Зоология — комплексная наука. Развитие наук вместе с накоплением знаний приводит к их расчленению. В настоящее время зоология представляет систему наук, каждая из которых имеет свои задачи и в исследованиях использует свою методику. Они не обособлены одна от другой, поскольку у всех общий объект познания — животный мир.
Морфология (от греч. morphe— форма) — одна из основных и древнейших биологических наук. Ее предметом являются изучение и объяснение внешнего и внутреннего строения организма. Описание морфологии животных — отправной пункт всякого зоологического исследования.
Методом сравнительной морфологии более четко выявляются характерное в строении животных и степень сложности их организации. Этим методом пользуются и при установлении исторических связей между группами животных, и в экологических исследованиях, когда анализируют приспособительные черты у животных к среде обитания и в связи с их образом жизни.
К достижениям сравнительной эволюционной и экологической морфологии принадлежит разработка учения об органах аналогичных и гомологичных.
Аналогичные органы те, что выполняют сходную функцию, но строение имеют различное. Примером могут служить крылья насекомых и птиц. У них аналогичная функция, с помощью крыльев совершается полет, но нет сходства в их строении (рис. 1).
Гомологичные органы имеют коренное сходство в строении, развиваются из сходных зачатков, хотя функцию могут иметь неодинаковую. Пример гомологичных органов — строение конечностей и их скелетов у позвоночных — представлен на рис. 2.
Сравнительный метод изучения морфологии привел к разработке учения о конвергенции. Так называют сходство в строении организмов при жизни в сходных условиях, при сходном образе жизни, например при одинаковом способе добычи пищи. Определяющим в обозначении изменчивости как конвергентной будет независимое приобретение организмами общих приспособительных черт, формирующихся на основе изменчивости, сохраненной и закрепленной отбором. На рис. 3 изображены: дельфин (млекопитающее), ихтиозавр (пресмыкающееся) и акула (рыба), обладающие конвергентным сходством в форме тела. Конвергенция про является и в утрате органов, например в редукции глаз у пещерных животных.
С другой стороны, обычная картина — разнообразие форм у животных, живущих в одной и той же среде, свидетельствует о многообразии связей с факторами среды обитания. Например, жизнь в воде тогда сопровождается конвергентным сходством, когда имеется общее в жизненных связях с данной средой. Рыбы, по-разному добывающие пищу, отличаются по форме тела, строению рта и т. д.
Физиология (от греч. fazis — природа) — наука о жизнедеятельности организма и его органов, изучающая одновременно и их строение. Закон о единстве формы и функции находит полное подтверждение в морфологии и физиологии. К теоретическим достижениям в физиологии относится учение И. П. Павлова о нервной системе, интегрирующей организм в единое целое, а также работы в области эндокринологии о роли желез внутренней секреции, о выделяемых ими гормонах, участвующих в регуляции функций различных органов и организма в целом.
Эмбриология (от греч. embryon— зародыш) изучает рост и развитие животных в зародышевом периоде. Материалы сравнительной эмбриологии позволяют понять закономерности в развитии эмбрионов, взаимосвязь онтогенеза
(индивидуального развития) с филогенезом (развитием историческим). Пройденные этапы в эволюционном развитии животных не проходят бесследно, а в какой-то мере проявляются у современных видов на эмбриональных стадиях. Наибольшее сходство эмбрионов животных разных типов наблюдается в раннем периоде их развития. На более поздних стадиях это сходство становится меньше (рис. 4).
Такая закономерность была сформулирована К-Бэром как закон зародышевого сходства: в эмбриональном периоде развития раньше других закладываются признаки типа, к которому принадлежит животное, затем — признаки класса, еще позднее — признаки отряда. Видовые признаки оформляются последними. Закономерность повторения в онтогенезе стадий исторического развития была подмечена рядом ученых и обобщена Э. Геккелем в форме биогенетического закона: онтогенез есть краткое повторение филогенеза. Для его формулировки послужили работы Ф. Мюллера, А. О. Ковалевского, И. И. Мечникова и др. Ученые достигли выдающихся результатов в описании зародышевого развития многих беспозвоночных животных и низших хордовых и считаются основоположниками эволюционной эмбриологии.
Использование биогенетического закона для выявления предков современных животных встречает трудности. Известно, что организмы изменчивы на всех стадиях жизни, а не только во взрослом состоянии. Выживание зависит от приспособленности к существованию во все периоды развития. Исследования о соотношении онтогенеза и филогенеза, их взаимопроникновения проведены А. Н. Северцовым — автором теории филэмбриогенеза, изучаемой в курсе дарвинизма.
