Где у медузы расположены глаза?

Интересные факты про медуз

Среди самых необычных животных на Земле, медузы также являются одними из древнейших, с эволюционной историей, насчитывающей сотни миллионов лет. В этой статье, мы раскрываем для вас 10 основных фактов о медузах, начиная от того, как эти беспозвоночные передвигаются через толщу воду и до того, как они жалят свою добычу.

1. Медузы классифицируются, как стрекающие, или книдарии

Названные в честь греческого слова “морская крапива,” книдарии являются морскими животными, характеризующиеся желеобразной структурой тела, радиальной симметрией, и стрекательными клетками “книдоцит” на щупальцах, которые буквально взрываются при захвате добычи. Существует около 10 000 видов книдарий, примерно половина из которых относятся к классу коралловые полипы, а другая половина включает гидроидных, сцифоидных и кубомедуз (группа животных, которых большинство людей называют медузами).

Стрекающие являются одними из самых древних животных на земле; корни их окаменелостей уходят почти на 600 миллионов лет назад!

2. Существует четыре основных класса медуз

Сцифоидные и кубомедузы – два класса стрекающих, включающие классических медуз; основное различие между ними заключается в том, что кубомедузы имеют кубоподобную форму колокола, и немного быстрее сцифоидных медуз. Есть, также гидроидные (большинство видов которых не проходят через стадию полипа) и staurozoa – класс медуз, которые ведут малоподвижный образ жизни, прикрепляясь к твердой поверхности.

Все четыре класса медуз: сцифоидные, кубомедузы, гидроидные и staurozoa относятся к подтипу книдарий – medusozoa.

3. Медузы являются одними из простейших животных в мире

Что вы можете сказать о животных без центральной нервной, сердечно-сосудистой и дыхательной систем? По сравнению с позвоночными животными, медузы чрезвычайно простые организмы, характеризующиеся главным образом волнообразными колоколами (в которых находится желудок) и щупальцами с множеством стрекательных клеток. Их почти прозрачные тела состоят всего из трех слоев наружного эпидермиса, среднего мезоглея, а внутренняя гастродерма и вода составляют 95-98 % от общего объема, по сравнению с 60 % у среднестатистического человека.

4. Медузы формируются из полипов

Как у многих животных, жизненный цикл медуз начинается с яиц, которые оплодотворяются самцами. После этого, все становится немного сложнее: то, что появляется из яйца является свободно плавающей планулой (личинкой), которая выглядит как гигантская инфузория туфелька. Затем, планула присоединяется к твердой поверхности (морское дно или скалы) и развивается в полип, напоминающий миниатюрные кораллы или актинии. Наконец, после нескольких месяцев или даже лет, полип открепляется и развивается в эфиру, которая вырастает во взрослую медузу.

5. Некоторые медузы имеют глаза

У кобомедуз есть пару десятков светочувствительных клеток в виде глазного пятна, но в отличии от других морских беспозвоночных, некоторые их глаза имеют роговицу, линзы и сетчатку. Эти сложные глаза расположены парами по окружности колокола (один направлен вверх, а другой вниз, обеспечивая обзор 360 градусов).

Глаза используются для поиска добычи и защиты от хищников, но их основной функцией является правильная ориентация медуз в толще воды.

6. У медуз уникальный способ доставки яда

Самые ядовитые животные в мире, как правило, выпускают свой яд во время укуса, но не медузы (и другие кишечнополостные), которые в процессе эволюции развили специализированные органы, называемые нематоцистами. При стимуляции щупалец медуз, в стрекательных клетках создается огромное внутреннее давление (около 900 кг на квадратный дюйм) и они буквально взрываются, прокалывая кожу несчастной жертвы, чтобы доставить тысячи крошечных доз яда. Нематоцисты настолько мощны, что могут активироваться даже тогда, когда медуза выброшена на берег или умирает.

7. Морская оса – самая опасная медуза

Большинство людей боятся ядовитых пауков и гремучих змей, но наиболее опасным для человека животным на планете может быть вид медуз – морская оса (Chironex fleckeri). С колоколом размером с баскетбольный мяч, а также щупальцами до 3 м в длину, морская оса рыщет в водах возле Австралии и Юго-Восточной Азии, и по меньшей мере 60 человек лишилось из-за нее жизни в прошлом веке.

Незначительное прикосновение щупалец морской осы вызывает мучительную боль, а более тесный контакт с этими медузами способен убить взрослого человека за пару минут.

8. Передвижение медуз напоминает работу реактивного двигателя

Медузы оснащены гидростатическими скелетами, изобретенные эволюцией сотни миллионов лет назад. По сути, колокол медузы представляет собой заполненную жидкостью полость, окруженную круговыми мышцами, которые выпрыскивают воду в противоположном движению направлении.

