Эволюция: курьёзная и логичная. 100 открытых задач

ТИП КИШЕЧНОПОЛОСТНЫЕ

Задача 17. Как спастись от шторма?***

Медузы — медлительные существа. Они передвигаются с помощью купола-зонтика и щупалец. Мускульные волокна по краю купола сокращаются — и из-под купола выбрасывается струя воды. От толчка животное продвигается вверх или вперёд — это реактивный способ, но никак не реактивная скорость! Часто медузы просто парят в толще воды и перемещаются с течением.

Каждый организм стремится туда, где больше пищи и теплее. Так и медузы стремятся обитать поближе к берегу, где больше питательных веществ, кислорода и вода более тёплая. Но стоит разгуляться буре — и шторм выбросит желеобразных медуз на берег, где они погибнут.

В процессе эволюции выжили те медузы, которые успевали вовремя уйти подальше от берега на безопасную глубину, а для этого они должны были стать предсказательницами и заранее узнать, что приближается шторм.

Как медузы могут «предсказывать» шторм?

Контрольный ответ

Шторм на море сопровождается природными звуками: вой, свист и гул ветра, шум, грохот и гудение волн, шипение и плеск, когда волны разбиваются. Эти мощные звуковые колебания, однако, быстро затухают. Но есть другие колебания, которые рождает разбушевавшееся море. Штормовой ветер срывает гребни волн, при этом происходит схлопывание воды и возникают акустические удары. Эти удары создают инфразвук. Он распространяется на сотни километров почти без затухания. Инфразвуковые волны и улавливает купол медузы. Шторм ещё далеко — и у медлительных медуз есть время. Те медузы, которые уловили инфразвук, уходят подальше от берега, в спасительную глубину, чтобы выжить и продолжить род.

Кстати

Инфразвуковые волны частотой 8—13 Гц называют «голосом моря». Эти волны большой длины слабо затухают на больших расстояниях и распространяются в воде со скоростью свыше 1000 м/с. Человеческое ухо такие колебания не воспринимает. Медузы же чувствуют эти колебания. Их купол-колокол, как рупор, усиливает инфразвуковые волны. Эти усиленные колебания воспринимают в теле медузы особые слуховые колбочки — статоцисты. Они представляют собой что-то вроде пузырьков с камешками на нервных нитях и располагаются по краю купола. Нити в пузырьках колеблются от воздействия волн и передают сигналы в нервную систему. Получив предупреждение о шторме, пока он бушует ещё за сотни километров, за 15—20 часов до его прихода, медузы уходят на глубину и спасаются от выбрасывания на берег и повреждения о прибрежные скалы.

Кстати

Изобретатели-бионики сконструировали аналогичный электронный прибор — предсказатель бурь, работа которого основана на принципе «инфрауха» медузы. Он реагирует на инфразвуки и заранее, за 15 часов, а не за два, как обычный морской барометр, предупреждает о приближении штормов, тайфунов, ураганов и гроз.

Задача 18. Медузы следуют за солнцем***

Миллионы лет назад острова Палау в Тихом океане поднялись из океана. Они прихватили с собой морскую воду вместе с медузами. И с тех пор потомки тех медуз живут обособленно в озере, которое получило название озеро Медуз. Два вида сцифоидных медуз: золотая (лат. Mastigias papua) и лунная, или ушастая (лат. Aurelia) — не имеют здесь естественных врагов, и медузы размножились до примерно 2 миллионов особей. На их щупальцах исчезли стрекательные клетки — зачем они, если нет врагов! Но эти пленники солёных озер оказались без привычной пищи. И если лунная медуза перешла на питание веслоногими рачками, то золотая, которая питалась мелкими рыбками, при отсутствии рыбы выбрала другой способ питания.

Для того, чтобы добыть себе пищу, медузы каждый день совершают необычный ритуал: плывут в самые солнечные места. Как только наступает утро, примерно в 09:30, медузы мигрируют из западной части озера в восточную, а после 15:30 возвращаются из восточной части водоёма снова на запад. Кроме этого, они «танцуют» у поверхности: совершают вращательные движения против часовой стрелки. И всё это для того, чтобы утолить аппетит.

Догадайтесь, чем и как питаются золотые медузы?

Озеро Медуз / Wikimedia, Lukas, CC BY 2.0

Контрольный ответ

Медузы «подружились» с одноклеточными морскими водорослями-зооксантеллами и поселили их в своих тканях. Водоросли на солнце производят питательные вещества и делятся ими с медузами, а медузы «возят» друзей вслед за солнцем, перемещаясь по озеру и обеспечивая растения солнечным светом. И для них же совершают «танец», поддерживая равномерное и достаточное освещение со всех сторон.

