Морские звезды или морские звезды — звездообразные иглокожие , принадлежащие к классу Asteroidea ( / ˌ æ s t ə ˈ r ɔɪ d i ə / ). В обычном использовании эти названия часто применяются к офиуроидам , которые правильно называются хрупкими звездами или звездами-корзинами. Морские звезды также известны как астероиды , поскольку они относятся к классу Asteroidea. Около 1900 видов морских звезд обитают на морском дне во всех океанах мира , от теплых тропических зон до холодных полярных регионов . Они встречаются от приливной зоны до абиссальных глубин, на глубине 6000 м (20 000 футов) от поверхности.
Морские звезды – морские беспозвоночные . Обычно у них есть центральный диск и обычно пять рук, хотя у некоторых видов количество рук больше. Аборальная или верхняя поверхность может быть гладкой, зернистой или колючей, покрыта накладывающимися друг на друга пластинками. Многие виды ярко окрашены в различные оттенки красного или оранжевого цвета, а другие — в синий, серый или коричневый. У морских звезд есть трубчатые ножки , приводимые в движение гидравлической системой , и рот в центре ротовой или нижней поверхности. Они приспособлены к питанию и в основном охотятся на донных беспозвоночных. Некоторые виды имеют специализированное пищевое поведение, включая выворот желудка и кормление в суспензии . Они имеют сложный жизненный цикл и могут размножаться как половым, так и бесполым путем . Большинство из них могут регенерировать поврежденные части или потерянные руки, а также могут сбрасывать оружие в качестве средства защиты. Астероидеи играют несколько важных экологических ролей . Морские звезды, такие как охряная морская звезда ( Pisaster ochraceus ) и рифовая морская звезда ( Stichaster australis ), стали широко известны как примеры концепции ключевых видов в экологии. Тропическая морская звезда с терновым венцом ( Acanthaster planci ) — прожорливый хищник кораллов во всем Индо-Тихоокеанском регионе, а морская звезда северной части Тихого океана входит в список 100 наихудших инвазивных чужеродных видов в мире .
Летопись окаменелостей морских звезд древняя и датируется ордовиком около 450 миллионов лет назад, но она довольно скудна, поскольку морские звезды имеют тенденцию распадаться после смерти. Вероятно, сохранились только косточки и шипы животного, из-за чего останки трудно найти. Благодаря своей привлекательной симметричной форме морские звезды сыграли важную роль в литературе, легендах, дизайне и популярной культуре. Иногда их собирают как диковинки, используют в дизайне или в качестве логотипов, а в некоторых культурах, несмотря на возможную токсичность, их едят.
У большинства морских звезд есть пять рукавов, исходящих из центрального диска, но их количество варьируется в зависимости от группы. У некоторых видов шесть или семь рук, у других - 10–15 рук. [3] Антарктический Labidiaster annulatus может насчитывать более пятидесяти особей. [4]
Картирование паттернов экспрессии генов, которые по-разному экспрессируются по осям тела, позволяет предположить, что тело морской звезды можно представить как бестелесную голову, гуляющую по морскому дну на губах. Известные маркеры структур туловища экспрессируются только во внутренних тканях, а не на поверхности. На поверхности тела представлена только передняя часть оси, задающая структуры головы. [5]
Стенка тела состоит из тонкой кутикулы, эпидермиса, состоящего из одного слоя клеток, толстой дермы , образованной соединительной тканью , и тонкого целомического миоэпителиального слоя, обеспечивающего продольную и круговую мускулатуру. Дерма содержит эндоскелет из компонентов карбоната кальция, известный как косточки. Это сотовые структуры, состоящие из микрокристаллов кальцита , расположенных в виде решетки. [6] Они различаются по форме, некоторые из них имеют внешние гранулы, бугорки и шипы, но большинство из них представляют собой пластинчатые пластинки, которые аккуратно прилегают друг к другу мозаичным образом и образуют основное покрытие аборальной поверхности. [7] Некоторые из них представляют собой специализированные структуры, такие как мадрепорит (вход в водную сосудистую систему), педицеллярии и паксиллы . [6] Педицеллярии представляют собой сложные косточки с челюстями, похожими на щипцы. Они удаляют мусор с поверхности тела и машут на гибких стеблях в ответ на физические или химические раздражители, постоянно совершая кусающие движения. Они часто образуют скопления вокруг шипов. [8] [9] Паксиллы — это зонтикообразные структуры, обнаруженные на морских звездах, которые живут в отложениях. Края соседних паксил сходятся, образуя ложную кутикулу с водяной полостью под ней, в которой защищены мадрепорит и нежные жаберные структуры. Все косточки, в том числе и выступающие наружу, покрыты эпидермальным слоем. [6]
Несколько групп морских звезд, включая Valvatida и Forcipulatida , обладают педицелляриями . [8] У Forcipulatida, таких как Asterias и Pisaster , они встречаются в виде помпонообразных пучков у основания каждого шипа, тогда как у Goniasteridae , таких как Hippasteria phrygiana , педицеллярии разбросаны по поверхности тела. Считается, что некоторые из них помогают защищаться, а другие помогают питаться или удалять организмы, пытающиеся поселиться на поверхности морской звезды. [10] Некоторые виды, такие как Labidiaster annulatus , Rathbunaster Californicus и Novodinia antillensis, используют свои крупные педицеллярии для ловли мелкой рыбы и ракообразных. [11]
