Подтип Позвоночные и надкласс Рыбы

Все позвоночные произошли от примитивных хордовых животных. В ходе эволюции у них сформировались важные прогрессивные признаки (ароморфозы), которые позволили освоить разные среды обитания и стать главенствующей группой на планете.

Эмбриональное развитие и зародышевые оболочки

По особенностям эмбрионального развития позвоночных животных делят на две группы: анамний и амниот.

К анамниям, или первичноводным организмам, относятся круглоротые, рыбы и земноводные. Их зародыши развиваются в водной среде и не образуют специальных зародышевых оболочек.

К амниотам (первичноназемным формам) относятся пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие. Их развитие происходит в яйце на суше или внутри организма матери. Поэтому у зародыша формируются специальные оболочки, которые защищают его и обеспечивают нормальное развитие:

• амнион — создаёт вокруг зародыша водную среду;
• хорион — участвует в газообмене;
• аллантоис — накапливает продукты обмена веществ и участвует в газообмене.

Покровы тела

Кожа позвоночных состоит из двух слоёв:

• эпидермиса — наружного слоя;
• дермы — внутреннего слоя.

Из эпидермиса образуются различные защитные структуры: роговая чешуя пресмыкающихся, перья птиц, а также волосы, ногти и когти млекопитающих.

Особенностью рыб является происхождение чешуи. В отличие от других производных кожи позвоночных, она развивается из дермы и образуется за счёт её окостенения.

Опорно-двигательная система

Опорно-двигательная система позвоночных включает скелет и мышцы. Она обеспечивает опору тела, защищает внутренние органы и позволяет животному двигаться.

У всех хордовых животных основой осевого скелета является хорда. У большинства позвоночных в процессе развития она полностью или частично заменяется позвоночником, состоящим из отдельных позвонков.

Передний отдел скелета образует череп, который защищает головной мозг.

Органы движения у позвоночных представлены парными конечностями. У разных групп это могут быть плавники, ноги или крылья. Конечности соединяются со скелетом и обеспечивают передвижение животного в среде обитания.

Нервная система и органы чувств

Нервная система позвоночных развивается из нервной трубки — характерного признака всех хордовых животных. Её передний отдел образует головной мозг, а остальная часть превращается в спинной мозг.

От этих центральных органов отходят нервы, которые связывают мозг со всеми частями тела — так формируется периферическая нервная система. Черепно-мозговые нервы отвечают за работу органов чувств и управляют мышцами головы.

Позвоночные обладают хорошо развитыми органами чувств: зрением, слухом и обонянием. У водных позвоночных есть уникальный орган чувств — боковая линия. Это система каналов, проходящих вдоль тела, которая помогает воспринимать колебания воды, определять направление и силу течения, а также замечать движение других организмов поблизости.

Внутренние органы позвоночных

Внутренние органы позвоночных хорошо приспособлены к условиям среды обитания.

Пищеварительная система имеет сквозное строение и включает ротовую полость, глотку, пищевод, желудок и кишечник. В кишечнике происходит переваривание и всасывание питательных веществ. Важную роль в пищеварении играют печень и поджелудочная железа, выделяющие вещества, необходимые для расщепления пищи.

Дыхательная система зависит от среды обитания. Рыбы и личинки земноводных дышат с помощью жабр, извлекая растворённый в воде кислород. Пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие используют для дыхания лёгкие.

Кровеносная система у всех позвоночных замкнутая: кровь движется только по сосудам и не смешивается с тканевой жидкостью. Её центральным органом является сердце. Клапаны сердца обеспечивают движение крови только в одном направлении. У рыб сердце двухкамерное, а кровообращение осуществляется по одному кругу. У наземных позвоночных в связи с появлением лёгочного дыхания формируется второй круг кровообращения.

Выделительная система представлена парными почками. Их основной структурной и функциональной единицей является нефрон. Почки удаляют из организма продукты обмена веществ и участвуют в поддержании водно-солевого баланса. В ходе эволюции происходило усложнение выделительной системы: головные почки характерны для зародышей низших позвоночных, туловищные почки функционируют у взрослых рыб и земноводных, а тазовые почки характерны для пресмыкающихся, птиц и млекопитающих. Тазовые почки лучше сохраняют воду в организме, что стало важным приспособлением к жизни на суше.

