Признаки и разнообразие кольчецов
Прежде чем говорить о способах применения пиявок в медицинских целях, неплохо поближе познакомиться с этими удивительными представителями мира беспозвоночных животных. В частности, нам потребуется узнать кое-что очень важное об их биологии - строении, поведении, географии распространения, значении для окружающей среды, иными словами, об экологии и общей зоологии пиявок.
Около 200 лет назад великий французский естествоиспытатель Ж. Кювье, работая над созданием системы животного мира, выделил шесть типов животных, в т. ч. тип членистых, в который он объединил всех существ, тело которых разделено на сегменты: насекомых, раков, пауков, мокриц, дождевых червей и пиявок. Современная наука располагает о пиявках гораздо более обширными сведениями, а потому эти черви выделяются в особый таксой организмов - класс гирудинеи, или пиявки.
По внутреннему строению пиявки мало отличаются от обычного дождевого червя, поскольку несколько десятков миллионов лет назад произошли от его древних сородичей. Вместе с земляными, а также некоторыми другими членистыми червями пиявки объединяются в тип кольчатых червей, или кольчецов.
Кольчатые черви и их классификация
Всего в тип входит 9000 видов животных, что составляет 1/4 от общего видового разнообразия червей (сколецид). Ученые-зоологи выделяют в типе кольчатых червей 4 класса, помимо пиявок: архианнелиды, или первичные кольчецы, олигохеты, полихеты, эхиуриды. Олигохеты и полихеты нередко называются еще малощетинковыми и многощетинковыми червями.
Кольчецы являются наиболее высокоорганизованными из всех остальных сколецид, они представляют собой вершину эволюции этой обширной группы живых существ. Одновременно кольчатые черви считаются предками множества различных организмов, среди которых важнейшее значение в природе имеют членистоногие, представленные насекомыми, пауками, раками, крабами и пр. Сами же кольчецы произошли от плоских червей.
В ходе эволюционного развития появлялись виды плоских червей, которые увеличивали длину своего тела, отращивая сегмент за сегментом. Эти существа просто добавляли очередное мускульное колечко. Но затем изменения охватили все внутреннее строение червей. Их органы также стали расти частями. В результате появились животные с наружным и внутренним членением тела, в котором почти каждый новый сегмент в общих чертах копирует предыдущий. Такое повторение однородных сегментов тела получило в науке название метамерии.
В действительности, конечно же, развитие метамерного строения тела протекало гораздо дольше и сложнее. Еще у примитивных микроскопических корненожек фораминифер наблюдается подразделение раковинок на сходственные сегменты. Таким образом, сегментация тела лежала в основе эволюции органического мира. Она была следствием приспособления живых существ к среде обитания и эволюции типов симметрии тела, увеличивающей адаптационные возможности видов. Сама по себе метамерия рассматривается учеными как особый тип симметрии.
Медузы и их сородичи из типа кишечнополостные, а также низшие черви лишены настоящих метамеров (сомитов). Однако многим им свойственны либо полимерные органы, либо псевдометамерия, т. е. наличие ложных сегментов. У таких кишечнополостных, как гидрозои, сцифозои, антозои и ктенофоры, имеются полимерные органы.
Обычно полимерами называются химические вещества, родственные полиэтилену. В биологии такое же наименование получили органы и структуры, неоднократно повторяющиеся в организме. Обычно это органы половой системы. Псевдометамерия и полимерные образования типичны для ряда групп низших червей: цестод, турбеллярий, немертин. У сколецид закладываются полости тела, отчего и возникают подобия сегментов.
Дальнейшее разделение тела животных оказалось возможным благодаря усложнению нервной системы и, главным образом, появлению кровеносной системы. Стало возможным обособление разветвлений нервов (с формированием невросомитов) и кровеносных сосудов (с формированием ангиосомитов).
Третьим и, пожалуй, наиболее существенным условием прогресса метамерии стал рост мускулатуры. Кольчецы обладают наиболее развитым среди червей мышечным мешком, объем которого достигает 60–70% от общего объема тела. За счет интенсивного развития мышц произошло обособление участков продольной и кольцевой мускулатуры с формированием миосомитов, разделенных поперечными перегородками-диссепиментами.