Гидростатический скелет также встречается у морских звезд, червей и других беспозвоночных. Медузы могут двигаться вместе с океанскими течениями, тем самым избавив себя от лишних усилий.

9. Один из видов медуз может быть бессмертным

Как и большинство беспозвоночных животных, медузы имеют небольшую продолжительность жизни: некоторые мелкие виды живут лишь часы, в то время как самые крупные виды, например, медуза львиная грива может прожить несколько лет. Спорно, но некоторые ученые утверждает, что медузы вида Turritopsis dornii бессмертны: взрослые особи способны возвращаться к стадии полипа (см. пункт 4), и, таким образом, теоретически возможен бесконечный жизненный цикл.

К сожалению, такое поведение наблюдалась только в лабораторных условиях, и Turritopsis dornii может легко умереть многими другими способами (например, стать обедом для хищников или оказаться выброшенной на пляж).

10. Группу медуз называют “роем”

Помните сцену из мультфильма в поисках Немо, где Марлон ис Дори должны преодолеть путь через огромное скопление медуз? С научной точки зрения группа медуз, состоящая из сотен или даже тысяч отдельных особей, называется “роем”. Морские биологи заметили, что большие скопления медуз наблюдаются все чаще, и могут служить индикатором загрязнения морей или глобального потепления. Рои медуз, как правило, образуются в теплой воде, а также медузы способны процветать в бескислородных морских условиях, которые не пригодны для жизни других беспозвоночных такого размера.

Медузы дали людям глаз

Хотя на эволюционном древе медузы отстоят от человека куда дальше, чем насекомые, их глаза оказались гораздо ближе к человеческим

Хотя на эволюционном древе медузы отстоят от человека куда дальше, чем насекомые, их глаза оказались гораздо ближе к человеческим. Судя по всему, все животные обладают одним и тем же генетическим запасом для построения глаза. Но по каким-то причинам черви и насекомые решили воспользоваться не теми генами, что приглянулись и позвоночным, и так отличающимся от них кишечнополостным.

Свет не просто даёт жизнь. Для многих обитателей нашей планеты он же несёт в себе тысячи и миллионы бит информации. Кто-то извлекает из неё максимум – вплоть до способности видеть инфракрасное и ультрафиолетовое излучение и даже угол поляризации света. Человечество же ограничивается рецепцией трёх цветов, а абсолютному большинству видов достаточно градаций серого.

И у одноклеточных водорослей, и у сложноорганизованных глаз птиц работает один и тот же принцип возбуждения светочувствительного пигмента, хотя сами пигменты отличаются. Но это не единственное, что их объединяет: как выяснили Збынек Козмик и его коллеги, генетические последовательности, обеспечивающие развитие глаза у кишечнополостных и позвоночных, очень похожи. Работа учёных опубликована в последнем номере Proceedings of the National Academy of Sciences.

Главная чувствительная составляющая глаза – фоторецептор, превращающий свет определенной длины волны во внутриклеточный, а затем и в межклеточный сигнал. Из-за их внешнего вида фоторецепторы делят на две большие группы: рабдомные (безресничные), характерные для беспозвоночных, и реснитчатые, используемые черепными.

Отличаются они не только по строению, но и по принципу действия. Рабдомы используют в качестве светочувствительных молекул r-опсин и фосфолипазу С, в то время как реснитчатые – c-опсин и фосфодиэстеразу.

Эти, казалось бы, несущественные для непосвященных отличия для биологов имеют принципиальное значение, подчеркивая отдельные пути развития органов зрения.

Вторая общая черта – темный пигмент, уменьшающий рассеивание фотонов и “концентрирующий” свет непосредственно на фоторецепторе. У позвоночных это меланин, а вот у всех остальных арсенал разнообразнее – птерины у кольчатых червей, птерины и оммохромы у насекомых, а сам меланин встречается у простейших планарий.

Глаза кубомедуз, появившихся на нашей планете сотни миллионов лет назад, весьма похожи на наши даже по строению: у них есть примитивная роговица, хрусталик и сетчатка.

Теперь к ним добавились и общие генетические “корни” с глазами позвоночных.

Козмик установил, что в развитии глаз как медуз, так и более совершенных созданий участвуют одни и те же транскрипционные факторы, среди которых ключевую роль играет фактор Mitf. Кроме того, медузы, в отличие от остальных беспозвоночных тварей, используют меланин, а в их нервной системе встретился и c-опсин, характерный для более высокоорганизованных организмов.

