Дождевые черви для повышения урожая

Органы выделения

Функция выделения выполняется у дождевых червей (как у всех кольчецов) трубчатыми органами, расположенными попарно в каждом сегменте, кроме самых передних. Эти органы называются нефридиями, что означает по-гречески «орган, подобный почке». Нефридии расположены в полости тела по бокам от кишечника. Каждый из них представляет собой извитую трубку, начинающуюся внутри тела отверстием в полость тела, расположенным на головчатом расширении, клетки которого снабжены ресничками. Это расширение называют, по аналогии со сходными образованиями у более примитивных кольчецов, воронкой. Почти непосредственно за воронкой нефридий прободает межсегментную перегородку и проникает в следующий сегмент тела.

Там он сначала образует сильно извитую тонкую трубку, которая переходит в более широкую среднюю часть нефридия, снабженную ресничками. Затем нефридий, делая несколько петель, переходит в выводную часть, которая кончается на брюшной стороне тела наружным отверстием, или нефридиальной порой. Снаружи ее найти очень трудно, так как края ее всегда плотно сомкнуты. Недалеко от нефридиальной поры имеется расширение нефридиальной трубки, представляющее собой нечто вроде мочевого пузыря. Нефридии снабжены очень богатой сетью кровеносных сосудов. Кровь, выходящая из нефридия, поступает в поперечный, а из него – в спинной сосуд.

Строение нефридия дождевого червя: 1 – воронка; 2 – диссепимент; 3 – извитая часть трубки нефридия; 4 – ресничная часть трубки нефридия; 5 – «мочевой пузырь»; 6 – пора нефридия; 7 – наружная петля

Следует заметить, что у одного из дождевых червей (Allolobophora autipae) нефридиальные трубки не открываются независимыми друг от друга порами, а их наружные части впадают в продольные выделительные каналы, которые проходят справа и слева вдоль всего тела и на заднем его конце впадают в кишечник недалеко от анального отверстия. Таким образом, здесь намечается соединение выделительного аппарата в одно анатомическое целое и устанавливается связь с задним отделом кишечника.

Клетки тонкой части нефридиальной трубки улавливают из крови, циркулирующей вне сети нефридиальных капилляров, продукты азотистого обмена, подлежащие выведению из организма.

Эти вещества попадают в полость нефридиальной трубки и здесь смешиваются с полостной жидкостью, поступающей через воронку на внутреннем конце нефридия. Полостная жидкость также содержит продукты выделения, отмершие клетки, туда попадают сношенные щетинки и т. д. Жидкость нефридиальной трубки биением ресничек гонится по направлению к выводному концу, откуда периодически выбрасывается через наружную пору сокращением мускулатуры стенки тела (Roots, 1955).

Имеются данные о том, что опорожнение концевого пузыря нефридия происходит один раз в три дня. Другие наблюдения говорят о том, что за сутки червь весом в 1–1,8 г выделяет 0,82 см экскрета. Такие количества его должны выделяться из тела несколько раз в сутки.

В экскрете содержатся в общем те же вещества, что и у млекопитающих, а именно: мочевина, аммиак, креатинин, соли и пр., но в значительно более низких концентрациях. Однако нормальный экскрет червей содержит 0,3 % белка, тогда как у высших животных белок в продуктах выделения отсутствует.

Клетки средней части нефридиальной трубки обладают способностью к фагоцитозу, т. е. к активному заглатыванию из полости тела нерастворимых в воде веществ (отмершие клетки, свернувшийся белок, бактерии и пр.). Эти вещества накапливаются там неопределенно долгое время. Санитарную службу этого рода несут и другие клетки внутри организма: амебоидные клетки крови, клетки полости тела и вышеупомянутые клетки хлорагогенной, или желтой, ткани.

Особенно много амебоидных клеток, наглотавшихся посторонних телец, встречается в полости тела. Сюда они попадают, активно выползая из сосудов, протискиваясь между клетками сосудистой стенки. Из полости тела эти клетки удаляются разными путями. Во-первых, они проползают через стенку кишечника и, попадая в его полость, выводятся наружу вместе с испражнениями (это наблюдалось много раз). Во-вторых, как уже упоминалось, они могут с полостной жидкостью выходить через нефридии. И, в-третьих, могут выходить вместе с полостной жидкостью, выбрызгиваемой через спинные поры.

