Головоногие моллюски / ˈ s ɛ f ə l ə p ɒ d / — любой представитель класса моллюсков Головоногие / s ɛ f ə ˈ l ɒ p ə d ə / ( греческое множественное число κεφαλόποδες , головоногие ; «голова-ноги») [3 ] такие как кальмар , осьминог , каракатица или наутилус . Эти исключительно морские животные характеризуются двусторонней симметрией тела , выдающейся головой и набором рук или щупалец ( мышечных гидростатов ), видоизмененных из примитивной стопы моллюска. Рыбаки иногда называют головоногих моллюсков « чернильными рыбами », имея в виду их общую способность брызгать чернилами . Изучение головоногих — раздел малакологии , известный как тевтология .
В ордовикский период доминирующими стали головоногие, представленные примитивными наутилоидами . Класс теперь содержит два, лишь отдаленно родственных, существующих подкласса: Coleoidea , который включает осьминогов , кальмаров и каракатиц ; и Nautiloidea , представленная Nautilus и Allonautilus . У Coleoidea раковина моллюска интернализирована или отсутствует, тогда как у Nautiloidea внешняя оболочка сохраняется. Выявлено около 800 современных видов головоногих моллюсков. Двумя важными вымершими таксонами являются Ammonoidea (аммониты) и Belemnoidea (белемниты). Размеры современных головоногих варьируются от Idiosepius thailandicus размером 10 мм (0,3 дюйма) до колоссального кальмара длиной 14 м (45,1 фута) , самого крупного из ныне живущих беспозвоночных .
Существует более 800 современных видов головоногих моллюсков [4] , хотя новые виды продолжают описываться. Было описано около 11 000 вымерших таксонов , хотя мягкотелая природа головоногих означает, что их нелегко окаменеть. [5]
Головоногие моллюски встречаются во всех океанах Земли. Ни один из них не переносит пресную воду , но кальмар Lolliguncula brevis , обитающий в Чесапикском заливе , является заметным частичным исключением, поскольку он переносит солоноватую воду . [6] Считается, что головоногие моллюски не могут жить в пресной воде из-за многочисленных биохимических ограничений, и за время своего существования более 400 миллионов лет ни разу не рискнули проникнуть в полностью пресноводную среду обитания. [7]
Головоногие моллюски занимают большую часть глубины океана, от абиссальных равнин до морской поверхности, а также обнаружены в зоне хадала . [8] Их разнообразие наиболее велико вблизи экватора (~ 40 видов, пойманных сетями на 11° с.ш. в результате исследования разнообразия) и уменьшается к полюсам (~ 5 видов, пойманных на 60° с.ш.). [9]
Головоногие моллюски считаются самыми умными из беспозвоночных , у них хорошо развиты чувства и большой мозг (больше, чем у брюхоногих моллюсков ). [10] Нервная система головоногих моллюсков является наиболее сложной из беспозвоночных [11] [12] и их соотношение массы мозга к массе тела находится между таковым у эндотермных и экзотермных позвоночных. [9] : 14 Также известно, что содержащиеся в неволе головоногие моллюски вылезают из своих аквариумов, перемещаются на некоторое расстояние от пола лаборатории, заходят в другой аквариум, чтобы питаться крабами в неволе, и возвращаются в свой собственный аквариум. [13]
Мозг защищен хрящевым черепом . Гигантские нервные волокна мантии головоногих моллюсков в течение многих лет широко используются как экспериментальный материал в нейрофизиологии ; их большой диаметр (из-за отсутствия миелинизации ) делает их относительно легкими для изучения по сравнению с другими животными. [14]
Многие головоногие — социальные существа; Некоторые виды, изолированные от себе подобных, скапливались на мели вместе с рыбой. [15]
Некоторые головоногие моллюски способны летать по воздуху на расстояние до 50 метров (160 футов). Хотя головоногие моллюски не обладают особой аэродинамичностью, они достигают таких впечатляющих дальностей за счет реактивного движения; вода продолжает выбрасываться из воронки, пока организм находится в воздухе. [16] Животные расправляют плавники и щупальца, образуя крылья, и активно контролируют подъемную силу с помощью положения тела. [17] У одного вида, Todarodes pacificus , наблюдалось распространение щупалец в форме плоского веера с пленкой слизи между отдельными щупальцами, [17] [18] в то время как у другого вида, Sepioteuthis sepioidea , было замечено расположение щупалец в форме круга. . [19]
Головоногие моллюски обладают развитым зрением, могут определять гравитацию с помощью статоцист и имеют множество химических органов чувств. [9] : 34 Осьминоги используют свои руки, чтобы исследовать окружающую среду, и могут использовать их для восприятия глубины. [9]
Большинство головоногих полагаются на зрение, чтобы обнаруживать хищников и добычу, а также общаться друг с другом. [20] Следовательно, зрение головоногих моллюсков острое: обучающие эксперименты показали, что обыкновенный осьминог может различать яркость, размер, форму, а также горизонтальную или вертикальную ориентацию объектов. Морфологическое строение придает глазам головоногих моллюсков те же характеристики, что и глазам акулы; однако их конструкция отличается: у головоногих нет роговицы и вывернута сетчатка. [20] Глаза головоногих также чувствительны к плоскости поляризации света. [21] В отличие от многих других головоногих моллюсков, наутилусы не обладают хорошим зрением; строение глаз у них сильно развито, но отсутствует твердый хрусталик . У них есть простой глазок- обскура , через который может проходить вода. Считается, что вместо зрения животное использует обоняние в качестве основного чувства для поиска пищи , а также для поиска или идентификации потенциальных партнеров.
Все осьминоги [22] и большинство головоногих моллюсков [23] [24] считаются дальтониками . Колеоидные головоногие моллюски (осьминоги, кальмары, каракатицы) имеют один тип фоторецепторов и лишены способности определять цвет путем сравнения интенсивности обнаруженных фотонов по нескольким спектральным каналам. Маскируя себя, они используют свои хроматофоры для изменения яркости и рисунка в зависимости от видимого фона, но их способность соответствовать определенному цвету фона может исходить от таких клеток, как иридофоры и лейкофоры , которые отражают свет из окружающей среды. [25] Они также производят зрительные пигменты по всему телу и могут чувствовать уровень освещенности непосредственно своим телом. [26] Свидетельства цветового зрения были обнаружены у сверкающего кальмара-энопы ( Watasenia scintillans ). [23] [27] Он обеспечивает цветовое зрение с помощью трех фоторецепторов , которые основаны на одном и том же опсине , но используют разные молекулы сетчатки в качестве хромофоров: A1 (ретиналь), A3 (3-дегидроретиналь) и A4 (4-гидроксиретиналь). Фоторецептор А1 наиболее чувствителен к зелено-синему (484 нм), фоторецептор А2 — к сине-зеленому (500 нм), а фоторецептор А4 — к синему (470 нм) свету. [28]
В 2015 году был описан новый механизм спектральной дискриминации у головоногих моллюсков. Это основано на использовании хроматической аберрации (зависимости фокусного расстояния от длины волны). Численное моделирование показывает, что хроматическая аберрация может дать полезную хроматическую информацию за счет зависимости остроты изображения от аккомодации. Необычная внеосевая щель и кольцевидная форма зрачков головоногих моллюсков усиливают эту способность, действуя как призмы, рассеивающие белый свет во всех направлениях. [29] [30]
В 2015 году были опубликованы молекулярные данные, указывающие на то, что хроматофоры головоногих моллюсков светочувствительны; Полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией (ОТ-ПЦР) выявила транскрипты , кодирующие родопсин и ретинохром, в сетчатке и коже длинноплавникового прибрежного кальмара ( Doryteuthis pealeii ), а также обыкновенной каракатицы ( Sepia officinalis ) и каракатицы широкопалой ( Sepia latimanus ). Авторы утверждают, что это первое свидетельство того, что кожные ткани головоногих моллюсков могут обладать необходимой комбинацией молекул, чтобы реагировать на свет. [31]
Было показано, что некоторые кальмары улавливают звук с помощью своих статоцист [32] , но в целом головоногие моллюски глухи.
