Теоретический материал по дисциплине Учебное пособие «Зоология с основами экологии»

Тема 1. Предмет и задачи зоологии с основами экологии

1.1. История зоологии

Человек издавна делит живые существа на Земле на два царства: царство животных (фауна) и царство растений (флора). Так делил живой мир и Карл Линней. С тех пор биологическая наука претерпела массу изменений, и современные ученые разделяют живую природу на 5, а то и на 7, царств. Царство – это самая крупная таксономическая категория разделения живого. Современные царства: архебактерии, бактерии, грибы, растения и животные объединяются в две группы по особенностям своего строения. Эти группы крупнее, чем царства, и поэтому пришлось вводить еще более крупную систематическую категорию – надцарства. Признак, по которому выделены надцарства, – наличие ядра в клетке.

Классификация живого в настоящее время несколько не определена – одни выделяют пять, другие семь царств, кто-то помещает в категорию простейших низшие растения и грибы, а потом всю эту группу определяет как подцарство в царстве растений. Другие считают простейших типом, но относят их к царству животных.

Разделить животные и растения можно по характеру обмена веществ, некоторые биохимики считают, что растения – в общем, те же животные, но только очень уж медленные. Обычно животными называют такие организмы, которые питаются органическими веществами, созданными другими организмами. Кроме того, животные активно передвигаются в пространстве, а клетки их тела лишены целлюлозных (клетчатковых) оболочек и не содержат пластид и вакуолей с клеточным соком. Все эти отличия, конечно, не абсолютны. Так, грибы тоже питаются готовым органическим веществом (но они не животные). Практически, все растения могут передвигать листья, а некоторые из них – активные охотники. Тем не менее, для грубого разделения на царства этих признаков вполне хватает.

Изучение животного царства является предметом зоологии.

Известные нам начальные шаги в изучении зоологии и попытки обобщить знания, накопленные о животных, сделаны еще древними греками. (И чего только не успели эти древние греки!).

О дин из крупнейших философов-натуралистов того времени, Аристотель (384– 322 гг. до н.э.), оставил солидное литературное наследие, часть которого составили труды по зоологии. Это были разнообразные сведения о животных, известных в те времена, дополненные исследованиями самого Аристотеля. Он описывал главным образом животных, относящихся к фауне Эгейского моря и прилежащих стран (отчасти Египта). Особенно тщательно были описаны домашние животные, рыбы, головоногие моллюски и ракообразные, то есть организмы, имеющие хозяйственное значение. Он наблюдал жизнь и взаимоотношения животных, описывал их формы и давал названия видам. Кроме того, ученый много оперировал, изучал внутреннее строение живых существ, искал черты сходства между разными по своей организации группами. Это позволило ему создать определенную систему животного мира. Система, созданная Аристотелем, долгое время оставалась неизменной в зоологии. В общих чертах она сохранялась целых два тысячелетия. Такое долголетие не известно более ни для одной из научных систем. Оно по возрасту приближается к религиозным системам.

Основное разделение всего животного мира ученый произвел по признаку наличия крови, причем кровь, по Аристотелю, должна быть только красного цвета. (У насекомых кровь обычно бесцветная, у виноградной улитки – синяя, у сидячих кольчатых червей – зеленая.) Все животные делились на две группы – имеющие красную кровь и «бескровные». Так произошло разделение (автоматически) на позвоночных и беспозвоночных животных.

Имеющих кровь ученый разделил на пять более мелких групп:

1. Живородящие четвероногие (сюда вошли все современные млекопитающие, исключая китообразных).

2. Птицы.

3. Яйцекладущие четвероногие и безногие с легочным дыханием (сюда отнесены были современные пресмыкающиеся и земноводные)

4. Живородящие безногие с легочным дыханием (эту группу составили китообразные).

