Exploring Our Fluid Earth
Introduction to Worms
Majoritatea oamenilor sunt familiarizați cu viermii de pământ care se găsesc în solul din grădină. Deși multe tipuri diferite de animale sunt în mod obișnuit grupate sub denumirea de „viermi”, există mai multe phyla distincte care se încadrează în această categorie. Viermii sunt de obicei creaturi lungi și subțiri care se deplasează eficient fără picioare. Diferitele filoane de viermi prezintă o gamă mare de dimensiuni, complexitate și structură corporală. Viermii plați (phylum Platyhelminthes) sunt animale simple care sunt puțin mai complexe decât un cnidarian. Viermii rotunzi (phylum Nematoda) au un plan corporal puțin mai complex. Viermii segmentați (phylum Annelida) sunt cele mai complexe animale cu planuri corporale asemănătoare viermilor. Un studiu al viermilor poate ilumina o posibilă istorie a modului în care au evoluat unele sisteme de organe și caracteristici ale corpului.
Vârcolacii sunt animale nevertebrate cu simetrie bilaterală. Viermii au un capăt anterior (cap) definit și un capăt posterior (coadă). Suprafața ventrală a viermilor și a altor organisme este partea inferioară a corpului, adesea cea mai apropiată de sol. Suprafața dorsală este situată în partea superioară a corpului, orientată spre cer. Suprafețele laterale se găsesc pe partea stângă și pe partea dreaptă a corpului. Figura 3.35 compară simetria bilaterală la un rechin balenă și la un vierme plychaete care înoată. Organele de detectare a luminii, atingerii și mirosului sunt concentrate în capul viermilor. Aceștia pot detecta tipurile de mediu pe care le întâlnesc prin deplasarea în direcția anterioară.
Există șase caracteristici și sisteme care dezvăluie o complexitate în evoluție în structura corporală a majorității viermilor:
- un mezoderm, un strat corporal intermediar între straturile de țesut intern (endoderm) și extern (ectoderm) care formează țesutul muscular
- un sistem nervos central ghidat de un „creier”
- un sistem excretor pentru a elimina unele tipuri de deșeuri
- un sistem digestiv complet, de la o gură anterioară până la un anus posterior
- un celom, o cavitate corporală situată între tubul digestiv și peretele exterior al corpului, care este căptușită cu țesut
- un sistem circulator format dintr-o serie de tuburi (vase) umplute cu lichid (sânge) pentru a transporta rapid și eficient substanțele nutritive dizolvate, oxigenul și produsele reziduale în jurul corpului
Ghelmintele plate: Phylum Platyhelminthes
Fylum Platyhelminthes este format din animale simple asemănătoare unor viermi numiți viermi plați (Fig. 3.36). Numele Platyhelminthes (pronunțat „plat-ee-hel-MIN-theze”) derivă din rădăcina grecească platy care înseamnă plat și din rădăcina grecească helminth care înseamnă vierme. Viermii plați trăiesc pe uscat, în apă dulce, în ocean și în sau pe alte animale ca paraziți (de exemplu, teniile). Viermii plați paraziți care trăiesc pe sau în interiorul altor animale – inclusiv oamenii – pot răni sau chiar ucide organismul gazdă. Viermii plați neparaziți care trăiesc liberi au, de obicei, o lungime mai mică de 10 centimetri. Speciile marine trăiesc îngropate în nisip sau sub roci în ape de mică adâncime. Toate viermii plați cu viață liberă sunt prădători care vânează în mod activ pentru hrană. Unele trăiesc în simbioză cu crabi, scoici, stridii, stridii, creveți și scoici. Unele viermi plați marini sunt viu colorate (Fig. 3.36 A), în timp ce altele sunt terne și se amestecă în mediul înconjurător (Fig. 3.36 B).