Большинство головоногих обладают набором компонентов кожи, которые взаимодействуют со светом. Они могут включать иридофоры, лейкофоры , хроматофоры и (у некоторых видов) фотофоры . Хроматофоры — это цветные пигментные клетки, которые расширяются и сжимаются в зависимости от цвета и рисунка, которые они могут использовать самым поразительным образом. [9] [31] Некоторые головоногие не только маскируют свой фон, но и биолюминесцируют, направляя свет вниз, чтобы замаскировать свои тени от хищников, которые могут скрываться внизу. [9] Биолюминесценция производится бактериальными симбионтами; головоногие моллюски-хозяева способны улавливать свет, излучаемый этими организмами. [33] Биолюминесценцию также можно использовать для привлечения добычи, а некоторые виды используют красочные изображения, чтобы произвести впечатление на партнеров, напугать хищников или даже общаться друг с другом. [9]
Головоногие моллюски могут менять свои цвета и узоры за миллисекунды, будь то для подачи сигналов (как внутри вида , так и для предупреждения ) или для активного камуфляжа , [9] по мере того, как их хроматофоры расширяются или сжимаются. [34] Хотя изменения цвета, по-видимому, зависят в первую очередь от зрения, есть свидетельства того, что клетки кожи, в частности хроматофоры , могут обнаруживать свет и приспосабливаться к условиям освещения независимо от глаз. [35] Осьминог меняет цвет и текстуру кожи во время циклов спокойного и активного сна. [36]
Головоногие моллюски могут использовать хроматофоры как мышцы, поэтому они могут так же быстро менять оттенок кожи. Окраска обычно сильнее у прибрежных видов, чем у видов, обитающих в открытом океане, чьи функции, как правило, ограничиваются разрушительным камуфляжем . [9] : 2 Эти хроматофоры расположены по всему телу осьминога, однако ими управляет та же часть мозга, которая контролирует удлинение во время реактивного движения для уменьшения сопротивления. Таким образом, летающие осьминоги могут побледнеть, потому что мозг не может одновременно контролировать удлинение и хроматофоры. [37] Большинство осьминогов имитируют избранные структуры в поле зрения, а не становятся составным цветом своего всего фона. [38]
Доказательства первоначальной окраски были обнаружены в окаменелостях головоногих моллюсков, датируемых еще силурийским периодом ; эти ортоконические особи имели концентрические полосы, которые, как полагают, служили камуфляжем. [39] Девонские головоногие несут более сложные цветовые узоры с неизвестной функцией. [40]
Колеоиды, подкласс головоногих моллюсков (кальмаров, каракатиц и осьминогов), не имеющих панциря, имеют сложные пигментсодержащие клетки, называемые хроматофорами, которые способны создавать быстро меняющиеся цветовые узоры. Эти клетки хранят пигмент в эластичном мешочке, который и придает цвет, видимый этими клетками. Колеоиды могут изменять форму этого мешочка, называемого цитоэластичным саккулюсом, что затем вызывает изменения непрозрачности, полупрозрачности и непрозрачности клетки. Быстро меняя множество хроматофоров разного цвета, головоногие способны менять цвет своей кожи с поразительной скоростью. Эта адаптация особенно заметна у организма, который видит черно-белое изображение. Известно, что хроматофоры содержат только три пигмента: красный, желтый и коричневый, которые не могут создать полный цветовой спектр. [41] Однако у головоногих также есть клетки, называемые иридофоры, тонкие, слоистые белковые клетки, которые отражают свет способами, которые могут производить цвета, которые хроматофоры не могут. [42] Механизм контроля иридофоров неизвестен, но хроматофоры находятся под контролем нервных путей, что позволяет головоногим моллюскам координировать сложные проявления. Вместе хроматофоры и иридофоры способны создавать широкий спектр цветов и узоров.
Головоногие моллюски используют способность хроматофоров менять цвет, чтобы маскироваться. Хроматофоры позволяют колеоидам сливаться с самыми разными средами: от коралловых рифов до песчаного морского дна. Изменение цвета хроматофоров происходит совместно с сосочками, эпителиальной тканью, которая растет и деформируется за счет гидростатического движения, изменяя текстуру кожи. Хроматофоры способны выполнять два типа камуфляжа: мимикрию и подбор цвета. Мимикрия — это когда организм меняет свой внешний вид, чтобы выглядеть как другой организм. Было задокументировано, что кальмар Sepioteuthis sepioide изменил свой внешний вид и стал выглядеть как не представляющая угрозы травоядная рыба-попугай, приближающаяся к ничего не подозревающей добыче. Известно, что осьминог Thaumoctopus mimicus имитирует ряд различных ядовитых организмов, с которыми он сосуществует, чтобы отпугивать хищников. [43] При сопоставлении фона головоногие меняют свой внешний вид, чтобы походить на окружающую среду, прячась от хищников или прячась от добычи. Способность имитировать другие организмы и соответствовать внешнему виду окружающей среды примечательна, учитывая, что зрение головоногих моллюсков монохроматично.
Головоногие моллюски также используют свой тонкий контроль над окраской и рисунком тела для отображения сложных сигналов как для видовой, так и для внутривидовой коммуникации. Окраска используется вместе с передвижением и текстурой для передачи сигналов другим организмам. Внутривидово это может служить предупреждением для потенциальных хищников. Например, когда осьминогу Callistoctopus macropus угрожает опасность, он приобретает ярко-красно-коричневый цвет с белыми точками в качестве высококонтрастного изображения, чтобы отпугнуть хищников. В частности, изменение цвета используется как для демонстрации спаривания, так и для социального общения. Каракатицы демонстрируют сложную демонстрацию спаривания самцов и самок. Существует также передача сигналов от мужчины к мужчине, которая происходит во время конкуренции за партнеров, и все они являются продуктом проявления окраски хроматофора.
Существуют две гипотезы об эволюции изменения окраски у головоногих моллюсков. Одна из гипотез состоит в том, что способность менять цвет могла развиться для выполнения социальных, сексуальных и сигнальных функций. Другое объяснение состоит в том, что оно впервые появилось из-за давления отбора, поощряющего избегание хищников и скрытную охоту.
Чтобы изменение цвета возникло в результате социального отбора, среда обитания предков головоногих моллюсков должна была соответствовать ряду критериев. Во-первых, должен быть какой-то брачный ритуал, включающий передачу сигналов. Во-вторых, им придется испытать явно высокий уровень полового отбора. И в-третьих, предку необходимо было бы общаться, используя сексуальные сигналы, видимые получателю своего вида. Чтобы изменение цвета возникло в результате естественного отбора, должны быть соблюдены различные параметры. Во-первых, вам понадобится некоторое фенотипическое разнообразие в телосложении среди населения. Этому виду также придется сосуществовать с хищниками, которые полагаются на зрение для идентификации добычи. Эти хищники должны обладать высоким диапазоном зрительной чувствительности, распознавая не только движение или контраст, но и цвета. Места обитания, которые они занимают, также должны отражать разнообразие происхождения. [44] Эксперименты, проведенные на карликовых хамелеонах для проверки этой гипотезы, показали, что таксоны хамелеонов с большей способностью к изменению цвета имели более визуально заметные социальные сигналы, но не происходили из более визуально разнообразных мест обитания, что позволяет предположить, что способность к изменению цвета, вероятно, развилась для облегчения передачи социальных сигналов, в то время как камуфляж — полезный побочный продукт. [45] Поскольку камуфляж используется у головоногих моллюсков для нескольких адаптивных целей, изменение цвета могло возникнуть для одного использования, а другое — позже, или же оно эволюционировало для регулирования компромиссов внутри обоих.