Экология (от греч. oikos— жилище, местообитание) изучает животных в связи с местом и условиями их жизни, закономерности во взаимосвязях организмов со средой обитания. Одной из главных проблем экологии будет исследование приспособительных черт в строении животных, в их жизненных отправлениях, в поведении. Последнее стало предметом изучения особой науки — этологии (от греч. ethos— характер, нрав). Данные экологии ценны при разработке теоретических проблем общей биологии, но имеют большое значение и для практики. Так, мероприятия по акклиматизации животных включают тщательное изучение биологии самих животных, а также экологических факторов на территории, куда решено их внедрить. Сведения по экологии домашних животных помогают проведению мероприятий по районированию пород, рациональному использованию пастбищ и т. д. В растениеводстве важна осведомленность об экологии вредителей возделываемых культур и животных, которых можно использовать в борьбе с ними.
Пути экологических исследований: изучение биологии отдельных видов и сообществ животных, изучение факторов среды их обитания, изучение воздействия факторов среды.
Факторы среды. К абиотическим факторам (физико-химическим) относятся географические, климатические, эдафические (греч. edafos— почва) и др. При изучении водных животных большое внимание уделяется таким факторам, как прозрачность воды, ее температура, растворенные в воде газы, соли, показатель активной реакции среды (рН); соединениям азота, фосфора, железа.
Биотические факторы: взаимовлияние организмов одного и разных видов друг на друга (хищник и жертва, хозяин и его паразиты, растения и животные и т. д.).
Антропогенные факторы— воздействие человека на природу. Оно бывает и положительным, но чаще хозяйственная деятельность наносит ущерб, который бывает очень значительным. Имеются специальные постановления об охране природы, созданы общества охраны природы.
Все факторы взаимосвязаны. Так, количество растворенного в воде кислорода зависит от температуры воды, влияющей на растворимость этого газа, от организмов, населяющих водоем. Одни из них обогащают воду кислородом, другие потребляют его. Интенсивность процесса связана с температурой, освещенностью, количеством тех или других организмов и с другими обстоятельствами.
Место обитания организмов со всеми его особенностями называется биотопом (греч. bios— жизнь, lopos — место), а сообщество организмов животной и растительной природы в биотопе — биоценозом
(греч. bios— жизнь, koiuos — общий). Крупные биотопы подразделяют па более мелкие. Так, например, в озере есть биотоп открытой толщи воды — пелагиаль, его биоценоз — планктон; биотоп дна — бепталь, его биоценоз — бентос; биотоп прибрежной зоны — литораль. Каждый из биотопов отличается особенностями абиотических и биотических факторов, к которым приспособлены организмы биоценозов.
Экология отдельных групп животных рассматривается в глазах систематической зоологии.
Зоогеография изучает географическое распространение животных, закономерности этого распространения. Зоогеографические материалы вносят вклад в решение общебиологических проблем и, в частности, в теорию эволюции животного мира. Изучение ландшафтных зон—областей с характерным для каждой из них комплексом животных и растений и физико-географическими условиями жизни; изучение конкретных связей населяющих их организмов со средой — их экологии — создает предпосылки к практическому использованию сведений, например, для обоснования мер по реконструкции фауны.
В работу зоогеографа входят установление географических границ распространения видов животных — их ареалов, выявление причин наблюдаемого распространения, что связано с проведением разносторонних изысканий. Для своих сообщений зоогеографы обращаются к данным исторической геологии, палеонтологии и других наук. Например, известно, что в Южной Америке живут ленивцы, муравьеды и броненосцы. Их отсутствие на соседнем материке объясняется геологической историей — разобщенностью материков. Географическая изоляция Северной Америки от Южной в прошлом и изменчивость животных привели к развитию новых родов и видов, происшедших от предков, живших на том же континенте в минувшие геологические эпохи. А палеонтологические находки тех же неполнозубых на о-ве Куба свидетельствуют о связи о-ва Куба в геологическом прошлом с Южной Америкой. Так, данные зоогеографии, исторической геологии и палеонтологии, взаимно дополняя, придают выводам научную достоверность.
Виды животных, свойственные только данной местности, называются эндемичными(греч. endemos— местный). Много эндемиков, например, в оз. Байкал. Исключительное своеобразие этого уникального водоема отражено в специфичности его фауны и микрофлоры. В озере множество не только эндемичных видов, но и родов и даже семейств. Эндемики нередки в горной местности. При обнаружении эндемиков во всех случаях отмечаются своеобразие условий жизни и наличие каких-либо факторов изоляции (географических или иных). Большое значение имеет фактор времени — длительность жизни при особых обстоятельствах.