Ghelmintele plane sunt mai complexe decât cnidarii. Cnidarii au două straturi de celule, ectodermul și endodermul; viermii plați au un strat intermediar numit mezoderm între celelalte două straturi (Fig. 3.16). Acest strat suplimentar este important deoarece celulele sale se specializează într-un sistem muscular care permite unui animal să se deplaseze. Începând cu viermii plați, toate animalele pe care le vom studia ulterior au un mezoderm și un sistem muscular. Celulele ectodermului și endodermului sunt, de asemenea, mai organizate decât celulele similare ale cnidarilor. Pentru prima dată, vedem grupuri de țesuturi care au evoluat pentru a forma organe, cum ar fi cele din sistemele digestiv, nervos și excretor.
Ca și cnidarii, viermii plați au un sistem digestiv cu o singură deschidere în cavitatea digestivă, dar la viermii plați marini care trăiesc independent, cavitatea se ramifică în toate părțile corpului (Fig. 3.37 B). Aceste viermi plați se hrănesc prin intermediul unui faringe. Un faringe este o piesă bucală lungă și tubulară care se extinde din corp, înconjoară alimentele și le sfâșie în bucăți foarte fine (Fig. 3.37 C și D). Celulele care căptușesc cavitatea digestivă termină de digerat alimentele. Apoi, substanțele nutritive dizolvate se deplasează către alte celule ale corpului. Alimentele nedigerate trec înapoi prin gură, ca la cnidari. Tenia parazită își absoarbe, de obicei, nutrienții direct de la gazdă, în timp ce moliile parazite au păstrat un sistem digestiv.
Ca majoritatea animalelor cu autopropulsie, viermii plați cu viață independentă au un sistem nervos central. Un sistem nervos central este format dintr-o masă de celule nervoase, numită ganglion (la organismele mai complexe, ganglionul evoluează într-un creier) în partea anterioară a corpului și un cordon nervos care se extinde de la creier spre capătul posterior al corpului (Fig. 3.38). Celulele senzoriale din cap detectează schimbările din mediul înconjurător. La viermii plați cu viață liberă, celulele senzoriale care răspund la lumină sunt grupate în doi ochișori din cap. Celulele senzoriale care detectează curenții de apă, obiectele solide și substanțele chimice se află în două proiecții în formă de clapetă de pe cap, numite auricule. La animalele care se autopropulsează, aceste organe senzoriale din cap sunt prima parte a animalului care întâlnește un mediu nou. Ganglionul primește informații de la structurile senzoriale și trimite semnale către alte părți ale corpului de-a lungul a două șiruri de celule nervoase care se îndreaptă spre coadă. Deoarece firele nervoase sunt conectate prin fire încrucișate sub forma unei scări în trepte, acest tip de sistem nervos este adesea numit „scara nervoasă”.”
Sistemul excretor elimină produsele reziduale și excesul de apă din țesuturile viermilor platani. Viermii plați au un sistem surprinzător de elaborat pentru a elimina deșeurile din organism (Fig. 3.39). Această rețea se întinde pe lungimea animalului pe fiecare parte și se deschide spre exterior prin pori mici în regiunea posterioară a corpului. Conectate la tuburi sunt celule minuscule care deplasează deșeurile și apa din țesuturi în tuburi. Aceste celule conțin flageli care bat înainte și înapoi, creând un curent de lichid care se deplasează constant spre porii excretori. La microscop, mișcarea flagelară arată ca un foc pâlpâitor, iar structura se numește bulb de flacără.
Ghelmintele plate nu au sistem circulator. Animalele fără un sistem circulator au capacități limitate de a livra oxigen și nutrienți către celulele corpului lor din cauza modului în care se comportă moleculele. Pe măsură ce moleculele se răspândesc prin apă, ele devin mai puțin concentrate pe măsură ce se îndepărtează de sursa lor. Acest lucru este cunoscut sub numele de difuzie. Un animal marin în formă de bilă nu ar primi oxigen și nutrienți adecvați pentru celulele sale cele mai interne, deoarece celulele sunt prea departe de suprafața corpului pentru ca moleculele să se deplaseze (difuzie) către ele (Fig. 3.40 A). Dar cnidarii nu au nicio problemă cu difuzia, deoarece majoritatea celulelor din corpul lor în formă de sac sunt în contact direct cu apa, ceea ce face ca schimbul de oxigen și nutrienți să fie ușor (Fig. 3.40 B). Viermii plați, în formă de sac, dar aplatizați, primesc, de asemenea, cu ușurință oxigen și nutrienți în celulele corpului lor, deoarece toate celulele lor sunt aproape fie de suprafața lor exterioară, fie de cavitatea lor digestivă (Fig. 3.40 C). Pe măsură ce animalele devin mai mari și mai complexe, difuzia de multe ori nu mai este o opțiune și atunci începem să vedem dezvoltarea sistemelor circulator și respirator.