Кровеносные сосуды нефридия дождевого червя: 1 – воронка; 2 – брюшной кровеносный сосуд; 3 – диссепимент; 4 – брюшная нервная цепочка; 5 – поднервный сосуд; 6 – трубка нефридия с кровеносными сосудами

Вообще можно предположить, что полостная жидкость довольно быстро сменяется. Поэтому она и приобретает у червей такое большое значение в процессе выделения.

Вода в тело червей непрерывно поступает и выводится обратно в наружную среду указанными выше путями. Таким образом, тело червя и, в частности, полость тела все время прополаскиваются водой. Поэтому для нормального протекания этих физиологических функций червям необходимы условия среды, которые обеспечивали бы поступление в их тело воды в значительно большем количестве, чем у большинства наземных животных.

Каким образом вода поступает в тело червей?

Необходимо отметить, что черви никогда не пьют. Они поглощают воду всей поверхностью тела; вода проходит сквозь покровы и мускулатуру, накапливаясь в полости тела. При этом черви могут использовать воду только в жидком состоянии. Червь в среде, содержащей пары воды, может погибнуть от высыхания, если не имеет иного источника влаги.

При нормальных условиях тело червей содержит около 84 % воды. Несмотря на столь значительный запас воды, это далеко не предел. Если червю предоставить возможность еще больше увеличить запас воды в своем теле, он это тотчас же сделает. В этом легко убедиться, если положить дождевых червей в воду. Через несколько часов вес их значительно возрастет за счет воды, всасываемой поверхностью тела. После извлечения из воды червь возвращается к исходному весу, причем это происходит за очень короткий срок (1–2 часа). Удаление избыточной воды из организма происходит очень своеобразным путем: она всасывается клетками кишечника, из них поступает в полость последнего и удаляется главным образом через заднепроходное отверстие, а отчасти и через ротовое.

При нормальных условиях жизни в почве функцию удаления избытка воды выполняют нефридии. Наличие постоянного тока воды через организм путем всасывания ее поверхностью тела и выделения ее в избытке почками – явление, весьма обычное среди водных животных. Оно, несомненно, унаследовано дождевыми червями от их водных предков.

Обмен веществ водных животных совершается при усиленной циркуляции воды через их тело. Им не может угрожать недостаток воды, тогда как в почвенных условиях при таком типе водного обмена достаточное количество влаги становится основным фактором, обеспечивающим возможность существования. Поэтому влажность почв имеет важное значение при заселении их теми или иными видами дождевых червей.

Известно также о способности дождевых червей терять воду в периоды засухи и зимовки, что связано с переходом их в состояние скрытой жизни.

Органы внутренней секреции

Следует упомянуть о наличии у дождевых червей особых веществ, вырабатываемых в определенных участках тела и служащих химическими возбудителями различных проявлений жизнедеятельности организма. Эти вещества называются гормонами, а процесс их образования – внутренней секрецией. У позвоночных выработка гормонов происходит частично в специальных железах внутренней секреции (например, надпочечники, щитовидная железа, гипофиз), а также в органах, выполняющих одновременно и другую функцию (например, половые железы, поджелудочная железа, клетки мозга).

У дождевых червей специальных желез внутренней секреции нет, но гормоны вырабатываются в разных частях нервной системы. Уже давно было известно, что в ганглиях брюшной нервной цепочки червей имеются так называемые хромаффинные клетки, которые выделяют адреналин, т. е. вещество, вырабатываемое центральной частью надпочечников высших позвоночных. Это вещество, как известно, является специфическим возбудителем нервных аппаратов, приводящих в движение мускулатуру стенок кровеносных сосудов и служащих важным средством для регулирования ширины просветов сосудов кровеносной системы, а тем самым и кровяного давления. У дождевых червей это вещество играет такую же роль.

В ходе исследований обнаружено, что значительная часть нервных клеток надглоточного ганглия также несет внутрисекреторную функцию.

Различают два типа таких нервносекреторных клеток: одни из них – с однородной протоплазмой, другие – с зернистой.