Эти находки можно объяснить тем, что наши глаза – далекие “потомки” светочувствительных органов кишечнополостных, программа развития которых в “законсервированном” состоянии дошла до нас через не воспользовавшихся ею червей. Однако ученые настаивают на независимых путях развития, подразумевая, что все организмы в данном аспекте обладают примерно одинаковым генетическим “запасом”, но медузы, в отличие от насекомых, червей и рачков, выбрали тот же путь, что и позвоночные.

Причем и стрекающие, и черепные активно используют опсины, не задействованные в зрении. У тех и у других “противоположный” опсин участвует в развитии мозга – если, конечно, так можно назвать небольшие нервные сплетения по периметру купола медузы. У позвоночных в состав палочек и колбочек входит c-опсин, а r-опсин в ганглионарных клетках сетчатки, судя по всему, отвечает за подстройку циркадианных ритмов по свету.

Эта работа еще раз подтвердила, что принцип “умные люди мыслят одинаково” работает и в эволюции, будь это выбор пути оплодотворения или способ формирования глаза. А наличие генетического “багажа” вовсе не обязывает к его использованию.

Семидоменные “змеевидные” белки с молекулярными весом около 40 кДа. Выделены и проанализированы у многих позвоночных и беспозвоночных животных, и хотя несколько различаются по величине, все имеют ту же самую семидоменную структуру. Принадлежат к большому надсемейству эволюционно родственных белков, которые включают к тому же не только обонятельные рецепторные белки, но и большое количество синаптических рецепторных молекул. В последние годы показано, что не только пигмент меланофоров – меланопсин – имеет такую же молкулярную структуру, но в форме бактериородопсина обнаружен и в бактериях.

Органы зрения медуз

У самых примитивных медуз органы зрения отличают лишь светлое (верх) и темное (низ). У более развитых медуз зрительные клетки образуют углубление – «бороздку». Подобные глаза точнее определят, где находится источник света.

У таких медуз, как морская оса появляются выпуклые «глаза-линзы», очень похожие на человеческие органы зрения. Внутри подобного глаза тоже имеется стекловидное тело. Перед ним расположен хрусталик, фокусирующий свет. Он покрыт прозрачной роговицей. Позади стекловидного тела лежит сетчатка. Она улавливает сфокусированные световые лучи. Ее положение регулируется. Возможно, глаза медузы способны одинаково резко видеть объекты, находящиеся на разном расстоянии от нее.

Все 24 глаза морской осы расположены вокруг ее ротового отверстия. Они отчетливо делятся на четыре группы. Каждая включает два выпуклых глаза и четыре более простых, представляющих собой клетки, чувствительные к свету. Почти все глаза глядят в сторону ротового отверстия. Поэтому биологи долгое время считали, что они нужны медузе, чтобы осматривать добычу, которую та поймала своими щупальцами, умертвила и поднесла ко рту.

Лишь недавно были обнаружены тончайшие мышечные волокна, с помощью которых морская оса вращает глазами во все стороны. Пока еще неясно, каким образом глаза медузы отображают окружающий ее мир. Недавние опыты показали, что эти глаза поразительно чувствительны. Так, морские осы замечали спичку, зажженную в полутора метрах над водой. Другие медузы намеренно подплывали к слабо мерцавшему фонарику, зажженному в глубине моря. При этом морские осы еще и проявляли отличную координацию. Они старались не прикасаться друг к другу и не распускать свои длинные ядовитые щупальца. Получается, что подобные сложные задачи решают существа, не имеющие головного мозга – органа, который преобразует увиденное в трехмерную картинку и управляет мышцами.

(Cubozoa) – класс кишечнополостных, которым присущи сложные глаза, формирующие изображения, и сложнейшее среди книдарий поведение, включая внутреннее оплодотворение по меньшей мере в одного вида. Некоторые из кубических медуз могут быть опасными для человека – известны смертельные случаи вследствие их ожогов.

Продолжительное время кубические медузы считались родом класса стрекающих, но недавние исследования доказали необходимость выделения их в таксон более высокого ранга – отдельный класс. В классе Cubozoa один род, Cubomedusae, с двумя семействами, в которые входят 19 отдельных видов. На настоящее время найден лишь один ископаемый представитель этого класса, Anthracomedusa turnbulli, который был обнаружена близ Чикаго (США). Эта ископаемая медуза жила 323–290 миллионов лет тому, имела квадратный в разрезе купол и собранные в пучки щупальца, и вообще может быть отнесена к семейству Chiodropidae.