Roundworms: Phylum Nematoda
Speciile din phylum Nematoda (de la rădăcina grecească nema care înseamnă fir) sunt mai bine cunoscute sub numele de viermi rotunzi (Fig. 3.41). Există aproximativ 25.000 de specii de nematode descrise în mod oficial de oamenii de știință. Nematodele se găsesc în aproape toate habitatele de pe Pământ. O specie a fost descoperită pentru prima dată trăind în interiorul suporturilor de bere din pâslă, în berăriile germane. Studiile efectuate pe terenurile agricole au descoperit până la 10.000 de nematozi în 100 de centimetri cubi (cm3) de sol. Nematodele sunt la fel de abundente și în sedimentele marine și de apă dulce, unde servesc drept prădători importanți, descompunători și pradă pentru alte specii, cum ar fi crabii și melcii.
Ca și viermii plați, speciile de viermi rotunzi adoptă fie un stil de viață liber, fie un stil de viață parazitar. Nematodele parazite (Fig. 3.41 A, C, D și E) includ viermii de inimă care infectează câinii domestici și viermii de tip hookworms și oxiuri care infectează frecvent copiii mici. Mulți nematozi care sunt paraziți pe plante pot devasta culturile. Unele nematode sunt criptobiotice și au demonstrat o capacitate remarcabilă de a rămâne în stare latentă timp de zeci de ani până când condițiile de mediu devin favorabile.
Ca și viermii plați, nematodele sunt simetrice bilateral. Ei își iau numele de la forma rotundă a secțiunii transversale a corpului lor. Spre deosebire de viermii plați, la care hrana și deșeurile intră și ies prin aceeași deschidere, nematodele au un sistem digestiv complet. Un animal cu un sistem digestiv complet are o gură la un capăt, un tub lung cu părți specializate la mijloc și un anus la celălalt capăt. Sistemele digestive complete sunt întâlnite la organisme mai complexe și oferă multe avantaje față de metoda de digestie a viermilor plați. Cu un sistem digestiv complet, un animal poate mânca în timp ce masa anterioară se digeră. Părți ale sistemului digestiv se pot specializa pentru a îndeplini diferite sarcini, digerând alimentele în etape (Fig. 3.42). Pe măsură ce alimentele se deplasează, ele sunt descompuse în molecule și absorbite de celulele care căptușesc tubul. Mușchii care înconjoară tubul se contractă, strângând alimentele și împingându-le de-a lungul tubului într-un proces numit peristaltism. Deșeurile nedigerabile ies prin anus.
Spre deosebire de viermii plați, nematodele sunt subțiri și sunt acoperite de o cuticulă protectoare. O cuticulă este un înveliș ceros secretat de epidermă, sau de țesutul celular cel mai exterior. Din cauza acestui înveliș, schimbul de gaze nu poate avea loc direct prin piele, așa cum se întâmplă la viermii plați. Mai degrabă, schimbul de gaze și excreția deșeurilor la nematode are loc prin difuzie pe peretele intestinului. Deși nematodele au un spațiu în corp între tractul digestiv și peretele corpului, acesta nu este căptușit cu țesut și nu este considerat a fi un adevărat celom. Astfel, nematodele sunt denumite uneori pseudocoelomate (Fig. 3.17 C).
