Гигантский рак богомол

Глаза, которые видят все

Если человек может различать 3 основных цвета, то рак-богомол видит 12, то есть на 9 больше, чем мы. Представьте себе цвет, который нельзя представить, потом проделайте это еще 8 раз. Впрочем, справедливости ради, рак-богомол плохо различает цвета, которые видит человек.

К тому же, рак-богомол воспринимает ультрафиолетовый и инфракрасный свет, а также видит разные виды поляризации света: как линейную, так и круговую.

Минутка занимательной физики. Ультрафиолетовое излучение (как и инфракрасное) для нас более-менее знакомо: вот есть световой спектр из 7 цветов радуги, а вот есть еще два излучения за пределами спектра, с обеих его сторон. И эти излучения человеческий глаз уже не видит, они называются ультрафиолетовым и инфракрасным светом.

А вот с поляризацией все не так просто.

Человек чувствителен к окраске (длине волны) и яркости света. Но третья, не менее важная характеристика, поляризация, для нас вообще недоступна. Поляризация — это колебания световой волны в пространстве. Чтобы понимать, что это такое, представьте себе натянутый канат, на котором «лежит» свет. Если мы с одной стороны потрясем канат, то свет по инерции пойдет волнами. Такие колебания будут называться линейными.

А если мы встряхнем канал круговыми движениями, то волны света, двигаясь вперед, начнут описывать круги. Это — поляризация круговая.

Все это существует рядом с нами, а мы не видим! А рак-богомол видит!

В целом, поляризация света — явление, при котором из «общего» света «убираются» все лишние электромагнитные волны, и остаются лишь те, что лежат в области поляризации. Увидеть поляризованный свет человеческий глаз не способен, но с самим эффектом поляризации мы сталкиваемся каждый день: используя антибликовые линзы в солнцезащитных очках или фильтры для фотоаппаратов.

Также человек, например, обладает бинокуляным зрением: наши глаза создают две картинки (по изображению на каждый глаз), которые объединяются в единую. А вот глаза рака-богомола видят 3 изображения сразу! Каждый! Итого — 6 картинок одновременно. Можно сказать, что рак-богомол обладает секстакулярным зрением.

Такие суперменские глаза позволяют ракообразным распознавать различные типы кораллов, добычи и хищников.

Поразительная мощь удара

Это удивительно красивое животное опасно настолько же, насколько и красиво.

Раки-богомолы бывают двух видов: «хвататели» и «атакователи».

Первые имеют невзрачный вид и живут в песке. Они ловят то, что проплывает у них над головой. Такой рак — обладатель нескольких пар хватательных ног (чтобы вспомнить, как они выглядят, представьте себе передние лапки богомола). Причем первая пара хватательных ног — самая большая и напоминает перочинный ножик. Именно ей рак-богомол ловит свою добычу, а остальными ногами старается ее удержать. Жертва, попавшая в такие «объятия», почти не имеет шансов вырваться.

Вторые раки, «атакователи», из-за своего красочного внешнего вида официально называются павлиновыми. А неофициально — «thumb splitters», что в переводе значит «разрыватели пальцев». Вообще, любые раки-богомолы очень агрессивны, но эти, сочтя другое животное опасным или подозрительным, атакуют жертву резким мощным ударом ног, сила которого сравнима с попаданием пули 22 калибра!

При этом наш подводный Мохаммед Али бьет с такой мощью, что буквально разрывает воду при ударе. На месте щелчка клешней образуется так называемый кавитационный пузырь: область, наполненная раскаленным паром и выделившимся из разорвавшейся воды газом. Температура этих пузырей сравнима с температурой на поверхности солнца! Они буквально светятся в темноте.

Этот пузырь моментально лопается, после чего образуется мощная ударная волна, которая сама по себе может убить жертву. Во время удара клешня движется под водой со скоростью 72 километра в час, так что охотничий бросок раков-богомолов официально признан самым быстрым среди всех животных.

Некоторые аквариумисты в погоне за экзотическими питомцами опрометчиво заводят себе раков-богомолов. До первого пробитого аквариума.