Также могут быть папулы — тонкостенные выпячивания полости тела, которые проходят через стенку тела и распространяются в окружающую воду. Они выполняют дыхательную функцию. [12] Структуры поддерживаются коллагеновыми волокнами, расположенными под прямым углом друг к другу и образующими трехмерную паутину с косточками и папулами в промежутках. Такое расположение позволяет морской звезде как легко сгибать руки, так и быстро наступать скованность и жесткость, необходимые для действий, выполняемых в условиях стресса. [13]
Водная сосудистая система морской звезды представляет собой гидравлическую систему, состоящую из сети заполненных жидкостью каналов и отвечающую за передвижение, адгезию, манипулирование пищей и газообмен . Вода поступает в систему через мадрепорит — пористую, часто заметную, ситовидную косточку на аборальной поверхности. Он соединен через каменный канал, часто выстланный известковым материалом, с кольцевым каналом вокруг ротового отверстия. От него отходит ряд радиальных каналов; по одному радиальному каналу проходит вдоль амбулакральной борозды в каждом плече. От радиального канала поочередно разветвляются короткие латеральные каналы, каждый из которых заканчивается ампулой. Эти луковицеобразные органы соединены с трубчатыми ножками (подиями) на внешней стороне животного короткими соединительными каналами, которые проходят через косточки в амбулакральной борозде. Обычно трубчатые ножки имеют два ряда, но у некоторых видов боковые каналы попеременно длинные и короткие, и их бывает четыре ряда. Внутренняя часть всей системы каналов выстлана ресничками . [14]
Когда продольные мышцы ампул сокращаются, клапаны в латеральных каналах закрываются, и вода выталкивается в ножки трубки. Они простираются до контакта с подложкой . Хотя ножки трубки по внешнему виду напоминают присоски, захватывающее действие является функцией клеящих химикатов, а не всасывания. [15] Другие химические вещества и расслабление ампул позволяют освободиться от субстрата. Ножки трубки фиксируются на поверхности и движутся волнообразно, при этом одна секция рычага прикрепляется к поверхности, а другая освобождается. [16] [17] Некоторые морские звезды при движении поднимают кончики рук, что обеспечивает максимальное воздействие на ножки сенсорной трубки и глазное пятно внешним раздражителям. [18]
Происходя от двусторонних организмов, морские звезды могут двигаться двусторонним образом, особенно во время охоты или опасности. При ползании одни руки действуют как ведущие, а другие отстают. [3] [19] [9] Большинство морских звезд не могут двигаться быстро, типичная скорость — это скорость кожаной звезды ( Dermasterias imbricata ), которая может преодолевать всего 15 см (6 дюймов) в минуту. [20] Некоторые роющие виды из родов Astropecten и Luidia имеют на длинных трубчатых ножках заострения, а не присоски, и способны к гораздо более быстрому движению, «скользя» по дну океана. Песчаная звезда ( Luidia foliolata ) может двигаться со скоростью 2,8 м (9 футов 2 дюйма) в минуту. [21] Когда морская звезда оказывается перевернутой, две соседние руки сгибаются назад, чтобы обеспечить поддержку, противоположная рука используется для удара по земле, в то время как две оставшиеся руки поднимаются с обеих сторон; наконец, топающий рычаг отпускается, когда морская звезда переворачивается и принимает свое нормальное положение. [19]
Помимо функции передвижения, трубчатые ножки действуют как дополнительные жабры. Водная сосудистая система служит для транспортировки кислорода и углекислого газа к ножкам трубки, а также питательных веществ из кишечника к мышцам, участвующим в передвижении. Движение жидкости двунаправлено и инициируется ресничками . [14] Газообмен также происходит через другие жабры , известные как папулы, которые представляют собой тонкостенные выпуклости на аборальной поверхности диска и рук. Кислород переносится от них к целомической жидкости , которая действует как транспортная среда для газов. Кислород, растворенный в воде, распределяется по организму преимущественно жидкостью основной полости тела; система кровообращения также может играть незначительную роль. [22]
Кишка морской звезды занимает большую часть диска и доходит до рук. Рот расположен в центре ротовой поверхности, окружен жесткой перистомиальной оболочкой и закрыт сфинктером . Рот открывается через короткий пищевод в желудок , разделенный сужением на большую выворачиваемую кардиальную часть и меньшую пилорическую часть. Сердечный желудок имеет железистую структуру и мешочек и поддерживается связками , прикрепленными к косточкам на руках, поэтому его можно вернуть в исходное положение после выворота. Пилорический отдел желудка имеет два продолжения в каждую руку: привратниковые слепые отростки. Это удлиненные, разветвленные полые трубки, выстланные рядом желез, которые выделяют пищеварительные ферменты и поглощают питательные вещества из пищи. Короткая кишка и прямая кишка отходят от пилорического отдела желудка и открываются небольшим анусом на вершине аборальной поверхности диска. [23]