Кстати

Золотые медузы озера Медуз отличаются от предков, которые остались жить в открытом океане. Они утратили пигментные пятна на теле. У них почти не осталось придатков щупалец, которые окружают ротовое отверстие, и стрекательные клетки редуцировались. Не только внешний вид и физиология, но и поведение медуз в других условиях существования стало другим. Учёные-биологи пока не могут определиться, рассматривать ли золотую медузу в качестве подвида или это один из видов-двойников комплекса видов. Возможно, точно ответить на этот вопрос сможете вы, будущие исследователи.

Различия в морфологии золотых медуз: озёрной формы (слева) и океанической формы (справа) / Wikimedia, Dpallan, Davefoc,

CC BY-SA 3.0

Подумайте***

Животное, которое зависит от фотосинтезирующих симбионтов, должно обеспечивать их достаточным количеством света. Хорошо подвижным медузам — они катают друзей, как на прогулочном кораблике!

А как решили эту проблему те моллюски, которые тоже питаются за счёт водорослей, живущих в их мантиях? Ведь моллюски практически неподвижны, да ещё заключены в раковину…

Контрольный ответ

Одни из таких моллюсков, крупные тридакны, просто приоткрывают створки, и свет проникает в населённые водорослями ткани.

Второй способ используют маленькие двустворки «разбитое сердце». Верхняя сторона их раковин усеяна мелкими прозрачными окошками, пропускающими свет.

Хотите знать больше?

Подробнее об устройстве и изучении пока единственного известного в природе естественного оптоволокна можно прочитать в статье Александра Маркова на сайте Элементы.ру по запросу «Моллюски используют волоконную оптику, чтобы обеспечить светом своих симбионтов».

ТИП КОЛЬЧАТЫЕ ЧЕРВИ

Задача 19. Черви-мутанты**

В Британии учёные-экологи обнаружили земляных червей, которые не просто выживают в отравленной промышленными отходами почве, а питаются ядами с высоким содержанием свинца, мышьяка, цинка и меди. Анализ ДНК подтвердил, что эти необычные существа являются новыми подвидами малого красного червя (лат. Lumbricus rubellus), которые эволюционировали в токсичной среде. Новые подвиды обитают исключительно в неестественных условиях. Самое поразительное, что в обычной, чистой почве они… умирают! Каждый такой подвид червя специализируется на своём «блюде»: одни перерабатывают свинец, другие — мышьяк. В процессе пищеварения они превращают опасные вещества в более безопасные соединения, которые способны усваивать растения.

Как можно использовать это новое открытие? Предложите практические варианты.

Контрольный ответ

Червей можно использовать для восстановления загрязнённых почв. Если их заселить на загрязнённые территории, они будут «переваривать» токсины, подготавливая землю для растений. На подготовленные почвы можно высевать растения, чтобы вернуть к жизни отравленные земли.

С помощью таких червей можно проводить диагностику загрязнения и оценивать токсичность почв. По поведению и здоровью червей можно оценивать, насколько почва токсична.

ТИП МОЛЛЮСКИ

Задача 20. Под клешнями эволюции:

как крабы изменили мидий**

Голубые мидии (лат. Mytlius edulis), также известные как обыкновенные мидии, обитающие на северо-восточном побережье США, заметно изменились всего за 15 лет после того, как в 1988 году туда завезли азиатских прибрежных крабов (лат. Hemigrapsus sanguineus). Крабы питаются мидиями, раскалывая мощными клешнями их панцири.

Зоологи Аарен Фримен (Aaren S. Freeman) и Джеймс Байерс (James E. Byers) утверждают, что именно крабы, завезённые из другого региона, стали причиной морфологических изменений моллюсков.

Догадайтесь, что же произошло с популяцией этих мидий и как они изменились?

Голубые мидии / Wikimedia, Андреас Трепте, CC BY-SA 2.5

Контрольный ответ

Крабы легче раскалывали более тонкие раковины мидий и истребили таких особей. А особи с более толстыми створками, которые не поддавались клешням крабов, выжили и дали потомство. Получается, что мидии прошли ускоренную эволюцию, во время которой отбор в виде хищных крабов привёл к уничтожению признака тонкостенности раковин. Теперь в популяции этих мидий преобладают более толстые и прочные «домики».

Кстати

Те же самые мидии, обитающие севернее, где крабы не водятся, имеют створки обычной толщины.

Задача 21. Подводное око****

У гигантского кальмара (лат. Architeuthis dux) самые большие глаза в животном мире. Их диаметр достигает 27 сантиметров, это больше, чем голова человека.

Глаза кальмаров устроены сложно: есть роговица и радужка, зрачок, хрусталик и стекловидное тело, а также сетчатка. Когда кальмар фокусирует зрение, его хрусталик не изменяет форму, как у наземных позвоночных, а перемещается вперёд и назад.

