Biologia i ochrona płazów wypisy z wykładów 1 i 2

Transkrypt

1 Biologia i ochrona płazów wypisy z wykładów 1 i 2 Prof. dr hab. Maria Ogielska Zakład Biologii Ewolucyjnej i Ochrony Kręgowców, Instytut Biologii Środowiskowej, Uniwersytet Wrocławski 2013/2014

2 Cechy charakterystyczne płazów: zmiennocieplność gładka skóra z gruczołami skóra przepuszczalna dla gazów i wody zarodki nie wykształcają błon płodowych (bezowodniowce Anamnia) złożony cykl rozwojowy z formą larwalną i metamorfozą

3 Współczene płazy (gromada Amphibia) należą do podgromady Lissamphibia z greckiego λισσός, lissos, gładki" ἀμφí, amphi, podwójny" βíος, bios, życie" Czyli: zwierzę o gładkiej skórze prowadzące podwójne (w dwóch środowiskach) życie

4 Różnorodność płazów

5 Systematyka: Żyjące współcześnie płazy (Lissamphibia) należą do 3 rzędów: Ranidae Leptodactylidae Hylidae Plethodontidae Apoda Gymnophiona Urodela Caudata Salientia Anura

6 2013

7 Amphibia Batrachia Urodela Salientia Apoda Karaurus + Triadobatrachus + Eocaecilia + Caudata Anura Gymnophiona Systematyka Współcześnie żyjące płazy (Lissamphibia) należą do 3 rzędów: Urodela/Caudata: 588 gatunków (50% należy do rodziny Plethodontidae) Salientia/Anura: 6333 gatunków (ponad 50% należy do 3 rodzin: Ranidae, Leptodactylidae i Hylidae) Apoda/Gymnophiona: 199 gatunków Łącznie 7187 gatunków 2013, AmphibiaWeb

8 Herpetologia definicja Herpetologia: Nauka zajmująca się płazami i gadami. herpeton ἑρπετόν (gr.) "pełzający" i logos nauka czyli nauka o zwierzętach pełzających. Batrachologia nauka zajmująca się płazami βάτραχος (gr.) żaba Batrachia (łac. z greckiego) - żaba

9 Herpetologia historia nauki Arystoteles pierwszy zgrupował płazy i gady razem i zaliczył je do przeważnie jajorodnych (Tetrapoda ootoka), niekiedy żyworodnych, posiadających krew, czworonożnych lub beznogich, często pokrytych łuską. Arystoteles szerzej omawia gady, a o płazach mówi bardzo mało. Rozwój żaby potraktował zaledwie kilkoma słowami. Arystoteles (Ἀριστοτέλης ) p.n.e., Stragirus (Stagira), kolonia grecka u wybrzeży Tracji. Zygmunt Fedorowicz Zarys historii Zoologii, Warszawa PWN 1962

10 Herpetologia historia nauki Piotr Belon ( ) Francuz, ornitolog i ichtiolog. Ichtiologia opisuje wszystkie zwierzęta wodne (ryby posiadające krew i nie posiadające krwi, czyli bezkręgowce). Do ryb zaliczył m.in. bobra, wydrę, krokodyla, żaby, a nawet kameleona. Guillome Rondelet ( ) pisze, że istnieją ryby przebywające w wodzie tylko chwilowo i mające w związku z tym pewne osobliwości w budowie, np. raki i płazy. Zygmunt Fedorowicz Zarys historii Zoologii, Warszawa PWN 1962

11 Herpetologia historia nauki Karol Linneusz ( ) 1735 Systema Naturae. Ssące Ptaki Ziemnowodne Ryby Owady Robaki

12 Herpetologia historia nauki Od Arystotelesa, poprzez Linneusza, Lamarcka i Cuviera podział systematyczny obejmował płazy i gady razem Blainville Ducrotay podzielił dotychczasową klasę gadów (Reptilia) na: gady Reptilia i płazy Amphibia. Ślad po wspólnym traktowaniu gadów i płazów jest do dzisiaj widoczny w postaci łączenia dziedziny nauki o płazach (batrachologia) i gadach (reptiliologia) w jedną wspólna herpetologię. Zygmunt Fedorowicz Zarys historii Zoologii, Warszawa PWN 1962

13 Herpetologia historia nauki Henri Marie Blainville de Ducrotay ( ), francuski zoolog i anatom, od 1832 następca G. Cuviera na stanowisku profesora katedry anatomii porównawczej uniwersytetu w Paryżu. Wprowadził szereg innowacji w systematyce zwierząt m.in.: Ssaki podzielił na stekowce, torbacze i łożyskowce; zaproponował podział zwierząt na dwubocznie symetryczne, asymetryczne i promieniste; Wyodrębnił płazy, wcześniej ujmowane w jedną grupę z gadami.