Изменение цвета широко распространено у эктотермных животных, включая анолисов, лягушек, моллюсков, многих рыб, насекомых и пауков. [46] Механизм изменения цвета может быть морфологическим или физиологическим. Морфологические изменения являются результатом изменения плотности пигментсодержащих клеток и имеют тенденцию меняться в течение более длительных периодов времени. Физиологические изменения, наблюдаемые у головоногих моллюсков, обычно являются результатом движения пигмента внутри хроматофора, изменяющего места локализации различных пигментов внутри клетки. Это физиологическое изменение обычно происходит в гораздо более короткие сроки по сравнению с морфологическими изменениями. Головоногие моллюски обладают редкой формой физиологического изменения цвета, при которой используется нервный контроль мышц для изменения морфологии их хроматофоров. Этот нейронный контроль хроматофоров развился конвергентно как у головоногих, так и у костистых рыб. [47]
За исключением Nautilidae и видов осьминогов , принадлежащих к подотряду Cirrina , [48] все известные головоногие моллюски имеют чернильный мешок, с помощью которого можно выбрасывать облако темных чернил, чтобы сбить с толку хищников . [22] Этот мешок представляет собой мышечный мешок, возникший как продолжение задней кишки. Он расположен под кишечником и открывается в задний проход, куда можно впрыскивать его содержимое – почти чистый меланин ; его близость к основанию воронки означает, что чернила могут распространяться за счет выбрасываемой воды, поскольку головоногие моллюски используют реактивное движение. [22] Выброшенное облако меланина при изгнании обычно смешивается со слизью , вырабатываемой в других частях мантии, и поэтому образует густое облако, что приводит к зрительным (и, возможно, хемосенсорным) нарушениям у хищника, как дымовая завеса . Однако наблюдалось более сложное поведение, при котором головоногие выпускают облако с большим содержанием слизи, примерно напоминающее выпустившее его головоногие моллюски (эту приманку называют псевдоморфом ) . Эта стратегия часто приводит к тому, что хищник атакует псевдоморф, а не быстро убегающую добычу. [22] Дополнительную информацию см. в разделе «Поведение рукописного ввода» .
Чернильный мешок головоногих моллюсков привел к общему названию «чернильная рыба», ранее называвшаяся «чернильная рыба» . [50]
Головоногие моллюски — единственные моллюски с закрытой кровеносной системой. Колеоиды имеют два жаберных сердца (также известных как жаберные сердца ), которые перемещают кровь через капилляры жабр . Затем одно системное сердце перекачивает насыщенную кислородом кровь через остальную часть тела. [51]
Как и большинство моллюсков, головоногие моллюски используют для транспортировки кислорода гемоцианин , медьсодержащий белок, а не гемоглобин . В результате их кровь бесцветна при деоксигенации и становится синей при связывании с кислородом. [52] В средах, богатых кислородом, и в кислой воде гемоглобин более эффективен, но в средах с низким содержанием кислорода и при низких температурах гемоцианин имеет преимущество. [53] [54] [55] Молекула гемоцианина намного больше молекулы гемоглобина, что позволяет ей связываться с 96 молекулами O 2 или CO 2 вместо четырех молекул гемоглобина. Но в отличие от гемоглобина, который миллионами прикреплен к поверхности одного эритроцита, молекулы гемоцианина свободно плавают в кровотоке. [56]
Головоногие обмениваются газами с морской водой, проталкивая воду через жабры, прикрепленные к крыше организма. [57] : 488 [58] Вода поступает в мантийную полость снаружи жабр, и вход в мантийную полость закрывается. Когда мантия сжимается, вода выталкивается через жабры, расположенные между мантийной полостью и воронкой. Выброс воды через воронку можно использовать для реактивного движения. Если дыхание используется одновременно с реактивным движением, можно ожидать больших потерь в скорости или выработке кислорода. [59] [60] Жабры, которые гораздо более эффективны, чем у других моллюсков, прикреплены к вентральной поверхности мантийной полости. [58] Существует компромисс между размером жабр и образом жизни. Чтобы достичь высоких скоростей, жабры должны быть маленькими — вода будет проходить через них быстро, когда потребуется энергия, что компенсирует их небольшой размер. Однако организмы, которые проводят большую часть своего времени медленно, перемещаясь по дну, естественным образом не пропускают через свою полость много воды для передвижения; таким образом, у них более крупные жабры, а также сложные системы, обеспечивающие постоянное промывание воды через жабры, даже когда организм неподвижен. [57] Поток воды контролируется сокращениями радиальных и круговых мышц мантийной полости. [61]
Жабры головоногих поддерживаются скелетом из прочных волокнистых белков; отсутствие мукополисахаридов отличает этот матрикс от хряща. [62] [63] Считается, что жабры также участвуют в выведении, при этом NH 4 + заменяется на K + из морской воды. [58]
Хотя большинство головоногих моллюсков могут передвигаться с помощью реактивного движения, это очень энергозатратный способ передвижения по сравнению с движением хвоста, используемым рыбами. [64] Эффективность водомета с приводом от винта (т.е. эффективность Фруда ) выше, чем у ракеты . [65] Относительная эффективность реактивного движения снижается по мере увеличения размера животного; параличинки гораздо более эффективны, чем молодые и взрослые особи. [66] Начиная с палеозойской эры , когда конкуренция с рыбами создала среду, в которой эффективное движение имело решающее значение для выживания, реактивное движение отошло на второй план, а плавники и щупальца использовались для поддержания постоянной скорости. [5] Хотя реактивное движение никогда не является единственным способом передвижения, [5] : 208 движение «стоп-старт», обеспечиваемое струями, продолжает быть полезным для обеспечения высокоскоростных рывков – не в последнюю очередь при захвате добычи или уклонении от хищников . [5] Действительно, это делает головоногих моллюсков самыми быстрыми морскими беспозвоночными, [9] : Предисловие , и они могут обогнать большинство рыб. [57] Струя дополняется движением киля; у кальмаров плавники хлопают каждый раз, когда выпускается струя, усиливая тягу; затем они выдвигаются между струями (предположительно, чтобы избежать затопления). [66] Кислородная вода поступает в мантийную полость к жабрам и за счет мышечного сокращения этой полости отработанная вода выбрасывается через гипоном , образованный складкой в мантии. Разница в размерах между задним и передним концами этого органа контролирует скорость струи, которую может производить организм. [67] Скорость организма можно точно предсказать для заданной массы и морфологии животного. [68] Движение головоногих моллюсков обычно происходит назад, поскольку вода вытесняется вперед через гипоном, но направление можно в некоторой степени контролировать, направляя ее в разные стороны. [69] Некоторые головоногие моллюски сопровождают выброс воды хлопающим звуком, похожим на выстрел, который, как полагают, служит отпугиванию потенциальных хищников. [70]
Головоногие моллюски используют аналогичный метод движения, несмотря на то, что их увеличивающиеся размеры (по мере роста) меняют динамику воды, в которой они находятся. Таким образом, их параличинки не используют широко свои плавники (которые менее эффективны при низких числах Рейнольдса ) и в основном используют свои струи для продвижения вверх, тогда как крупные взрослые головоногие моллюски имеют тенденцию плавать менее эффективно и больше полагаться на свои плавники. [66]
Считается, что ранние головоногие моллюски создавали струи, втягивая свое тело в раковины, как это делает сегодня Наутилус . [71] Наутилус также способен создавать струю за счет волнистости своей воронки; этот более медленный поток воды больше подходит для извлечения кислорода из воды. [71] В неподвижном состоянии «Наутилус» может извлечь из воды только 20% кислорода. [59] Скорость струи у Наутилуса гораздо медленнее, чем у колеоидов , но в ее производстве задействовано меньше мускулов и энергии. [72] Реактивная тяга у головоногих определяется в первую очередь максимальным диаметром отверстия воронки (или, возможно, средним диаметром воронки) [73] : 440 и диаметром мантийной полости. [74] Изменения размера отверстия чаще всего используются на промежуточных скоростях. [73] Достигаемая абсолютная скорость ограничена потребностью головоногих вдыхать воду для выталкивания; этот прием ограничивает максимальную скорость восемью длинами тела в секунду - скоростью, которую большинство головоногих моллюсков могут достичь после двух ударов воронки. [73] Вода наполняет полость, попадая не только через отверстия, но и через воронку. [73] Кальмары могут выбрасывать до 94% жидкости из своей полости за один реактивный толчок. [65] Чтобы приспособиться к быстрым изменениям в заборе и выведении воды, отверстия являются очень гибкими и могут изменять свой размер в двадцать раз; радиус воронки, наоборот, изменяется лишь примерно в 1,5 раза. [73]
Некоторые виды осьминогов также способны ходить по морскому дну. Кальмары и каракатицы могут перемещаться на короткие расстояния в любом направлении, перемещая мышечный лоскут вокруг мантии.
Хотя большинство головоногих плавает (то есть имеют нейтральную или почти плавучесть; на самом деле плотность большинства головоногих примерно на 2–3% выше морской воды [15] ), они достигают этого разными способами. [64] Некоторые, такие как Наутилус , позволяют газу диффундировать в зазор между мантией и оболочкой; другие позволяют более чистой воде сочиться из почек, вытесняя более плотную соленую воду из полости тела; [64] другие, как некоторые рыбы, накапливают жир в печени; [64] , а некоторые осьминоги имеют студенистое тело с более легкими ионами хлорида , заменяющими сульфат в химическом составе тела. [64]
Кальмары являются основными жертвами отрицательной плавучести головоногих моллюсков. Отрицательная плавучесть означает, что некоторым кальмарам, особенно тем, глубина обитания которых довольно невелика, приходится активно регулировать свое вертикальное положение. Это означает, что им приходится расходовать энергию, часто за счет струи или волнистости, чтобы поддерживать одинаковую глубину. Таким образом, стоимость транспортировки многих кальмаров довольно высока. При этом кальмары и другие головоногие моллюски, обитающие в глубоких водах, имеют тенденцию иметь более нейтральную плавучесть, что устраняет необходимость регулирования глубины и повышает их двигательную эффективность. [75] [59]
Было замечено, что Macrotritopus defilippi , или обитающий в песке осьминог, имитирует окраску и плавательные движения обитающей в песке камбалы Bothus lunatus, чтобы избежать хищников. Осьминоги смогли сплющить свои тела и отвести руки назад, чтобы выглядеть так же, как камбалы, а также двигаться с той же скоростью и движениями. [76]
У самок двух видов, Ocythoe tuberculata и Haliphron atlanticus , развился настоящий плавательный пузырь . [77]
Две категории головоногих моллюсков, осьминоги и кальмары, сильно различаются в своих движениях, несмотря на то, что принадлежат к одному и тому же классу. Осьминоги обычно не считаются активными пловцами; их часто можно найти очищающими морское дно вместо того, чтобы плавать по воде на большие расстояния. С другой стороны, кальмары могут преодолевать огромные расстояния: некоторые из них преодолевают до 2000 км за 2,5 месяца со средней скоростью 0,9 длины тела в секунду. [78] Основная причина разницы в типе и эффективности движений: анатомия.
И у осьминогов, и у кальмаров есть мантия (упомянутая выше), которая обеспечивает дыхание и передвижение в виде струи. Однако состав этих мантий у этих двух семейств различается. У осьминогов мантия состоит из трех типов мышц: продольных, радиальных и кольцевых. Продольные мышцы проходят параллельно длине осьминога и используются для поддержания одинаковой длины мантии на протяжении всего процесса выброса струи. Учитывая, что это мышцы, можно отметить, что это означает, что осьминог должен активно сгибать продольные мышцы во время выброса струи, чтобы поддерживать мантию постоянной длины. Радиальные мышцы проходят перпендикулярно продольным мышцам и используются для утолщения и утончения стенки мантии. Наконец, круговые мышцы используются в качестве основных активаторов при струйной очистке. Это мышечные группы, окружающие мантию и расширяющие/сжимающие полость. Все три типа мышц работают в унисон, создавая реактивную струю как двигательный механизм. [78]
У кальмаров нет продольных мышц, которые есть у осьминогов. Вместо этого у них туника. [78] Эта туника состоит из слоев коллагена и окружает верхнюю и нижнюю части мантии. Поскольку туники состоят из коллагена, а не из мышц, они представляют собой твердые тела, которые намного прочнее, чем их мышечные аналоги. Это дает кальмарам некоторые преимущества при водометном плавании. Жесткость означает, что нет необходимости сгибать мышцы, чтобы поддерживать мантию того же размера. Кроме того, туники занимают лишь 1% толщины стенки мантии кальмара, тогда как у осьминогов продольные мышечные волокна занимают до 20% толщины стенки мантии. [78] Кроме того, из-за жесткости туники радиальные мышцы кальмара могут сокращаться более сильно.
Мантия — не единственное место, где у кальмаров есть коллаген. Коллагеновые волокна расположены среди других мышечных волокон мантии. Эти коллагеновые волокна действуют как эластики и иногда называются «коллагеновыми пружинами». [78] Как следует из названия, эти волокна действуют как пружины. Когда радиальные и круговые мышцы мантии сокращаются, они достигают точки, в которой сокращение больше не способствует движению существа вперед. В таких случаях избыточное сокращение сохраняется в коллагене, который затем эффективно начинает или способствует расширению мантии в конце струи. В некоторых тестах было показано, что коллаген способен начать повышать мантийное давление за 50 мс до начала мышечной активности. [78]
Эти анатомические различия между кальмарами и осьминогами могут помочь объяснить, почему кальмаров можно найти плавающими по сравнению с рыбами, в то время как осьминоги обычно полагаются на другие формы передвижения по морскому дну, такие как ходьба на двух ногах, ползание и плавание без струи. [79]
Наутилусы — единственные современные головоногие моллюски с настоящей внешней оболочкой. Однако все раковины моллюсков образуются из эктодермы (наружного слоя зародыша); у каракатиц ( Sepia spp.), например, в эмбриональном периоде формируется инвагинация эктодермы, в результате чего образуется панцирь ( каракатица ), находящийся у взрослой особи внутри. [80] То же самое относится и к хитиновым гладиусам кальмаров [80] и осьминогов. [81] Цирратные осьминоги имеют дугообразные хрящевые опоры плавников , [82] которые иногда называют «остатком раковины» или «гладиусом». [83] У Incirrina есть либо пара палочковидных стилетов , либо нет остатков внутренней раковины, [84] а у некоторых кальмаров также отсутствует гладиус. [85] Колеоиды с панцирем не образуют кладу или даже парафилетическую группу. [86] Оболочка спирулы изначально представляет собой органическую структуру, а затем очень быстро минерализуется . [87] «Потерянные» оболочки могут быть потеряны в результате резорбции компонента карбоната кальция. [88]
Самки осьминогов рода Argonauta выделяют специализированную яйцевую оболочку толщиной с бумагу, в которой они обитают, и ее в народе называют «скорлупой», хотя она не прикреплена к телу животного и имеет отдельное эволюционное происхождение.