Раков-богомолов не смущает, что жертва гораздо больше их самих или если это другое ракообразное с мощным панцирем. Первым ударом ротоногое оглушает жертву, а повторными добивает ее. Более того, рак-богомол — чуть ли не единственное ракообразное, способное преследовать добычу, и если даже животное промахнулось при атаке в первый раз, жертве несдобровать.

Секрет такой скорости и огромной силы заключается в особом строении охотничьих лапок раков-богомолов. Эти животные используют так называемый «механизм защелки»: их лапки содержат большой мускул, который очень долго сокращается, и защелку, которая сдерживает этот самый мускул. А в момент удара защелка открывается, и мускул расправляется с огромной скоростью — получается что-то вроде выстрела из лука или арбалета.

Также на охотничьих лапках раков-богомолов обоих разновидностей есть хитиновая структура в виде седла. Эта структура имеет сложное название: гиперболическая параболоида или седловая (антикластическая) поверхность. И до недавнего времени человечество считало, что изобрело ее именно оно (впрочем, ошибочно).

Гиперболическая параболоида известна инженерам, архитекторам и ювелирам как очень прочная поверхность: изогнутая с обеих сторон, она распределяет давление равномерно по всей поверхности. А еще она известна любителям чипсов.

Это очень простая, но в то же время поразительно прочная форма, которая в случае с раками-богомолами усиливает эффект пружины: разжимаясь, придавая удару максимальную силу.

Почему же лапы рака-богомола не снашиваются и не разбиваются? Секрет их прочности в содержании минерала гидроксиапатита, амортизирующего силу удара. Этот минерал содержится и в человеческом теле: в зубах и костях. Именно благодаря нему наши кости такие прочные. Но у рака-богомола волокна гидроксиапатита уложены спиралью, что делает поверхность «кулаков» максимально крепкой и не позволяет микроскопическим трещинам перерастать в разломы. Эта структура называется структурой Булигана и не имеет аналогов в животном мире.

Описание

Тело ротоногих крупное (от 10 до 34 см длиной) и расчленено на следующие отделы (или тагмы): протоцефалон, челюстегрудь — из слитных трёх челюстных и четырёх грудных сегментов, грудь — из четырёх свободных сегментов и мощно развитое сегментированное брюшко. Первая пара грудных ножек — чувствующая, со второй по пятую пары — хватательные, а последние три пары — ходильные. На 1—5-й парах грудных ног имеются жабры. Хватательные ноги имеют необычную особенность: в них последний членик острый, зубчатый, подобен лезвию и вкладывается в продольную борозду предпоследнего членика, как перочинный нож. Первая пара хватательных ножек самая крупная, ими схватывается добыча, а остальные хватательные ножки её удерживают. По строению хватательных ног ротоногие похожи на насекомых-богомолов, что и послужило поводом для их названия.

Брюшной отдел длиннее передней части тела. Первые пять брюшных ножек двуветвистые, листовидные, с перистыми щетинками. Функции передних брюшных ножек весьма разнообразны. Благодаря их взмахам ротоногие плавают. Кроме того, на всех передних брюшных ножках располагаются жабры, имеющие вид тонкостенных, многократно ветвящихся придатков. Первые две пары брюшных ног у самцов преобразованы в копулятивный аппарат. Последняя пара брюшных ног уплощенные. Вместе с тельсоном они образуют хвостовой плавник. Развитие с метаморфозом.

Зрение

Стиль этого раздела неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Следует исправить раздел согласно стилистическим правилам Википедии.

У раков-богомолов одна из самых сложных зрительных систем из когда-либо изученных. Если у людей три типа цветочувствительных колбочек в глазах, то у раков-богомолов их 16. Более того, раки-богомолы могут настраивать чувствительность своего длинноволнового зрения, чтобы приспосабливаться к среде. Этот феномен, известный как «спектральная подстройка», по-разному выражен у разных видов. Чероске и его коллеги не обнаружили спектральной подстройки у Neogonodactylus oerstedii, вида, живущего в наиболее равномерно освещённой среде. У N. bredini, вида, обитающего в различных средах глубиной от 5 до 10 м (изредка до 20 м), спектральная подстройка зафиксирована, однако её способность изменять длину наиболее ощущаемой волны не так сильно выражена, как у N. wennerae, вида с наибольшим экологическим и световым разнообразием сред обитания.