Для позвоночных характерно половое размножение. Большинство видов раздельнополы, однако у некоторых рыб встречается гермафродитизм. Оплодотворение может быть наружным или внутренним. Внутреннее оплодотворение обеспечивает лучшую защиту половых клеток и развивающегося зародыша.

Рыбы — наиболее многочисленная группа современных позвоночных животных, объединяющая более 20 тысяч видов. Это исконные обитатели водной среды, дышащие жабрами и передвигающиеся с помощью плавников. Для рыб характерна обтекаемая форма тела, которая уменьшает сопротивление воды при плавании.

Наружный покров образован двумя слоями — эпидермисом и дермой. Именно в дерме развивается чешуя. Кожные железы выделяют слизь, которая облегчает движение в воде и защищает организм от воздействия микроорганизмов.

Скелет рыб включает череп, позвоночник и плавники. Череп неподвижно соединён с позвоночником. Позвоночник подразделяется на туловищный и хвостовой отделы, а в туловищном отделе к позвонкам прикрепляются рёбра. Органами движения служат плавники. Парные плавники (грудные и брюшные) соединены со скелетом при помощи плечевого и тазового поясов и помогают изменять направление движения и сохранять равновесие. Непарные плавники (спинной, анальный и хвостовой) обеспечивают устойчивость тела и движение вперёд.

Пищеварительный тракт начинается ротовой полостью и последовательно включает глотку, пищевод, желудок и кишечник. В переваривании пищи важную роль играют печень и поджелудочная железа. У большинства костных рыб есть плавательный пузырь — специальный орган, развивающийся как вырост пищевода. Благодаря ему рыба может удерживаться на определённой глубине без постоянной работы мышц.

По особенностям строения плавательного пузыря различают открытопузырных и закрытопузырных рыб. У открытопузырных рыб плавательный пузырь сохраняет связь с кишечником в течение всей жизни, а у закрытопузырных эта связь исчезает.

Дыхание осуществляется с помощью жабр, расположенных на жаберных дугах. Каждая жаберная дуга несёт жаберные лепестки, в которых происходит газообмен, и жаберные тычинки, выполняющие фильтрационную функцию. У костных рыб жабры прикрыты жаберными крышками.

Кровеносная система рыб состоит из сердца и кровеносных сосудов. Сердце рыб имеет две камеры — предсердие и желудочек. Такое сердце называют двухкамерным. Отходящие от сердца сосуды называют артериями. Сосуды, по которым кровь движется к сердцу, называют венами. Крупные сосуды называют аортами. Кровь из предсердия выталкивается в желудочек, а затем в брюшную аорту. Из неё кровь по артериям течёт к жабрам. Эта кровь насыщена углекислым газом и имеет тёмный цвет. Такую кровь называют венозной. В жабрах происходит газообмен. В отходящих от жабр сосудах кровь алая. Она обогащена кислородом. Такую кровь называют артериальной. По спинной аорте артериальная кровь из жабр разносится по всему телу. Кровь движется в теле рыб по замкнутому кругу. Поэтому кровеносная система рыб называется замкнутой. Органы выделения рыб — почки, мочеточники и мочевой пузырь.

Выделительная система представлена парными туловищными почками, расположенными в спинной части полости тела. По мочеточникам продукты обмена веществ поступают в мочевой пузырь и выводятся из организма.

Нервная система состоит из головного и спинного мозга. Спинной мозг расположен на спинной стороне тела, что является одним из характерных признаков хордовых животных. Головной мозг включает пять отделов, среди которых особенно хорошо развит мозжечок, отвечающий за координацию движений и поддержание равновесия.

В окружающей среде рыбы ориентируются с помощью органов чувств. Органы зрения рыб — довольно крупные и подвижные глаза. Органы слуха у рыб внутри черепа и снаружи не видны. Внутри черепа у рыб находится и орган равновесия. Благодаря ему рыбы ощущают положение своего тела в пространстве. Рыбы обладают очень тонким обонянием. Вкус они ощущают скоплениями чувствительных клеток, расположенных в ротовой полости и в коже. Осязание осуществляют разбросанные по всему телу осязательные клетки. Важным органом чувств у рыб является боковая линия — орган чувств, воспринимающий колебания воды и движение объектов вокруг.

