Хордові: загальні ознаки і різноманітність

Тип Хордові (Chordata) об'єднує тварин, які мають чотири унікальні ознаки, що вирізняють їх з-поміж усіх інших типів тварин. Ці ознаки проявляються на певних стадіях розвитку, а в багатьох представників зберігаються все життя. Розгляньмо кожну з них.

Хорда — внутрішній осьовий скелет

Хорда — це пружний еластичний тяж, що складається з великих вакуолізованих клітин. Вона розташована на спинному боці тіла, безпосередньо над кишечником. Хорда виконує функцію внутрішнього осьового скелета — до неї кріпляться м'язи, і вона надає тілу опори. У більшості хребетних тварин під час ембріонального розвитку хорду заміщує хребет, що складається з хребців. Однак у деяких груп, зокрема в осетрових риб (осетер, стерлядь), хорда зберігається впродовж усього життя, а хребці лише частково її оточують.

Нервова трубка

Центральна нервова система хордових має вигляд трубки з порожниною всередині (невроцель). Вона розташована над хордою, на спинному боці тіла. У хребетних тварин передній відділ нервової трубки розширюється й утворює головний мозок, а решта трубки стає спинним мозком, який міститься в хребтовому каналі всередині хребців. Така будова принципово відрізняє хордових від безхребетних, у яких нервова система має вигляд ланцюжка або драбинки на черевному боці.

Зяброві щілини

Зяброві щілини — це наскрізні отвори в стінці глотки, що з'єднують її порожнину із зовнішнім середовищем. У риб ці щілини зберігаються все життя й слугують для дихання: вода проходить через глотку, омиває зябра, розташовані на зябрових щілинах, і кров насичується киснем. У плазунів, птахів і ссавців зяброві щілини закладаються лише в зародків на ранніх стадіях розвитку, а згодом заростають; у земноводних вони зберігаються в личинок (у жаб — пуголовків), які дихають зябрами, і заростають під час метаморфозу. Це свідчить про спільне походження всіх хордових від водних предків.

Серце на черевному боці

Серце хордових розташоване на черевному боці тіла, під кишечником. Кровоносна система хордових замкнена — кров тече лише по судинах, не виливаючись у порожнину тіла. Це важлива відмінність від багатьох безхребетних, у яких серце або скоротлива судина розташовані на спинному боці.

Поперечний переріз хордової тварини

Якщо уявити поперечний переріз тіла хордової тварини й рухатися від спинного боку до черевного, порядок органів буде таким:

• нервова трубка (найближче до спини)

• хорда (або хребет, що її заміщує)

• кишечник

• серце (на черевному боці)

Цей порядок — ключовий для розуміння плану будови хордових.

Щоб краще зрозуміти місце хордових у системі тваринного світу, варто порівняти їхній план будови з планом будови безхребетних, зокрема кільчастих червів і членистоногих.

Спільні риси з кільчастими червами

Хордові й кільчасті черви мають кілька спільних ознак, які свідчать про їхнє походження від спільних предків:

• тришаровість — тіло утворене з трьох зародкових листків (ектодерми, мезодерми, ентодерми);

• двобічна (білатеральна) симетрія;

• вторинна порожнина тіла (цілом) — простір між стінкою тіла й внутрішніми органами, вистелений мезодермою;

• замкнена кровоносна система — кров тече лише по судинах.

Принципова відмінність: положення нервової системи й серця

Найважливіша відмінність між хордовими й безхребетними стосується розташування нервової системи й серця:

Отже, у безхребетних нервовий ланцюжок лежить на черевному боці, а серце чи скоротлива спинна судина — на спинному. У хордових усе навпаки: нервова трубка на спинному боці, а серце — на черевному. Це називають «інверсією» плану будови.

Інші відмінності

• Внутрішній скелет хордових (хорда або хребет) росте разом з організмом, тому для росту не потрібне линяння. Натомість членистоногі мають зовнішній скелет, який не росте, і вони змушені линяти.

• У хордових є хвостовий відділ тіла, розташований позаду анального отвору. У безхребетних анальний отвір зазвичай міститься на задньому кінці тіла, і хвоста позаду нього немає.

Різноманітність хордових

Тип Хордові поділяють на три підтипи:

• Безчерепні, або Головохордові (ланцетник) — хорда зберігається все життя, черепа й головного мозку немає. Це невелика група; в офіційній програмі НМТ ланцетника немає, тому його згадуємо лише для загального уявлення.