Первые, как полагают, служат регуляторами деятельности половых желез, причем вещество, вырабатываемое ими, по-видимому, тормозит деятельность половых желез: они начинают функционировать в те месяцы, когда заканчивается размножение червей, и исчезают в периоды размножения. Зернистые клетки имеют значение при заживлении ран и восстановлении утраченных частей тела (регенерации): во время этих процессов секреция в них особенно усиливается.

Деятельность пояска дождевых червей, которая заключается в выработке оболочек и питательного содержимого яйцевых коконов, также несомненно регулируется гормонами. Одно время считалось, что гормоны, возбуждающие деятельность железистых клеток пояска, вырабатываются мужскими половыми клетками, созревающими в семенных мешках. Однако это оказалось неверным. Но деятельность пояска несомненно регулируется какими-то гормонами: если пересадить кусок пояска от червя с неактивным пояском к червю, находящемуся в разгаре половой активности, то пересаженный кусок быстро приобретает свойства пояска последнего. Место выработки гормонов, регулирующих деятельность желез пояска, пока неизвестно.

Органы размножения

Дождевые черви размножаются только путем откладки яиц, заключенных в особые яйцевые коконы. Рассмотрим, как устроены у них органы, обеспечивающие образование яиц, их оплодотворение и откладку. Совокупность этих органов образует половой аппарат. Мужские и женские половые органы находятся у дождевых червей в одной и той же особи; таким образом, среди них нет мужских и женских особей, но все они – обоеполые существа, или, как их принято называть, гермафродиты.

Яйца образуются в яичниках, которые укреплены на перегородке между 12 и 13 сегментами с брюшной стороны. Яичники устроены очень просто. Они представляют собой комплексы развивающихся яиц; наиболее ранние стадии развития находятся в части, прилегающей к межсегментной перегородке, где яичник состоит из мелких клеток.

Наиболее крупные клетки находятся на свободном заднем конце яичника, обращенном в полость тела. Здесь яйцевые клетки достигают своих окончательных размеров (около 0,1 мм в поперечнике) и падают в полость тела. Яйца дождевых червей сферические или слегка вытянутые. Они почти прозрачные, так как в их протоплазме имеется лишь очень небольшое количество зерен питательного материала – желтка. Отсутствие достаточного количества питательного материала для развивающегося зародыша внутри яйца вызывает необходимость снабжения его питанием извне при помощи белка яйцевого кокона.

Схема строения половой системы дождевого червя: 1 – нервная система; 2 – семенники; 3 – семеприемники; 4 – передняя и задняя семенные воронки; 5 – яичник; 6 – яйцевая воронка и яйцевод; 7 – семепровод, 8 – семенные мешки; IX–XIV – 9–14 сегменты

Яйца заканчивают созревание в так называемых яйцевых мешках. Это – слепые мешковидные выступы межсегментных перегородок, в которые попадают яйца, оторвавшиеся от задней части яичника.

Яйца выводятся наружу через короткие яйцеводы, которые начинаются яйцевыми воронками в 13 сегменте, затем прободают перегородку между 13 и 14 сегментами и открываются на брюшной стороне 14 сегмента. Яйцевые воронки снабжены ресничками, с помощью которых яйца улавливаются из яйцевых мешков и в нужный момент (во время образования яйцевого кокона) выводятся по яйцеводу наружу.

Мужские половые железы – семенники – также очень малы. В числе двух пар они помещаются на перегородках между 9 и 10 сегментами и между 10 и 11. Мужские половые клетки – сперматозоиды – только начинают развитие в этих крошечных маленьких тельцах. Комплексы будущих сперматозоидов в виде микроскопических комочков округлых клеток падают в полость тела и оттуда попадают в семенные мешки, представляющие собой объемистые разрастания межсегментных перегородок. Количество, форма, расположение и относительные размеры семенных мешков варьируют и служат важным признаком при определении червей.

У некоторых видов дождевых червей (в родах Octolasium и Lumbricus) брюшная часть полости тела возле семенников отгорожена особой стенкой от основной полости сегмента; получаются так называемые семенниковые капсулы. Благодаря их наличию формирующиеся комочки сперматозоидов не могут распространяться по всей полости сегмента и им создается более прямой путь в семенные мешки.

