Морские ежи
Морские ежи (лат. Echinoidea) — класс донных морских беспозвоночных животных, относящийся к типу Иглокожие (Echinodermata). Данная группа отличается высокой степенью специализации, сложным анатомическим строением и наличием мощного известкового панциря, покрытого защитными иглами. Возникнув в палеозойскую эру, около 500 миллионов лет назад, морские ежи претерпели значительные эволюционные изменения и на сегодняшний день представлены примерно 800 современными видами, населяющими различные глубины Мирового океана.
Эволюционная история и происхождение
Эволюционное развитие морских ежей тесно связано с формированием пятилучевой (радиальной) симметрии, характерной для большинства иглокожих. Исходной предковой формой считаются двусторонне-симметричные (билатеральные) червеобразные организмы. Доказательством этого служит строение пелагической личинки морских ежей, которая обладает строгой билатеральной симметрией. В процессе филогенеза морские ежи эволюционировали из существ, подобных морским звездам. Анатомически тело морского ежа можно представить как морскую звезду, лучи которой загнулись вверх и сомкнулись на апикальном полюсе, образовав замкнутую шаровидную структуру. Исторический расцвет группы пришелся на палеозойскую и мезозойскую эры, отпечатки их известковых панцирей часто встречаются в осадочных породах того времени, позволяя палеонтологам реконструировать облик древних морей.
Морфология и анатомия
Внешне морской ёж правильной формы представляет собой шаровидное существо, покрытое жестким внутренним скелетом (панцирем) и многочисленными иглами. Панцирь формируется из 20 меридиональных рядов известковых пластинок, плотно прилегающих друг к другу. Выделяют 5 парных амбулакральных рядов пластинок и чередующиеся с ними интерамбулакральные пространства. На одном полюсе (обычно обращенном к субстрату) располагается ротовое отверстие, на противоположном (апикальном) — анальное.
Важнейшей анатомической особенностью является уникальная для иглокожих воднососудистая (амбулакральная) система. В амбулакральных пластинках панциря имеются двойные поры, через которые наружу выходят амбулакральные ножки — эластичные трубчатые выросты, снабженные присосками. Общее количество таких ножек на теле одного животного может достигать нескольких тысяч, что делает морского ежа одним из самых «многоногих» существ на планете. Нагнетая воду в каналы амбулакральной системы, животное управляет движением ножек, обеспечивая передвижение по субстрату, прикрепление к камням, осязание и захват пищи.
Помимо обычных защитных игл, которые могут быть ребристыми или шиповатыми, поверхность панциря вооружена специализированными органами — педицелляриями. Это микроскопические подвижные щипчики на мышечных стебельках (бывают трехзубые, змееголовые и других типов). Педицеллярии выполняют функции захвата мелкой добычи, очистки панциря от мусора и паразитов, а также защиты. Очистка происходит путем передачи частиц грязи от одной педицеллярии к другой, пока они не будут сброшены на амбулакральные ножки, которые окончательно удаляют мусор с тела. У многих видов педицеллярии снабжены ядовитыми железами.
Пищеварительная система начинается сложным челюстным аппаратом, известным как «Аристотелев фонарь». Он состоит из 35 известковых пластинок, сложным образом соединенных мышечной тканью, и оснащен длинными крепкими зубами, которые могут выдвигаться изо рта. С помощью Аристотелева фонаря ежи соскабливают водоросли, перемалывают пищу и способны раскалывать твердые раковины моллюсков или известковые трубки полипов. Ротовое поле окружено 5 округлыми пластинками, на которых расположены кожные жабры, участвующие в газообмене.
Нервная система и органы чувств представлены окологлоточным нервным кольцом и радиальными нервными тяжами. На концах амбулакральных зон расположены специализированные глазные пластинки со светочувствительными глазками, позволяющими животному распознавать степень освещенности и реагировать на тени хищников.
Половая система имеет пятилучевое строение. Животные обладают 5 половыми железами с соответствующими половыми отверстиями на апикальном полюсе.
Образ жизни и поведение
Большинство морских ежей ведут малоподвижный бентосный образ жизни. Передвижение осуществляется с помощью амбулакральных ножек, а также благодаря подвижным иглам и зубам Аристотелева фонаря. Средняя скорость перемещения составляет около 15 сантиметров в минуту, однако виды, шагающие на длинных иглах, способны преодолевать до 200 сантиметров за минуту. Активность преимущественно ночная.
В качестве защиты животные часто используют элементы окружающей среды: с помощью ножек и педицеллярий они удерживают на своей поверхности обломки раковин, мелкие камни и водоросли, создавая эффективный камуфляж. Многие виды склонны к образованию плотных скоплений (агрегаций), в которых животные соприкасаются иглами. Ряд видов обладает способностью сверлить скальные породы и даже стальные сваи, используя зубы и иглы, образуя глубокие укрытия. Иногда животное по мере роста утрачивает возможность покинуть высверленную нишу и проводит там всю оставшуюся жизнь, питаясь органикой, приносимой волнами.
Питание и роль в экосистеме
Морские ежи — преимущественно всеядные организмы. Основу их рациона составляют водоросли (например, ламинария), однако они также активно поедают донных беспозвоночных: губок, мшанок, двустворчатых и брюхоногих моллюсков, полипов и кораллы. В поисках пищи животное может задействовать всю поверхность тела: падающие на панцирь куски пищи подхватываются педицелляриями и амбулакральными ножками, после чего постепенно транспортируются ко рту.
