce, które żyją na lub wewnątrz innych zwierząt – w tym ludzi – mogą ranić lub nawet zabić organizm żywiciela. Wolno żyjące płazińce niepasożytnicze mają zazwyczaj mniej niż 10 centymetrów długości. Gatunki morskie żyją zakopane w piasku lub pod skałami w płytkiej wodzie. Wszystkie wolno żyjące płazińce są drapieżnikami, które aktywnie polują na pokarm. Niektóre żyją symbiotycznie z krabami, małżami, ostrygami, krewetkami i pąklami. Niektóre płazińce morskie są jaskrawo ubarwione (rys. 3.36 A), podczas gdy inne są szarawe i wtapiają się w środowisko (rys. 3.36 B).

Płaskonogi są bardziej złożone niż knidary. Płazińce mają dwie warstwy komórek, ektodermę i endodermę; płazińce mają warstwę środkową, zwaną mezodermą, pomiędzy tymi dwiema warstwami (rys. 3.16). Ta dodatkowa warstwa jest ważna, ponieważ jej komórki specjalizują się w układ mięśniowy, który umożliwia zwierzęciu poruszanie się. Począwszy od płazińców, wszystkie zwierzęta, które będziemy później badać, mają mezodermę i układ mięśniowy. Komórki ektodermy i endodermy są również bardziej zorganizowane niż podobne komórki u krasnorostów. Po raz pierwszy widzimy grupy tkanek, które rozwinęły się w narządy, takie jak te w układzie pokarmowym, nerwowym i wydalniczym.

Podobnie jak płazińce, płazińce mają układ pokarmowy z pojedynczym otworem do jamy trawiennej, ale u niezależnie żyjących płazińców morskich jama ta rozgałęzia się na wszystkie części ciała (rys. 3.37 B). Płazińce te odżywiają się przez gardło. Gardziel to długi, rurkowaty otwór gębowy, który wystaje z ciała, otacza pokarm i rozrywa go na bardzo drobne kawałki (rys. 3.37 C i D). Komórki wyściełające jamę pokarmową kończą trawienie pokarmu. Następnie rozpuszczone składniki odżywcze wędrują do innych komórek ciała. Niestrawiony pokarm wydostaje się z powrotem na zewnątrz przez jamę gębową, tak jak u knidriów. Pasożytnicze tasiemce zwykle pobierają substancje odżywcze bezpośrednio od żywiciela, podczas gdy pasożytnicze paciorkowce zachowały układ pokarmowy.

Podobnie jak większość samonapędzających się zwierząt, niezależnie żyjące płazińce mają centralny układ nerwowy. Centralny układ nerwowy składa się z masy komórek nerwowych, zwanych zwojem nerwowym (u bardziej złożonych organizmów zrąb przekształca się w mózg), znajdujących się w przedniej części ciała, oraz z rdzenia nerwowego biegnącego od mózgu w kierunku tylnego końca ciała (rys. 3.38). Komórki czuciowe w głowie wykrywają zmiany w środowisku. U wolno żyjących płazińców komórki zmysłowe reagujące na światło są skupione w dwóch oczodołach w głowie. Komórki zmysłowe wykrywające prądy wodne, obiekty stałe i substancje chemiczne znajdują się w dwóch klapkowatych występach na głowie, zwanych małżowinami usznymi. U samonapędzających się zwierząt, te narządy zmysłów w głowie są pierwszą częścią zwierzęcia, która styka się z nowym otoczeniem. Zwoje nerwowe odbierają informacje od struktur czuciowych i wysyłają sygnały do innych części ciała wzdłuż dwóch nitek komórek nerwowych biegnących w kierunku ogona. Ponieważ sploty nerwowe są połączone poprzecznymi pasmami w kształcie drabinki, ten rodzaj układu nerwowego jest często nazywany „drabinką nerwową.”

Układ wydalniczy usuwa produkty odpadowe i nadmiar wody z tkanek płazińców. Płazińce mają zaskakująco rozbudowany system pozbywania się odpadów z organizmu (rys. 3.39). Sieć ta biegnie przez długość zwierzęcia z każdej strony i otwiera się na zewnątrz przez małe pory w tylnej części ciała. Z przewodami połączone są maleńkie komórki, które przenoszą odpady i wodę z tkanek do przewodów. Komórki te zawierają flagelle, które biją tam i z powrotem, tworząc prąd płynu, który nieustannie przemieszcza się w kierunku porów wydalniczych. Pod mikroskopem ruch flagelli wygląda jak migoczący ogień, a struktura ta nazywana jest bańką płomieniową.