14 Herpetologia historia nauki Linneusz opisał płazy i gady łącznie pod nazwą Amphibia, dając przy tym adnotację, że są to zwierzęta paskudne i obmierzłe i z tego powodu Bóg nie stworzył ich zbyt wiele. Czy rzeczywiście niewiele? Orientacyjna liczba gatunków kręgowców lądowych (2013): Płazy Gady Ptaki Ssaki

15 The current number of amphibian species 6094 Oct 8, 2006 Anura (frogs and toads) (5366) Caudata (salamanders) (557) Gymnophiona (caecilians) (171) 6204 Oct 7, 2007 Anura (frogs and toads) (5471) Caudata (salamanders) (561) Gymnophiona (caecilians) (172) 7187 Oct 6, 2013 Anura (frogs and toads) (6333) Caudata (salamanders) (655) Gymnophiona (caecilians) (199) 6398 Oct 11, 2008 Anura (frogs and toads) (5652) Caudata (salamanders) (570) Gymnophiona (caecilians) (176) 6723 Oct 3, 2010 Anura (frogs and toads) (5949) Caudata (salamanders) (588) Gymnophiona (caecilians) (186)

16 Zmiennocieplność i termoregulacja u płazów

17 Termoregulacja Stałocieplność Zwierzęta homeotermiczne aktywność w stałym lub wąskim zakresie temperatur (+/- 2 o C) Zwierzęta endotermiczne źródłem ciepła jest metabolizm Zwierzęta stałocieplne do utrzymywania temperatury ciała używają energii chemicznej pochodzącej z metabolizmu przede wszystkim węglowodanów, tłuszczów i białek pochodzących z pożywienia, bądź z rezerw ciała. Zmiennocieplność Zwierzęta poikiliotermiczne - aktywność w szerokim zakresie temperatur Zwierzęta ektotermiczne źródłem ciepła jest otoczenie Zwierzęta heliotermiczne źródłem ciepła jest słońce

18 Termoregulacja Ogrzewanie ciała do temperatury optymalnej dla danego gatunku poprzez wykorzystywanie energii słonecznej. Pobieranie energii słonecznej może być - bezpośrednie (wygrzewanie się na słońcu) - pośrednie (wygrzewanie się na przedmiotach ogrzanych przez słońce)

19 Termoregulacja Behawioralna: wybór mikrosiedliska, czasowa regulacja aktywności, zmiana postawy ciała, skupianie się wielu osobników, zakopywanie się Pokrycie ciała: zmiana koloru lub odblaskowości Chiromantis xerampelina, Racophoridae Ochładzanie poprzez ewaporację: utrata wody przez skórę zmiana pozycji ciała, aktywność nocna Ochrona przed utratą wody woskowanie ciała Phyllomedusa sauvagii, Hylidae termooportunizm dostosowanie się do temperatury otoczenia (np. salamandry).

20 Estywacja i hibernacja

21 Estywacja i hibernacja Zmiennocieplność jest widoczna we wszystkich przejawach życia płazów. Zwierzęta zmiennocieplne mają zakres optymalnych temperatur charakterystycznych dla gatunku, powyżej i poniżej których nie mogą funkcjonować (homeostaza). Przy przekroczeniu dopuszczalnych temperatur muszą zareagować: zbyt wysokie temperatury (np. gorące pustynie) - estywacja Cyclorana platycephala, Hylidae (estywacja w kokonie) zbyt niskie (strefa umiarkowana) - hibernacja

22 Hibernacja odporność na zamarzanie Rana sylvatica, Pseudacris crucifer, P. triseriata wykorzystują glukozę Hyla versicolor, Hynobius (Salamandrella) keyserlingi wykorzystują glicerol

23 Hibernacja Mechanizm zamarzania u północnoamerykańskiej żaby brunatnej Rana sylvatica: Gdy zamarzają czubki jej palców następuje odpowiedź całego ciała. Zmagazynowany w wątrobie glikogen zostaje zamieniony na glukozę i uwolniony do krwi. Akumulacja glukozy (lub glicerolu u innych gatunków) wewnątrz komórek zapobiega zamarzaniu zawartej w cytoplazmie wody. Woda gromadzi się w płynach ciała na zewnątrz komórek i tworzące się tam kryształy lodu nie uszkadzają tkanek.