Рост мускульного мешка и сопутствующая этому явлению сегментация были единым эволюционным рывком кольчецов, позволившим им занять важнейшие экологические ниши моря, пресных вод и почвы из тех, которые только занимают черви. Сколециды на протяжении всей своей истории боролись за надежную защиту и скорость. Лишь потомки примитивных червей смогли решить эту задачу, чем и объясняется прогресс этих групп. Улитки "изобрели" для себя надежную защиту в виде раковин. Кальмары создали из своего мускульного мешка мощный водометный "двигатель".
Кольчатые черви обрели плотные покровы, насеченные на дольки - сегменты, соответствующие внутренней метамерии. Сегментация позволила этим беспозвоночным свободно изгибать тело, чтобы передвигаться волнообразно, развивая при этом значительную скорость. Впоследствии насекомые, раки и прочие членистоногие покрылись плотным сегментированным панцирем.
Мускулатура пиявки в поперечном разрезе миосомита: 1 спинно-брюшные мышцы; 2 - кольцевые мышцы; 3 -продольные мышцы
Человек в своей организации несет отпечаток метамерии древних кольчецов, но наше тело состоит не из сегментов. Их число у позвоночных резко сократилось, отчего вместо сомитов сформировались т.н. отделы.
Тело большинства червей покрыто большими или малыми щетинками (хетами). Иногда щетинки хорошо развиты и густо покрывают тело. Они способствуют передвижению животных. У многих кольчецов имеются специфические органы передвижения - параподии. Название данных органов означает в переводе "похожие на ноги". Это плотные выросты тела в форме лопастей, увенчанные пучками щетинок.
Многие беспозвоночные животные обзавелись приспособлениями, компенсирующими отсутствие позвоночного столба и внутреннего скелета. У насекомых и прочих членистоногих есть наружный скелет - панцирь из плотного вещества хитина. У моллюсков и плеченогих имеются раковины. Панцирем из пластинок, усеянным шипами и даже иголками, обладают иглокожие - морские звезды, морские ежи и т. п. У кольчецов имеется "гидравлический скелет", который создан т.н. целомической жидкостью.
Она заполняет полость тела, где находится под давлением, отчего не сжимается и обеспечивает тем самым наличие твердой опоры для мягких тканей. Полостная жидкость постоянно пребывает в движении, выполняя одновременно транспортную функцию и помогая кровеносной системе. Кровь кольчецов лишена гемоглобина, а потому либо бесцветная, либо зеленая за счет связывающего кислород пигмента хлоркруорина. В зеленой крови нет железа, его роль здесь играют атомы хлора.
Многие кольчатые черви обладают красной кровью, как у человека. Она так окрашена, естественно, за счет наличия железа. Но при этом железо входит в состав совершенно другого пигмента, не похожего на гемоглобин, - гемэритрина. Он способен захватывать кислорода в 5 раз больше, чем гемоглобин. Выбор пигмента обусловлен особенностями образа жизни таких червей. Это донные существа, большую часть времени проводящие в толще грунта, где они испытывают острый дефицит кислорода.
У ряда кольчецов хорошо развиты органы чувств, в первую очередь глаза. В отличие от человека и прочих теплокровных животных черви обладают подчас значительным количеством глаз, которые могут находиться на голове, на заднем конце тела, по бокам (в т. ч. на каждом сегменте) и даже на хвосте. Морские полихеты не только чутко реагируют на свет, но и способны самостоятельно излучать его.
Свечение червей обеспечивается присутствием в организме особого вещества, получившего название люциферина. Под действием специального фермента люциферазы люциферин окисляется кислородом с образованием углекислого газа. При этом высвобождаемая химическая энергия идет на выделение возбужденными атомами световых частиц - фотонов. Люциферин содержится у червей в гранулах, которые плавают в жидком клеточном веществе, где и окисляются. Поэтому создается впечатление, будто бы у полихет светятся ткани тела.
Черви наделены сравнительно эффективным механизмом окисления, отдача которого составляет от 10 до 20% и, возможно, даже больше. Это означает, что свыше 10% химической энергии люциферина морские полихеты научились переводить в свет, а остальное составляют бесполезные потери. В сравнении с лампами накаливания клетки полихет представляют собой чрезвычайно экономные и компактные биологические устройства. Таким образом, на каждые 3 молекулы люциферина приходятся 3 кислородные молекулы, а в результате реакции выделяются 3 молекулы углекислоты и 2 фотона.
Биологическое значение свечения может быть различным. Известны случаи, когда беспозвоночные применяют свою иллюминацию в целях общения с сородичами, в первую очередь с представителями противоположного пола. Раз в год многие тропические черви покидают донные убежища и всплывают к поверхности океана, чтобы роиться. Здесь самки встречаются с самцами.