В глубинах океана царит почти полная темнота. Огромные глаза могут улавливать малейшие проблески света, например, вспышки биолюминесценции, которые возникают, когда кашалот, главный хищник кальмаров, движется сквозь толщу воды. Благодаря гигантским глазам кальмар может заметить опасность на расстоянии до 120 метров. Это жизненно важное приспособление позволяет кальмару выживать в тёмных глубинах океана.

Кальмары — активные животные. Они курсируют от поверхности до огромных глубин. Но на глубине в несколько километров давление воды колоссально, оно может запросто сплющить даже многие металлические объекты. А огромные мягкие глаза глубоководных кальмаров остаются целыми.

Почему глаза кальмара не повреждаются на километровых глубинах от гигантского давления воды?

Контрольный ответ

Глаз кальмара не сплющивается от внешнего давления, потому что внутриглазное давление равно внешнему. В глазу кальмара есть то, чего нет у других животных — небольшое отверстие в роговице: сквозь него вода свободно проникает внутрь глаза и уравнивает давление, защищая глаз от сдавливания.

Также в глазу кальмара нет воздушных пустот, которые могли бы схлопнуться под давлением, всё заполнено плотными тканями и жидкостями, окружено прочными и упругими оболочками.

Гигантский кальмар, пойманный в 1877 г. у берегов Ньюфаундленда / Wikimedia, Detlev von Heydebrand и der Lasa, общественное достояние

Кстати

У сухопутных животных есть аналогичный механизм для защиты органов слуха: евстахиева труба, которая соединяет полость среднего уха с носоглоткой. Она пропускает воздух из носоглотки в барабанную полость среднего уха. Благодаря этому давление внутри уха остаётся равным атмосферному, что при резких перепадах давления защищает барабанную перепонку от разрыва.

Подумайте**

Догадайтесь, зачем артиллеристы открывают рот перед тем, как произвести залп из орудия?

Контрольный ответ

При артиллерийском выстреле возникает мощная ударная волна — резкий скачок давления. Если рот открыт, давление внутри и снаружи барабанной перепонки выравнивается быстрее, ударная волна переносится не так жёстко, снижается риск травмировать барабанную перепонку.

Задача 22. Чернильная бомба времён палеозоя****

Одно из удивительных защитных приспособлений, которое головоногие моллюски приобрели в процессе эволюции, — чернильная «бомба». У каракатиц и осьминогов нет защитной раковины, и поэтому чернильный мешок так важен.

Раньше палеонтологи придерживались мнения, что чернильные мешки были также и у древних аммонитов. Аммониты, как и современные наутилусы, имели внешнюю раковину и были ближайшими родственниками современных кальмаров и осьминогов. Но они вымерли в конце мезозойской эры. А меланин, который входит в состав чернил головоногих моллюсков, хорошо сохранился и присутствует в их ископаемых останках. Однако, как оказалось, чернильных мешков у аммонитов никогда не было.

Сейчас палеонтологи считают, что чернильный мешок головоногим с наружной раковиной не только не был нужен (их и так защищала раковина), но и не мог у них сформироваться.

Тогда почему в их останках присутствует меланин? И как сформировался мешок у современных головоногих, предками которых были аммониты?

Контрольный ответ

Поверхность раковин моллюсков скользкая, чтобы к ней не прикреплялись различные обрастающие организмы. Но поверхность предпоследнего оборота, и это хорошо видно на раковинах современных наутилусов, покрыта чёрным шершавым веществом — «чёрным слоем», основу которого и составляет меланин. Этот слой обеспечивает сцепление мягкого тела моллюска со спиральной раковиной. При опасности мягкие ткани сжимаются, тело отцепляется от чёрного слоя, и моллюск прячется в раковине. А потом, цепляясь за чёрный опорный слой, моллюск может выползти наружу.

Такой же чёрный слой был и у аммонитов. А у древнейших предков осьминогов, живших ещё в палеозойскую эру, раковина стала внутренней — мягкие ткани охватили её со всех сторон. Сцепление мантии с раковиной стало больше не нужно, а меланин продолжал выделяться. Он стал периодически выводиться через кишечник, а это и стало началом эволюции чернильных мешков.

Обыкновенный наутилус (лат. Nautilus pompilius) / Wikimedia, J. Baecker, общественное достояние

Кстати

Головоногие используют чернила по-разному. Могут просто выпустить их, создавая в воде «дымовую завесу», под защитой которой спасаются бегством от хищника или, наоборот, подбираются к добыче. Или выбрасывают чернила в густой слизи — те образуют в воде компактный тёмный объект. В это же время сам моллюск мгновенно бледнеет и отскакивает в сторону.