24 Mechanizmy obronne i ubarwienie

25 Obrona bierna: Ubarwienie i zmiany pozycji ciała Wydzielanie toksyn po zaniepokojeniu

26 Ubarwienie kryptyczne Mimetyzm, mimezja (z greckiego mimetés - naśladowca) termin stosowany w różnych dziedzinach, oznaczający naśladowanie albo upodabnianie się niektórych gatunków kształtem, barwą, deseniem do otaczającego środowiska lub do innych organizmów.

27 Hyla arborea Fot. Maria Ogielska

28

29 Ubarwienie dezinformujące skupienia gruczołów jadowych tworzące oczy Pleurodema bufoninum Physalaemus nattereri Eupemphix amphibiaweb

30 Pozycja obronna udawanie większego Bufo bufo, Bufo marinus (Rhinella marina)

31 Pozycja obronna tanatoza; udawanie martwego Tanatoza (gr. thánatos = śmierć) reakcja obronna organizmu przeciw drapieżnikom, w której potencjalna ofiara zastyga w bezruchu lub udaje śmierć Kyarranus kundagungan Limnodynastidae Philoria kundagungan Australia

32 Ubarwienie aposematyczne aposematyzm kontrastowe zabarwienie ciała charakterystyczne dla zwierząt jadowitych lub zawierających toksyny Płazy nie są jadowite, lecz ich skóra zawiera toksyny Barwy ostrzegawcze dla drapieżników, że organizm będzie się bronił (często jest to połączenie koloru czarnego z czerwonym lub żółtym)

33 Płazy - obrona bierna Funkcja wydzielin gruczołów jadowych płazów polega przede wszystkim na ochronie przed atakiem pasożytów, drobnoustrojów i drapieżników

34 Ubarwienie aposematyczne (rodzina: Dendrobatidae) Dendrobates lehmanni Dendrobates leucomelas Dendrobates auratus Dendrobates tinctorius

35 Pozycje obronne demonstrowanie ubarwienia aposematycznego Kumak nizinny Bombina bombina fot. Maria Ogielska

36 Pozycje obronne demonstrowanie ubarwienia aposematycznego Proceratophrys brauni Odontophrynidae Taricha granulosa (Salamandridae)

37 Gruczoły jadowe obrona bierna Phyllobates terribilis - Dendrobatidae Rhinella marina (Bufo marinus) Bufonidae

38 Pozycja obronna i gruczoły jadowe na końcach żeber Echinotriton chinhaiensis (Salamandridae) Chiny, krytycznie zagrożony (CR)

39 Płazy należą do zwierząt niegroźnych i toksycznie biernych. Oznacza to, iż pozbawione są specjalnych organów umożliwiających bezpośrednie wprowadzenie jadu do organizmu. Pod wpływem zadziałania bodźca mechanicznego (np. ucisk) dochodzi do wytworzenia impulsu nerwowego, który przenoszony jest do zakończeń nerwowych oplatających każdy gruczoł. Jad jest tym obficiej wydzielany, im uraz jest silniejszy. Płazy potrafią regulować ilość wydzielanych toksyn. Ich poziom w skórze rośnie, gdy przebywają w środowisku, w którym rozwijają się drobnoustroje.

40 Budowa skóry płazów - gruczoły

41 Schemat budowy skóry płaza 4-warstwowy nabłonek Wylinka - keratynocyty chromatofory gruczoły jadowe i śluzowe Sembrat K. Histologia porównawcza zwierząt. Tom I i II. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 1981

42 wielokomórkowe gruczoły egzokrynowe, które wąskim przewodem wyprowadzającym przebijają naskórek na wylot. U płazów występują dwa rodzaje gruczołów: o odczynie zasadowym, wydzielina jednorodna - gruczoły śluzowe, o odczynie kwaśnym i właściwościach trujących - gruczoły ziarniste lub jadowe. Budowa gruczołów skórnych u Rana temporaria A- gruczoł ziarnisty; B- gruczoł śluzowy: 1- epidermis; 2- nabłonek przewodu wyprowadzającego gruczołu; 3 - nabłonek gruczołowy; 4 - nabłonek mięśniowy (myoepithelium) Sembrat K. Histologia porównawcza zwierząt. Tom I i II. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 1981

43 Budowa gruczołu ziarnistego z nabrzmienia przyusznego Salamandra salamandra: 1- epidermis; 2- apikalny biegun komórki ; 3 - nabłonek gruczołowy ; 4 - nabłonek mięśniowy (myoepithelium) Sembrat K. Histologia porównawcza zwierząt. Tom I i II. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 1981

44 Rozmieszczenie gruczołów jadowych u salamandry]: 1- gruczoły przyuszne (parotydy); 2- gruczoły grzbietowe ; 3- gruczoły brzuszne Szarski H. Anatomia porównawcza kręgowców. Wydanie 3. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 1982

45 2 1 Skupienia gruczołów u Rana sp.: 1- gruczoł karkowy - (glandulae cervicales); 2- fałdy grzbietowe - (plicae dorsales) Juszczyk W. Płazy i gady krajowe. Część 2 płazy- Amphibia Wydanie 2 zmienione PWN Warszawa 1987 Rana temporaria posiada w skórze około gruczołów śluzowych. Oznacza to, że na 1mm2 jej skóry przypada średnio 60 gruczołów śluzowych.