Примитивные морские звезды, такие как Astropecten и Luidia , заглатывают добычу целиком и начинают переваривать ее в своем сердечном желудке. Створки раковин и другие несъедобные материалы выбрасываются через рот. Полупереваренная жидкость поступает в пилорический отдел желудка и слепую кишку, где пищеварение продолжается и происходит всасывание. [23] У более продвинутых видов морских звезд сердечный желудок может быть вывернут из тела организма, чтобы поглощать и переваривать пищу. Когда добычей является моллюск или другое двустворчатое моллюск , морская звезда тянет свои трубчатые ножки, чтобы слегка разделить два клапана, и вставляет небольшой участок желудка, который выделяет ферменты для переваривания добычи. Желудок и частично переваренная добыча позже втягиваются в диск. Здесь пища поступает в пилорический отдел желудка, который всегда остается внутри диска. [24] Втягивание и сокращение сердечного желудка активируется нейропептидом, известным как NGFFYамид. [25]
Благодаря этой способности переваривать пищу вне тела морские звезды могут охотиться на добычу, размер которой намного превышает их рот. В их рацион входят моллюски и устрицы , членистоногие , мелкая рыба и брюхоногие моллюски . Некоторые морские звезды не являются чистыми хищниками и дополняют свой рацион водорослями или органическим детритом. Некоторые из этих видов являются травоядными , но другие улавливают частицы пищи из воды липкими нитями слизи , которые сносятся ко рту по реснитчатым бороздкам. [23]
Основным азотистым отходом является аммиак . У морских звезд нет отдельных органов выделения; Отработанный аммиак удаляется путем диффузии через ножки трубки и папулы. [22] Жидкость организма содержит фагоцитирующие клетки, называемые целомоцитами, которые также встречаются в гемальной и водной сосудистой системах. Эти клетки поглощают отходы и в конечном итоге мигрируют к кончикам папул, где часть стенки тела отрывается и выбрасывается в окружающую воду. Некоторое количество отходов может также выводиться пилорическими железами и выводиться с калом . [22]
Морские звезды, по-видимому, не имеют каких-либо механизмов осморегуляции и сохраняют в жидкостях своего организма ту же концентрацию соли, что и в окружающей воде. Хотя некоторые виды могут переносить относительно низкую соленость , отсутствие системы осморегуляции, вероятно, объясняет, почему морские звезды не встречаются в пресной воде или даже во многих устьевых средах. [22]
Хотя у морских звезд не так много четко выраженных органов чувств, они чувствительны к прикосновению, свету, температуре, ориентации и состоянию воды вокруг них. Ножки трубки, шипы и педицеллярии чувствительны к прикосновению. Ножки трубок, особенно на кончиках лучей, также чувствительны к химическим веществам, что позволяет морским звездам обнаруживать источники запаха, например пищу. [24] На концах рук имеются глазные пятна, каждое из 80–200 простых глазков . Они состоят из пигментированных эпителиальных клеток, которые реагируют на свет и покрыты толстой прозрачной кутикулой, которая одновременно защищает глазки и фокусирует свет. Многие морские звезды также обладают отдельными фоторецепторными клетками в других частях тела и реагируют на свет, даже если их глазные пятна закрыты. Наступают они или отступают, зависит от вида. [26]
Хотя у морской звезды нет централизованного мозга , она имеет сложную нервную систему с нервным кольцом вокруг рта и лучевым нервом, идущим вдоль амбулакральной области каждой руки параллельно лучевому каналу. Периферическая нервная система состоит из двух нервных сетей: сенсорной системы в эпидермисе и двигательной системы в слизистой оболочке целомической полости. Нейроны, проходящие через дерму, соединяют их. [26] Кольцевые и лучевые нервы имеют сенсорные и двигательные компоненты и координируют баланс и системы направления морской звезды. [12] Сенсорный компонент получает сигналы от органов чувств, в то время как двигательные нервы контролируют ножки трубки и мускулатуру. Морская звезда не обладает способностью планировать свои действия. Если одна рука обнаруживает привлекательный запах, она становится доминирующей и временно подавляет другие руки, инициируя движение к добыче. Механизм этого до конца не изучен. [26]
Полость тела содержит кровеносную или гемальную систему. Сосуды образуют три кольца: одно вокруг рта (гипоневральное гемальное кольцо), другое вокруг пищеварительной системы (желудочное кольцо) и третье возле аборальной поверхности (генитальное кольцо). Сердце бьется примерно шесть раз в минуту и находится на вершине вертикального канала (осевого сосуда), соединяющего три кольца. У основания каждого плеча находятся парные гонады ; боковой сосуд проходит от полового кольца мимо половых желез до кончика руки. Этот сосуд имеет глухой конец и внутри него не происходит непрерывной циркуляции жидкости. Эта жидкость не содержит пигментов и практически не выполняет дыхательную функцию, но, вероятно, используется для транспортировки питательных веществ по организму. [27]