• Оболонкові, або Личинкохордові (асцидії) — морські тварини, у більшості з яких хорда є лише в личинки, а доросла особина веде прикріплений спосіб життя.

• Хребетні (черепні) — переважна більшість хордових. Хорду заміщує хребет, є череп і головний мозок. До хребетних належать шість класів, які вивчають за програмою НМТ: хрящові риби, кісткові риби, земноводні (амфібії), плазуни (рептилії), птахи та ссавці.

Будова серця й кількість кіл кровообігу — ключові ознаки, за якими розрізняють класи хребетних. Простежмо, як ускладнювалася кровоносна система в процесі еволюції.

Риби: двокамерне серце, одне коло кровообігу

Серце риб складається з двох камер: передсердя й шлуночка. У серці тече лише венозна кров (насичена вуглекислим газом). Від шлуночка кров іде до зябер, де збагачується киснем, а потім розноситься по тілу. Після віддачі кисню кров повертається до серця. Таким чином, кров проходить лише одне коло — велике коло кровообігу, яке водночас виконує функцію малого, оскільки насичення киснем відбувається в зябрах.

Земноводні: трикамерне серце, два кола кровообігу

У земноводних (жаб, саламандр) серце трикамерне: два передсердя (праве й ліве) і один шлуночок. З'являються два кола кровообігу — мале (легеневе) і велике. Праве передсердя отримує венозну кров від тіла, ліве — артеріальну кров від легень. Обидва передсердя виштовхують кров у спільний шлуночок, де артеріальна й венозна кров частково змішуються. Тому до органів надходить змішана кров, що менш ефективно забезпечує тканини киснем.

Плазуни: трикамерне серце з неповною перегородкою

У більшості плазунів (ящірок, змій, черепах) серце також трикамерне, але в шлуночку є неповна перегородка. Вона частково розділяє шлуночок на ліву й праву половини, тому артеріальна й венозна кров змішуються менше, ніж у земноводних. Виняток становлять крокодили — у них серце чотирикамерне (два передсердя й два шлуночки), як у птахів і ссавців.

Птахи й ссавці: чотирикамерне серце

У птахів і ссавців серце чотирикамерне: два передсердя й два шлуночки. Ліва й права половини серця повністю розділені, тому артеріальна й венозна кров не змішуються. Лівий шлуночок виштовхує артеріальну кров у велике коло, а правий — венозну кров у мале коло. Є одна відмінність: у птахів від лівого шлуночка відходить права дуга аорти, а в ссавців — ліва дуга аорти.

Закономірність еволюції

Розділення артеріальної й венозної крові пов'язане з інтенсивністю обміну речовин і сталістю температури тіла. Чим більше кисню отримують тканини, тим активнішим може бути метаболізм. Птахи й ссавці підтримують сталу температуру тіла (теплокровність), тому їм потрібне повне розділення крові. Риби, земноводні й плазуни мають температуру тіла, що залежить від середовища, і в них змішування крові є допустимим.

Органи дихання, покриви тіла й здатність підтримувати сталу температуру — це ознаки, за якими легко розрізнити класи хребетних. Розгляньмо їх у вигляді таблиці.

Зверни увагу на ключові пари «ознака — клас», за якими найлегше розпізнати клас хребетних:

• бічна лінія й зябра все життя — риби;

• гола слизова шкіра, дихання легенями й шкірою — земноводні;

• рогові луски й лише легеневе дихання — плазуни;

• повітряні мішки й пір'я — птахи;

• молочні залози й діафрагма — ссавці.

Детальніше про дихання

Риби дихають зябрами впродовж усього життя. Земноводні мають прості мішкоподібні легені, але додатково дихають через вологу шкіру, багату на капіляри. Їхні личинки (пуголовки) дихають зябрами. Плазуни дихають лише легенями, у них формується грудна клітка, яка забезпечує вентиляцію легень. Птахи мають легені, з'єднані з повітряними мішками, що забезпечує подвійне дихання — безперервний потік кисню через легені як під час вдиху, так і під час видиху. Ссавці дихають легенями альвеолярної будови, а вентиляцію забезпечує діафрагма — куполоподібний м'яз, що відокремлює грудну порожнину від черевної.