5. Покрытые чешуей безногие, дышащие жабрами (это рыбы) Группу бескровных представителей животного мира Аристотель делил на животных:

1) С совершенными яйцами, сюда входили головоногие моллюски и ракообразные

2) С яйцами особого рода (это насекомые, пауки и скорпионы).

Кроме того, им отдельно выделялась третья подгруппа существ, образующихся из генеративной слизи, из почек или возникающих самопроизвольно (сюда относились моллюски, кроме головоногих, иглокожие и множество других животных). Даже через тысячу лет среди ученых бытовало мнение о самопроизвольном зарождении животных. Фламандский ученый Ван-Гельмонт отделен от Аристотеля почти полуторатысячелетним интервалом. Тем не менее, вот его рецепт получения мыши в домашних условиях: «Положи в горшок зерна, заткни его грязной рубашкой и жди. Через 21 день в горшке образуется мышь». Понятно, что такой рецепт получения мыши может быть действенным и в наше время!

Система Аристотеля, несмотря на ее примитивизм, дожила в виде отдельных положений даже до наших дней. Например, соединив в одну группу земноводных и пресмыкающихся, он назвал ее группой «гадов». До начала XX века в учебниках по зоологии существовала эта группа, да и сейчас еще зоологи устно употребляют этот термин. Провел Аристотель и необычайно тонкие наблюдения над образом жизни животных. Например, описал охоту морских звезд и поедание ими морских ежей в бухте Эгейского моря. Ему было известно, что у акулы Гелиос яйца прикрепляются к стенке матки с помощью органа, сходного с последом (плацентой) у млекопитающих. Этому наблюдению не верили его современники и даже последующие зоологи. Только в середине XIX века И. Мюллер подтвердил правоту Аристотеля, проделав точные анатомические операции на половых органах этой акулы.

Аристотель описал 454 формы живых существ, хотя и не ставил своей задачей в зоологии описание форм. Его мысли в этой науке были сосредоточены на изучении внутреннего строения организмов и выявлении степени их родства. Он старался создать систему, как он ее называл – лестницу природы. Это означает – построить всех животных в порядке усложнения их организации.

В средние века наблюдалось некоторое затишье во всех научных исследованиях и в зоологии тоже. Это время религиозного фанатизма, и оно почти не оставило нам имен крупных зоологов. Такие значительные фигуры средневековой науки, как Альберт Великий (ок. 1193-1280) и Ибн-Сина (Авиценна) (980-1037), в своих зоологических воззрениях в основном повторяли Аристотеля

В эпоху Возрождения возникает оживление в зоологических исследованиях, но основной интерес ученые проявляют к анатомии человека и медицине. Имена многих итальянских ученых той поры сохранились в названиях органов человеческого тела: Везалий Андреас (1514-1564), Фаллопий Габриеле (1523-1562), Евстахий Бартоломео (1510-1574). Внес свою лепту в анатомические разработки и великий Леонардо да Винчи (1452-1519)

Интенсивная работа с зоологическими объектами, составление обширных сводок энциклопедического характера, описание животных, создание реестров их названий – все это особенно энергично началось в середине XVI века. Многочисленные путешественники описывали и привозили в коллекциях все новые и новые формы животных. Чаще же они просто рассказывали о диковинных зверях, встреченных ими или их товарищами в дальних странах.

Образцом обширного зоологического исследования того времени может служить многотомная работа швейцарского зоолога Конрада Геснера (1516-1565). Он создал пятитомную энциклопедию под общим названием «История животных». В ней описывались все известные тогда формы животных. Первый том был посвящен млекопитающим, второй – яйценесущим четвероногим, третий – птицам, четвертый – водным животным, главным образом, рыбам. Пятый том, который был выпущен уже после смерти автора, носил сборный характер, в нем преимущественно были описаны насекомые и другие беспозвоночные. Материал был расположен в алфавитном порядке, что вообще характерно для зоологических работ того периода. Описание каждого вида следовало определенным правилам. Сначала давалось название животного (часто здесь приводилось несколько названий, потому что в разных местах животное называли по-разному), затем сообщались сведения о его географическом распространении, строении тела и жизнедеятельности. Были сведения и об отношении животного к его среде обитания. Описывались инстинкты, нравы, а также значение животного для человека. В конце описания сообщались сведения о данной форме, имеющиеся в литературе.