Морские звезды производят большое количество вторичных метаболитов в виде липидов , в том числе стероидных производных холестерина и амидов жирных кислот сфингозина . Стероиды в основном представляют собой сапонины , известные как астеросапонины, и их сульфатированные производные. Они различаются у разных видов и обычно состоят из шести молекул сахара (обычно глюкозы и галактозы ), соединенных тремя гликозидными цепями. Амиды сфингозина с длинной цепью жирных кислот встречаются часто, и некоторые из них обладают известной фармакологической активностью . Из морских звезд также известны различные церамиды , а также идентифицировано небольшое количество алкалоидов . Функции этих химических веществ в морских звездах до конца не изучены, но большинство из них играют роль в защите и общении. Некоторые из них используют отпугивающие средства, используемые морскими звездами для отпугивания хищников. Другие являются противообрастающими средствами и дополняют педицеллярии, предотвращая оседание других организмов на аборальной поверхности морской звезды. Некоторые из них представляют собой тревожные феромоны и химические вещества, вызывающие побег, высвобождение которых вызывает реакцию у морских звезд своего вида , но часто вызывает реакцию побега у потенциальной добычи. [28] Исследования эффективности этих соединений для возможного фармакологического или промышленного использования проводятся во всем мире. [29]
Большинство видов морских звезд гонохорны , существуют отдельные мужские и женские особи. Внешне они обычно неразличимы, поскольку гонады не видны, но их пол становится очевиден, когда они нерестятся . [30] Некоторые виды одновременно являются гермафродитами , производя яйцеклетки и сперму одновременно, а у некоторых из них одна и та же гонада, называемая овотестис , производит и яйцеклетки, и сперму. [31] Другие морские звезды являются последовательными гермафродитами . Протандрические особи таких видов, как Asterina gibbosa, начинают жизнь как самцы, а по мере взросления меняют пол на женский. У некоторых видов, таких как Nepanthia belcheri , крупная самка может разделиться пополам , и в результате появятся самцы. Когда они вырастают достаточно большими, они снова превращаются в самок. [32]
Каждая рука морской звезды содержит две гонады, которые выпускают гаметы через отверстия, называемые гонодуктами, расположенные на центральном диске между руками. Оплодотворение обычно наружное, но у некоторых видов имеет место внутреннее оплодотворение. У большинства видов плавучие икринки и сперматозоиды просто выпускаются в воду (свободный нерест), а образовавшиеся эмбрионы и личинки живут в составе планктона . В других случаях яйца могут прилипать к нижней стороне камней. [33] У некоторых видов морских звезд самки высиживают икру – либо просто окутывая их [33] , либо удерживая в специализированных структурах. Высиживание может осуществляться в карманах на аборальной поверхности морской звезды, [34] [30] внутри пилорического отдела желудка ( Leptasterias tenera ) [35] или даже внутри самих гонад. [31] Те морские звезды, которые высиживают икру, «сидя» на ней, обычно принимают горбатую позу с поднятыми над субстратом дисками. [36] Pteraster militaris высиживает несколько детенышей и рассеивает оставшиеся яйца, которых слишком много, чтобы поместиться в сумку. [34] У этих насиживающих видов яйца относительно большие, снабжены желтком и обычно развиваются непосредственно в миниатюрных морских звезд без промежуточной личиночной стадии. [31] Развивающуюся молодь называют лецитотрофной, потому что она получает питание из желтка, в отличие от «планктотрофных» личинок, которые питаются в толще воды . У Parvulastra parvivipara , внутригонадного выводка, молодые морские звезды получают питательные вещества, поедая другие яйца и эмбрионы в выводковой сумке. [37] Высиживание особенно распространено у полярных и глубоководных видов, обитающих в средах, неблагоприятных для развития личинок [30], а также у более мелких видов, производящих всего несколько яиц. [38] [39]
В тропиках личинкам морских звезд постоянно доступен обильный запас фитопланктона. Нерест происходит в любое время года, причем у каждого вида свой характерный сезон размножения. [40] В регионах с умеренным климатом весна и лето приносят увеличение запасов продовольствия. Первая нерестящаяся особь вида может выпустить феромон , который привлекает других морских звезд к скоплению и синхронному выпуску своих гамет. [41] У других видов самец и самка могут объединяться и образовывать пару. [42] [43] Такое поведение называется псевдокопуляцией [44] , и самец забирается на вершину, помещая руки между руками самки. Когда она выпускает икру в воду, он начинает нереститься. [41] Морские звезды могут использовать сигналы окружающей среды для координации времени нереста (длина дня для указания правильного времени года, [42] рассвет или закат для указания правильного времени суток), а также химические сигналы для обозначения своей готовности к размножению. . У некоторых видов зрелые самки производят химические вещества для привлечения сперматозоидов в морскую воду. [45]
Большинство эмбрионов морских звезд вылупляются на стадии бластулы . Из исходного комка клеток развивается латеральный мешочек — архентерон . Вход в него известен как бластопор , и позже он разовьется в анус — вместе с хордовыми иглокожие являются вторичноротыми , то есть второе ( второстепенное ) впячивание становится ртом ( стоме ) ; представители всех остальных типов являются протостомами , и их первым инвагинацией становится рот. Еще одно впячивание поверхности сольется с кончиком архентерона и превратится в рот, а внутренняя часть станет кишкой. В то же время снаружи развивается полоска ресничек . Он увеличивается и распространяется по поверхности и, в конечном итоге, на два развивающихся выроста, похожих на руки. На этой стадии личинка известна как бипиннария . Реснички используются для передвижения и питания, их ритмичный ритм переносит фитопланктон ко рту. [8]