Средняя полоса глаза состоит из шести рядов специализированных омматидиев — розеток светочувствительных клеток. В четырёх рядах содержится до 16 различных пигментов: 12 из них чувствительны к цвету, а остальные используются в качестве цветовых фильтров. Зрение раков-богомолов воспринимает и поляризованный свет, и многозональные изображения. Их глаза (укреплённые на независимых подвижных стебельках) сами по себе многоцветны и считаются самыми сложными глазами животного мира.

В каждом фасеточном глазе до 10 000 смежных омматидиев. Глаз состоит из 2 сплюснутых полусфер, разделённых 6 параллельными рядами специализированных омматидиев, совокупно называемых «средняя полоса». Таким образом, глаз разделён на три региона. Это позволяет ракам-богомолам видеть объекты тремя разными частями глаза. Другими словами, каждый глаз обладает тринокулярным зрением и восприятием глубины. Верхняя и нижняя полусферы в основном используются для различения форм и движения, как и глаза многих других ракообразных.

Ряды 1—4 средней полосы специализируются на цветовосприятии, от ультрафиолетового до более длинных волн. Их ультрафиолетовое зрение улавливает пять различных длин волн в дальнем УФ-диапазоне. Для этого используется два фоторецептора в сочетании с четырьмя разными цветовыми фильтрами. На данный момент нет доказательств способности раков-богомолов видеть инфракрасный свет. Оптические элементы в этих рядах включают 8 различных классов зрительных пигментов, а рабдом (область глаза, принимающая свет с одного направления) поделена на три различных пигментных слоя (яруса), каждый для своей длины волны. Три яруса в рядах 2 и 3 разделены цветовыми фильтрами (межрабдомные фильтры), которые можно отнести к 4 очётливым классам, по два класса в каждом ряду. Конструкция напоминает сэндвич: ярус, цветной фильтр одного класса, снова ярус, цветной фильтр другого класса, и в завершение опять ярус. Эти цветные фильтры позволяют ракам-богомолам видеть множество цветов. Без фильтров пигменты воспринимают только небольшую долю цветового спектра: примерно 490—550 нм. Ряды 5—6 также поделены на различные ярусы, но имеют только один класс зрительного пигмента (девятый) и специализируются на поляризованном свете. Они регистрируют различные плоскости поляризации. Десятый класс зрительных пигментов есть только в верхней и нижней полусферах глаза.

Средняя полоса покрывает только 5—10 градусов поля зрения, но, как и у большинства ракообразных, глаза раков-богомолов укреплены на стебельках. Движения глаз раков-богомолов необыкновенно свободны по любой оси — вплоть до 70 градусов — благодаря 8 независимым глазным мускулам, объединённым в 6 групп. С помощью этой мускулатуры рак-богомол осматривает окружение через среднюю полосу, собирая информацию о формах, силуэтах и местности, недоступную верхней и нижней полусферам глаза. Также они могут следить за движущимися объектами, используя резкие, размашистые движения глаза, выполняющиеся обоими глазами независимо. Благодаря сочетанию этих различных приёмов, в том числе движения в одном направлении, средняя полоса может объять значительную часть поля зрения.

У некоторых видов не меньше 16 типов фоторецепторов, поделённых на четыре класса (воспринимаемый ими спектр также уточняется цветовыми фильтрами в сетчатке), 12 из которых предназначены для цветового анализа в различных длинах волн (включая шесть, чувствительных к ультрафиолету), а четыре — для анализа поляризованного света. Для сравнения: большинство людей имеют всего четыре зрительных пигмента, из которых три различают цвета, а ультрафиолетовый свет блокируется роговицей. На выходе из сетчатки зрительная информация превращается во множество параллельных каналов данных, ведущих в центральную нервную систему, что существенно снижает необходимость дальнейшей обработки.