В целом, анатомически стадия медузы и полипа кубических медуз восточная с такими в классе Scyphozoa. Наиболее характерной особенностью кубических медуз, что отличает их от медуз других классов, например, Кишечнополостных, является купол прямоугольной в разрезе формы. Манубриум (удлинённая основа, на конце которой находится ротовое отверстие) и рот расположенные внутри куполу, ротовое отверстие обычно находится на уровне края зонтика. Зонтик имеет мускулистые лопасти, к которым присоединяются щупальца.

Семейству Chirodropidae присущее наличие нескольких щупалец на каждой лопасти, а семействе Carybdeidae – лишь одного. Между лопастями расположенные уникальные (как для кишечнополостных) сенсорные структуры – ропалии: каждая из ропалий составляется из органа равновесия (аналогично по строению со стрекающими) и из шести глаз. Четверо глаз, при этом, простые, а двое – относительно сложные, и составляются роговицы эпидермального происхождения, сферического клеточного хрусталика и вертикальной сетчатки.

Кубические медузы могут быть найдены почти во всех тропических и субтропических водах с нормальной океанической солёностью (около 35 промилле). Два вида – Carybdea marsupialis и Carybdea rastoni – известные также из вод умеренного пояса. Скорее всего, данные о распространении кубических медуз неполные, учитывая их небольшие размеры, скрытый образ жизни и общую прозрачность тела, которые мешают наблюдениям.

По обыкновению кубические медузы встречаются в неглубоких прибрежных водах, с песчаным субстратом. Чаще всего их можно встретить расположенными вертикально низко над дном в течение дня и возле поверхности воды ночью. Водные наблюдения за кубическими медузами очень трудны, потому что при приближении водолаза они целеустремлённо и быстро плывут прочь. Один из видов, Carybdea sivickisi, имеет липкие присоски на внешней поверхности купола, с помощью которых она прикрепляется к субстрату – это сближает её со стрекающими медузами рода Stauromedusae.

Кубическим медузам присуще наиболее сложное поведение во всём классе кишечнополостных. Они являются активными пловцами, способными передвигаться со скоростью 3-6 метров на минуту. Также они имеют положительный фототаксис (то есть двигаются в направлении света) и активны и днем, и ночью, хотя питаются преимущественно перед закатом солнца и ночью. Зрение, в отличие от большинства других кишечнополостных, у кубических медуз играет большую роль в процессах питания и размножения.

Для чего медузам сложные глаза?

Кубомедузы отличаются от всех остальных медуз активным охотничьим поведением и хорошо развитыми камерными глазами, сходными по строению с глазами позвоночных. Хрусталик камерного глаза обладает прекрасными оптическими свойствами и передает изображение практически без искажений. Однако выяснилось, что фокусное расстояние превышает расстояние до сетчатки, поэтому глаз не может видеть мелких деталей, а лишь крупные объекты. Тем не менее, похоже, кубомедузы успешно используют такое зрение для решения конкретных задач.

Кубомедузы известны тем, что среди них сравнительно много ядовитых видов (см. также «Опасные обитатели моря»), например так называемые морские осы (Chironex fleckeri). Они встречаются в основном на мелководье, около песчаных пляжей или в мангровых болотах в Америке, Австралии и Новой Зеландии. Но мало кто знает, что кубомедузы обладают прекрасно развитыми глазами, необычными для беспозвоночных животных. Из-за хорошо развитого зрения этих медуз недавно даже выделили из класса Сцифоидных (Scyphozoa), тип Кишечнополостные, в отдельный класс Cubozoa, поскольку остальные сцифоидные медузы таким зрением не обладают. Еще одно морфологическое отличие нового класса заключается в том, что форма зонтика кубомедуз имеет квадратную форму на поперечном срезе. Единственное исключение составляет Tripedalia cystophora, вид, про который и пойдет речь дальше.

На биологическом факультете Лундского университета в Швеции вот уже несколько лет исследуют зрение кубомедуз Tripedalia cystophora. Эта мелкая медуза (размер ее купола 10 мм) обитает на Ямайке и в Пуэрто-Рико, она активно плавает днем близко к поверхности воды меж мангровых корней. Ее легко разводить в лаборатории, и она хорошо живет и размножается в искусственных условиях. Tripedalia имеет нетипичную, округлую, форму купола, но при этом обладает вполне характерными для кубомедуз глазами, которые располагаются на специфических сенсорных выростах — так называемых ропалиях (их у медузы 4). Каждый ропалий имеет по 6 глаз: 4 простых глазка и два камерных глаза. Верхний и нижний камерные глаза имеют сходное строение и различаются только по размеру. Все главные компоненты типичного камерного глаза присутствуют: роговица, хрусталик, сетчатка, пигментный слой и диафрагма. Изменение интенсивности света приводит к изменению диафрагмы нижнего глаза, тогда как диафрагма верхнего глаза остается постоянной.