Следующей стадией развития является личинка брахиолярии , которая включает в себя рост трех коротких дополнительных рук. Они находятся на переднем конце, окружают присоску и на кончиках имеют клейкие клетки. Личинки бипиннарий и брахиолярий двусторонне симметричны. Полностью развившись, брахиолярия оседает на морском дне и прикрепляется коротким стеблем, образованным из брюшных рук и присоски. Метаморфоза теперь происходит с радикальной перестройкой тканей. Левая сторона личиночного тела становится оральной поверхностью молоди, а правая — аборальной поверхностью. Часть кишечника сохраняется, но рот и анус перемещаются в новые положения. Некоторые полости тела дегенерируют, а другие превращаются в водную сосудистую систему и висцеральный целом. Морская звезда теперь пентарадиально симметрична. Он сбрасывает стебель и становится свободноживущей молодой морской звездой диаметром около 1 мм (0,04 дюйма). У морских звезд отряда Paxillosida стадия брахиолярии отсутствует, личинки бипиннарии оседают на морском дне и развиваются непосредственно в молодь. [8]
Некоторые виды морских звезд трех семейств Asterinidae, Asteriidae и Solasteridae способны размножаться бесполым путем во взрослом возрасте либо путем деления своих центральных дисков [46] , либо путем автотомии одного или нескольких своих конечностей. [47] Какой из этих процессов происходит, зависит от рода. Среди морских звезд, которые способны регенерировать все свое тело из одной руки, некоторые могут сделать это даже из фрагментов длиной всего 1 см (0,4 дюйма). [48] Отдельные рукава, которые регенерируют целого человека, называются кометными формами. Разделение морской звезды либо поперек диска, либо у основания руки обычно сопровождается слабостью структуры, образующей зону перелома. [49]
Личинки некоторых видов морских звезд могут размножаться бесполым путем, не достигнув половой зрелости. [50] Они делают это путем автотомии некоторых частей своего тела или путем почкования . [51] Когда такая личинка чувствует, что пищи много, она встает на путь бесполого размножения, а не на путь нормального развития. [52] Хотя это требует времени и энергии и задерживает созревание, это позволяет одной личинке дать начало нескольким взрослым особям, когда условия подходящие. [51]
Некоторые виды морских звезд обладают способностью регенерировать утраченные руки и со временем могут отрастить целую новую конечность. [48] Некоторые могут вырастить полностью новый диск из одной руки, в то время как другим требуется, чтобы хотя бы часть центрального диска была прикреплена к отсоединенной части. [22] Возобновление роста может занять несколько месяцев или лет, [48] а морские звезды уязвимы к инфекциям на ранних стадиях после потери конечности. Отделенная конечность живет за счет накопленных питательных веществ до тех пор, пока у нее не отрастут диск и рот и она снова не сможет питаться. [48] Помимо фрагментации, осуществляемой с целью размножения, деление тела может произойти непреднамеренно из-за отделения части хищником или из-за того, что часть может быть активно сброшена морской звездой в ответ на побег. [22] Потеря частей тела достигается за счет быстрого размягчения особого типа соединительной ткани в ответ на нервные сигналы. Этот тип ткани называется соединительной тканью и встречается у большинства иглокожих. [53] Был идентифицирован фактор, способствующий аутотомии, который при инъекции другой морской звезде вызывает быстрое отбрасывание рук. [54]
Продолжительность жизни морской звезды значительно различается у разных видов, обычно она больше у более крупных форм и у особей с планктонными личинками. Например, Leptasterias hexactis высиживает небольшое количество яиц с крупным желтком. Он имеет вес взрослой особи 20 г (0,7 унции), достигает половой зрелости через два года и живет около десяти лет. [8] Pisaster ochraceus ежегодно выпускает в море большое количество яиц, а вес взрослой особи достигает 800 г (28 унций). Он достигает зрелости через пять лет, а максимальная зарегистрированная продолжительность жизни составляет 34 года. [8]
Иглокожие, в том числе морские звезды, поддерживают тонкий внутренний электролитный баланс, который находится в равновесии с морской водой, что делает невозможным их существование в пресноводной среде обитания. [16] Виды морских звезд обитают во всех океанах мира. Среда обитания варьируется от тропических коралловых рифов , скалистых берегов, приливных бассейнов , грязи и песка до лесов из водорослей , лугов с морской травой [55] и глубоководного морского дна на глубине не менее 6000 м (20 000 футов). [56] Наибольшее разнообразие видов встречается в прибрежных районах. [55]
Большинство видов являются универсальными хищниками, питающимися микроводорослями , губками , двустворчатыми моллюсками , улитками и другими мелкими животными. [24] [57] Морская звезда с терновым венцом питается коралловыми полипами, [58] в то время как другие виды являются детритофагами , питающимися разлагающимся органическим материалом и фекалиями. [57] [59] Некоторые из них питаются взвесью и собираются в фитопланктоне ; Henricia и Echinaster часто встречаются вместе с губками, получая выгоду от создаваемого ими потока воды. [60] Было показано, что различные виды способны поглощать органические питательные вещества из окружающей воды, и это может составлять значительную часть их рациона. [60]