Majoritatea viermilor au două benzi de mușchi: mușchi longitudinali care se întind pe lungimea corpului și mușchi circulari care formează benzi circulare în jurul corpului. Spre deosebire de alți viermi care au două benzi de mușchi, nematodele au doar mușchi longitudinali. Acest lucru explică mișcarea lor caracteristică de zbatere, deoarece se pot deplasa doar prin contractarea mușchilor lungi de pe fiecare parte a corpului și prin zvârcolirea înainte. Sistemul nervos al nematodelor este format dintr-un set de nervi care se întind pe toată lungimea corpului și se conectează la ganglionii anteriori. Nematodele cu viață liberă sunt capabile să simtă lumina cu ajutorul ocelilor, iar majoritatea nematodelor au capacități chimiosenzoriale destul de complexe. Majoritatea nematozilor nu sunt hermafrodiți, cu ambele sexe la un singur individ, ci sunt cunoscuți ca fiind dioici – având indivizi cu sexe separate. Abilitățile lor chimiosenzoriale sunt foarte utile, deoarece se bazează pe feromoni pentru a localiza potențialii parteneri.
Grâmbi segmentați: Phylum Annelida
Vârcolacii din phylum Annelida (de la rădăcina latină a cuvântului annelus care înseamnă inel) au de obicei corpuri segmentate complexe (Fig. 3.43). Corpul unei anelide este împărțit în secțiuni repetitive numite segmente, cu multe organe interne repetate în fiecare segment. Viermii de pământ (clasa Oligochaeta) sunt membri tereștri cunoscuți ai acestui phylum, iar lipitorile (clasa Hirudinea) sunt membri parazitari bine cunoscuți ai phylum-ului, care se găsesc cel mai frecvent în apele dulci. Viermii policheți sau „bristleworms” (clasa Polychaeta) reprezintă cel mai mare grup din phylum Annelida. Ei apar mai ales în habitatele marine și de apă salmastră.
Vârstele anelide polichete (de la cuvintele cu rădăcină grecească poly care înseamnă multe și chaeta care înseamnă peri) sunt numite astfel deoarece majoritatea segmentelor lor au peri numiți chatae sau setae. Figura 3.44 prezintă două exemple de setae de polichete. Polichetele care se deplasează liber (nu sunt sesile) au clapete musculare numite parapode (de la cuvântul grecesc para însemnând aproape și podia însemnând picioare) pe părțile laterale, iar setae de pe aceste parapode sapă în nisip pentru locomoție. Viermii de foc sunt un tip de polichete care și-au câștigat numele datorită periilor înțepătoare de pe fiecare parapodiu (Fig. 3.44 A). Aceste peri pot pătrunde în pielea umană, provocând iritație, durere și umflături, asemănătoare cu iritația cauzată de expunerea la fibra de sticlă.
Viermii tubari sunt polichete sesile care trăiesc în tuburi pe care le construiesc prin secreția materialului tubar. Tuburile, atașate de roci sau înglobate în nisip sau noroi, pot fi cornoase, calcaroase sau acoperite de nisip, în funcție de specia de vierme (Fig. 3.45). Viermii tubari se hrănesc prin extinderea tentaculelor din tub. Bucățile de hrană se deplasează de-a lungul canelurilor din tentacule până la gură. Unii viermi tubari își retrag tentaculele atunci când hrana aterizează pe ele. Viermii tubari își folosesc parapodiile pentru a crea curenți de apă care curg prin tuburi pentru a ajuta la respirație și pentru a ajuta la curățarea tuburilor. În schimb, viermii policheți, care trăiesc liber sau sunt mobili, au o proboscisă care se poate extinde din gură pentru a prinde prada. Acesta este un organ de hrănire care este adesea înarmat cu dinți mici sau fălci pe vârful său. Cu stilul lor de viață activ și bunele lor apărări, polichetele libere își pot asigura traiul într-o varietate de habitate, cum ar fi noroiul, nisipul, bureții, coralii vii și algele.