У К. Геснера не было ясных представлений о том, что такое вид животного. Язык описаний был нечетким, так как зоологическая терминология в те времена еще не была выработана. В некоторых случаях он сближал действительно близкие формы, в других – группировал их произвольно.

Х отя материал в своих книгах Геснер и располагал просто по алфавиту, он все-таки описывал отдельно рыб, отдельно птиц, и так всех по очереди. Конрад Геснер не был большим скептиком и часто слишком доверчиво относился к рассказам путешественников. Так, поверив клятве монаха (не может же согрешить ложью служитель Господа), он поместил в свою книгу Бернакельского гуся, который вырастал из обломков сосны, плавающих в море. Гусь этот сначала имел вид капельки смолы, затем у него появлялся клюв, которым он и прикреплялся к дереву. Чудесная птица покрывала себя скорлупой и в ней жила долго и беззаботно. Однако она продолжала развиваться, оперялась и, наконец, сваливалась с обломка сосны в воду и начинала плавать. Проходило еще некоторое время, гусь взмахивал отросшими крыльями и улетал. Выросший из сосны гусь был постным, и монаху была прямая выгода подтверждать такую гусиную историю

Менее доверчив был ученый, когда ему приносили чучела ловко созданных морских чудовищ. Он разоблачил, например, популярного в те времена Венецианского дракона и описал, как легко шарлатаны создают различных морских чудовищ из высушенных скатов. Но все это не помешало К. Геснеру поместить в свои книги Морского черта, Морского монаха, Морского змея и других не менее удивительных существ (рис 1).

В труде К. Геснера имеются элементы и самостоятельного исследования. Это не только подборка рассказов путешественников и обобщение трудов других зоологов. Главная ценность его труда в том, что тот явился весьма обширной популярной сводкой, из которой современники могли узнать о съедобных и ядовитых животных, о животных – героях сказок, басен и поговорок. В общем, там были все сведения о животных, которые накопились за две тысячи лет

Рис. 1. Иллюстрации из книг К. Геснера. А – Морской черт, Б – Морской монах, В – Морской змей

Подобных сочинений в XVI веке вышло несколько. Так, французский врач и зоолог Г. Ронделе выпустил интересный труд, посвященный описанию рыб (1554), его соотечественник П. Белон изучил и описал птиц (1555), труды итальянца У. Альдрованди были посвящены также описаниям рыб и птиц, они выходили с 1599 по 1603 год. Лондонский врач Т. Моуфет, используя данные К. Геснера и Т. Пенна, выпустил труд о насекомых. Как правило, все эти авторы придерживались Аристотелевой классификации животных

В 1693 году появилось замечательное сочинение английского биолога Джона Рэя. Наибольшая его заслуга в том, что он еще за полвека до Карла Линнея выдвинул классификацию как самостоятельную научную задачу. Он же сформулировал понятие основной таксономической единицы – вида. Ученый считал необходимым группировать животных по сравнительно-анатомическим признакам

П оворотным моментом в развитии зоологии стали труды Карла Линнея. В 1735 году он предложил в своей книге «Система природы» удобную классификацию животных. И впоследствии все классификации за основу брали именно ее. К. Линней ввел в науку четкое деление на четыре таксономические категории – класс, отряд, род и вид. Он ясно показал ступенчатое многообразие органических форм и субординацию (соподчинение) введенных систематических категорий. Животных он разделил на шесть классов: млекопитающие, птицы, амфибии, рыбы, насекомые и черви. Давая названия животным, К. Линней в своей системе определил и место человека. Человека он назвал Homo sapiens, то есть «человек разумный». К научному названию человека он приписал коротенькую строчку – «познай самого себя». Выделив особый отряд – приматы (князья животного мира), К. Линней поместил в него человека и человекообразных обезьян. Многим его современникам подобная вольность очень не понравилась.

Линнеевская классификация беспозвоночных животных была весьма несовершенна. Так, в класс насекомых ученый включил многоножек, ракообразных и паукообразных. К классу червей он отнес моллюсков. Очень странными выглядели и другие описанные им отряды. На основании одного какого-нибудь признака, который классификатор-систематик счел главным, объединялись в один отряд далекие друг от друга формы. Так, по строению клюва в один отряд у него попали страус, казуар, павлин, курица и другие птицы. Слон, морж, ленивец и муравьед, а также панголин (ящер) оказались в одном отряде по признаку зубной системы.

Хотя классификация К. Линнея безнадежно устарела, описанные им виды животных, в большинстве своем, сохранили названия до нашего времени. До сих пор зоологи в своих описаниях видов используют введенную им бинарную номенклатуру. Это означает, что каждое видовое название состоит из двух слов. Первое слово – имя рода, к которому относится данное животное, а второе – наименование вида. Кроме того, в качестве добавления к названию сейчас приписывается имя его автора и год описания вида.

Например, современное название обыкновенного шакала (Canis araneus Linneus, 1758) в переводе на русский язык читается так: Собака золотистая, Линней, 1758. Здесь «собака» – название рода, «золотистая» – видовое название, далее следует имя автора и год описания. Волк (Canis lupus Linneus, 1758) тоже описан К. Линнеем и в переводе на русский язык звучит, как Собака волк, Линней, 1758. Описал он и таких привычных для нас зверей, как лисица, бурый медведь, хорек, ласка, белка. Из птиц им описаны и названы – сорока, соловей, ворона и многие, многие другие. Всего Карл Линней описал, систематизировал и изучил более 4 тысяч зоологических видов (нужно еще учесть, что он был ботаником и его главный научный вклад был в систематику растений). Данные им характеристики многих видов отличались большой меткостью и точностью.

С введением в зоологию бинарной (линнеевской) номенклатуры появилось такое правило: название, данное какому-либо виду, вечно. Оно не может быть заменено другим. Отныне кто бы ни писал о данном виде организмов, должен называть его только так и не иначе. Естественно, вечным оказывается и имя автора, давшего это название. Все это происходит при соблюдении несложных правил. Первое из них – в одном роде не может быть двух одинаковых видовых названий. Второе – нужно не просто назвать, но хотя бы коротко описать или изобразить называемое животное. И, наконец, необходимо, чтобы впервые называемый вид был действительно новым, то есть не имел названия, данного ему кем-то ранее. Название дается на латинском языке, нелатинское имя животного в расчет не принимается.

Практиковавшиеся ранее подробные описания К. Линней заменил короткими диагнозами, в которые включались лишь важные с точки зрения классификации признаки данной категории. Диагноз более крупной группы не повторялся в диагнозах более мелких, входящих в нее групп. В своей системе животного мира Карл Линней удачно объединил членистоногих в один класс («насекомые»), но класс червей включал у него всех остальных беспозвоночных. Шагом назад по сравнению с Аристотелем было отсутствие объединения млекопитающих, птиц, «гадов» и рыб в более крупную группу, которая соответствовала бы современному подтипу позвоночных.

К началу XIX века сильно продвинулось вперед, в частности, изучение анатомии животных. Гораздо лучше, чем во времена К. Линнея, стал известен огромный мир так называемых беспозвоночных животных, разделенный Жаном Батистом Ламарком (1744-1829) на целых 10 классов. Было восстановлено также деление животного мира на позвоночных и беспозвоночных. В этом виделось проявление тенденции постепенного усложнения организмов.