Процессам кормления и отлова могут способствовать специальные детали; Pisaster brevispinus , писастр с короткими шипами с западного побережья Америки, может использовать набор специализированных трубчатых ножек, чтобы глубоко копаться в мягком субстрате и добывать добычу (обычно моллюсков ). [61] Схватив моллюска, морская звезда медленно вскрывает панцирь добычи, изнашивая приводящую мышцу, а затем вставляет вывернутый желудок в трещину, чтобы переварить мягкие ткани. Чтобы желудок мог войти, зазор между клапанами должен составлять всего лишь долю миллиметра. [16] Каннибализм наблюдался у молодых морских звезд уже через четыре дня после метаморфоза. [62]
Морские звезды являются ключевыми видами в своих морских сообществах . Их относительно большие размеры, разнообразный рацион питания и способность адаптироваться к различным условиям окружающей среды делают их экологически важными. [63] Термин «краеугольный вид» впервые был использован Робертом Пейном в 1966 году для описания морской звезды Pisaster ochraceus . [64] Изучая низкие приливные побережья штата Вашингтон , Пейн обнаружил, что хищничество P. ochraceus было основным фактором разнообразия видов. Экспериментальное удаление этого главного хищника с участка береговой линии привело к снижению видового разнообразия и, в конечном итоге, к доминированию мидий Mytilus , которые смогли вытеснить другие организмы за пространство и ресурсы. [65] Аналогичные результаты были получены в 1971 году в исследовании Stichaster australis на приливном побережье Южного острова Новой Зеландии . Было обнаружено, что S. australis удалил большую часть партии пересаженных мидий в течение двух или трех месяцев после их размещения, в то время как на участке, из которого был удален S. australis , численность мидий резко увеличилась, заполонив территорию и угрожая биоразнообразию . . [66]
Пищевая активность всеядной морской звезды Oreaster reticulatus на песчаном и заросшем водорослями дне Виргинских островов, по-видимому, регулирует разнообразие, распределение и численность микроорганизмов. Эти морские звезды поглощают груды отложений, удаляя поверхностные пленки и водоросли, прилипшие к частицам. [67] Организмы, которым не нравится это нарушение, заменяются другими, более способными быстро заселить «чистые» осадки. Кроме того, в результате добывания пищи этими мигрирующими морскими звездами образуются разнообразные участки органического вещества, которые могут играть роль в распространении и численности таких организмов, как рыбы, крабы и морские ежи, которые питаются отложениями. [68]
Морские звезды иногда оказывают негативное воздействие на экосистемы. Вспышки морских звезд с терновым венцом нанесли ущерб коралловым рифам на северо-востоке Австралии и во Французской Полинезии . [58] [69] Исследование, проведенное в Полинезии, показало, что коралловый покров резко сократился с появлением мигрирующих морских звезд в 2006 году, упав с 50% до менее 5% за три года. Это оказало каскадное воздействие на все донное сообщество и рыб, питающихся рифами. [58] Asterias amurensis — один из немногих инвазивных видов иглокожих . Его личинки, вероятно, прибыли на Тасманию из центральной Японии через воду, сброшенную с кораблей в 1980-х годах. С тех пор численность этого вида выросла до такой степени, что они угрожают коммерчески важным популяциям двустворчатых моллюсков . Таким образом, они считаются вредителями [70] и входят в список 100 наихудших инвазивных видов в мире, составленный Группой специалистов по инвазивным видам . [71]
Морские звезды (морские звезды) — основные хищники морских ежей, питающихся водорослями. Спутниковые снимки показывают, что популяция морских ежей резко возросла из-за массовой гибели морских звезд, и что к 2021 году морские ежи уничтожили 95% лесов Калифорнии. [72]
На морскую звезду могут охотиться сородичи, морские анемоны, [73] другие виды морских звезд, тритоны , крабы, рыбы, чайки и каланы . [38] [70] [74] [75] Их первой линией защиты являются сапонины , присутствующие в стенках их тела и имеющие неприятный вкус. [76] Некоторые морские звезды, такие как Astropecten polyacanthus, также включают в свой химический арсенал мощные токсины, такие как тетродотоксин , а слизевая звезда может выделять большое количество отталкивающей слизи. У них также есть бронежилеты в виде твердых пластин и шипов. [77] Морская звезда с терновым венцом особенно непривлекательна для потенциальных хищников, поскольку ее надежно защищают острые шипы, пропитанные токсинами, а иногда и яркие предупреждающие цвета . [78] Другие виды защищают свои уязвимые трубчатые ножки и кончики рук, выстилая амбулакральные бороздки шипами и обильно покрывая конечности. [77]