Светящиеся морские кольчецы из класса полихет: 1 - полипоида; 2 - хетоптер; 3 – силлида
Полихеты Бермудского треугольника как раз во время роения применяют фонарики. Самки привлекают самцов интенсивным свечением, вызывая тех на танец, в ходе которого кавалеры должны побудить своих дам к выбросу в воду половых продуктов. Если самка не светится, то она уже исполнила свой "танец любви". Самцов она не интересует. Вероятно, "движущиеся свечи", которые наблюдал в водах Карибского моря X. Колумб, являлись такими роящимися червями.
Подавляющее же большинство червей используют свои "фотонные установки" с целью дезориентации противников. Черви в пищевой пирамиде океана занимают одну из нижних ступеней, служа кормом для самых разнообразных организмов - головоногих моллюсков, раков, крабов, рыб и даже агрессивных сородичей полихет.
Когда хищник атакует полихету и начинает разрывать и терзать ее тело, хвостовой отдел червя ярко вспыхивает, привлекая к себе внимание "агрессора". Тот хватает светящуюся часть тела, а вторая (головная) скрывается в темноте. Впоследствии хвост у червя вновь отрастает. Получается, что кольчатые черви задолго до ящериц были изобретателями ловкого трюка с отброшенным хвостом.
Несколько видов полихет приспособились намеренно подкармливать своих хищников регенерируемыми частями тела, чтобы приучить нападать именно на них. Трубкожил хетоптерус способен предложить хищным рыбам любую часть своего тела; важно то, что она испускает свет и приучает врагов реагировать исключительно на этот условный раздражитель. В таком случае несветящиеся части червя не представляют интереса для хищников.
Полиноиды жертвуют заднюю часть тела, покрытую содержащими люминофор чешуйками-элитрами. Часто по-линоиды не дожидаются, пока их укусит враг, но при малейшей опасности отбрасывают свои элитры. Раздражение в сброшенных чешуйках не стихает, они источают обильный свет. Таким образом червь стремиться сохранить жизнь и вместо сегментов своего тела предлагает рыбе несъедобные чешуйки.
К сожалению, не всегда удается обмануть преследователя подобным образом, особенно если он сам является полихетой. Морской многощетинковый червь спио может отбрасывать от себя сегменты очень долго, пытаясь уйти от хищника. Этим пользуется другая полихета - этеоне, которая гонится за спио и на ходу поедает отбрасываемые им кусочки. В конце концов этеоне полностью съедает несчастного спио.
В целом же для многих кольчецов, за исключением пиявок и эхиурид, типична высокая способность к регенерации, принимающая подчас удивительные формы. Известно, что разрубленный пополам дождевой червь из каждой половины отращивает недостающую. Так получаются два новых полноценных червя. В некоторых опытах с земляными червями ученые пытались срастить кусочки от тел разных червей. "Сборное" животное отлично себя чувствовало после операции, раны его быстро зажили.
На первый взгляд это свидетельствует о примитивном строении кольчецов. Человек и другие млекопитающие не способны отращивать оторванные части тела заново. Естественно, олигохеты и полихеты не могут сравниться с высшими животными, но и считать кольчатых червей примитивными было бы неверно.
Черви умеют безошибочно находить острый угол у любого предмета треугольной формы. Наука пока не объяснила эту особенность, а тем временем накопились факты, свидетельствующие о способности разных видов кольчатых червей обучаться, запоминать различные новые раздражители, проявлять заботу о потомстве и т. д.
В частности, самки нереиды проявляют материнские чувства. Эти животные не просто откладывают яйца, но заботливо прикрепляют их к стенкам своей жилой трубки, после чего почти непрерывно вентилируют трубку собственными щетинками. За счет вибрации и колебаний тела щетинки нереиды создают поток чистой воды, который несет к яйцам кислород.
Мало того, самки нереиды бесстрашно отгоняют чужаков, покушающихся на кладку. В числе противников червей в этот период выступают даже самцы того же вида нереид, которым заботливые "матери" обоснованно не доверяют.
Видовое многообразие кольчатых червей: 1 - прогнула; 2 пескожил; 3 – автолитус
Поскольку речь зашла о потомстве кольчецов, скажем несколько слов о размножении этих червей. Они могут размножаться как половым, так и бесполым способом. Первый наиболее типичен для водных видов, в особенности некоторых морских полихет. Бесполое размножение сводится либо к делению тела на части, либо к почкованию. При делении тело червя распадается на половинки, каждая из которых впоследствии восстанавливает недостающий конец.