Для большинства рыб характерно половое размножение с наружным оплодотворением (нерестом). Развитие обычно непрямое: из икринки выходит личинка, которая первое время питается запасами желточного мешка. У некоторых видов встречаются яйцеживорождение и забота о потомстве.

На ЕГЭ часто встречаются задания на сравнение костных и хрящевых рыб. Важно знать основные признаки этих классов и уметь объяснять их значение.

Класс Хрящевые рыбы

Акулы, скаты и химеры образуют класс Хрящевые рыбы. В отличие от большинства современных рыб, их внутренний скелет не содержит костной ткани и на протяжении всей жизни остаётся хрящевым.

Для хрящевых рыб характерны следующие признаки:

• отсутствуют жаберные крышки;
• наружу открываются отдельные жаберные щели (обычно 5–7 пар);
• отсутствует плавательный пузырь;
• оплодотворение внутреннее.

Так как плавательный пузырь отсутствует, поддерживать положение в толще воды помогает постоянное движение. Дополнительную роль играет крупная печень, содержащая значительный запас жира и уменьшающая плотность тела.

Развитие потомства у разных видов происходит по-разному. Среди хрящевых рыб встречаются как яйцеживородящие, так и живородящие формы.

Класс Костные рыбы

Костные рыбы составляют основную часть современного разнообразия рыб. Их скелет построен из костной ткани и включает позвоночник, рёбра, череп и костные лучи плавников.

Для костных рыб характерны следующие признаки:

• имеются жаберные крышки;
• у большинства видов есть плавательный пузырь;
• чаще встречается наружное оплодотворение.

Жаберные крышки защищают жабры и работают как насос, обеспечивая постоянный ток воды через жаберный аппарат.

Плавательный пузырь представляет собой вырост пищевода и регулирует плавучесть рыбы, помогая удерживаться в толще воды без дополнительных затрат энергии.

По строению плавательного пузыря различают две группы рыб. У открытопузырных сохраняется его связь с кишечником, а у закрытопузырных такая связь утрачивается в процессе развития.

Среди костных рыб выделяют проходные виды, совершающие миграции между морскими и пресными водоёмами в период размножения. Наиболее известные примеры — лососи и осетровые.

Ротовая полость большинства костных рыб снабжена челюстными зубами. У некоторых видов дополнительно развиваются глоточные зубы, участвующие в измельчении пищи. Увеличению площади всасывания в кишечнике способствуют пилорические придатки — специальные слепые выросты.

Основные группы костных рыб

Класс Костные рыбы включает два крупных подкласса: лопастепёрых и лучепёрых рыб.

Лопастепёрые рыбы

Лопастепёрые рыбы представляют древнюю группу позвоночных, от которой произошли первые наземные животные.

К этому подклассу относятся:

• кистепёрые рыбы;
• двоякодышащие рыбы.

Из кистепёрых рыб до наших дней сохранился только один современный представитель — латимерия. Особый интерес вызывает строение её парных плавников, которые по внутреннему устройству напоминают конечности наземных позвоночных.

Двоякодышащие рыбы могут получать кислород не только из воды, но и из атмосферного воздуха. Для этого они используют видоизменённый плавательный пузырь, выполняющий функцию лёгкого. С этой особенностью связано появление зачатков второго круга кровообращения.

Лучепёрые рыбы

Лучепёрые рыбы — самая многочисленная группа современных рыб. К ней относится подавляющее большинство известных видов.

В составе подкласса:

• ганоидные рыбы (белуга, осётр, стерлядь);
• костистые рыбы, к которым принадлежит большинство современных видов рыб: сельдь, окунь, карась, треска, тунец и другие.

Рассмотрим типичные задания ЕГЭ по биологии, чтобы выработать пошаговый алгоритм решения.

Задание 1

Установите соответствие между признаками и классами рыб: к каждой позиции подберите соответствующий класс (1 — Хрящевые рыбы, 2 — Костные рыбы).