Для выведения сперматозоидов наружу служат семенные воронки и семепроводы. Семенные воронки обычно крупные; они хорошо заметны при вскрытии червей. Семепроводы, в которые поступают сперматозоиды из семенных воронок, представляют собой очень тонкие цилиндрические трубки, направляющиеся по брюшной стенке тела кзади. Семепроводы от воронок 10 и 11 сегментов в 12 сегменте сливаются друг с другом, и общая трубка семепровода с каждой стороны тела тянется обычно до 15 сегмента, где переходит через толщу стенки тела и кончается мужским половым отверстием (порой), обычно имеющим вид вертикальной щели.

Мужские половые отверстия сидят на более или менее сильно развитых железистых подушках. Эти подушки, кроме железистых клеток, содержат большое количество сосудов, которые во время спаривания наполняются кровью.

Оригинальной особенностью полового аппарата малощетинковых кольчецов, к которым принадлежат дождевые черви, являются семеприемники – небольшие сферические полые мешочки, плотно прижатые к стенке полости тела. Протоки семеприемников проходят сквозь толщу стенки тела и открываются наружными порами, располагающимися в межсегментных бороздах. Стенки семеприемников содержат мускулатуру, действием которой семенная жидкость может всасываться в семеприемник и, наоборот, выбрызгиваться из него наружу. Эта мускулатура действует наподобие резинового колпачка пипетки.

Семеприемников бывает две или три пары; они могут быть расположены сбоку, на брюшной стороне, или могут быть (как в роде Eisenia) сдвинуты на спинную сторону, вплоть до средней линии.

Но нужно иметь в виду, что у некоторых видов дождевых червей семеприемник отсутствуют.

К органам, обеспечивающим размножение, следует отнести поясок дождевых червей. У червей, достигших половой зрелости, поясок всегда заметен, но его вид зависит от сезона и состояния упитанности. В периоды размножения поясок сильно набухает. Его функция – формирование яйцевых коконов.

Кожный эпителий в области пояска: 1 – кутикула; 2 – слизистые клетки; 3 – кровеносные сосуды; 4 – крупнозернистые железы; 5 – мелкозернистые железы; 6 – соединительнотканная перегородка; 7 – ядра соединительнотканных клеток; 8 – кольцевая мускулатура Поясок представляет собой видоизменение наружного эпителия. В области пояска наружный эпителий очень сильно утолщен.

Все клетки приобретают железистый характер; среди них можно наметить три типа:

1) относительно мелкие клетки, не содержащие зерен, – слизистые клетки;

2) клетки средней величины, содержащие крупные зернышки, образующие оболочку яйцевого кокона;

3) огромные мелкозернистые клетки, вырабатывающие белковое вещество, составляющее содержимое яйцевого кокона и служащее питанием для развивающихся эмбрионов.

Помимо железистых клеток, в пояске можно видеть большое количество кровеносных сосудов и нервных окончаний.

В функции размножения участвует также ряд других желез на брюшной стороне тела между пояском и передним концом тела. Особенно заметны железы на 10-м и 11-м сегментах, которые придают этой части поверхности тела у половозрелых червей беловатый оттенок. Кроме того, около брюшных щетинок в указанной части тела на некоторых сегментах, иногда только с одной стороны тела, бывают развиты железы, заметные в виде небольших припухлостей.

Форма щетинок: а – двигательная; б – половая; в – она же в поперечном разрезе; г – другая форма половой щетинки

Часто сами щетинки изменены, превращены в так называемые половые щетинки, функционирующие при спаривании для удерживания партнера и для раздвигания пор семеприемников. Иногда половые щетинки отличаются от обычных только большими размерами, но у некоторых видов они очень сильно отличаются и по форме. Образуются, с одной стороны, острые стилеты, очевидно вкалываемые при спаривании в кожные покровы партнера, а с другой – щетинки, вводимые в поры семеприемников.

Нервная система и органы чувств. рефлексы дождевых червей

Вдоль средней линии брюшной стороны тела у дождевых червей под мускулатурой тянется нервный ствол, называемый брюшной нервной цепочкой. В каждом сегменте тела имеется нервный узел, представляющий собой скопление нервных клеток и отдающий от себя 3 пары нервов.