Любопытно, что хвостовой конец после отделения является самостоятельным существом и способен отрастить себе новую голову. Иногда эта голова отрастает задолго до того, как червь разделился пополам. Посреди тела такого кольчеца, готовящегося продлить род, находится вторая голова. По прошествии некоторого времени двухголовое создание распадается, чтобы дать жизнь двум новым червям.
Почкование встречается нечасто, оно типично в основном для полихет - представителей семейства силлиды. Из них поражает силлида рамоза, у которой процесс почкования охватывает все тело. От каждого сегмента отпочковываются небольшие задние концы. По мере образования все новых детенышей червь превращается в животное с одной головой и несколькими задними концами. Поскольку полихета ведет паразитический образ жизни, то кокон медицинской пиявки легко кормит своих многочисленных детенышей, пока у них не появились головы.
Оплодотворение у морских червей, размножающихся половым путем, наружное. Самки и самцы выбрасывают половые клетки в воду, где и происходит слияние сперматозоидов с яйцами. В дальнейшем из яиц вылупляются личинки-трохофоры, не похожие на взрослых особей. Наземные и пресноводные кольчецы, включая пиявок, имеют прямое развитие, когда молодые особи почти в точности копируют взрослых. Молодые пиявки развиваются из коконов, где содержатся яйца.
Отдельные представители трех центральных классов типа кольчатых червей - многощетинковых, малощетинковых и гирудиней - имеют большое хозяйственное значение. Мясо ряда разновидностей морских полихет отличается отменными питательными и даже вкусовыми качествами, поэтому данные виды служат великолепным кормом для промысловых рыб. Либо эти черви интенсивно добываются человеком, если являются съедобными. К промысловым полихетам относится червь палоло: -обитающий в тропической зоне Тихого океана. Аборигены островов Микронезии и Меланезии раз в год устраивают лов роящегося палоло, мясо которого едят сырым, прожаренным либо соленым.
Однако главные потребители биомассы морских полихет - рыбы. В нашей стране впервые в мире был проведен успешный эксперимент по акклиматизации в Каспии ряда продуктивных полихет, в первую очередь червя нереиды. Размножаясь в больших количествах, эти бентосные (донные) организмы обеспечивают кормом многие виды ценных рыб, активно добываемых человеком.
Наибольшее значение для человека из всех кольчецов имеют дождевые, или земляные, черви, принадлежащие к классу олигохет (малощетинковых червей). На теле этих существ имеются лишь небольшие щетинки, помогающие им перемещаться в слое почвы, а в остальном оно голое.
Хотя это и кажется странным, но земляные черви великолепно переносят пребывание в воде. В частности, в ходе некоторых экспериментов было установлено, что дождевые черви способны в течение года жить непосредственно в воде. Впрочем, это мало удивляет, если вспомнить, что предками олигохет были обитатели древнего моря. Потомки дождевого червя - пиявки - вторично в истории типа кольчецов вернулись к жизни в водной стихии.
Благодаря непрестанной работе дождевых червей по перекапыванию и удобрению почвенного слоя он обладает таким ценным свойством, как плодородие. Черви, обитающие на каждом гектаре сельскохозяйственных земель, пропускают через свой кишечник и разрыхляют за год до 30 т почвы.
Вот почему во многих странах мира, в первую очередь в Японии и США, налажена технология вермикультуры, связанная с искусственным разведением и расселением дождевых червей. Вермикультура представляет собой очень важную часть мелиорации земель. Выращивание червей ведется на особых фермах, т.н. вермицентрах.
В Международной Красной книге числятся такие интереснейшие формы из класса малощетинковых червей, как австралийский мегасколидес и южноафриканский дождевой червь. Длина особей первого вида насчитывает до 1,5–2 м, а второго - до 4–7 м! Всего в эту книгу занесено 10 видов кольчецов, из которых 9 принадлежат к классу олигохет. Главным образом это различные гигантские формы дождевых червей.
Еще один вид - обыкновенная медицинская пиявка, численность которой значительно снизилась во многих европейских странах, что экологи связывают с перепромыслом данного червя. Достаточно сказать, что только Франция в течение XIX в. закупила за границей свыше 1 млрд. особей.