А) нет плавательного пузыря

Б) есть жаберные крышки

В) хрящевой скелет

Г) оплодотворение наружнее, самка выметывает икру

Д) чешуя плакоидная, состоит из дентина, покрыта эмалью

Е) основные представители — акулы и скаты

Решение

Чтобы выполнить такое задание, необходимо вспомнить основные различия хрящевых и костных рыб.

Отсутствие плавательного пузыря не позволяет хрящевым рыбам совершать быстрые вертикальные перемещения в толще воды. Изменять положение тела в пространстве акулы, например, могут только путем направления рострума (головы) вверх или вниз. Это типичный признак акул (Хрящевые рыбы). Выбираем «1».

Жаберные крышки помогают прокачивать воду, когда рыба находится в статичном положении. Это прогрессивный признак костных рыб. Выбираем «2».

Хрящевой скелет указывает на класс Хрящевые. Выбираем «1».

Наружное оплодотворение характерно для костных рыб. Наиболее известный пример — процесс нереста, который включает вымётывание самками зрелой икры и одновременное оплодотворение её самцами, особенно в этом отношении знамениты лососевые рыбы. Выбираем «2».

Плакоидная чешуя характерна для акул или скатов, наиболее древний вид чешуи, зубы позвоночных животных являются производными плакоидной чешуи. Выбираем «1».

Акулы и скаты — пример хрящевых рыб, выбираем «1».

Ответ: 121211.

Задание 2

Разберём классическое задание из второй части экзамена на анатомию рыб.

Опишите путь крови в организме рыбы, начиная от желудочка сердца.

Решение

Для правильного определения пути крови в организме рыбы важно помнить, что у неё один круг кровообращения. Сердце рыбы двухкамерное и содержит только венозную кровь. При сокращении желудочка кровь поступает в брюшную аорту и направляется к жабрам.

В жаберных капиллярах происходит газообмен: кровь отдаёт углекислый газ и насыщается кислородом, превращаясь из венозной в артериальную.

Затем артериальная кровь собирается в спинную аорту и разносится ко всем органам и тканям тела. В капиллярах органов клетки используют кислород, поэтому кровь снова становится венозной.

После этого венозная кровь по венам возвращается в предсердие, затем поступает в желудочек, и цикл повторяется.

Краткая схема:

Желудочек → брюшная аорта → жаберные капилляры → спинная аорта → органы и ткани → вены → предсердие → желудочек.

Для тренировки попробуй решить задания самостоятельно. Сначала проанализируй условия и выбери ответ, а затем проверь себя.

Задание 1

Внимательно прочитай шесть характеристик. Выбери три верных ответа, которые используются для описания кровеносной и дыхательной систем Костистых рыб.
1. В сердце поступает артериальная кровь.
2. Имеется один круг кровообращения.
3. Тканевый газообмен происходит в жаберных тычинках.
4. Кровеносная система замкнута.
5. Газообмен с водой осуществляют жаберные лепестки.
6. Сердце состоит из трёх камер.

Задание 2

Установи соответствие между органами рыбы и их характеристиками: к каждой характеристике (А — Е) подбери соответствующий орган.
Органы:
1. Жаберные крышки.
2. Плавательный пузырь.
3. Туловищные почки.
Характеристики:
А) Орган формируется как вырост пищевода у зародыша.
Б) Фильтрует продукты обмена веществ из крови.
В) Нагнетает воду в жаберную полость.
Г) Регулирует плотность тела рыбы.
Д) Участвует в удалении избытка воды и продуктов распада белков.
Е) Отсутствует у скатов и химер.

В этой статье мы рассмотрели основные особенности позвоночных животных и подробно изучили строение и жизнедеятельность рыб.

Теперь ты знаешь:

• какие признаки характерны для позвоночных животных;
• чем отличаются анамнии и амниоты;
• как устроены основные системы органов позвоночных;
• какие особенности строения связаны с жизнью рыб в водной среде;
• чем различаются хрящевые и костные рыбы;
• какую функцию выполняет плавательный пузырь;
• как происходит газообмен в жабрах;
• как движется кровь по единственному кругу кровообращения у рыб.

Чтобы закрепить навыки, реши 10–15 аналогичных тестов на сопоставление и работу с рисунками из «100балльного банка». Внимательно читай условия про количество кругов кровообращения и камер сердца, чтобы не потерять баллы на типичных ошибках.