Цвет чернил не одинаков: у каракатиц они коричневые, у осьминогов — чёрные. Чернила вырабатывает вырост прямой кишки — чернильный мешок.

Улыбнитесь

Осьминог не стал художником: хоть у него и была тушь, ни в одной из его восьми рук не было кисти.

ТИП ЧЛЕНИСТОНОГИЕ,

КЛАСС РАКООБРАЗНЫЕ

Задача 23. Почему раки «переодеваются» в крабов?***

А вы знаете, что такое «карцинизация»? Представьте себе: некоторые раки в ходе эволюции со временем становятся всё больше похожи на крабов. У них появляется широкий плоский панцирь, а хвост-брюшко прячется под тело. Они не только приобретают внешнее сходство, но и начинают вести себя, как крабы. Такое превращение учёные называют карцинизацией. Они не могут точно объяснить, почему карцинизация происходила снова и снова независимо у разных видов ракообразных и каковы причины этих изменений. Но если природа «изобретает» эту форму, значит, это выгодно.

Как вы думаете, почему ракам может быть выгодно «переодеваться» в крабов?

Контрольный ответ

Оказывается, у «крабовой» формы тела много плюсов.

Во-первых, это защита от хищников. Широкий плоский панцирь, как щит, прикрывает тело сверху. А спрятанный подогнутый под грудь хвост не даст хищнику ухватиться. К тому же краб может забраться в узкую щель между камнями, где его не достать. Крабовая форма позволяет находить укрытия, куда длиннотелым ракам не пролезть.

Во-вторых, так удобнее двигаться. Низко расположенное тело не упадёт и не перевернётся, а ходить боком очень ловко на неровном дне. С плоским телом легче зарываться в грунт (а некоторые крабы даже умеют лазить по скалам и деревьям).

В-третьих, так легче добывать еду. У крабов более массивные мощные клешни, а глаза и усики расположены близко к ротовым конечностям, это помогает быстрее заметить и схватить добычу.

В-четвёртых, крабы экономят силы: их компактное тело требует меньше энергии для движения и защиты, чем длинное тело обычного рака.

Кстати

Крабовидность тела — это не случайность, она помогала лучше выживать. Но этот эволюционный процесс обратим: существует и декарцинизация — когда менялись условия существования и преимущества плоской формы переставали перевешивать издержки, ракообразные теряли «крабовость».

Пример декарцинизации: лягушачий краб (лат. Spanner crabs) с удлинённым панцирем, который не только утратил типичную крабовую форму, но и передвигается вперёд и назад — в отличие от других видов крабов, которые передвигаются боком.

Генетических данных и палеонтологических находок пока недостаточно, чтобы чётко и ясно ответить на загадку карцинизации. Может быть, новые исследования раскроют эту тайну природы, и кто-то из вас, будущих учёных, поможет найти ответ на эти вопросы.

Краб-лягушка / Wikimedia, Kzhr, CC BY-SA 2.5

Хотите знать больше?

Оказывается, крабы неоднократно в процессе эволюции выходили на сушу и возвращались обратно в воду. Среди них есть «рыбы», «земноводные» и «рептилии», если провести аналогию с позвоночными. И так же, как и этим животным, крабам приходилось приспосабливаться к новой среде обитания. Но у крабов гораздо больше переходных форм между водным и наземным образом жизни — они образуют практически непрерывную цепочку. Об изучении этого явления можно прочитать в статье Георгия Куракина на сайте Элементы.ру по запросу «Крабы многократно выходили на сушу и возвращались обратно в воду».

ТИП ЧЛЕНИСТОНОГИЕ,

КЛАСС ПАУКООБРАЗНЫЕ

Задача 24. Был ли доисторический потолок?***

Пауки спокойно бегают по ровному потолку, отвесным стенам и любой гладкой поверхности, горизонтальной или вертикальной. А ещё маленький паучок может поймать большую муху — и даже с этой ношей он не упадёт с потолка. Некоторые пауки удерживают ногами груз, который больше их собственного веса в 170 раз!

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «Литрес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на Литрес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.

1

Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции. — Пер. с англ.

2

Подробнее о приёмах «Отсроченная отгадка» и «Удивляй» см. книгу: Гин А. А. «Приёмы педагогической техники».

3

Подробнее об особенностях каждого из этих способов, правилах работы и оценивания результатов можно почитать в книгах: Гин А. А. «Приёмы педагогической техники», Гин А. А., Баркан М. «Фактор успеха: учим нестандартно мыслить», Гин А. А., Кавтрев А. Ф. «Креатив-бой». О способах решения открытых задач можно узнать на сайте лаборатории «Образование для новой эры» (https://trizway.com). Здесь специалисты-решатели делятся опытом обучения детей и взрослых методам творческого мышления и теории решения изобретательских задач (ТРИЗ).