Ca și viermii plați, anelidele au un mezoderm cu mușchi, un sistem nervos central și un sistem excretor. Fiecare dintre aceste sisteme este mai complex la anelide decât la viermii plați sau la nematode. În plus față de un sistem digestiv complet mai specializat, viermii anelide au evoluat, de asemenea, caracteristici corporale care nu se găsesc la viermii plați sau la nematode. Aceste caracteristici apar sub o anumită formă la toate animalele mai mari și mai complexe:
- un celom, o cavitate corporală între tubul digestiv și peretele exterior al corpului, care este căptușită cu țesut
- un sistem circulator format dintr-o serie de tuburi (vase) umplute cu lichid (sânge) pentru a transporta rapid și eficient nutrienții dizolvați, oxigenul și produsele reziduale
Reamintim că celomul este o cavitate umplută cu lichid, situată între tubul digestiv și tubul exterior al corpului și înconjurată de țesut mezodermal. Tubul digestiv se află în interiorul tubului exterior al corpului. Acest aranjament se numește „construcție cu tub în tub” (Fig. 3.46). Lichidul din celom susține țesuturile moi ale peretelui corpului la fel ca în cazul scheletului hidrostatic al cnidariilor. Mușchii mezodermici din peretele tubului corporal și al tubului digestiv pot exercita presiune asupra fluidului pentru a ajuta la mișcare. În peretele corporal al anelidelor există două tipuri de mușchi: circulari și longitudinali. Atunci când mușchii circulari se contractă, segmentul devine mai lung și mai îngust. Atunci când mușchii longitudinali se contractă, segmentul devine mai scurt și mai gras (Fig. 3.47). Aceste contracții produc mișcarea de târâre a viermilor. Reamintim că nematodele nu au mușchi circulari și se pot deplasa doar prin contracția mușchilor longitudinali, astfel că se zbat și se zbârcesc mai degrabă decât se târăsc. Setele de-a lungul corpului polichetelor se lipesc în substrat, menținând părți ale viermelui pe loc în timp ce alte părți se deplasează înainte.
Annelidele au un sistem circulator închis în care sângele este pompat de-a lungul de mușchii din vasele de sânge (Fig. 3.48). Sângele curge prin capilarele microscopice, preluând moleculele de hrană din tractul digestiv și oxigenul din piele și transportându-le către celulele corpului. Parapodiile, clapele de pe părțile laterale ale segmentelor, măresc suprafața pielii pentru respirație. Într-un sistem circulator eficient ca acesta, țesuturile interne ale unui animal nu trebuie să fie aproape de organele digestive și respiratorii, deoarece sângele livrează nutrienți și oxigen. Un astfel de sistem permite animalelor să crească mult mai mari decât este posibil la viermii plați, care trebuie să se bazeze pe difuzie.
Sistemul nervos este, de asemenea, mai complex la anelide decât la alte phyla asemănătoare viermilor. Annelidele au un organ cerebral simplu, format dintr-o pereche de grupuri de nervi în regiunea capului (Fig. 3.49). Nervii fac legătura între creier și organele senzoriale din cap care detectează mediul din fața viermelui. Râmele de pământ nu au ochi, dar aneliidele polichete au ochi care pot distinge între lumină și întuneric. Unii ochi ai viermilor policheți pot detecta chiar și formele. Nervii se întind, de asemenea, de la creier în jurul tubului digestiv și de-a lungul suprafeței ventrale. Un ganglion sau un grup de celule nervoase operează organele din fiecare segment.
Sistemul excretor al viermilor aneliți constă într-o pereche de tuburi mici în fiecare segment. Aceste tuburi, numite nephridia (de la rădăcina grecească nephrus care înseamnă rinichi), sunt deschise la ambele capete. Ele filtrează lichidul celomic, care conține molecule nutritive utile împreună cu molecule de deșeuri. Pe măsură ce lichidul se deplasează prin tub, moleculele utile se întorc în celom, iar moleculele reziduale trec în apă. Deși acest sistem pare mai puțin complex decât cel al unui vierme plat, nefridia este de fapt o metodă mai eficientă de manipulare a produselor reziduale, deoarece filtrează lichidul, păstrând moleculele utile în interiorul organismului (Fig. 3.50).
.