Детальніше про покриви

Шкіра риб вкрита лускою (кістковою або плакоїдною) і рясним слизом, який зменшує тертя об воду. У земноводних шкіра гола, волога, з великою кількістю слизових залоз — вона бере участь у диханні. Плазуни мають суху шкіру з роговими лусками, які захищають тіло від висихання; у міру росту вони линяють. Птахи вкриті пір'ям, шкіра суха, єдина залоза — куприкова (виробляє жир для змащування пір'я). Ссавці мають шерсть, а в шкірі є потові, сальні й молочні залози.

Температура тіла

Риби, земноводні й плазуни — холоднокровні (пойкілотермні) тварини: температура їхнього тіла залежить від температури навколишнього середовища. Птахи й ссавці — теплокровні (гомойотермні): вони підтримують сталу температуру тіла завдяки інтенсивному обміну речовин, теплоізоляції (пір'я, шерсть, підшкірний жир) і механізмам терморегуляції.

Розгляньмо типові завдання НМТ на тему хордових. Кожен приклад супроводжується покроковим розв'язанням.

Приклад 1. Порядок органів на поперечному перерізі

Завдання: Визнач правильний порядок розташування органів на поперечному перерізі тіла хордової тварини від спинного боку до черевного.

• А) хорда → нервова трубка → кишечник → серце

• Б) нервова трубка → хорда → кишечник → серце

• В) серце → кишечник → хорда → нервова трубка

• Г) кишечник → нервова трубка → хорда → серце

Розв'язання: Згадаймо поперечний переріз хордової тварини. Найближче до спини лежить нервова трубка. Під нею — хорда (або хребет, що її заміщує). Ще нижче — кишечник. І нарешті, на черевному боці — серце. Отже, правильний порядок: нервова трубка → хорда → кишечник → серце.

Відповідь: Б.

Чому інші варіанти неправильні:

• А) хорда → нервова трубка — нервова трубка лежить над хордою, а не під нею.

• В) серце → кишечник → хорда → нервова трубка — це порядок від черевного боку до спинного, а не навпаки.

• Г) кишечник → нервова трубка → хорда → серце — кишечник не може бути зверху, він лежить під хордою.

Приклад 2. Логічні пари: ознака — клас хребетних

Завдання: Установи відповідність між ознакою (1–4) і класом хребетних (А–Д).

Розв'язання: Зіставляємо кожну ознаку з відповідним класом:

• 1 → А (гола слизова шкіра й дихання шкірою — ознаки земноводних);

• 2 → Б (повітряні мішки й куприкова залоза — ознаки птахів);

• 3 → В (молочні залози й діафрагма — ознаки ссавців);

• 4 → Г (рогові луски й лише легеневе дихання — ознаки плазунів).

Відповідь: 1-А, 2-Б, 3-В, 4-Г. Кісткові риби (Д) — зайве.

Приклад 3. У серці якої тварини тече лише венозна кров?

Завдання: У серці якої з перелічених тварин тече лише венозна кров?

• А) жаба ставкова

• Б) окунь річковий

• В) сизий голуб

• Г) ящірка прудка

Розв'язання: Згадаймо, що в риб серце двокамерне, і в ньому тече лише венозна кров. Кров збагачується киснем у зябрах, а до серця повертається венозна кров. Окунь річковий — кісткова риба. У жаби (земноводне) серце трикамерне, у шлуночку кров змішується. У голуба (птах) і ящірки (плазун) серце чотирикамерне або трикамерне з неповною перегородкою, але в жодному разі в серці не тече лише венозна кров.

Відповідь: Б (окунь річковий).

Чому інші варіанти неправильні:

• А) жаба ставкова — у шлуночку змішується артеріальна й венозна кров.

• В) сизий голуб — серце чотирикамерне, ліва половина містить артеріальну кров.

• Г) ящірка прудка — у шлуночку є неповна перегородка, кров частково змішується, але венозна кров не є єдиною в серці.

Приклад 4. Два судження учнів про зяброві щілини

Завдання: Роман і Оля обговорюють зяброві щілини. Роман каже: «Зяброві щілини є лише в риб». Оля каже: «У зародків птахів і ссавців у глотці закладаються зяброві щілини». Хто має рацію?