Некоторые виды иногда страдают от истощения , вызванного бактериями рода Vibrio ; [74] однако спорадически возникает более распространенная истощающая болезнь , вызывающая массовую смертность среди морских звезд. В статье, опубликованной в ноябре 2014 года, выяснилось, что наиболее вероятной причиной этого заболевания является денсовирус, который авторы назвали денсовирусом, связанным с морскими звездами (SSaDV). [79] Известно, что простейшее Orchitophria stellarum инфицирует гонады морских звезд и повреждает ткани. [74] Морские звезды уязвимы к высоким температурам. Эксперименты показали, что скорость питания и роста P. ochraceus значительно снижается, когда температура их тела поднимается выше 23 ° C (73 ° F), и что они умирают, когда температура повышается до 30 ° C (86 ° F). [80] [81] Этот вид обладает уникальной способностью поглощать морскую воду, чтобы сохранять прохладу, когда он подвергается воздействию солнечного света во время отлива. [82] Похоже, что он также использует свои руки для поглощения тепла, чтобы защитить центральный диск и жизненно важные органы, такие как желудок. [83]
Морские звезды и другие иглокожие чувствительны к загрязнению морской среды . [84] Обыкновенная морская звезда считается биоиндикатором морских экосистем. [85] Исследование 2009 года показало, что P. ochraceus вряд ли пострадает от закисления океана так же сильно, как другие морские животные с известковым скелетом. В других группах структуры из карбоната кальция уязвимы к растворению при понижении pH . Исследователи обнаружили, что, когда P. ochraceus подверглись воздействию температуры 21 °C (70 °F) и концентрации углекислого газа 770 ppm (превышая ожидаемое повышение в следующем столетии), они практически не пострадали. Их выживание, вероятно, связано с узловой природой их скелетов, которые способны компенсировать нехватку карбоната за счет роста более мясистой ткани. [86]
Иглокожие впервые появились в летописи окаменелостей в кембрии . Первыми известными астерозойными животными были Somasteroidea , которые обладают характеристиками обеих групп. [87] Морские звезды нечасто встречаются в виде окаменелостей, возможно, потому, что их твердые скелетные компоненты отделяются по мере разложения животного. Несмотря на это, в Лагерштеттене есть несколько мест, где встречаются скопления полных скелетных структур, окаменевших на месте, – так называемые «залежи морских звезд». [88]
К позднему палеозою преобладающими иглокожими были криноидеи и бластоиды , а некоторые известняки этого периода почти полностью состоят из обломков этих групп . В ходе двух крупных событий вымирания , произошедших в позднем девоне и поздней перми , бластоиды были уничтожены, и выжило лишь несколько видов криноидей. [87] Многие виды морских звезд также вымерли в результате этих событий, но впоследствии немногие выжившие виды быстро диверсифицировались в течение примерно шестидесяти миллионов лет в течение ранней юры и начала средней юры . [89] [90] Исследование 2012 года показало, что видообразование у морских звезд может происходить быстро. В течение последних 6000 лет произошло расхождение в развитии личинок Cryptasterina hystera и Cryptasterina pentagona : первая применяла внутреннее оплодотворение и высиживание, а вторая оставалась широковещательным производителем. [91]
Научное название Asteroidea было дано морской звезде французским зоологом де Бленвилем в 1830 году . [92] Оно происходит от греческого слова «астра» , ἀστήρ (звезда), и греческого « эйдос », εἶδος (форма, подобие, внешний вид). [93] Класс Asteroidea принадлежит к типу Echinodermata . Помимо морских звезд, к иглокожим относятся морские ежи , песчаные доллары , ломкие и корзинчатые звезды , морские огурцы и криноидеи . Личинки иглокожих обладают двусторонней симметрией, но при метаморфозе она заменяется радиальной симметрией , обычно пентамерной . [12] Взрослые иглокожие характеризуются наличием водной сосудистой системы с внешними трубчатыми ножками и известковым эндоскелетом, состоящим из косточек , соединенных сеткой коллагеновых волокон. [94] Морские звезды включены в подтип Asterozoa , характеристики которого включают уплощенное звездообразное тело у взрослых особей, состоящее из центрального диска и множества расходящихся рукавов. Подтип включает два класса Asteroidea, морские звезды, и Ophiuroidea , хрупкие звезды и звезды-корзины. Астероиды имеют широкие руки со скелетной опорой, обеспечиваемой известковыми пластинками в стенке тела [89], в то время как офиуроиды имеют четко очерченные тонкие руки, усиленные парными сросшимися косточками, образующими сочлененные «позвонки». [95]
Морские звезды — это большой и разнообразный класс, насчитывающий более 1900 живых видов. Существует семь современных отрядов: Brisingida , Forcipulatida , Notomyotida , Paxillosida , Spinulosida , Valvatida и Velatida [1] и два вымерших отряда: Calliasterellidae и Trichasteropsida. [2] Живые астероиды, неоастероидеи, морфологически отличаются от своих предшественников в палеозое. Таксономия группы относительно стабильна, но продолжаются споры о статусе Paxillosida , а глубоководные морские маргаритки, хотя и явно Asteroidea и в настоящее время включены в Velatida , с трудом вписываются в какую-либо общепринятую линию. Филогенетические данные позволяют предположить, что они могут быть сестринской группой Concentricycleidea по отношению к Neoasteroidea или что сами Velatida могут быть сестринской группой. [90]
Вымершие группы внутри Asteroidea включают: [2]
Морские звезды — вторичноротые животные, как и хордовые . Анализ 219 генов всех классов иглокожих, проведенный в 2014 году, дает следующее филогенетическое древо . [120] Время, когда клады разошлись, указано под метками в миллионах лет назад (млн лет назад).
