Зоология (от греч. zoon - животное, logos - слово, учение, наука) - наука о строении, жизнедеятельности и развитии животных.
Зоология изучает происхождение и распространение животных на Земле, их взаимосвязь с окружающей средой и классификацию животного мира.
Зоология является комплексной наукой, она подразделяется на множество относительно самостоятельных, но в то же время связанных с другими естественными науками дисциплин. Анатомия изучает внешнее и внутреннее строение животных, физиология - процессы жизнедеятельности организма животных, а также механизмы их регуляции. Предметом изучения эмбриологии, эволюционного учения и палеозоологии являются закономерности индивидуального и исторического развития. Экология изучает взаимосвязь животных со средой их обитания, а зоогеография - распространение животных на Земле в различных климатогеографических зонах и поясах. Генетика изучает закономерности наследственности и изменчивости животных. Селекция животных - прикладная наука о создании новых пород.
Существует множество направлений зоологии, посвященных исследованию отдельных зоологических объектов - систематических и экологических групп. Гельминтология изучает паразитических червей, гидрозоология - животных, обитающих в воде, энтомология - насекомых, ихтиология - рыб, орнитология - птиц, малакология - моллюсков, териология - млекопитающих и т. д. Зоология тесно связана не только с другими биологическими науками, но и с практической деятельностью человека: здравоохранением, ветеринарией, сельским хозяйством, биотехнологией.
Начало накопления человеком сведений о животном мире относится к каменному веку. Животные были объектом поклонения, охоты, рыболовства. Первобытные люди жестко конкурировали с животными в борьбе за жизнь, особенно с крупными хищниками. Коллективная охота и защита от естественных врагов явились важными факторами развития человеческого общества. Научная зоология берет начало от Аристотеля (IV в. до н. э.) - великого мыслителя Древней Греции. Он предложил первую зоологическую систему, согласно которой всех животных делили на две группы: животные, имеющие кровь (звери, птицы, гады и рыбы) и животные без крови (насекомые, раки, моллюски, черви).
В XV в., в эпоху Возрождения началось развитие естествознания вообще и зоологии в частности. В течение XVI -XVII вв. происходило дальнейшее накопление сведений о многообразии животных, их строении и образе жизни, чему в значительной степени способствовало изобретение микроскопа.
В конце XVII и в первой половине XVIII в. были заложены основы систематизации животного мира. Шведский естествоиспытатель К. Линней (1707-1778) ввел бинарную номенклатуру, сыгравшую важную роль в развитии систематической зоологии. Он установил и назвал более 300 родов животных, которые сгруппировал в порядки. Сходные порядки были объединены в классы: Млекопитающие, Птицы, Гады, Рыбы, Насекомые, Черви.
В конце XVIII в. французский зоолог Ж. Кювье заложил основы сравнительной анатомии животных. В 1809 г. Ж- Б. Ламарк разработал основы учения об эволюции органического мира. Ему принадлежит термин «беспозвоночные», среди которых он различал 10 классов (у Линнея было лишь 2 класса беспозвоночных - Насекомые и Черви). В 1825 г. французский зоолог и анатом А.-М. Бленвиль ввел понятие «тип» как высшую таксономическую единицу животных. Большую роль в развитии зоологии в середине XIX в. сыграл русский естествоиспытатель и эмбриолог К. М. Бэр, автор исследований в области эмбриологии животных, создатель учения о зародышевых листках. Значительное влияние на развитие зоологии в XIX в. оказала клеточная теория, созданная трудами немецких ученых - ботаника М. Шлейдена и физиолога, цитолога Т. Шванна.
Во второй половине XIX в. на основе эволюционного учения английского естествоиспытателя Ч. Дарвина (1809-1882) зоология стала быстро развиваться, и возникли новые, ранее не существовавшие зоологические дисциплины. Немецкие ученые Э. Геккель и Ф. Мюллер использовали идеи Ч. Дарвина для разработки биогенетического закона, устанавливающего определенное соотношение онтогенеза (индивидуального развития) и филогенеза (исторического развития). Возникла сравнительная эмбриология. Русский зоолог В.О. Ковалевский заложил основы палеозоологии. Быстрыми темпами развивались систематика и зоогеография животных. В это же время возникла экология животных.
Быстрыми темпами развивалась зоология и в XX в. Возросли число и объем фаунистических исследований на всей поверхности нашей планеты. Продолжалась работа зоологов по развитию и усовершенствованию классификации животного мира. На основе этих исследований значительно возросло количество высших систематических категорий - типов и классов. Во времена Ж. Кювье различали 4 типа, в современных же системах их насчитывается до 35. Большое внимание уделялось проблеме вида и видообразования в зоологии. Результаты зоологических исследований в XX в. характеризуются достижениями в области филогенетики - познании конкретных путей эволюции животного мира. В разработке этих вопросов большую роль сыграли успехи сравнительной анатомии и эмбриологии, а также палеозоологии. Для понимания путей эволюции животных важное значение имела разработка советскими учеными-эволюционистами А.Н. Северцовым и И.И. Шмальгаузеном морфофизиологических закономерностей эволюционного процесса (учение о филэмбриогенезах).
В настоящее время число методов зоологических исследований значительно увеличилось. Современная зоология располагает целым спектром цитологических, цитогенетических, биохимических и молекулярно-генетических методов исследования, применение которых позволило поднять зоологическую науку на качественно новый уровень. Главное направление современной биологии - изучение геномов различных животных. На основе изучения нуклеотидных последовательностей представителей разных таксономических групп с привлечением современных компьютерных технологий бурно развиваются молекулярная эволюция, генная инженерия и биотехнология.
Животные, как и все живые организмы, обладают признаками и свойствами, отличающими их от объектов неживой природы. Это клеточное строение, обмен веществ, рост, раздражимость, наследственность, изменчивость, гомеостаз, индивидуальное и историческое развитие. Отличительными особенностями клеток животных является отсутствие клеточной стенки, пластид с фотосинтезирующими пигментами и вакуолей с клеточным соком. Углеводный резерв питательных веществ накапливается в виде гранул гликогена, а продукты диссимиляции наряду с диоксидом углерода содержат еще и продукты азотистого обмена (аммиак, мочевая кислота, мочевина).
В отличие от грибов, у которых нет истинных тканей, и высших растений, у которых их 6 (покровная, образовательная, основная, механическая, проводящая и выделительная), для большинства животных характерно 4 вида тканей: эпителиальная, мышечная, нервная и соединительная.
Отличительной особенностью животных является наличие систем органов: движения, пищеварения, дыхания, нервной и выделительной. Тело растений состоит из вегетативных (корень, стебель, лист) и генеративных (антеридии, архегонии, цветок, плод) органов. У грибов органы как таковые отсутствуют, тело представлено грибницей, дифференцированной на субстратный и воздушный мицелий.
На организменном уровне животные также имеют ряд отличительных особенностей. По типу ассимиляции они гетеротрофы - не способны ассимилировать неорганический углерод и азот, поэтому питаются готовыми органическими веществами. Способ питания - голозойный: животные захватывают пищу активно и переваривают ее в органах пищеварения, а не всасывают питательные вещества из внешней среды осмотически, как это делают растения и грибы. Рост у большинства животных ограниченный (они растут только в определенные периоды онтогенеза), у растений и грибов - неограниченный (их рост завершается только после смерти). Большинство животных способно к активному движению. Их ответная реакция на раздражители внешней среды осуществляется в форме рефлексов при участии нервной системы и органов чувств.
Организмы же растений и грибов неподвижны в вегетативном состоянии, движения растений очень медленные и связаны с ростом (тропизмы) или изменением тургора отдельных клеток (настии). Ростовые и тургорные движения растений одновременно являются и формами их раздражимости. Расселение у животных происходит активно (личинками и взрослыми организмами), а у растений - за счет внешних факторов, способствующих перемещению покоящихся стадий: спор или семян (вода, ветер, животные-распространители).