Зоогеографические изыскания привели к находкам реликтов— остатков фауны, населявшей территорию в минувшие геологические времена. Есть реликты — свидетели ледниковой эпохи, есть морские реликты, сохранившиеся в водоемах от времени морской трансгрессии (наступления моря), вызванной понижением суши и последующим отступлением моря при повышении суши.
Успехи зоогеографии послужили основанием к разделению суши и Мирового океана на зоогеографические области по признаку наличия ряда видов животных, присущих только им.
Территория СССР принадлежит к одной области — Палеарктической. В нее входят также Западная Европа и северная часть Африки. Ландшафтные зоны СССР представлены полосой тундр на Севере, за которой к югу располагается лесная полоса, затем —лесостепь и пустыни. Отдельные зоны составляют Кавказ, горный Крым, низменная часть Средней Азии, горный Туркестан, а на востоке — смешанные леса Дальнего Востока (см. главу «Животный мир Советского Союза»).
Неоарктическая область включает Северную Америку и Гренландию. По составу видов близка к Палеарктической. Эти обе северные области объединяют в одну Голарктическую область.
Африка, кроме ее северной полосы, составляет Эфиопскую область. Неотропическая область включает Центральную и Южную Америку и Вест-Индские острова. Восточная, или Индо-Малайская, область распространяется на Индию, Южный Китай с прилегающими островами, включая о. Цейлон. Смежна с Восточной Австралийская область. Граница между ними — острова Индонезии Ломбок и Бали. В нее входят также о-ва Тасмания, Новая Зеландия, Новая Гвинея, многие острова Полинезии.
Материалы по зоогеографии представлены в темах систематического отдела курса.
Палеонтология (от греч. palalos— древний) — наука о вымерших животных (палеозоология) и растениях (палеоботаника), занимается всесторонним изучением вымерших организмов минувших геологических эпох, опираясь в своих исследованиях на другие биологические науки. Так, палеоморфологи восстанавливают по окаменелостям облик целых животных, палеоэкологи — условия жизни в те времена, среду биотическую и абиотическую и приспособленность к ней организмов и т. д.
Большой след оставил в палеонтологии Ж-Кювье. Он создал научное построение распределения окаменелостей по слоям осадочных пластов Земли разного геологического возраста, но дал ошибочное толкование наблюдаемому с позиций противника эволюции. Согласно Ж. Кювье своеобразие палеофауны в разных пластах обязано периодической гибели животных в результате грандиозных катастроф. Новый состав животных, причем выше организованных, в следующем более молодом слое (слое отложений) объяснялся приходом их «откуда-то». Ученики Кювье выдвинули фантастическую гипотезу о повторных актах творения после каждой катастрофы, доведя к половине XIX в. число катастроф и повторных актов творения до многих десятков.
В прогрессивном направлении палеонтологии видное место заняли работы В. О. Ковалевского. По Ковалевскому, палеонтолог должен полагать своей задачей не простую констатацию отличия в фаунах разных эпох, а направление усилия на поиски среди ископаемых останков сходства между животными смежных напластований. Автор представил по данным палеонтологии доказательство эволюционного развития современных однопалых лошадей от многопалых предков и дал новый экологический анализ материалов. Переход от 4 — к 3-палому животному и затем к однопалой лошади происходил во взаимосвязи со сменой условий жизни и, в частности, с появлением злаков на обширных степных пространствах. Ковалевский учитывал ряд факторов: смену характера питания, появление новых кормовых растений, их распространение и способ добычи пищи. Экологический путь анализа привел к созданию эволюционной палеоэкологии.
Палеонтологическая летопись бедна по причине трудности сохранения останков, подвергающихся разрушению под действием внешних сил. Сохраняются, как правило, животные с наружным или внутренним скелетом. Более благоприятны возможности захоронения водных животных и тех наземных, трупы которых сносятся водой в понижения рельефа местности и там погребаются под выносами вод. Некоторые насекомые сохранились погребенными в смоле.
В практическом отношении палеонтология предоставляет исторической геологии сведения о «руководящих» ископаемых того или иного геологического возраста. Эти данные используются геологами при поисках полезных ископаемых.
Филогенетика (греч. phylon— племя, род, genesis— происхождение) — раскрытие исторических связей в мире животных и растений. Наука возникла вместе с утверждением теории развития органической природы. В результате исследования родственных отношений животных стало возможным построение родословного древа животного мира. Филогенетические изыскания стремятся проводить параллельно в трех направлениях: сравнительно-морфологическом, эмбриологическом и палеонтологическом.
Если выводы исследования, проведенного тремя путями, совпадут, то достоверность вызовет меньше сомнения. Филогения типов животных рассматривается в разделах систематической части курса.