Ганглии соединены друг с другом перемычками, коннективами, которые, кроме нервных волокон, также содержат нервные клетки. В переднем конце тела, в третьем сегменте, брюшная нервная цепочка разделяется на правую и левую глоточные коннективы, образующие окологлоточное нервное кольцо, соединяющееся с надглоточным, или головным ганглием. Этот ганглий – парный, состоит из правой и левой половин, плотно соединенных друг с другом. Но в отличии от всех остальных нервных узлов, лежащих на брюшной стороне тела под кишечником, этот ганглий находится на спинной стороне тела и лежит над кишечником.

Нервная система передних сегментов дождевого червя (вид со спинной стороны): 1 – надглоточный ганглий; 2 – нервы от окологлоточной комиссуры; 3 – окологлоточные комиссуры; 4 – сегментальные нервы; 5 – брюшная нервная цепочка; 6 – подглоточный ганглий; 7– нервы головной лопасти; I–VI– 1–6 сегменты

Этот ганглий можно противопоставить всем прочим и вследствие того, что морфологически он сравним с головным мозгом вышестоящих форм (членистоногих). От него идут вперед многочисленные нервные стволы, обильно разветвляющиеся и образующие густые нервные сплетения в первых трех сегментах. Под глоткой, в месте расхождения глоточных коннектив, лежит подглоточный ганглий, представляющий собой результат слияния нескольких ганглиев брюшной нервной цепочки.

Брюшная часть поперечного среза дождевого червя: 1 – опорные волокна внутри брюшной нервной цепочки; 2 – нервные клетки в ганглии брюшной нервной цепочки; 3 – нерв; 4 – продольная мускулатура; 5 – кольцевая мускулатура; 6 – кожный эпителий с чувствительными нервными клетками; 7 – щетинка; 8 – брюшной кровеносный сосуд

Как видно на поперечных разрезах, нервные клетки лежат по периферии ганглия, а средняя его часть занята сплетением отростков нервных клеток. В брюшной нервной цепочке обращают на себя внимание три очень толстых волокна, пробегающих по всей длине тела червя под соединительнотканной капсулой нервной цепочки на ее спинной стороне. Это так называемые нейрохорды, которые еще совсем недавно принимали за гигантские нервные волокна. Однако теперь окончательно выяснено, что они являются своеобразными опорными образованиями. Эти образования и по строению, и по функции, и по положению между нервной системой и кишечником сходны с хордой позвоночных.

Нервы, отходящие от ганглиев брюшной цепочки, содержат двигательные волокна, заканчивающиеся в мускулатуре, и чувствительные, по которым раздражения поступают в нервную систему с периферии. Тела чувствительных нервных клеток находятся на периферии, в том числе в наружном эпителии. Нервные клетки здесь стоят в ряду эпителиальных клеток. Этот чрезвычайно древний тип соотношений элементов нервной системы сохранился у дождевых червей от их далеких предков, примитивных многоклеточных животных. Очень интересно, что чувствительными нервными клетками здесь становятся не только клетки наружного эпителия, но, как это недавно установлено, также и клетки кишечника, происходящие из внутреннего зародышевого листка.

Чувствительные нервные клетки и их окончания имеются и в других местах тела. Ими богато снабжены также нефридии, щетинковые мешки и другие органы. Таким образом, у дождевых червей, как и у высших животных, работа внутренних органов протекает под контролем регулирующей и централизующей роли нервной системы.

Из рефлексов дождевых червей лучше всего известны те, которые наблюдаются в акте ползания. При движении червя по всей длине тела, от переднего конца до заднего, пробегают перистальтические волны комбинированных сокращений мускулатуры. Они следуют друг за другом, и каждая следующая волна может возникнуть еще задолго до того, как первая дойдет до заднего конца тела. Казалось бы очевидным, по аналогии с высшими животными, что причиной этих волн сокращений служит последовательная передача раздражений вдоль по брюшной нервной цепочке. Однако, к удивлению исследователей, выяснилось, что перерезание брюшного нервного ствола и даже вырезание из нее нескольких нервных узлов не останавливают бегущих волн сокращений мускулатуры: волна сокращения проходит через место повреждения так же, как это было и у нормального червя. С тем же результатом можно, вдобавок к разрыву брюшной нервной цепочки, удалить мускулатуру нескольких сегментов или повредить ее кислотой.