Животный мир характеризуется богатством и разнообразием форм - от микроскопических нематод, состоящих из нескольких десятков клеток, до гигантских млекопитающих, имеющих массу тела до 150 т. Многообразие обусловлено двумя факторами: количеством видов животных, описанных учеными на данный момент, и количеством представителей каждого вида, реально существующих в различных местах обитания. По приблизительным подсчетам в настоящее время на Земле обитает около 1,5 млн видов животных. Подсчитать же общее число отдельных особей не представляется возможным. Кроме того, не следует забывать об истории развития животного мира и существовании множества ископаемых форм животных. По самой приблизительной оценке общее число видов животных, когда-либо обитавших на Земле, может достигать нескольких миллиардов. Разобраться во всем этом многообразии позволяет знание систематики животных. Основной таксономической единицей является вид.
Царство Животные включает два подцарства: Примитивные многоклеточные и Настоящие многоклеточные (рис. 35). Для примитивных многоклеточных характерно отсутствие зародышевых листков, рта и кишечника. Пища у них переваривается отдельными клетками. Нет нервной системы и мускулатуры. К подцарству относятся два типа: Губки и Пластинчатые. Настоящие многоклеточные животные имеют два или три зародышевых листка, у них появляется рот и кишечная полость, характерно полостное и внутриклеточное пищеварение. Имеются нервная система и мускулатура.
Настоящих многоклеточных животных делят на два отдела: Двухслойные (Радиально-симметричные) и Трехслойные (Билатерально-симметричные). Особенностями двухслойных животных является развитие из двух зародышевых листков: эктодермы и энтодермы. Для большинства из них характерна радиальная симметрия (через тело можно провести несколько плоскостей симметрии). Имеется только ротовое отверстие (анальное отверстие отсутствует). Нервная система преимущественно в виде диффузной нервной сети. Отдел включает два типа: Гребневики и Кишечнополостные (Стрекающие).
Рис. 35. Систематика царства Животные
Трехслойные (билатерально-симметричные) животные развиваются из трех зародышевых листков: эктодермы, энтодермы и мезодермы. Для большинства из них характерна двусторонняя, или билатеральная, симметрия (через тело можно провести только одну плоскость симметрии, которая делит его на правую и левую половины) и наличие чаще всего сквозного кишечника. Нервная система преимущественно стволового типа.
Трехслойных животных делят на два подотдела: Первичноротые и Вторичноротые. У первичноротых бластопор превращается в рот. В нервной системе, как правило, имеются надглоточный ганглий и продольные нервные стволы. Может развиваться скелет эктодермального происхождения. Подотдел включает большинство типов животных.
У вторичноротых на месте бластопора развивается анальное отверстие. Имеется внутренний скелет. Нервная система - в виде эктодермальных нервных тяжей или нервных трубок, надглоточного ганглия нет. В подотдел входят три типа животных: Полухордовые, Иглокожие и Хордовые.
Систематика царства Животные не является полностью устоявшейся. Новые данные, которые постоянно появляются в результате научных исследований, требуют периодического пересматривания филогенетических связей различных представителей животного мира. Современные системы классификации предполагают отнесение всех животных примерно к 35 типам. Ведущее положение по числу видов занимают членистоногие (более 1 млн видов), моллюски (более 130 000 видов), хордовые (более 50 000 видов). В табл. 3 приведены более подробные данные о численности основных типов животных.
Таблица3
Примерная численность наиболее распространенных типов животного мира
|
Тип |
Число видов |
|
Губки |
2600 |
|
Стрекающие |
10 000 |
|
Плоские черви |
18 000 |
|
Круглые черви |
15 500 |
|
Коловратки |
3000 |
|
Кольчатые черви |
12 000 |
|
Моллюски |
130 000 |
|
Членистоногие |
1 100 000 |
|
Мшанки |
4000 |
|
Иглокожие |
6600 |
|
Хордовые |
50 000 |
Многообразие животного мира обусловлено не только большим числом таксонов. Существуют несистематические группы, в которые животных различных категорий с точки зрения их классификации объединяют по критерию сходства отдельных морфологических и физиологических признаков или экологических особенностей.
У первичнополостных (круглые черви) полость тела (псевдоцель) не имеет собственной эпителиальной выстилки, ограничена только кожно-мускульным мешком и стенками внутренних органов. Вторичнополостные (кольчатые черви, моллюски и хордовые) имеют целомическую полость, она ограничена однослойным эпителием, выстилающим покровы тела изнутри и покрывающим полые внутренние органы снаружи.