В морских биоценозах ежи являются важным звеном трофических цепей. Несмотря на наличие ядовитых педицеллярий и прочного панциря, они подвергаются нападениям со стороны морских птиц, заглатывающих их целиком или разбивающих о камни, а также морских выдр (каланов), которые используют камни в качестве орудий для вскрытия панцирей. В Средиземном море на ежей активно охотятся крупные морские звезды.
Кроме того, морские ежи часто становятся объектами паразитизма. На их теле, между иглами или внутри кишечника поселяются специфические инфузории, кольчатые черви, мелкие крабы. Брюхоногие моллюски паразитируют на поверхности панциря, внедряясь в основания игл и образуя патологические наросты (галлы), а также откладывают кладки яиц прямо на панцирь хозяина, после чего развивающиеся личинки просверливают скорлупу и питаются тканями ежа.
Размножение и развитие
Морские ежи раздельнополы. Для них характерна колоссальная плодовитость: самка некоторых видов способна продуцировать до 20 миллионов яиц за один сезон размножения. Оплодотворение наружное. Из яиц развиваются микроскопические пелагические личинки (эхиноплутеусы), обладающие строгой билатеральной симметрией. Личинки длительное время дрейфуют в составе зоопланктона, после чего претерпевают сложный метаморфоз. При оседании на дно и превращении во взрослую особь билатеральная симметрия утрачивается, часть личиночных органов отбрасывается, и формируется пятилучевой план строения.
Растут животные медленно, достигая половой зрелости и максимальных размеров в среднем к 3–4 годам. У арктических видов, обитающих в условиях низких температур, зафиксированы случаи заботы о потомстве: самки вынашивают развивающуюся молодь на поверхности своего тела в специализированных выводковых камерах.
Систематика и классификация
Систематически класс морских ежей разделяется на два крупных таксона в зависимости от типа симметрии панциря: Правильные ежи (Regularia) и Неправильные ежи (Irregularia).
Группа Правильные морские ежи характеризуется шарообразной формой тела и радиальной симметрией. К ней относятся наиболее древние и типичные представители класса: Отряд Кожистые ежи (Lepidocentroida) — примитивная группа, известная с глубокой древности (около 250 млн лет назад). Известковые пластинки панциря не срастаются, а разделены участками кожи, из-за чего панцирь может менять форму (спадаться). К ним относятся глубоководные и опасные для человека виды (например, Phormosoma, Asthenosoma), уколы игл которых вызывают сильнейшую жгучую боль. Отряд Копьеносные морские ежи (Cidaroida) — отличаются очень крупными, редко расположенными, копьевидными иглами, длина которых может превышать диаметр панциря. Типичные представители (обитатели Атлантики, шри-ланкийские и тихоокеанские виды, такие как Stylocidaris affinis и Acanthocidaris) используют мощные зубы для поедания губок и твердых кораллов. Отряд Аулодонты (Aulodonta) или диадемовые — виды с тонкими, невероятно длинными (до 30 см) ядовитыми иглами. Представители рода Diadema (например, Diadema setosum) обладают светочувствительными пятнами на скорлупе и способны менять окраску в зависимости от освещенности. Отряд Копьевидозубные морские ежи (Stirodonta) — к ним относится черный морской ёж (семейство Arbaciidae), обитающий в Средиземном море на прибойных скалах и часто спасающийся в расщелинах от морских звезд. Отряд Сводчатозубые (Camarodonta) — наиболее обширная группа, включающая съедобного морского ежа (Echinus esculentus), берегового морского ежа, который часто уничтожает устричные банки, а также гигантских представителей рода Strongylocentrotus, диаметр панциря которых достигает 16 сантиметров. Сюда же входят скальные ежи, сверлящие камни, и высокоядовитые ежи рода Toxopneustes.
Группа Неправильные морские ежи объединяет формы с вторично приобретенной билатеральной симметрией, адаптированные к роющему образу жизни в толще грунта. Отряд Плоские морские ежи (Clypeasteroida) — обладают дисковидным уплощенным панцирем, покрытым короткой щетиной, на спинной стороне которого расположен узор в виде лепестков цветка (амбулакральные поля). Панцирь может иметь сквозные прорези. Быстро зарываются в песок и могут заглатывать грунт для утяжеления тела, предотвращая вымывание волнами. Отряд Сердцевидные морские ежи (Spatangoida) — имеют вытянутый, сердцевидный или бутылкообразный панцирь. Настоящий сердцевидный ёж полностью зарывается в грунт, образуя ход, стенки которого укрепляет слизью. Для сбора пищи и кислорода с поверхности он вытягивает удлиненные амбулакральные ножки, собирает детрит, после чего засовывает ножку в рот и счищает пищевые частицы.
Хозяйственное значение
Морские ежи являются ценным объектом промышленного рыболовства и аквакультуры. Наибольшую кулинарную ценность представляет так называемая «икра» морского ежа (половые железы), которая считается деликатесом во многих странах (особенно в Японии и странах Средиземноморья) благодаря высокому содержанию полезных веществ. В связи с активным спросом практикуется искусственное разведение промысловых видов (таких как Echinus esculentus) в контролируемых условиях, где животных подкармливают водорослями и остатками рыбопереработки. Вместе с тем, чрезмерное размножение определенных видов морских ежей (например, берегового) может наносить серьезный экономический ущерб марикультуре, так как они способны массово уничтожать плантации промысловых устриц.