Анализ этих и аналогичных опытов показал, что поступательное движение червя представляет собой длинную цепь рефлекторных актов, в которой каждый сегмент является в значительной мере автономной физиологической единицей. Раздражения с периферии приводят к сокращению мускулатуры данного сегмента. Вследствие этого сокращения раздражаются периферические аппараты в соседнем сегменте, которые вызывают и в нем сокращения, и т. д. Таким образом, комбинированные сокращения мышц в каждом сегменте могут представлять собой самостоятельный рефлекс, начинающийся с возбуждения чувствительных клеток на периферии и кончающийся эффектом сокращения мускулатуры этого сегмента. Это наиболее примитивный тип реакции на внешние воздействия.

Схема бисеглюптального рефлекса у дождевого червя: 1 – брюшная нервная цепочка; 2 – мускулатура стенки тела; 3 – чувствительная нервная клетка, воспринимающая импульс; 4 – окончание двигательной нервной клетки в мышцах; 5 – диссепимент; 6 – нервная клетка, передающая раздражение в соседний сегмент

Некоторым его усложнением является передача полученного раздражения по нервной цепочке в соседний задний сегмент тела, в ответ на которое мускулатура этого сегмента сокращается. На рисунке изображена схема рефлекса при дугообразном сгибании червя, когда волна сокращений мускулатуры идет по одной стороне тела. Этот рефлекс и является основным при осуществлении поступательного движения червя вперед. Этот способ передачи раздражений по телу, как указано выше, говорит о слабой централизации его нервной системы.

О том же говорят и опыты с удалением надглоточного ганглия. Уже было отмечено, что морфологически надглоточный ганглий можно сопоставить с головным мозгом вышестоящих форм (членистоногих). У многих морских кольчецов надглоточный ганглий имеет довольно сложное устройство. Однако у наземных червей надглоточный ганглий подвергся упрощению, и физиологическая роль его очень невелика. После удаления надглоточного ганглия удается отметить только некоторое общее расслабление мускулатуры переднего отдела тела, изменения в восприятии света; возможно, он играет роль и при размножении. Но в движениях червя существенных изменений после заживления раны подметить не удается: червь также зарывается в грунт, также избегает опасности и осуществляет довольно сложные рефлекторные реакции. Особенно удивительно, что способность к «научению», т. е., по современной терминологии, к условным рефлексам, у червей, лишенных надглоточного ганглия, не пропадает.

Несколько большее значение имеет подглоточный ганглий, так как после его удаления червь лишается многих присущих ему способностей: очень страдают его вкусовые способности.

Было бы ошибочно думать, что слабая централизация нервной системы и относительная автономия отдельных сегментов, обнаруживаемые при поступательном движении червя, означают отсутствие реакций организма как целого.

Заранее можно сказать, что таких реакций не может не быть, и действительно, их очень легко обнаружить. При слабом раздражении заднего конца тела (при легком прикосновении) червь ползет вперед; при раздражении спереди он быстро весь сокращается и ползет в другую сторону; при сильном раздражении в любом месте червь начинает сильно сокращаться дугообразно, в разных направлениях (так называемые гимнастические движения).

Кроме того, черви обнаруживают быстрые реакции на свет, запахи и т. д. Таким образом, указанные выше несовершенство нервной системы и ее слабая централизация обнаруживаются только при внимательном наблюдении и в специально поставленных экспериментах.

Итак, нам известно, что червь располагает довольно богатым арсеналом возможностей для осуществления тех или иных реакций на изменения, происходящие в окружающей их среде.

Рассмотрим теперь, каким путем он может распознавать эти изменения. Средствами для этого являются органы чувств.

Как уже говорилось, вся поверхность тела червя покрыта огромным количеством чувствительных нервных клеток. Эти клетки служат органами осязания, развитого у червей очень сильно. Известно, что достаточно, осторожно приблизившись, слабо дунуть на червя, чтобы он ответил резким сокращением продольной мускулатуры; с помощью такого движения он прячется в норку. Вдобавок к чувствительным нервным клеткам в наружном эпителии между клетками имеется очень большое количество свободных нервных окончаний, которые, скорее всего, также обеспечивают функцию осязания.