Самая большая группа панцирных головоногих моллюсков — аммониты — вымерла, но их панцири очень распространены в виде ископаемых .
Отложение карбоната, приводящее к образованию минерализованной раковины, по-видимому, связано с кислотностью органического матрикса раковины (см. Раковина моллюска ); раковинообразующие головоногие моллюски имеют кислую матрицу, тогда как гладиус кальмара имеет основную матрицу. [89] Основное устройство внешней стенки головоногих моллюсков следующее: внешний (сферулитовый) призматический слой, ламинарный (перламутровый) слой и внутренний призматический слой. Толщина каждого слоя зависит от таксона. [90] У современных головоногих карбонат кальция представляет собой арагонит. Что касается других раковин моллюсков или скелетов кораллов, то самые мелкие видимые единицы представляют собой гранулы неправильной округлой формы. [91]
Головоногие моллюски, как следует из названия, имеют мышечные придатки, отходящие от головы и окружающие рот. Они используются для питания, передвижения и даже размножения. В колеоидах их восемь или десять. У десятиногих моллюсков, таких как каракатицы и кальмары, пять пар. Два более длинных, называемые щупальцами , активно участвуют в захвате добычи; [1] : 225 они могут быстро удлиняться (всего за 15 миллисекунд [1] : 225 ). У гигантских кальмаров они могут достигать в длину 8 метров. Они могут заканчиваться расширенной булавой, покрытой присосками. [1] : 225 Четыре более короткие пары называются руками и участвуют в удержании и манипулировании захваченным организмом. [1] : 225 У них тоже есть присоски на стороне, ближайшей ко рту; они помогают удерживать добычу. [1] : 226 Осьминоги, как следует из названия, имеют только четыре пары рук, покрытых присосками, хотя аномалии развития могут изменять количество выраженных рук. [92]
Щупальца состоят из толстого центрального нервного тяжа (который должен быть толстым, чтобы каждую присоску можно было контролировать независимо) [93] , окруженного круговыми и радиальными мышцами. Поскольку объем щупальца остается постоянным, сокращение круговых мышц уменьшает радиус и позволяет быстро увеличивать длину. Обычно удлинение на 70% достигается за счет уменьшения ширины на 23%. [1] : 227 У более коротких рук такой возможности нет.
Размер щупальца связан с размером ротовой полости; более крупные и сильные щупальца могут удерживать добычу, делая от нее небольшие укусы; с более многочисленными и меньшими щупальцами добыча заглатывается целиком, поэтому ротовая полость должна быть больше. [94]
Наутилиды с внешним панцирем ( Nautilus и Allonautilus ) имеют около 90 пальцеобразных придатков, называемых щупальцами , у которых нет присосок, но они липкие и частично втягиваются.
У всех современных головоногих клюв состоит из двух частей ; [9] : у большинства осьминогов есть радула , хотя у большинства осьминогов она редуцирована, а у Spirula она вообще отсутствует . [9] : 7 [95] : 110 Питаются, захватывая добычу щупальцами, втягивая ее в рот и откусывая от нее. [22] У них есть смесь токсичных пищеварительных соков, некоторые из которых производятся симбиотическими водорослями, которые они выбрасывают из своих слюнных желез на пойманную добычу, удерживаемую во рту. Эти соки отделяют плоть добычи от костей или панциря. [22] На конце слюнной железы есть небольшой зуб, который можно вонзить в организм, чтобы переварить его изнутри. [22]
Сама пищеварительная железа довольно короткая. [22] Он состоит из четырех элементов: пища проходит через зоб, желудок и слепую кишку, прежде чем попасть в кишечник. Большая часть пищеварения, а также всасывания питательных веществ происходит в пищеварительной железе, иногда называемой печенью. Обмен питательными веществами и отходами между кишечником и пищеварительной железой осуществляется через пару соединений, соединяющих железу с местом соединения желудка и слепой кишки. [22] Клетки пищеварительной железы непосредственно выделяют пигментированные экскреторные химические вещества в просвет кишечника, которые затем связываются со слизью, проходящей через задний проход в виде длинных темных нитей, выбрасываемых с помощью выдыхаемой воды из воронки. [22] Головоногие имеют тенденцию концентрировать поступившие с пищей тяжелые металлы в тканях тела. [96] Однако руки осьминогов используют семейство специфичных для головоногих хемотактильных рецепторов (CR) в качестве системы «вкуса на ощупь». [97]
Радула головоногих моллюсков состоит из множества симметричных рядов, насчитывающих до девяти зубов [98] – тринадцати в классах ископаемых. [99] Этот орган редуцирован или даже рудиментарен у некоторых видов осьминогов и отсутствует у Spirula . [99] Зубы могут быть гомодонтными (т.е. одинаковыми по форме по всему ряду), гетеродонтными (в противном случае) или ктенодонтными (гребневидными). [99] Их высота, ширина и количество выступов варьируются в зависимости от вида. [99] Рисунок зубов повторяется, но каждый ряд может не совпадать с предыдущим; например, у осьминога последовательность повторяется каждые пять рядов. [99] : 79
Головоногие радулы известны из ископаемых отложений ордовика. [100] Они обычно сохраняются в камере тела головоногих моллюсков, обычно вместе с нижними челюстями; но это не всегда так; [101] Многие радулы сохранились в различных местах Мейсон-Крик. [102] Радулы обычно трудно обнаружить, даже если они сохранились в окаменелостях, поскольку скала должна выветриться и расколоться именно таким образом, чтобы обнажить их; например, радулы обнаружены только у девяти из 43 родов аммонитов [103] [ необходимы разъяснения ] , а в неаммоноидных формах они встречаются еще реже: только три домезозойских вида обладают одной. [100]
У большинства головоногих имеется одна пара крупных нефридиев . Отфильтрованные азотистые отходы образуются в полости перикарда жаберных сердец , каждая из которых соединена с нефридием узким каналом. Канал доставляет экскременты в пузыреподобный почечный мешок, а также резорбирует излишнюю воду из фильтрата. Несколько отростков латеральной полой вены выступают в почечный мешок, непрерывно надуваясь и сдуваясь при сокращении жаберных сердец. Это действие помогает перекачивать секретируемые отходы в мешочки и выбрасывать их в мантийную полость через поры. [104]
Наутилус , что необычно, обладает четырьмя нефридиями, ни один из которых не связан с полостями перикарда.