Филогению Asteroidea было трудно определить: видимые (морфологические) особенности оказались неадекватными, а вопрос о том, являются ли традиционные таксоны кладами , вызывает сомнения. [2] Филогения, предложенная Гейлом в 1987 году: [2] [121]
Филогения, предложенная Блейком в 1987 году: [2] [122]
Более поздние работы, в которых использовались молекулярные данные , с использованием морфологических данных или без них, к 2000 году не смогли разрешить этот аргумент. [2] В 2011 году, основываясь на дальнейших молекулярных данных, Дженис и его коллеги отметили, что филогения иглокожих «оказалась сложной» и что «общая филогения современных иглокожих остается чувствительной к выбору аналитических методов». Они представили филогенетическое древо только ныне живущих Asteroidea; используя традиционные названия отрядов морских звезд, где это возможно, и указывая «часть» в противном случае, филогения показана ниже. Solasteridae отделились от Velatida, а старая Spinulosida распалась. [123]
Морские звезды — вторичноротые , тесно связанные вместе со всеми другими иглокожими с хордовыми и используются в исследованиях репродуктивной функции и развития. Самки морской звезды производят большое количество ооцитов , которые легко изолировать; они могут храниться в фазе премейоза и стимулироваться для завершения деления с помощью 1-метиладенина . [124] Ооциты морских звезд хорошо подходят для этого исследования, поскольку они большие, с ними легко обращаться, они прозрачны, их легко хранить в морской воде при комнатной температуре, и они быстро развиваются. [125] Asterina pectinifera , используемая в качестве модельного организма для этой цели, устойчива, ее легко разводить и поддерживать в лаборатории. [126]
Еще одна область исследований — способность морских звезд регенерировать утраченные части тела. Стволовые клетки взрослых людей неспособны к значительной дифференцировке, и понимание процессов возобновления роста, восстановления и клонирования у морских звезд может иметь значение для медицины человека. [127]
Морские звезды также обладают необычной способностью выбрасывать посторонние предметы из своего тела, что затрудняет их пометку для исследовательских целей. [128]
Басня австралийских аборигенов , пересказанная директором валлийской школы Уильямом Дженкином Томасом (1870–1959) [129], рассказывает о том, как некоторым животным требовалось каноэ, чтобы пересечь океан. У Кита был один, но он отказался одолжить его, поэтому Морская Звезда занимала его, рассказывая ему истории и ухаживая за ним, чтобы избавиться от паразитов, в то время как остальные украли каноэ. Когда Кит понял трюк, он изо всех сил победил Морскую Звезду, какой Морская Звезда остается и сегодня. [130]
В 1900 году учёный Эдвард Трегир задокументировал «Песню творения» , которую он описывает как «древнюю молитву о посвящении верховного вождя» Гавайев . Среди «несозданных богов», описанных в начале песни, есть мужчина Кумулипо («Сотворение») и женщина Поэле, оба рожденные ночью, коралловое насекомое, дождевой червь и морская звезда. [131]
В книге Георга Эберхарда Румпфа 1705 года «Амбонский кабинет редкостей» описываются тропические разновидности Stella Marina или Bintang Laut , «Морская звезда», на латыни и малайском языке соответственно, известные в водах вокруг Амбона . Он пишет, что « История Антильских островов» сообщает, что, когда морские звезды «видят приближающуюся грозу, [они] хватаются своими маленькими ножками за множество мелких камней, пытаясь… удержаться, как будто якорями». [132]
«Морская звезда» — это название романов Питера Уоттса [133] и Дженни Орбелл [134] , а в 2012 году Элис Аддисон написала научно-популярную книгу под названием « Морская звезда — год из жизни, полной тяжелой утраты и депрессии» . [135] «Морская звезда и паук» — книга Ори Брафмана и Рода Бекстрома по управлению бизнесом, вышедшая в 2006 году ; ее название намекает на способность морской звезды самовосстанавливаться благодаря ее децентрализованной нервной системе, и книга предлагает способы, которыми может процветать децентрализованная организация. [136]
В мультсериале Nickelodeon « Губка Боб Квадратные Штаны » лучший друг одноименного персонажа — недалекая морская звезда Патрик Стар . [137]
Морские звезды широко распространены в Мировом океане, но лишь изредка используются в пищу. Для этого может быть веская причина: в телах многих видов преобладают костные косточки, а стенки тела многих видов содержат сапонины , имеющие неприятный вкус [76] , а другие содержат ядовитые тетродотоксины . [138] Некоторые виды, питающиеся двустворчатыми моллюсками , могут передавать паралитическое отравление моллюсками . [139] Георг Эберхард Румпф обнаружил на индонезийском архипелаге несколько морских звезд, которые использовались в пищу , кроме как в качестве наживки в ловушках для рыбы, но на острове «Уамобель» [ sic ] люди разделывали их, выдавливая «черную кровь». и приготовьте их с кислыми листьями тамаринда ; после того, как куски выдерживаются день или два, с них снимают внешнюю кожуру и готовят в кокосовом молоке . [132] Морскую звезду иногда едят в Китае, [140] Японии [141] [142] и в Микронезии. [143]
В некоторых случаях морских звезд вывозят из среды их обитания и продают туристам в качестве сувениров , украшений , диковинок или для демонстрации в аквариумах. В частности, Oreaster reticulatus с его легкодоступной средой обитания и яркой окраской широко встречается в Карибском бассейне. В начале-середине 20 века этот вид был распространен вдоль побережья Вест-Индии, но сбор и торговля значительно сократили его численность. В штате Флорида O. reticulatus занесен в список находящихся под угрозой исчезновения , и его сбор является незаконным. Тем не менее, он по-прежнему продается во всем своем ассортименте и за его пределами. [75] Аналогичное явление существует в Индо-Тихоокеанском регионе для таких видов, как Protoreaster nodosus . [144]
Морская звезда со своими многочисленными руками представляет собой популярную метафору компьютерных сетей , [145] компаний [146] [147] и программных инструментов. [148] Это также название системы и компании, занимающейся визуализацией морского дна . [149]
Морская звезда неоднократно выбиралась в качестве названия в военной истории . Три корабля Королевского флота носили название HMS Starfish : эсминец класса А, спущенный на воду в 1894 году ; [150] эсминец класса R, спущенный на воду в 1916 году ; [151] и подводная лодка S-класса, спущенная на воду в 1933 году и потерянная в 1940 году . [152] Во время Второй мировой войны объекты «Морские звезды» представляли собой крупномасштабные ночные ловушки, созданные во время «Блица» для имитации горящих британских городов. [153] «Старфиш Прайм» — высотное ядерное испытание, проведенное Соединенными Штатами 9 июля 1962 года. [154]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite web}}
: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )