Время трансформации: Откройте для себя преобразующую силу метаморфоз и спектр видов, которые подвергаются ему
В детстве нас учат простым преобразованиям некоторых видов; например, культовое цветение бабочки и круговорот головастиков. Этот процесс, известный как метаморфоза, полностью меняет анатомию животного. Однако эта трансформация далеко не проста и распространяется на широкий круг видов.
На первый взгляд легко прийти к выводу, что гусеница и бабочка могут быть идентифицированы как два совершенно разных вида. Английский врач Уильям Харви сделал именно это в 1651 году, описав метаморфозу как процесс, посредством которого свободноживущие эмбрионы выходили из яиц, что обеспечивало небольшую питательную ценность. Он также предположил, что то, что мы теперь знаем, это то, что стадия куколки была фактически вторым яйцом, из которого новый род родился Голландский биолог Ян Сваммердам позже дискредитировал теорию Харви в 1669 году, когда понял, что стадии личинки, куколки и взрослой особи принадлежат одному виду.
Существует два типа метаморфоз: полный и неполный. Различия между ними не в том, станет ли головастик полной лягушкой, а не у того, у которого еще есть хвост; это относится к уровню анатомических изменений вида.
Полная метаморфоза происходит у тех, кто полностью меняет свои физические характеристики, например, гусеница превращается в бабочку. С другой стороны, неполная метаморфоза приводит только к некоторым изменениям, таким как те, что наблюдаются у сверчков, где личиночная стадия не включает развитие крыльев, но в остальном выглядит как у взрослого аналога.
Пролить кожу на крылья
Насекомые - это самый разнообразный класс животных на планете, который становится еще более разнообразным, если учесть их изменение в формах, и это случается с некоторыми не раз в жизни. Некоторые виды появляются в воде в виде водных личинок, таких как стрекозы, в то время как другие пробиваются сквозь растительность на суше. Многие остаются в детской среде, но другие решают бросить ходьбу или плавать и подняться в небо. Так как же насекомые сбрасывают кожу на крылья?
Личинки насекомых несут клеточный мешок с хитростями в своих телах, чтобы осуществить полную метаморфозу. Эти мешкообразные эпителиальные структуры, известные как имагинальные диски, являются движущей силой трансформации насекомых. Как только личинка гусеницы или божьей коровки закончила серию линьки (где она несколько раз пролила кожу), она вступает в стадию куколки в куколке. Приживаясь в своем новом доме, пищеварительные ферменты разрушают часть клеточной структуры личинки, за исключением имагинальных дисков. Это создает своего рода суп из насекомых с воображаемыми дисками, играющими роль кусочков нарезанных овощей. Во время этого процесса диски начинают формировать внешние структуры будущей бабочки. Работая извне, эти структуры будут продолжать формировать органы, вены крыла и глаза.
Неполная метаморфоза не предполагает такой интенсивной трансформации. Сверчки начинаются как нимфы, а не личинки, и вместо того, чтобы стать куколкой, они подвергаются нескольким сериям линьки, процессу, известному как шелушение. Экзоскелет нимфы станет слишком тугим, и, под влиянием ювенильного гормона экдизона, нимфа сформирует новую кожу и выйдет из старой. Крылья также развиваются на этой стадии, после чего нимфа становится взрослой.
Торговые хвосты для ног
Отличительной чертой земноводных является их способность жить как в воде, так и на суше, и, подобно насекомым, многие виды земноводных начинают свою жизнь в воде. Однако, в отличие от насекомых, когда амфибии подвергаются процессу полной метаморфозы, существует
нехватка куколки или кокона, чтобы укрыть метаморфический суп.
