Эволюция пищеварительной системы: сравнительный анализ желудка птиц и насекомых, замещение зубов

Всем известно, сколь важное значение для равномерного течения пищеварительных процессов в желудке и кишечнике, а следовательно, и для общего самочувствия организма, имеет тщательное измельчение пищи посредством зубов. Анатомия человеческого желудка не предусматривает возможности компенсировать недостатки, допускаемые при недостаточном пережевывании пищи. Именно поэтому современная стоматология прилагает столь значительные усилия для сохранения зубов человека. Тем более поразительным представляется тот факт, что среди обширной группы позвоночных животных существуют многочисленные виды, полностью лишенные настоящих зубов, и наиболее ярким примером этого являются птицы.

Поскольку птицы также потребляют пищу, требующую основательного размягчения (например, голуби, проглатывающие горох и зерна кукурузы), следует предположить существование компенсаторных механизмов, восполняющих отсутствие зубов. В действительности процесс пережевывания пищи у этих животных осуществляется совершенно особым образом. Рассмотрим для примера анатомию пищеварительной системы курицы (рис. 64). У большинства птиц в пищеводе имеется расширение, называемое зобом, которое у зерноядных видов, таких как голуби и куры, служит для предварительного размягчения зерен.

Рис. 64. Схема пищеварительной системы курицы с обозначением зоба, железистого и мускулистого желудков (иллюстрация из первоисточника)

Размягченные в зобе плоды и семена поступают в передний, или так называемый железистый желудок, получивший свое название от трубчатых желез, расположенных в его стенках. Эти железы выделяют пищеварительный сок, смачивающий пищевую массу. Подготовленная таким образом пища поступает, наконец, в жевательный, или мускулистый желудок, характеризующийся очень толстыми стенками, образованными мощными мышечными волокнами. Внутренняя поверхность этого отдела выстлана плотным кутикулярным слоем. Благодаря поочередному сокращению и расслаблению мышечных волокон, размягченные зерна, перемещаясь, постепенно перетираются, соприкасаясь друг с другом.

В мускулистом желудке птиц при исследовании часто обнаруживают значительное количество песка и мелких камешков, которые, разумеется, попадают туда не случайно. Эти твердые инородные тела существенно способствуют механическому размельчению пищи. Крайне примечательно, что в желудке страусов неоднократно находили камни и другие твердые предметы, такие как монеты и черепки (разумеется, у особей, содержащихся в зоологических садах, где они имели возможность их проглотить). Вес таких неудобоваримых объектов в желудке страуса может иногда достигать нескольких килограммов.

Не менее поразителен и тот факт, что древние, давно вымершие птицы обладали настоящими зубами, расположенными в клюве. В данном контексте речь идет не об археоптериксе ( Archaeopteryx ), найденном в сланцевых отложениях Золенгофена и представляющем собой скорее птицеподобное оперенное пресмыкающееся, а главным образом о зубастых птицах мелового периода, остатки костей которых часто находят в горных породах, соответствующих меловому возрасту. По аналогии с предположением о том, что предки современных лошадей имели большее количество пальцев на конечностях, из которых все, кроме одного, постепенно редуцировались, весьма вероятно, что и нынешние птицы, лишенные зубов, происходят от зубастых предков, утративших зубы в процессе эволюции на протяжении тысячелетий.

Можно без преувеличения утверждать, что многим зерноядным птицам удалось приобрести вместо утраченных настоящих зубов своеобразные "искусственные зубы" в форме камней и песчинок, функционирующих в мускулистом желудке. Этот необычный пережевывающий аппарат птиц находит удивительные аналоги у некоторых других групп животных, совершенно далеких от позвоночных, а именно у членистоногих — насекомых и ракообразных. Так, например, речной рак и все его родичи обладают сильно развитым жевательным желудком. Аналогичное устройство обнаруживается у водных жужелиц (рис. 65), майских жуков (хрущей), короедов, кузнечиков, медведок и множества других насекомых.

Рис. 65. Жевательный желудок водной жужелицы с хитиновыми зубцами и шипиками (иллюстрация из первоисточника)

Внешне этот желудок напоминает простое расширение пищеварительного тракта, расположенное между зобом и собственно желудком, в который открываются печеночные придатки. Внутренняя поверхность его мускулистых стенок покрыта кутикулой из хитина — твердого рогового вещества, на которой нередко располагаются тысячи мелких зубчиков, шипиков и иных кутикулярных образований. Если принять во внимание, что членистоногие принадлежат к гораздо более древней эволюционной группе, чем птицы, и что они, вероятно, обладали таким устройством желудка уже в глубокой древности, то, хотя желудок птиц и кажется нам удивительным, можно с полным основанием сказать: «Все это уже существовало ранее».

В организации членистоногих встречается множество странных и необычных явлений, которые в некотором смысле можно назвать парадоксальными. Например, многоножки (сколопендры) захватывают свою добычу первой парой ножек, превратившихся в ногочелюсти, и умерщвляют ее с помощью яда, впрыскиваемого в ранку. Полевые кузнечики издают стрекотание при помощи ног, сильно потирая ими о покровы надкрыльев, тогда как луговые кузнечики для этой же цели трут надкрылья друг о друга. Особенно примечательно, что луговые кузнечики воспринимают звуки ногами, поскольку их орган слуха расположен на голенях первой пары ног; в то же время у полевых кузнечиков и саранчи по одному тимпанальному органу находится на каждой стороне первых сегментов брюшка.

Тот, кто интересуется подобными удивительными адаптациями, обнаружит в мире насекомых поистине неисчерпаемый материал для изучения. Причина, по которой столь многое в их организации кажется нам странным, несомненно, заключается в совершенно ином плане строения их тела. Поскольку наше собственное тело построено по плану, характерному для позвоночных животных, при столкновении с организацией низших животных, особенно насекомых, мы невольно испытываем ощущение, сходное с тем, которое возникает при первом посещении далекой страны с совершенно чуждыми нам нравами, обычаями и иным мировосприятием.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: В. Гампсон, К. Шеффер

Источник: Парадоксы природы

Данные публикации будут полезны студентам физических и технических специальностей, изучающих механику и принципы работы простых механизмов, начинающим инженерам и конструкторам, интересующимся эргономикой и оптимизацией транспортных средств, а также всем, кто увлекается историей техники и неочевидными физическими явлениями в повседневной жизни.