46 Stereoskopowa makrofotografia grzbietowej (1) i brzusznej (2) powierzchni skóry ropuchy Bufo ictericus. Na brodawkach białą strzałką zaznaczono kilka brązowych guzków. L. de Brito-Gitirana, Azevedo R.A. Morphology of Bufo ictericus integument (Amphibia, Bufonidae). Dostęp na stronie: U australijskiej rzekotki Litoria splendida ogromny gruczoł całkowicie przykrywa szczyt głowy

47 Budowa skóry płazów - ubarwienie

48 Ubarwienie Chromatofory Komórki barwnikowe zawierające barwnik w postaci kropelek, ziarenek lub płytek. Zlokalizowane są pomiędzy skórą właściwą a nabłonkiem

49 Ubarwienie Chromatofory ksantofory Lipofory: barwniki karotenoidowe i ksantofilowe. Pochodne witaminy A, pochodzą z substancji pokarmowych. Barwa żółta, pomarańczowa lub czerwona. iridiofory (guanofory) Zawierają kryształy guaniny, które działają jak pryzmat lub siatka dyfrakcyjna. Odblaskowe, rozpraszające światło. Barwa biała i/lub metaliczna. Melanofory Zawierają ziarna melaniny. Czarne i brązowe.

50 Schemat budowy skóry płaza Lokalizacja chromatoforów w skórze płazów błona podstawna nabłonka nabłonek wielowarstwowy płaski 1. ksantofor 2. iridiofor 3. melanofor Zapamiętaj ułożenie przestrzenne 1, 2, 3

51 Schemat budowy skóry płaza Lokalizacja chromatoforów w skórze płazów Skórna jednostka chromatoforowa: układ przestrzenny chromatoforów. różnicuje się w czasie metamorfozy. 1. ksantofor 2. iridiofor Skórna jednostka chromatoforowa 3. melanofor Autor: Kornelia Orczyk Uwaga: Poprawione.

52 Zmiana natężenia barwy ciemnej w melanoforach

53 Mechanizm zmiany natężenia barwy ciemnej w melanoforach Autor: Kornelia Orczyk

54 Barwy powstają poprzez odpowiednie ułożenie i liczbę chromatoforów. Intensywność barwy (ciemna lub jasna) zależy od stopnia rozproszenia melaniny w melanoforach

55 Barwa biała powstaje, gdy wyeksponowane zostaną guanofory, a melanina w melanoforach skoncentruje się w środku komórki Termoregulacja poprzez zmianę barwy ciała Zmiana rozproszenia melaniny w wypustkach melanoforów. W dzień wyeksponowane zostają iridiofory (Chiromantis xerampelina)

56 Ubarwienie albinotyczne powstaje, gdy brak melaniny w melanoforach

57 Barwa żółta powstaje, gdy dominują ksantofory. Barwa niebieska powstaje, gdy brak jest ksantoforów. Promienie światła rozszczepiają na kryształkach guaniny, a ciemne melanofory pochłaniają dłuższe promienie. W efekcie zostaje krótkie promieniowanie niebieskie Dendrobates azureus Dendrobatidae

58 Barwa zielona powstaje, gdy pomiędzy guanoforami a powierzchnią skóry znajdą się ksantofory

59 Zmiana rozproszenia melaniny w wypustkach melanoforów. W zimie maskowane są ksantofory (Hyla arborea) Fot. Maria Ogielska brązowa zielona

60 Rozmaity układ przestrzenny chromatoforów i stan rozproszenia melaniny w melanoforach skutkuje zróżnicowaniem barwy skóry rzekotki drzewnej nabłonek ksantofory iridiofory melanofory Barwy skóry u rzekotki drzewnej Hyla arborea A żółta B jasnozielona C ciemnozielona D szarozielona Sembrat K. Histologia porównawcza zwierząt. Tom I i II. Wydawnictwo Naukowe PWN. Warszawa 1981

61 Żaba moczarowa Rana arvalis Ubarwienie godowe samca. Opalizująca barwa jest wynikiem dużej Ilości nagromadzonej limfy. Tymczasowa barwa sterowana jest hormonami. Fot. Maria Ogielska