• А) лише Роман

• Б) лише Оля

• В) обидва

• Г) жоден

Розв'язання: Зяброві щілини — одна з чотирьох головних ознак хордових. У риб вони зберігаються все життя й слугують для дихання. У плазунів, птахів і ссавців зяброві щілини закладаються в зародків на ранніх стадіях розвитку, а згодом заростають; у земноводних вони зберігаються в личинок і заростають під час метаморфозу. Отже, Роман помиляється — зяброві щілини закладаються не лише в риб. Оля має рацію — у зародків птахів і ссавців вони справді закладаються.

Відповідь: Б (лише Оля).

Під час вивчення хордових учні часто припускаються одних і тих самих помилок. Ось найпоширеніші з них — запам'ятай їх, щоб не втратити бали на НМТ.

• Помилка: розміщують нервову трубку під хордою. Насправді нервова трубка лежить над хордою, на спинному боці тіла. Запам'ятай порядок згори донизу: нервова трубка → хорда → кишечник → серце.

• Помилка: вважають, що зяброві щілини є лише в риб. Насправді зяброві щілини — загальна ознака всіх хордових. У плазунів, птахів і ссавців вони закладаються в зародків, а потім заростають; у земноводних зберігаються в личинок до метаморфозу.

• Помилка: плутають положення серця. У хордових серце на черевному боці, під кишечником. У членистоногих і кільчастих червів серце або скоротлива судина — на спинному боці. Це протилежне розташування.

• Помилка: вважають, що в дорослих хребетних завжди зберігається хорда. Насправді в більшості хребетних хорду заміщує хребет. Виняток — осетрові риби (осетер, стерлядь), у яких хорда зберігається все життя.

• Помилка: вважають серце плазунів чотирикамерним. Насправді в більшості плазунів серце трикамерне з неповною перегородкою в шлуночку. Чотирикамерне серце мають лише крокодили.

• Помилка: вважають, що в серці риби тече артеріальна кров. Насправді в серці риби тече лише венозна кров. Артеріальною кров стає після проходження через зябра, а до серця вона повертається вже венозна.

Тема «Хордові: загальні ознаки і різноманітність» входить до теми 3.14 програми НМТ з біології. Розберімося, у яких завданнях і як саме перевіряють цей матеріал.

Місце в програмі

Тема 3.14 програми НМТ охоплює хордових — загальні особливості й різноманітність, а також класи риб, амфібій, рептилій, птахів і ссавців. Від тебе вимагають знати загальні ознаки хордових і візуально розпізнавати ознаки таксонів. Додатково тема 3.12 вимагає порівнювати кровоносну, дихальну й нервову системи різних груп, а також скелет і головний мозок хребетних.

Формати завдань

На НМТ з біології використовують дві форми завдань, які стосуються цієї теми:

• Завдання 1–24 — вибір однієї відповіді з чотирьох (А–Г). Кожне оцінюється в 1 бал. Тут можуть перевіряти розташування органів на поперечному перерізі, будову серця, органи дихання, покриви тощо.

• Завдання 25–28 — логічні пари 1–4 → А–Д, де одна буква зайва. Кожна правильно встановлена пара дає 1 бал, максимум — 4 бали. У демоваріанті 2026 року завдання № 27 стосувалося теми 3.14 (з додатковою темою 3.12) і містило зображення А–Д. Ця форма чудово підходить для пар «ознака → клас хребетних».

Стратегія підготовки

Тримай у голові таблицю «серце — дихання — покриви — температура» для п'яти класів хребетних і звіряй з нею кожен варіант відповіді. Це допоможе швидко визначити правильну відповідь у завданнях на відповідність і у виборі однієї правильної відповіді.

• Хордові мають чотири головні ознаки: хорда (внутрішній осьовий скелет), нервова трубка над нею, зяброві щілини в глотці та серце на черевному боці.

• У хребетних хорду заміщує хребет, а нервова трубка утворює головний і спинний мозок.

• У безхребетних нервовий ланцюжок на черевному боці, а серце — на спинному; у хордових навпаки: нервова трубка на спинному, серце на черевному.

• Серце: риби — 2 камери (лише венозна кров), земноводні — 3 (кров змішується), плазуни — 3 з неповною перегородкою, птахи й ссавці — 4 (кров не змішується).

• Дихання: риби — зябра, земноводні — легені й шкіра, плазуни — лише легені, птахи — легені з повітряними мішками, ссавці — легені з альвеолами й діафрагма.

• Сталу температуру тіла мають лише птахи й ссавці; риби, земноводні й плазуни — холоднокровні.