Включение аммиака важно для формирования раковин у наземных моллюсков и других немоллюсковых линий. [105] Поскольку белок (т.е. мясо) является основным компонентом рациона головоногих моллюсков, большое количество ионов аммония образуется в виде отходов. Основным органом, участвующим в высвобождении избытка аммония, являются жабры. [106] Скорость выделения самая низкая у головоногих моллюсков Nautilus и Sepia , покрытых панцирем, поскольку они используют азот для наполнения своих раковин газом для увеличения плавучести. [106] Другие головоногие моллюски используют аммоний аналогичным образом, сохраняя ионы (в виде хлорида аммония ), чтобы уменьшить их общую плотность и увеличить плавучесть. [106]
Головоногие моллюски представляют собой разнообразную группу видов, но имеют общие черты жизненного цикла, например, у них быстрый темп роста и короткая продолжительность жизни. [107] Stearns (1992) предположил, что для производства как можно большего количества жизнеспособного потомства события нереста зависят от экологических факторов окружающей среды организма. Большинство головоногих моллюсков не оказывают родительской заботы о своем потомстве, за исключением, например, осьминога, который помогает этому организму повысить выживаемость своего потомства. [107] На жизненный цикл морских видов влияют различные условия окружающей среды. [108] На развитие эмбриона головоногих моллюсков могут сильно влиять температура, насыщение кислородом, загрязнение окружающей среды, интенсивность света и соленость. [107] Эти факторы важны для скорости эмбрионального развития и успеха вылупления эмбрионов. Доступность пищи также играет важную роль в репродуктивном цикле головоногих моллюсков. Ограничение в пище влияет на сроки нереста, а также на их функцию и рост. [108] Время нереста и нерест различаются у разных морских видов; это коррелирует с температурой, хотя головоногие моллюски на мелководье нерестятся в холодные месяцы, чтобы потомство вылупилось при более высоких температурах. Размножение может длиться от нескольких дней до месяца. [107]
Головоногие моллюски, достигшие половой зрелости и взрослого размера, начинают нереститься и размножаться. После передачи генетического материала следующему поколению взрослые головоногие умирают. [107] Половое созревание у головоногих самцов и самок можно наблюдать изнутри по увеличению гонад и добавочных желез. [109] Спаривание может быть плохим индикатором полового созревания самок; они могут получать сперму, когда еще не полностью репродуктивно созрели, и хранить ее до тех пор, пока не будут готовы к оплодотворению яйцеклеток. [108] Самцы более агрессивны в соревновании перед спариванием в присутствии неполовозрелых самок, чем в борьбе за половозрелую самку. [110] У большинства самцов головоногих моллюсков развивается гектокотиль, кончик руки, который способен переносить сперматозоиды в мантийную полость самки. Хотя не все виды используют гектокотиль; например, взрослый наутилус выпускает початок. [111] Признаком половой зрелости самок является развитие плечевых фотофоров для привлечения партнеров. [112]
Головоногие моллюски не являются широковещательными производителями . В процессе оплодотворения самки используют сперму, полученную самцом в результате внешнего оплодотворения . Внутреннее оплодотворение наблюдается только у осьминогов. [109] Начало совокупления начинается, когда самец ловит самку и обнимает ее, либо в положении «самец к шее самки», либо в положении «рот ко рту», в зависимости от вида. Затем самцы инициируют процесс оплодотворения, несколько раз сжимая мантию для высвобождения сперматозоидов. [113] Головоногие моллюски часто спариваются несколько раз, что заставляет самцов спариваться дольше с самками, у которых ранее почти утроилось количество сокращений мантии. [113] Чтобы обеспечить оплодотворение яйцеклеток, самки головоногих моллюсков выделяют через студенистые слои яйцеклетки пептид, привлекающий сперматозоиды, чтобы направлять сперматозоиды. Самки головоногих откладывают яйца в кладках; каждое яйцо имеет защитную оболочку, обеспечивающую безопасность развивающегося эмбриона при попадании в толщу воды. Репродуктивные стратегии различаются у разных видов головоногих моллюсков. У гигантского тихоокеанского осьминога крупные яйца откладываются в берлоге; на то, чтобы уложить их все, часто уходит несколько дней. [109] Как только яйца высвобождаются и прикрепляются к защищенному субстрату, самки умирают, [109] делая их полуродящими . У некоторых видов головоногих кладки яиц прикрепляются к субстрату с помощью слизистого клейкого вещества. Эти яйца набухают перивителлиновой жидкостью (PVF), гипертонической жидкостью, которая предотвращает преждевременное вылупление. [114] Скопления оплодотворенных яиц имеют нейтральную плавучесть в зависимости от глубины, на которой они были отложены, но их также можно найти в таких субстратах, как песок, матрица кораллов или морские водоросли. [108] Поскольку эти виды не обеспечивают родительскую заботу о своем потомстве, самка может вводить чернила в яйцевые капсулы, чтобы замаскировать эмбрионы от хищников. [108]
Большинство головоногих моллюсков занимаются агрессивным сексом: такое поведение стимулирует белок в оболочке мужской капсулы. Они также участвуют в агрессии между самцами, при которой более крупные самцы, как правило, выигрывают во взаимодействии. [107] Когда самка находится рядом, самцы постоянно атакуют друг друга и размахивают руками. Если ни один из самцов не отступает, руки вытягиваются назад, обнажая рот, после чего следует кусание кончиков рук. [115] Во время спаривания самцы также используют технику, называемую смыванием. Этот метод используется вторым самцом, пытающимся спариться с самкой. Промывка удаляет из ротовой полости сперматофоры, которые поместил туда первый помощник капитана, путем нагнетания воды в полость. [107] Еще одно поведение самцов — это спаривание или мимикрия: более мелкие самцы приспосабливают свое поведение к поведению самки, чтобы уменьшить агрессию. Используя эту технику, они могут оплодотворить икру, в то время как более крупный самец отвлекается на другого самца. [115] Во время этого процесса самцы-кроссовки быстро вводят каплевидную сперму в семеприемник. [116]
Выбор партнера наблюдается у видов каракатиц, у которых самки предпочитают одних самцов другим, хотя характеристики предпочитаемых самцов неизвестны. [107] Гипотеза гласит, что самки отвергают самцов по обонятельным, а не по визуальным подсказкам. [107] Некоторые виды головоногих являются полиандрическими – они принимают и хранят несколько мужских сперматофоров, что было идентифицировано с помощью дактилоскопии ДНК. [113] Самки больше не восприимчивы к попыткам спаривания, когда держат яйца на руках. Самки могут хранить сперму в двух местах (1) в ротовой полости, куда недавно спарившиеся самцы помещают свои сперматофоры, и (2) во внутренних резервуарах для хранения спермы, где хранятся пакеты спермы от предыдущих самцов. [107] Хранение сперматофоров приводит к конкуренции сперматозоидов; в котором говорится, что самка контролирует, какой партнер оплодотворяет яйца. Чтобы уменьшить такого рода конкуренцию, самцы развивают агонистическое поведение, такое как охрана партнера и спугивание. [107] Hapalochlaena lunulata , или синекольчатый осьминог, легко спаривается как с самцами, так и с самками. [117]
Видно, что у многих морских организмов самки крупнее самцов некоторых близкородственных видов. В некоторых линиях, таких как осьминог-покрывало , самцы становятся все меньше и меньше по структуре, что напоминает термин «карликовость»: карликовые самцы обычно возникают при низкой плотности. [118] Самец осьминога является примером сексуально-эволюционной карликовости; самки вырастают в 10 000–40 000 раз крупнее самцов, и соотношение полов между самцами и самками можно определить сразу после вылупления яиц. [118]
Яйца головоногих моллюсков имеют широкий диапазон размеров: от 1 до 30 мм в диаметре. [119] Оплодотворенная яйцеклетка первоначально делится, образуя диск зародышевых клеток на одном полюсе, а желток остается на противоположном полюсе. Зародышевый диск растет, окутывая и в конечном итоге поглощая желток, образуя эмбрион. Щупальца и руки сначала появляются в задней части тела, там, где у других моллюсков была бы нога, и лишь позже мигрируют к голове. [104] [120]
Воронка головоногих развивается на макушке головы, а рот — на противоположной поверхности. [121] : 86 Ранние эмбриологические стадии напоминают предков брюхоногих моллюсков и современных моноплакофор . [120]
Раковины развиваются из эктодермы как органический каркас, который впоследствии минерализуется. [80] У Sepia , имеющей внутреннюю оболочку, эктодерма образует инвагинацию, поры которой закрываются до отложения органического каркаса. [80]
Продолжительность времени до вылупления сильно варьируется; Яйца меньшего размера в более теплых водах вылупляются быстрее всего, а новорожденные могут появиться всего через несколько дней. Более крупные яйца в более холодных водах могут развиваться более года, прежде чем вылупятся. [119]
Процесс от нереста до вылупления проходит по одинаковой траектории у всех видов, причем основной переменной является количество желтка, доступного молодняку, и время его поглощения эмбрионом. [119]
В отличие от большинства других моллюсков, головоногие не имеют морфологически четко выраженной личиночной стадии. Вместо этого молодые особи известны как параличинки . Они быстро учатся охотиться, используя встречи с добычей для совершенствования своей стратегии. [119]