Систематика (от греч. systerna — целое, составленное из частей) разрабатывает на основе данных других зоологических наук классификацию животных и естественную систему животного мира, которая отражает родственные связи различных групп животных.
Время возникновения первых систем затеряно в глубине веков. Известно, что их отличала практическая направленность в содержании. Животные издавна подразделялись на диких и домашних, полезных и вредных. Из ранних зоологических классификаций, в основу которых положены сходство и отличие особей между собой, выдающееся значение имела классификация Аристотеля — знаменитого философа и естествоиспытателя античной Греции. Примечательно подразделение Аристотелем животных на две группы: имеющих кровь и без крови. Первая группа соответствует в современной классификации позвоночным, а составляющие ее отделы — в основном классам позвоночных.
Вторая группа получила в XIX в. в работах Ламарка наименование беспозвоночных. В древности применялась такая номенклатура, как вид и род. Под видом Аристотель подразумевал группы организмов, сходных между собой и способных к скрещиванию. Содержание термина «род» было менее определенным. В XVII—XIX вв. вид был признан основной систематической категорией.
Много сделал для систематики шведский врач и естествоиспытатель К. Линней (1707—1778). Им описаны тысячи видов животных и растений. Линней утвердил в систематике ряд категорий: вид, род, отряд, класс — и уточнил их содержание. Он ввел в широкую практику двойное наименование вида — бинарную номенклатуру вида, в которой первое слово, имя существительное, обозначает название рода, а второе, прилагательное,— вида. Название рода пишется всегда с прописной буквы, а видовое — со строчной. Например, собака домашняя — CamsfamiliarisL . После наименования вида и других таксонов ставится фамилия автора, впервые его описавшего, лишь фамилия Линнея обозначается одной буквой L.
Позже, в XIX в., в систематику были введены систематические категории: семейство и тип.
Главные работы К. Линнея: Система природы (1735), Виды растений (1753), Философия ботаники (1751). Описания К. Линнеем животных и растений отличаются точностью и глубиной понимания природы организмов. Он ввел название «млекопитающие», отнес человека к группе приматов и т. д. В современной классификации сохранена схема подразделения на систематические категории, но принцип построения отличен. Систему Линнея называют искусственной. Ее автор ставил целью преимущественно каталогизацию органической природы. Естественная система исходит из признания развития организмов. Она призвана отразить генеалогические связи организмов. Для объединения животных в ту или иную категорию основанием служит степень сходства как отражение родства. К одному виду относятся животные, наиболее близко родственные, и этим объясняются их морфологическое сходство, физиологическое (генетическое) свободное скрещивание с получением плодовитого потомства и географическое распространение (вид имеет свой ареал).
В результате внутривидовой изменчивости образуются подвиды и разновидности. Внутривидовые изменения обратимы. Известна неодинаковость строения в размерах, окраске и пр. у животных одного вида, но проживающих в разных географических зонах (географическая изменчивость, экологическая и пр.). Насекомые и моллюски отличаются особенно большой пластичностью.
Многообразная внутривидовая изменчивость побудила первых эволюционистов, включая Ламарка, сделать вывод, что вид как систематическая категория понятие условное, что в природе нет четких видовых отличий. Популярностью пользовался тезис Лейбница: природа не делает скачков. Отказ от признания четких видовых отличий привел к порождению множества псевдовидов.
Описывающий новые формы мог классифицировать по собственному усмотрению как новые виды, располагая нередко малым количеством особей или даже единичными экземплярами. Ревизия в систематике привела к «закрытию» многих псевдовидов, оказавшихся разновидностями.
Видовые признаки стойкие, они отличаются исключительной консервативностью.
Свои отличия имеет сезонная внутривидовая изменчивость. Например, смена шерстного покрова млекопитающих. Их зимний мех, как правило, светлой окраски, более густой. Сезонная изменчивость закономерна.
Морфологические отличительные особенности животных разного пола одного и того же вида получили название полового диморфизма (рис. 5).
Многообразие форм особей одного вида называется полиморфизмом.
Полиморфизм также характерен для пчел, муравьев, термитов (рис. 6).
Основная схема современной номенклатуры в систематике:
- Царство (regnum)
- Подцарство (subrcgnиin)
- Тип (phylum)
- Подтип (subphylит)
- Класс (elassis)
- Подклacc (л — и hlassis)
- Отряд (ordo)
- Подотряд (subordo)
- Семейство (familia)
- Род (genus)
- Вид (species)
- Подвид (subspecies)
Наименование семейства оканчивается на —idae (например, бычьи — Bovidae), наименование подсемейства — па —inae (например, овцекозы — Caproovinae).