Płaskonose nie mają układu krwionośnego. Zwierzęta bez układu krwionośnego mają ograniczone możliwości dostarczania tlenu i substancji odżywczych do komórek ciała z powodu sposobu, w jaki zachowują się cząsteczki. Gdy cząsteczki rozprzestrzeniają się w wodzie, stają się mniej skoncentrowane w miarę oddalania się od swojego źródła. Znane jest to jako dyfuzja. Zwierzę morskie w kształcie kuli nie otrzymałoby odpowiedniej ilości tlenu i składników odżywczych do swoich wewnętrznych komórek, ponieważ są one zbyt oddalone od powierzchni ciała, aby cząsteczki mogły się do nich przemieszczać (dyfundować) (rys. 3.40 A). Natomiast błonkówki nie mają problemu z dyfuzją, ponieważ większość komórek ich workowatego ciała ma bezpośredni kontakt z wodą, co ułatwia wymianę tlenu i składników odżywczych (rys. 3.40 B). Płazińce, o kształcie workowatym, ale spłaszczonym, również łatwo doprowadzają tlen i substancje odżywcze do komórek swojego ciała, ponieważ wszystkie ich komórki znajdują się blisko powierzchni zewnętrznej lub jamy trawiennej (rys. 3.40 C). W miarę jak zwierzęta stają się większe i bardziej złożone, dyfuzja często nie wchodzi już w grę i wtedy zaczynamy obserwować rozwój układów krążenia i oddychania.

Krążkopławy: Phylum Nematoda

Gatunki w gromadzie Nematoda (od greckiego słowa nema oznaczającego nić) są lepiej znane jako glisty (rys. 3.41). Istnieje około 25 000 formalnie opisanych przez naukowców gatunków nicieni. Nicienie występują w prawie każdym siedlisku na Ziemi. Jeden z gatunków został po raz pierwszy odkryty jako żyjący wewnątrz filcowych podstawek pod piwo w niemieckich piwiarniach. Badania pól uprawnych wykazały obecność aż 10 000 nicieni w 100 centymetrach sześciennych (cm3) gleby. Nicienie są podobnie obfite w osadach morskich i słodkowodnych, gdzie służą jako ważni drapieżcy, rozkładacze i ofiary dla innych gatunków, takich jak kraby i ślimaki.

Podobnie jak płazińce, gatunki glisty prowadzą albo swobodny, albo pasożytniczy tryb życia. Pasożytnicze nicienie (rys. 3.41 A, C, D i E) obejmują nicienie sercowe, które zarażają psy domowe oraz tęgoryjce i obleńce, które powszechnie zarażają małe dzieci. Wiele nicieni, które pasożytują na roślinach, może niszczyć uprawy. Niektóre nicienie są kryptobiotyczne i wykazują niezwykłą zdolność do pozostawania w stanie uśpienia przez dziesiątki lat, dopóki warunki środowiskowe nie staną się korzystne.

Jak płazińce, nicienie są dwustronnie symetryczne. Biorą swoją nazwę od ich okrągłego kształtu przekroju ciała. W przeciwieństwie do płazińców, u których pokarm i odpady wchodzą i wychodzą tym samym otworem, nicienie mają kompletny układ trawienny. Zwierzę z kompletnym układem pokarmowym ma na jednym końcu usta, w środku długą rurę z wyspecjalizowanymi częściami, a na drugim końcu odbyt. Kompletny układ pokarmowy występuje u bardziej złożonych organizmów i oferuje wiele korzyści w porównaniu z metodą trawienia stosowaną przez płazińce. Dzięki kompletnemu układowi pokarmowemu zwierzę może jeść, podczas gdy jego poprzedni posiłek ulega trawieniu. Części układu pokarmowego mogą być wyspecjalizowane do wykonywania różnych zadań, trawiąc pokarm etapami (rys. 3.42). Podczas przesuwania się pokarmu, jest on rozbijany na cząsteczki i wchłaniany przez komórki wyściełające przewód. Mięśnie otaczające przewód kurczą się, ściskając pokarm i popychając go w procesie zwanym perystaltyką. Niestrawione odpady wydostają się na zewnątrz przez odbyt.

W przeciwieństwie do płazińców, nicienie są smukłe i pokryte ochronną kutykulą. Kutykula to woskowa powłoka wydzielana przez epidermę, czyli najbardziej zewnętrzną tkankę komórkową. Ze względu na to pokrycie, wymiana gazowa nie może zachodzić bezpośrednio przez skórę, tak jak u płazińców. Wymiana gazowa i wydalanie odpadów u nicieni zachodzi raczej na drodze dyfuzji przez ścianę jelita. Mimo że nicienie posiadają przestrzeń w ciele pomiędzy przewodem pokarmowym a ścianą ciała, nie jest ona wyścielona tkanką i nie jest uznawana za prawdziwą ślimakowatość. Dlatego nicienie są czasami określane jako pseudocelomaty (rys. 3.17 C).

Większość robaków ma dwa pasma mięśni: mięśnie podłużne, które biegną wzdłuż ciała i mięśnie okrężne, które tworzą okrężne pasma wokół ciała. W przeciwieństwie do innych robaków, które mają dwa pasma mięśni, nicienie mają tylko mięśnie podłużne. Wyjaśnia to ich charakterystyczne ruchy młócące, ponieważ mogą się poruszać tylko poprzez kurczenie się mięśni podłużnych po obu stronach ciała i wykręcanie się do przodu. Układ nerwowy nicieni składa się z zestawu nerwów, które biegną wzdłuż ciała i łączą się ze zwojami przednimi. Wolno żyjące nicienie są zdolne do wyczuwania światła za pomocą okularów, a większość nicieni ma dość złożone zdolności chemosensoryczne. Większość nicieni nie jest hermafrodyta, z obu płci w jednym osobniku, ale są znane jako dioecious-posiadające osobników oddzielnych płci. Ich zdolności chemosensoryczne są bardzo pomocne, ponieważ polegają one na feromonach, aby zlokalizować potencjalnych partnerów.

Segmentacja robaków: Phylum Annelida

Ślimaki z gromady Annelida (od łacińskiego słowa annelus oznaczającego pierścień) mają zazwyczaj złożone segmentowane ciała (rys. 3.43). Ciało parzydełkowca podzielone jest na powtarzające się części zwane segmentami, z wieloma narządami wewnętrznymi powtarzającymi się w każdym segmencie. Dżdżownice (klasa Oligochaeta) są dobrze znanymi lądowymi przedstawicielami tego rodzaju, a pijawki (klasa Hirudinea) są dobrze znanymi pasożytniczymi członkami tego rodzaju, najczęściej występującymi w wodach słodkich. Robaki wieloszczetowe (klasa Polychaeta) stanowią największą grupę w gromadzie Annelida. Występują głównie w siedliskach morskich i wodach słonawych.

Polychaete (od greckich słów źródłowych poly oznaczających wiele i chaeta oznaczających szczecinę) robaki annelid są tak nazwane, ponieważ większość ich segmentów ma szczecinę zwaną chatae lub setae. Rysunek 3.44 przedstawia dwa przykłady setae wieloszczetów. Swobodnie poruszające się (nie osiadłe) wieloszczety mają po bokach umięśnione płaty zwane parapodia (od greckiego para oznaczającego blisko i podia oznaczającego stopy), a szczecinki na tych parapodia zagłębiają się w piasek w celu poruszania się. Muchomory są rodzajem wieloszczetów, które swoją nazwę zawdzięczają kłującym szczecinkom na każdym parapodium (rys. 3.44 A). Szczeciny te mogą wnikać w ludzką skórę, powodując podrażnienia, ból i obrzęk, podobne do podrażnień wywołanych kontaktem z włóknem szklanym.

Tubeworms are sessile polychaetes that live in tubes that they build by secreting the tube material. Rurki, przytwierdzone do skał lub osadzone w piasku czy błocie, mogą być skórzaste, wapienne lub pokryte piaskiem, w zależności od gatunku robaka (Fot. 3.45). Rurkowce odżywiają się wysuwając macki z rurki. Kawałki pokarmu przesuwają się wzdłuż rowków w mackach do otworu gębowego. Niektóre rurkopławy chowają macki, gdy pokarm znajdzie się na nich. Rurkowce wykorzystują swoje parapodia do tworzenia prądów wodnych, które przepływają przez rurki, wspomagając oddychanie i oczyszczając rurki. Natomiast żyjące swobodnie lub ruchliwe wieloszczety mają wysuwaną z jamy gębowej sondę, która służy im do chwytania ofiar. Jest to narząd żerny, który często uzbrojony jest w małe zęby lub szczęki na swojej końcówce. Dzięki aktywnemu trybowi życia i dobrym mechanizmom obronnym, swobodnie poruszające się wieloszczety mogą żyć w różnych siedliskach, takich jak błoto, piasek, gąbki, żywe korale i glony.

Podobnie jak płazińce, annelidy mają mezodermę z mięśniami, centralny układ nerwowy i układ wydalniczy. Każdy z tych systemów jest bardziej złożony u parzydełkowców niż u płazińców czy nicieni. Oprócz bardziej wyspecjalizowanego, kompletnego układu pokarmowego, robaki z rodziny parzydełkowców wykształciły również cechy ciała, które nie występują u płazińców czy nicieni. Cechy te występują w jakiejś formie u wszystkich większych, bardziej złożonych zwierząt:

1. cewka, jama ciała między przewodem pokarmowym a zewnętrzną ścianą ciała, która jest wyścielona tkanką
2. układ krążenia składający się z serii rurek (naczyń) wypełnionych płynem (krwią) w celu szybkiego i skutecznego transportu rozpuszczonych składników odżywczych, tlenu i produktów odpadowych

Przypomnijmy, że ślimak jest wypełnioną płynem jamą leżącą między rurką trawienną a zewnętrzną rurką ciała i otoczoną tkanką mezodermalną. Rurka trawienna leży wewnątrz zewnętrznej rurki ciała. Taki układ nazywany jest „budową rurki w rurce” (rys. 3.46). Płyn w koelomie podtrzymuje miękkie tkanki ściany ciała, podobnie jak w hydrostatycznym szkielecie u knidarów. Mięśnie mezodermalne w ścianie rurki ciała i przewodu pokarmowego mogą wywierać nacisk na płyn, wspomagając w ten sposób ruch. W ścianie ciała annelidów znajdują się dwa rodzaje mięśni: okrężne i podłużne. Kiedy mięśnie okrężne kurczą się, segment wydłuża się i zwęża. Kiedy kurczą się mięśnie podłużne, segment staje się krótszy i grubszy (rys. 3.47). Skurcze te wywołują ruch pełzający robaków. Przypomnijmy, że nicienie nie mają mięśni okrężnych i mogą poruszać się jedynie poprzez kurczenie się mięśni podłużnych, a więc raczej miotają się i wiją niż pełzają. Szczeciny wzdłuż ciała wieloszczetów wbijają się w podłoże, utrzymując część robaka w miejscu, podczas gdy inne części poruszają się do przodu.

Annelidy mają zamknięty układ krążenia, w którym krew jest pompowana przez mięśnie w naczyniach krwionośnych (rys. 3.48). Krew przepływa przez mikroskopijne naczynia włosowate, pobierając cząsteczki pokarmu z przewodu pokarmowego i tlen ze skóry i transportując je do komórek ciała. Parapodia, czyli płaty po bokach segmentów, zwiększają powierzchnię skóry do oddychania. W tak wydajnym układzie krążenia wewnętrzne tkanki zwierzęcia nie muszą znajdować się w pobliżu organów trawiennych i oddechowych, ponieważ krew dostarcza składniki odżywcze i tlen. Taki system pozwala zwierzętom rosnąć znacznie większym niż jest to możliwe u płazińców, które muszą polegać na dyfuzji.

Układ nerwowy jest również bardziej złożony u parzydełkowców niż u innych fauny robakopodobnych. U parzydełkowców występuje prosty organ mózgowy, składający się z pary kłębków nerwowych w okolicy głowy (rys. 3.49). Nerwy łączą mózg z narządami zmysłów znajdującymi się w głowie, które rozpoznają środowisko przed robakiem. Dżdżownice są pozbawione oczu, ale wieloszczety mają oczy, które potrafią odróżniać światło od ciemności. Niektóre oczy robaków wieloszczetów potrafią nawet rozpoznawać kształty. Nerwy wychodzą z mózgu wokół przewodu pokarmowego i wzdłuż powierzchni brzusznej. Zwoje lub skupiska komórek nerwowych obsługują narządy w każdym segmencie.

Układ wydalniczy robaków wieloszczetów składa się z pary małych rurek w każdym segmencie. Rurki te, zwane nefridiami (od greckiego słowa nephrus oznaczającego nerkę), są otwarte na obu końcach. Filtrują one płyn koelomijny, który zawiera użyteczne cząsteczki odżywcze wraz z cząsteczkami odpadowymi. W miarę jak płyn przemieszcza się przez rurkę, użyteczne cząsteczki wracają do koelomy, a cząsteczki odpadowe przedostają się do wody. Chociaż system ten wydaje się mniej złożony niż u płazińca, nefridia są w rzeczywistości bardziej efektywną metodą radzenia sobie z odpadami, ponieważ filtrują płyn, utrzymując użyteczne cząsteczki wewnątrz organizmu (rys. 3.50).