Рост молодых особей обычно аллометрический , тогда как рост взрослых особей изометрический . [122]
Традиционный взгляд на эволюцию головоногих утверждает, что они произошли в позднем кембрии от моноплакофораноподобного предка [123] с изогнутой, сужающейся раковиной, [124] который был тесно связан с брюхоногими моллюсками (улитками). [125] Сходство ранних панцирных головоногих Plectronoceras с некоторыми брюхоногими моллюсками было использовано в поддержку этой точки зрения. Развитие сифункула позволило бы панцирям этих ранних форм стать наполненными газом (таким образом, плавучими), чтобы поддерживать их и удерживать раковины в вертикальном положении, пока животное ползло по полу, и отделило бы настоящих головоногих моллюсков от предполагаемых предков, таких как как Knightoconus , у которого отсутствовал сифункул. [125] Нейтральная или положительная плавучесть (то есть способность плавать) появилась позже, за ней последовало плавание у Plectronocerida и , в конечном итоге, реактивное движение у более продвинутых головоногих моллюсков. [126]
Возможные раннекембрийские останки были найдены на полуострове Авалон , что соответствует генетическим данным докембрийского происхождения. [2]
Однако некоторые морфологические данные трудно примирить с этой точкой зрения, а переописание Nectocaris pteryx , который не имел панциря и, по-видимому, обладал реактивным движением наподобие «производных» головоногих моллюсков, усложнило вопрос о порядке, в котором головоногие моллюски развиты особенности – при условии, что Nectocaris вообще является головоногим моллюском. [127]
Ранние головоногие моллюски, вероятно, были хищниками на вершине пищевой цепи. [22] После того, как позднекембрийское вымирание привело к исчезновению многих аномалокаридидов , хищные ниши стали доступны для других животных. [128] В течение ордовикского периода примитивные головоногие моллюски претерпели импульсы диверсификации [129] и стали разнообразными и доминирующими в палеозойских и мезозойских морях. [130]
В раннем палеозое их ареал был гораздо более ограниченным, чем сегодня; они были приурочены главным образом к сублиторальным районам мелководных шельфов низких широт и обычно встречались в ассоциации с тромболитами . [131] По мере развития ордовика постепенно была принята более пелагическая привычка. [131] Глубоководные головоногие моллюски хоть и редки, но были обнаружены в нижнем ордовике – но только в водах высоких широт. [131] В середине ордовика появились первые головоногие моллюски с перегородками, достаточно сильными, чтобы справляться с давлением, связанным с более глубокими водами, и могли обитать на глубинах более 100–200 м. [129] Направление скручивания раковины окажется решающим для будущего успеха линий; Эндогастральная спиральная спираль позволяла достичь больших размеров только с прямой раковиной, тогда как экзогастральная спиральная спираль - первоначально довольно редкая - позволяла развиваться спиралям, знакомым по летописи окаменелостей, с соответствующими им большими размерами и разнообразием. [132] (Эндогастральный означает, что раковина изогнута так, что вентральная или нижняя сторона вогнута в продольном направлении (брюшко внутрь); экзогастральный означает, что раковина изогнута так, что вентральная сторона выпукла в продольном направлении (брюшко наружу), что позволяет воронке быть направленной назад. под оболочкой.) [132]
Предки колеоидов (включая большинство современных головоногих моллюсков) и предки современных наутилусов разошлись во флоианский век раннего ордовика, более 470 миллионов лет назад. [131] [ 133] Bactritida , девонско-триасовая группа ортоконусов, широко считается парафилетической без колеоидов и аммоноидей, то есть последние группы возникли внутри Bactritida. [134] : 393 Увеличение разнообразия колеоидов и аммоноидей наблюдается примерно в начале девона и соответствует глубокому увеличению разнообразия рыб. Это может отражать происхождение двух производных групп. [134]
В отличие от большинства современных головоногих моллюсков, большинство древних разновидностей имели защитный панцирь. Эти раковины сначала имели коническую форму, но позже превратились в изогнутые наутилоидные формы, наблюдаемые у современных видов наутилусов . Считается, что конкурентное давление со стороны рыбы вынудило панцирные формы погрузиться в более глубокие воды, что обеспечило эволюционное давление в сторону потери панциря и привело к появлению современных колеоидов, изменение, которое привело к большим метаболическим издержкам, связанным с потерей плавучести, но позволило им повторно заселить мелководье. [125] : 36 Однако некоторые из наутилоидей с прямым панцирем превратились в белемнитов , из которых некоторые превратились в кальмаров и каракатиц . [ требуется проверка ] Потеря панциря также могла быть результатом эволюционного давления, направленного на повышение маневренности, что привело к появлению более рыбьего образа жизни. [1] : 289
Ведутся споры об эмбриологическом происхождении придатков головоногих моллюсков. [135] До середины двадцатого века гипотеза «Руки как голова» была широко признана. Согласно этой теории, руки и щупальца головоногих похожи на придатки головы брюхоногих моллюсков, что позволяет предположить, что они могут быть гомологичными структурами . Придатки головоногих моллюсков окружают рот, поэтому логически они могли произойти из эмбриональных тканей головы. [136] Однако гипотеза «Руки как ноги», предложенная Адольфом Наефом в 1928 году, получает все большее предпочтение; [135] например, картирование судеб зачатков конечностей у наутилуса с камерами указывает на то, что зачатки конечностей происходят из эмбриональных тканей «стопы». [137]
Секвенирование полного генома головоногих моллюсков остается сложной задачей для исследователей из-за длины и повторения их ДНК. [138] Первоначально предполагалось, что характеристики геномов головоногих являются результатом дупликации всего генома . После полного секвенирования калифорнийского двухточечного осьминога геном показал сходство с геномом других морских беспозвоночных со значительными дополнениями к геному, который, как предполагается, уникален для головоногих моллюсков. Никаких доказательств полной дупликации генома обнаружено не было. [139]
В геноме калифорнийского двухточечного осьминога имеются существенные репликации двух семейств генов. Примечательно, что ранее было известно, что расширенные семейства генов демонстрируют репликативное поведение только у позвоночных. [139] Первое семейство генов было идентифицировано как протокадгерины , которые отвечают за развитие нейронов. Протокадгерины действуют как молекулы клеточной адгезии, необходимые для синаптической специфичности . Механизм репликации семейства генов протокадгеринов у позвоночных объясняется сложным сплайсингом или вырезанием и вставкой из локуса. После секвенирования калифорнийского двухточечного осьминога исследователи обнаружили, что семейство генов пророкадгерина у головоногих расширилось в геноме из-за тандемной дупликации генов . Различные механизмы репликации генов протокадгерина указывают на независимую эволюцию экспансии гена протокадгерина у позвоночных и беспозвоночных. [139] Анализ отдельных генов протокадгерина головоногих указывает на независимую эволюцию между видами головоногих моллюсков. Вид берегового кальмара Doryteuthis pealeii с расширенным семейством генов протокадгерина значительно отличается от такового у калифорнийского двухпятнистого осьминога, что позволяет предположить, что расширение генов не происходило до видообразования внутри головоногих моллюсков. Несмотря на разные механизмы расширения генов, гены протокадгерина двухпятнистого осьминога были более похожи на гены позвоночных, чем на кальмаров, что предполагает конвергентный механизм эволюции . Второе семейство генов, известное как C 2 H 2 , представляет собой небольшие белки, которые действуют как факторы транскрипции цинка . Считается, что C 2 H 2 регулирует функции ДНК, РНК и белка внутри клетки. [138]
Секвенированный геном калифорнийского двухточечного осьминога также показал значительное присутствие мобильных элементов , а также экспрессию транспозонов. Хотя роль мобильных элементов у морских позвоночных все еще относительно неизвестна, наблюдалась значительная экспрессия транспозонов в тканях нервной системы. [140] В исследовании, проведенном на позвоночных, экспрессия транспозонов во время развития у плодовой мушки Drosophila melanogaster активировала геномное разнообразие между нейронами. [141] Это разнообразие связано с улучшением памяти и обучаемости у млекопитающих. Связь между транспозонами и повышенной способностью нейронов может дать представление о наблюдаемом интеллекте, памяти и функциях головоногих. [140]
Используя длительное секвенирование, исследователи расшифровали геномы головоногих моллюсков и обнаружили, что они были перемешаны и перемешаны. Гены сравнивали с генами тысяч других видов, и хотя блоки из трех или более генов встречались одновременно у кальмаров и осьминогов, эти блоки генов не были обнаружены вместе ни у каких других животных». Многие из группировок находились в нервной ткани, что указывает на то, каким образом они адаптировали свой интеллект. [142] [143]
Приблизительный консенсус относительно филогении современных головоногих моллюсков, согласно Whalen & Landman (2022), показан на кладограмме . [144] Минерализованные таксоны выделены жирным шрифтом .