Прославила Ж. Б. Ламарка книга, написанная им на закате жизни, – «Философия зоологии» (1809). В ней не только дана система, но и сформулированы идеи развития животного мира. Ученый утверждал, что окружающая среда, условия жизни воздействуют на животное и вызывают появление у него тех или иных особенностей поведения, так как это влечет за собой упражнение или не упражнение соответствующих органов, что приводит к изменению в их строении. Все эти изменения совершенствуют организм и усложняют его организацию.

«Крот, – говорил Ж. Б. Ламарк, – не потому ушел жить под землю, что у него плохие глаза. Глаза его ослепли именно оттого, что он живет в темноте. Они не упражнялись в видении. А вот передние ноги крота от постоянных упражнений изменились. Обычная ходильная нога у этого зверька постепенно превратилась в прекрасную копательную ногу».

Описательная анатомия к тому времени переросла в сравнительную и сделалась основой для построения системы животных. Это произошло, главным образом, благодаря исследованиям по сравнительной анатомии современных и ископаемых позвоночных животных. Основу им положил французский зоолог Жорж Кювье (1769-1832). Он разделил царство животных на 4 группы, впоследствии названные типами: позвоночные, членистые, моллюски, лучистые. Ко второй группе – «членистым» – отнесены были, кроме членистоногих современной системы, еще и кольчатые черви. К моллюскам он ошибочно отнес, кроме настоящих моллюсков, усоногих ракообразных. Лучистые же у Ж. Кювье представляли собой совершенно искусственную группу, в которой были собраны все недостаточно изученные в то время животные, – инфузории, кишечнополостные, иглокожие, паразитические черви. Между типами ученый не находил никаких переходных форм. Он считал их совершенно обособленными в настоящем и в прошлом. Они были постоянными и неизменными, такими же независимыми друг от друга по происхождению, как линнеевские виды. Типы создал Бог!

Н о прославился Жорж Кювье не как систематик, а как родоначальник сравнительной морфологии животных. Он предположил, что в каждом организме существует гармония частей. Так, если животное хищное, то оно должно иметь острое зрение, тонкое обоняние, ловкость, сильные челюсти и когти. Поэтому не может встретиться в одном организме зуб, пригодный для разрывания мяса, и копыто, которым это мясо не удержишь. Если же животное ест траву, то у него будет зуб с широкой поверхностью, приспособленный для жевания и растирания. Кишечник станет обязательно емким и сложным, возможны копыта на ногах. Следовательно, имея в руках зуб, исследователь может по нему приблизительно изобразить внешность зверя.

Современный вид зоология начала приобретать с середины XIX века. В это время, в 1859 году, вышла в свет книга Чарльза Дарвина «Происхождение видов», а чуть ранее – в 1858 году – статья Альфреда Уоллеса «О стремлении разновидностей к неограниченному уклонению от первоначального типа». С появлением этих работ начался новый этап в зоологии, да и в биологии в целом.

П осле появления учения Дарвина установившиеся понятия и представления во всех областях биологии подверглись коренному пересмотру. Вид перестали считать неизменным. Разновидность стали понимать как образующую вид систему животных – как соотношение между группами, возникшее в результате эволюционного процесса Известные еще до Дарвина явления сходства в развитии и в основном плане строения органов (например, гомология) получили естественное объяснение. Стало понятным единство многоклеточных животных в от ношении их клеточного строения. Явления сходства зародышей у разных систематических групп, сильно отличающихся друг от друга во взрослом состоянии, стало понятным и послужило исходным пунктом учения о повторении в развитии любого зародыша того эволюционного пути, который прошел этот организм. Появился биогенетический закон Геккеля – Мюллера, утверждавший, что онтогенез (индивидуальное развитие организма) является кратким и сжатым повторением филогенеза (исторического развития этого организма). Получили объяснение многочисленные интереснейшие факты географического распространения и геологической истории животных.