Чтобы обменять свои хвосты на ноги, большинство земноводных полагаются на гормоны, чтобы вызвать цепную реакцию потери конечности и роста конечности, все еще плавая вокруг. Гормоны щитовидной железы (TH) и пролактиновые гормоны (PRL) являются преобладающими биологическими химическими веществами, которые контролируют процесс метаморфоза. Два работают вместе в балансирующем акте. TH является агентом изменений и в конечном итоге вызывает экспрессию генов, которая приводит к трансформации лягушки, в то время как PRL действует как блокатор для TH. Поскольку лягушка начинает свою жизнь как головастик, соотношение уровней TH и PRL низкое. По мере продвижения через стадии метаморфоза уровни PRL будут уменьшаться по мере увеличения уровней TH, что позволяет анатомии лягушки изменяться со временем. Это накопление химических веществ приводит к тому, что амфибии вносят необходимые внутренние изменения, необходимые для выживания на суше.
Жабры, образовавшиеся на стадиях личинок / головастиков, теперь медленно всасываются и заменяются легкими. Кишечные структуры у личинки намного длиннее, чем у ее будущей формы; во время метаморфоза эта длина укорачивается. Личинки питаются растительным веществом, которое переваривается дольше, чем насекомые, которые едят взрослые, поэтому кишечник у головастиков длиннее, чем у взрослых лягушек. То же самое верно и для других видов земноводных, таких как тритоны и саламандры.
Исследования показали, что существуют другие силы, которые могут вызвать эти биологические преобразования, в частности, экологические. Пруды естественным образом высыхают по мере смены времен года, и когда этот естественный процесс начинается, он действует, например, как уведомление о выселении личинок саламандры. В искусственном воссоздании этих условий ученые обнаружили, что по мере снижения уровня кислорода и воды в умирающем пруду личинкам предлагалось поторопиться и вырастить некоторые ноги и легкие, и, конечно же, они это сделали.
Преобразование ниже приливов
Метаморфозы наблюдаются не только у жуков и лягушек мира, но и у многих морских существ. Медузы подвергаются процессу биологической трансформации, похожему на метаморфоз у насекомых. Они начинают свою жизнь как полип, похожий на стебель. Прикрепленный к морскому дну, со временем полип распадется на сегменты и сформирует крошечных медуз в процессе, называемом стробилизацией. Эти молодые медузы (ephyrae) постепенно вырастут во взрослых (medusa). В одном конкретном виде, известном как бессмертная медуза, этот процесс может быть обращен вспять, позволяя взрослым вернуться к своей ювенильной стадии, по существу давая им вечную жизнь.
Еще один потрясающий морской трансформер - морской слизень (голожаберник). Не только странные и удивительные как в их ярком цвете, так и в необычных физических формах, их микроскопические превращения в взрослых становятся также впечатляющими.
Начиная жизнь как крошечные организмы, называемые велигерами, эти мини-морские слизни живут в своих собственных микроскопических раковинах, которые они проливают во время метаморфоз и после употребления большого количества планктона. Для того чтобы эти морские слизни превратились в причуды морского дна, их внутренняя и внешняя физика трансформировались.
Меняется на выживание
Понятно, что эти животные трансформеры имеют увлекательный жизненный цикл, но почему они чувствуют необходимость все это изменить? Окаменелые записи о метаморфозе насекомых датируются 280–300 миллионами лет, и предполагается, что полная метаморфоза развивалась из неполной метаморфозы с течением времени. Преобладающая теория относительно того, почему эти преобразования произошли в первую очередь, была вызвана необходимостью снижения конкуренции.
Было предложено, чтобы существа, которые могли изменять форму, делали это, чтобы обеспечить свое выживание при борьбе за ресурсы. Личинка головастика или стрекозы будет добывать пищу из воды, в то время как их будущие «я» добывают пищу с поверхности. Наличие потомства, которое живет в другой среде или требует других ресурсов, устраняет конкуренцию между несовершеннолетними и взрослыми, таким образом увеличивая шансы на выживание для обоих.
Ищете отличный рождественский подарок? Подпишитесь на Как это работает всего за £ 7.50
Эта статья была первоначально опубликована в выпуске «Как это работает» 110
Чтобы узнать больше о научных и технических статьях, приобретите последнюю версию « Как это работает» у всех хороших продавцов или на нашем веб-сайте. Если у вас есть планшет или смартфон, вы также можете загрузить цифровую версию на свое устройство iOS или Android. Чтобы никогда не пропустить выпуск журнала «Как это работает», подпишитесь сегодня !