Внутреннюю филогению головоногих трудно определить; было использовано множество молекулярных методов, но полученные результаты противоречивы. [86] [145] Наутилус обычно считается внешней группой, а Вампиротеутис образует внешнюю группу по отношению к другим кальмарам; однако в одном анализе наутилоиды, осьминоги и тевтиды представляют собой политомию . [86] Некоторые молекулярные филогении не восстанавливают минерализованные колеоиды ( Spirula , Sepia и Metasepia ) как кладу; однако другие находят эту, более экономную на вид кладу, причем Spirula является сестринской группой Sepia и Metasepia в кладе, которая, вероятно, разошлась до конца триаса. [146] [147]
Молекулярные оценки дивергенции клад различаются. Согласно одной «статистически достоверной» оценке, Наутилус отделился от Осьминога 415 ± 24 миллиона лет назад . [148]
Представленная здесь классификация современных головоногих моллюсков во многом следует из Текущей классификации современных головоногих моллюсков (май 2001 г.), а для ископаемых головоногих взята из Arkell et al. 1957, Тейхерт и Мур, 1964, Тейхерт, 1988 и другие. Эти три подкласса являются традиционными и соответствуют трем отрядам головоногих моллюсков, признанным Батером. [149]
Класс Головоногие († указывает на вымершие группы)
Другие классификации различаются, прежде всего, тем, как связаны различные отряды десятиногих и должны ли они быть отрядами или семействами.
Это более старая классификация, которая объединяет классификации, найденные в частях K и L «Трактата о палеонтологии беспозвоночных» , которая составляет основу и в значительной степени сохраняется в классификациях, появившихся позже.
Последовательность наутилоидов в целом (Teichert and Moore, 1964) указана.
Палеозойские аммоноидеи (Миллер, Ферниш и Шиндевольф, 1957)
Мезозойские Ammonoidea (Аркел и др., 1957)
Последующие изменения включают создание трех верхнекембрийских отрядов: Plectronocerida, Protactinocerida и Yanhecerida; выделение псевдортоцерид как Pseudorthocerida и повышение ортоцератид до подкласса Orthoceratoidea.
Шевырев (2005) предложил разделение на восемь подклассов, в основном включающих более разнообразные и многочисленные ископаемые формы, [150] [151] , хотя эта классификация подвергалась критике как произвольная, недостаточно доказательная и основанная на неправильной интерпретации других статей. [152]
Класс Головоногие
Другая недавняя система делит всех головоногих моллюсков на две клады . Один включает наутилуса и большинство ископаемых наутилоидей. Другая клада ( Neocephalopoda или Angusteradulata ) ближе к современным колеоидам и включает белемноидов, аммоноидей и многие семейства ортоцерид . Существуют также головоногие стволовой группы традиционных Ellesmerocerida , которые не принадлежат ни к одной из клад. [154] [155]
Колеоиды, несмотря на некоторые сомнения, [1] : 289, судя по молекулярным данным, являются монофилетическими. [156]
Древние мореплаватели знали о головоногих моллюсках, о чем свидетельствуют такие произведения искусства, как резьба по камню, найденная во время археологических раскопок на минойском Крите бронзового века в Кноссе (1900–1100 гг. до н. э.), на которой изображен рыбак, несущий осьминога. [157] Ужасающе могущественная Горгона из греческой мифологии , возможно, была вдохновлена осьминогом или кальмаром, тело осьминога представляет собой отрубленную голову Медузы , клюв — высунутый язык и клыки, а его щупальца — змей. [158]
Кракен — легендарное морское чудовище гигантских размеров, которое , как говорят, обитает у берегов Норвегии и Гренландии. В искусстве его обычно изображают в виде гигантских головоногих моллюсков, нападающих на корабли. Линней включил его в первое издание своей «Системы природы» 1735 года . [159] [160] В гавайском мифе о сотворении мира , в котором говорится, что нынешний космос является последним из серии, возникшей поэтапно из руин предыдущей вселенной, осьминог — единственный выживший из предыдущей, чужой вселенной. [161] Аккорокамуи — гигантское чудовище с щупальцами из фольклора айнов . [162]
Битва с осьминогом играет значительную роль в книге Виктора Гюго Travailleurs de la mer ( «Труженики моря »), посвященной его пребыванию в изгнании на Гернси . [163] Сборник рассказов Яна Флеминга 1966 года «Осьминожка и живой свет дневного света » и фильм о Джеймсе Бонде 1983 года были частично вдохновлены книгой Хьюго. [164]
Японское эротическое искусство, сюнга , включает в себя гравюры на дереве укиё-э , такие как гравюра Кацусики Хокусая 1814 года «Тако то ама» ( «Сон жены рыбака» ), на которой ныряльщик ама сексуально переплетается с большим и маленьким осьминогом. [165] [166] Принт является предшественником эротики с щупальцами . [167] Биолог П. З. Майерс отметил в своем научном блоге Pharyngula , что осьминоги появляются на «необычных» графических иллюстрациях с участием женщин, щупалец и обнаженной груди. [168] [169]
Его многочисленные руки, исходящие из общего центра, означают, что осьминог иногда используется как символ мощной и манипулятивной организации. [170]
Кальмар обыкновенный или кальмар (
Loligo vulgaris
). Ее иногда называют рыбой-пером и чернилами из-за ее чернильного мешочка и нежной удлиненной раковины, находящейся внутри него.
{{cite book}}
: |work=
игнорируется ( помощь )