Беспозвоночные животные не имеют внутреннего осевого скелета в виде позвоночника. Функцию опоры в организме беспозвоночных может выполнять полостная жидкость, находящаяся под давлением (гидроскелет у круглых и кольчатых червей), плотный хитиновый покров тела (наружный скелет у членистоногих), опорная пластинка у коралловых полипов или хорда у бесчерепных. У позвоночных животных осевой скелет представлен позвоночником, который формируется как вторичное образование, заменяющее хорду зародыша (рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие).
Холоднокровные животные имеют непостоянную температуру тела, которая зависит от температуры окружающей среды, так как интенсивность их обменных процессов относительно низкая (беспозвоночные, рыбы, земноводные и пресмыкающиеся). У теплокровных животных температура тела постоянная и не зависит от температуры окружающей среды, интенсивность обменных процессов у них намного выше (птицы и млекопитающие).
По образу жизни животные могут быть свободноживущими (обитают во внешней среде) и паразитическими (живут на теле или внутри организма другого животного или растения). Животные заняли все среды обитания: водные (плавающие птицы, рыбы, китообразные, ракообразные, кишечнополостные и др.) обитают в толще воды или на дне пресных и морских водоемов, сухопутные (насекомые, паукообразные, некоторые моллюски, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие) - на поверхности суши, на деревьях, в траве, под камнями и т. д.; почвенные (клещи, насекомые, черви, грызуны) - в толще почвы, в лесной подстилке, в норах и т. д.; летающие (птицы, насекомые, рукокрылые) приспособлены к полету, имеют крылья.
В зависимости от пищевого рациона животных делят на фитофагов, зоофагов и сапрофагов. Фитофаги (травоядные насекомые, парнокопытные и непарнокопытные млекопитающие) питаются растительной пищей. Зоофаги (хищные птицы, млекопитающие, рептилии) - питаются животной пищей, при этом хищники поедают других, чаще более мелких животных, убивая их. Паразиты питаются за счет организма хозяина на протяжении определенного периода, что, как правило, не приводит к его гибели. Сапрофаги употребляют в пищу органические вещества. Некрофаги (жуки-могильщики, грифы, марабу, гиены, шакалы) являются трупоедами. Копрофаги (жуки-навозники, личинки мух) питаются экскрементами крупных животных. Детритофаги (личинки насекомых, малощетинковые и круглые черви, лини, бычки и др.) питаются детритом - частично разложившимся органическим веществом.
Значение животных. Животные являются компонентами биогеоценозов и цепей питания. Насекомые (энтомофилия), птицы (орнитофилия) и рукокрылые млекопитающие (зоофилия) опыляют растения. Земляные и дождевые черви, почвенные клещи, личинки насекомых, термиты участвуют в почвообразовании и повышении плодородия почвы. Наездники, пауки и птицы уничтожают вредных насекомых. Хищники и паразиты являются регуляторами численности популяций животных. Некрофаги - «санитары» природы.
В жизни человека значение животных чрезвычайно велико. Они служат источником продуктов питания (ракообразные, моллюски, рыбы, птицы, млекопитающие) и объектами охоты и промысла (рыбы, птицы, млекопитающие). Кожа, шерсть и мясо животных - источник сырья для промышленности. Навоз и птичий помет используются в сельском хозяйстве в качестве органического удобрения. Аквариумные рыбки, домашние птицы, кошки, собаки играют большую эстетическую роль. Лабораторные животные (морские свинки, мыши, крысы, кошки, собаки, обезьяны) используются в научных экспериментах в качестве биологических моделей. Змеиный и пчелиный яд, мед, прополис, оленьи рога являются сырьем для лекарственных препаратов.
Некоторые животные имеют отрицательное значение. Саранча, жуки, гусеницы бабочек являются вредителями культурных растений и снижают их урожайность. Медузы, пауки, пчелы, змеи - это ядовитые животные, их укусы могут быть смертельными для человека. Многие гельминты и членистоногие - возбудители и переносчики возбудителей паразитарных заболеваний человека и домашних животных.