Используя особую методику измерений, исследователи Лундского университета изучили преломляющие свойства хрусталиков обоих глаз. Измерения проводили на изолированном хрусталике, помещенном в каплю морской воды под микроскопом. Коэффициент преломления в центре хрусталика независимо от его ориентации оказался равен 1,48, что сравнимо с коэффициентом преломления хрусталиков рыб (Kröger et al., 1994). Прослеживание хода лучей, проходящих через хрусталик, показало идеальные оптические свойства для обоих глаз. Таким образом, лучи, приходящие с самых разных направлений, должны хорошо фокусироваться на сетчатке кубомедузы, в результате чего должно формироваться прекрасное изображение без искажений.

Однако дальнейшие исследования свойств глаза Tripedalia дали неожиданные результаты. Когда в том же Лундском университете построили геометрическую модель глаза, чтобы понять, как изображение фокусируется на сетчатке, оказалось, что, с учетом известного уже коэффициента преломления хрусталика, изображение фокусируется не на сетчатке, а за ней. Таким образом, идеальные преломляющие свойства хрусталиков не используются из-за «неправильной» геометрии глаза.

Исследователи Лундского университета попытались интерпретировать эти результаты по-иному: глаз медузы работает как пространственный низкочастотный фильтр, то есть у глаз намеренно сбита фокусировка, чтобы не видеть мелких деталей. Такой глаз хорошо различает большие и неподвижные объекты, и не видит планктон и разную мелкую взвесь в воде. Если мы вспомним, что кубомедузы в основном обитают на мелководье в мангровых зарослях, то можно предположить, что такое зрение вполне может обеспечивать быстрое плавание и лавирование меж подводных корней и стеблей.

Есть и другая гипотеза, как может использоваться пространственный низкочастотный фильтр. Tripedalia охотится в основном на рачков-копепод. В солнечные дни копеподы образуют плотные скопления в вертикальных столбах света, которые формируются между корней мангровых зарослей. Медуза прекрасно видит световой луч и начинает быстро плавать взад и вперед, много раз пересекая этот луч света. Благодаря этой простой и эффективной стратегии охоты множество копепод захватываются щупальцами медузы. Для этого не требуется хорошо видеть мелкие объекты, но необходимо различать крупные.

Обсуждая оптические свойства глаза, мы совсем не касались проблемы обработки зрительной информации. Нервная система кубомедуз включает в себя нервное кольцо с 8 ганглиями (скоплениями нервных клеток), четыре из которых связаны с ропалиями, а другие четыре иннервируют щупальца. Каждый ропалий буквально «забит» нервными клетками и волокнами. Ученые с удивлением обнаружили, что удаление ропалиев приводит к полной остановке плавательных движений.

Оказалось, что командные мотонейроны, запускающие сокращения зонтика, идут из ропалий. Зрительная информация непосредственно передается на двигательные мотонейроны, минуя вставочные нейроны, поэтому зрительное раздражение может мгновенно запускать двигательную реакцию. Таким образом, анализ зрительной информации, который у высших животных происходит в центральной нервной системе (то есть в мозге), у кубомедуз вынесен на крайнюю периферию. Польза от такой организации нервной системы очевидна.

Источники:
1) Charlotta Skogh, Andreas Garm, Dan-E. Nilsson, Piter Ekström. Bilaterally symmetrical rhopalial nervous system of the box jellyfish Tripedalia cystophora // Journal of Morphology. 2006. Published Online: 27 Julу 2006. DOI: 10.1002/jmor.10472.
2) Dan-E. Nilsson, Lars Gislén, Melissa M. Coates, Charlotta Skogh, Andreas Garm. Advanced optics in a jellyfish eye // Nature. 2005. V. 435. P. 201-205.
3) Rüdiger Wehner. Brainless eyes // Nature. 2005. V. 435. P. 157-159.
4) Melissa M. Coates. Visual ecology and functional morphology of Cubozoa (Cnidaria) (полный текст) // Integrative and Comparative Biology. 2003. V. 43(4). P. 542-548.
5) R. H. H. Kröger, C. W. Campbell, R. Munger, R. D. Fernald. Refractive index distribution and spherical aberration in the crystalline lens of the African cihlid fish Haplochromis burtoni // Vision Research. 1994. V. 34. P. 1815-1822.

Источники:

http://natworld.info/zhivotnye/interesnye-fakty-pro-meduz
http://myslo.ru/news/arhiv/news-18287
http://elementy.ru/news/430356