Щупальце: строение и функции¶
Щупальце — это подвижный вырост тела у различных групп многоклеточных животных, выполняющий функции захвата пищи, осязания, дыхания или передвижения. В отличие от конечностей, щупальца, как правило, не имеют скелетных элементов и обладают высокой гибкостью за счёт работы мышечных волокон и гидравлического давления. Термин происходит от праславянского слова, родственного слову «щупать», что отражает основную сенсорную функцию этих органов.
¶Распространение в животном мире
Щупальца встречаются у представителей многих типов беспозвоночных, что свидетельствует о конвергентной эволюции — независимом возникновении сходных органов у неродственных групп в ответ на одинаковые экологические задачи.
Наиболее сложно организованные щупальца характерны для головоногих моллюсков (осьминоги, кальмары, каракатицы). У них щупальца (руки) являются видоизменённой частью ноги моллюска и окружают ротовое отверстие. У осьминогов восемь рук, у кальмаров и каракатиц — десять (восемь рук и два ловчих щупальца). У наутилусов насчитывается до 90 щупалец, лишённых присосок.
У стрекающих (Cnidaria) — гидр, медуз, актиний и коралловых полипов — щупальца располагаются вокруг ротового отверстия и несут специализированные стрекательные клетки — книдоциты. Эти клетки содержат капсулы с закрученной нитью (нематоцисты), которые выстреливают при контакте с добычей, впрыскивая паралитический яд.
Кольчатые черви из класса многощетинковых (например, нереиды) имеют щупальцевидные придатки — усики и пальпы, выполняющие осязательную функцию. У сипункулид (Sipuncula) рот окружён венчиком щупалец, которые используются для фильтрационного питания.
У мшанок (Bryozoa) щупальца образуют лофофор — подковообразный орган, служащий для создания тока воды и улавливания пищевых частиц. Аналогичный лофофор имеют плеченогие (Brachiopoda) и форониды (Phoronida).
¶Анатомия и строение
Несмотря на разнообразие, щупальца имеют общие черты строения. Основу составляет полый или сплошной вырост стенки тела. Внутри щупальца находится целомическая или гастроваскулярная полость, сообщающаяся с общей полостью тела. Движение обеспечивается продольными и кольцевыми мышцами: сокращение кольцевых мышц удлиняет щупальце, продольных — укорачивает.
У головоногих моллюсков щупальца устроены значительно сложнее. Они содержат пучки поперечно-полосатых мышечных волокон, расположенных в трёх взаимно перпендикулярных направлениях. Такая организация позволяет осуществлять точные и быстрые движения, вплоть до манипулирования отдельными предметами. У осьминогов до двух третей всех нейронов находится не в мозге, а в нервных ганглиях щупалец, что обеспечивает их автономную координацию — каждое щупальце способно действовать независимо от других.
На внутренней стороне рук головоногих расположены присоски — куполообразные органы, работающие за счёт создания разницы давления. У кальмаров и каракатиц присоски часто снабжены хитиновыми крючьями для более надёжной фиксации добычи. У некоторых глубоководных кальмаров (например, рода Grimalditeuthis) щупальца лишены присосок и покрыты слизью, а ловля добычи осуществляется за счёт биолюминесцентных вспышек.
¶Функции щупалец
Основная функция щупалец — пищедобывание. У стрекающих и гребневиков щупальца захватывают планктон и мелких ракообразных, парализуя их стрекательными клетками или клейкими клетками (коллобластами). У головоногих щупальца активно ловят рыбу и ракообразных: ловчие щупальца кальмаров способны выбрасываться вперёд с огромной скоростью, захватывая жертву присосками.
Сенсорная функция реализуется через механорецепторы и хеморецепторы, расположенные на поверхности щупалец. У осьминогов щупальца несут тысячи вкусовых рецепторов, позволяющих различать съедобность объекта без контакта с ротовым отверстием. У многих моллюсков щупальца (у брюхоногих — две пары головных щупалец) являются органами осязания и обоняния.
У некоторых животных щупальца участвуют в локомоции. Осьминоги используют руки для ползания по дну и лазания по скалам. У наутилусов щупальца выполняют функцию реактивного движения, отбрасывая воду через воронку.
Щупальца также участвуют в дыхании: у сипункулид и некоторых полихет они увеличивают площадь поверхности для газообмена. У головоногих щупальца используются для строительства убежищ и манипуляций с субстратом.
¶Щупальца у позвоночных
Среди позвоночных животных щупальца встречаются редко. Наиболее известный пример — рыба-удильщик (Lophius piscatorius) и глубоководные удильщики (Ceratioidei), у которых первый луч спинного плавника видоизменён в иллиций — подвижный вырост с кожным «приманкой» (эской) на конце, служащий для привлечения добычи. Строго говоря, иллиций не является гомологом щупалец беспозвоночных.
У звёздчатых землероек (Condylura cristata) носовые выросты содержат около 25 000 механорецепторов, что делает их одними из самых чувствительных органов осязания в животном мире, однако эти образования также не являются щупальцами в строгом смысле.
¶Регенерация и автотомия
Щупальца многих животных обладают высокой способностью к регенерации. Осьминоги могут отбрасывать повреждённые руки (автотомия) и отращивать новые в течение нескольких недель. У гидр щупальца восстанавливаются даже при перестройке всего организма из фрагментов. Мшанки и форониды также способны к полной регенерации лофофора.
¶Щупальца в культуре и науке
Образ щупалец широко представлен в мифологии и массовой культуре. В древнегреческой мифологии щупальца приписывались морскому чудовищу Сцилле и горгоне Медузе (в виде змей). В произведениях Говарда Лавкрафта щупальца стали атрибутом Ктулху и других космических сущностей. В современной бионике строение щупалец осьминога используется для создания мягких роботов-манипуляторов, способных захватывать хрупкие предметы без их повреждения.
Изучение щупалец имеет значение для понимания эволюции нервной системы: автономная нервная организация рук головоногих рассматривается как модель распределённого интеллекта.