По крайней мере у двух видов обнаружена способность воспринимать круговую поляризацию света. Некоторые из их биологических четвертьволновых пластин работают более надёжно по всему зрительному спектру, чем любые современные искусственные поляризаторы, и предполагают, что они могут вдохновить новый тип оптических носителей, более эффективных, чем текущее поколение Blu-ray.

Вид раков-богомолов Gonodactylus smithii — единственный известный организм, способный воспринимать четыре линейных и два круговых компонента поляризации, необходимых, чтобы получить все четыре параметра Стокса, полностью описывающие поляризацию. Следовательно, у них оптимальное зрение поляризации.

Огромное разнообразие устройства фоторецепторов раков-богомолов скорее всего возникло из-за дупликации генов когда-то в прошлом. Любопытное последствие этой дупликации — несоответствие количества транскриптов опсинов и физиологически представленных фоторецепторов. У одного вида может быть 6 различных генов опсинов, но представлен только один спектральный тип фоторецептора. С течением времени раки-богомолы утратили исходный фенотип, хотя некоторые всё ещё имеют 16 различных фоторецепторов и 4 световых фильтра. Виды, которые обитают в различных световых средах, испытывают давление отбора по сохранению разнообразия фоторецепторов и лучше сохраняют исходный фенотип, чем виды, живущие в мутной воде или ведущие преимущественно ночной образ жизни.

Предположения о преимуществах зрительной системы

Преимущества чувствительности к поляризации не вполне ясны; тем не менее, другие животные используют зрение поляризации для передачи брачных сигналов и скрытной коммуникации, не привлекающей внимание хищников. Этот механизм может давать эволюционное преимущество; также он требует лишь незначительных изменений в клетках глаза и легко может развиться под влиянием отбора.

Глаза раков-богомолов могут позволять им различать разные типы кораллов, добычи (которая часто прозрачна или полупрозрачна) или хищников, таких как барракуда с переливающимися чешуйками. Либо же способ охоты раков-богомолов (заключающийся в крайне резком движении клешней) может требовать очень точной информации о пространстве, в частности, точного восприятия дистанции.

Во время брачных ритуалов раки-богомолы активно флуоресцируют, и длина волны этой флуоресценции совпадает с воспринимаемой длиной волны пигментами в их глазах. Самки плодородны только в определённые фазы приливного цикла; следовательно, возможность различать фазу луны позволяет предотвратить напрасные усилия. Также она может дать раку-богомолу сведения о мощности прилива, что важно для организмов, живущих на мелководье.

Согласно некоторым предположениям, способность видеть ультафиолет позволяет замечать добычу, которую иначе было бы сложно распознать на фоне кораллового рифа.

Исследования показывают, что итоговое цветовое восприятие раков-богомолов не сильно отличается от человеческого. Их глаза — механизм, действующий на уровне отдельных колбочек и помогающий работе мозга. Эта система предварительно обрабатывает зрительную информацию в глазу, а не в мозге; в противном случае потребовался бы мозг большего размера и много энергии, чтобы обработать такой поток сплошных данных. Хотя их глаза очень сложно устроены и ещё не до конца поняты, принцип системы кажется простым. Он подобен человеческому глазу, только действует наоборот. В нижневисочной коре мозга человека находится огромное количество специализированных по цвету нейронов, обрабатывающих зрительные импульсы от глаз и создающих цветные образы. Вместо этого раки-богомолы используют разные типы фоторецепторов в глазах, дающие тот же результат, что и человеческие цветовые нейроны. Это врождённая и более эффективная система для животного, которому нужно постоянно анализировать цвета. У людей меньше типов фоторецепторов, но больше цветовых нейронов, в то время как у раков-богомолов, судя по всему, меньше цветовых нейронов, но больше классов фоторецепторов.

Рак (животное)

Рак (животное)

? Раки
Научная классификация
Царство: Животные
Тип: Членистоногие
Подтип: Ракообразные
Класс: Высшие раки
Отряд: Десятиногие ракообразные
Подотряд: Pleocyemata
Инфраотряд: Раки
Латинское название
Astacidea Latreille, 1802
Надсемейства и семейства

Астакоидные речные раки (Astacoidea)

  • Астациды (Astacidae)
  • Камбариды (Cambaridae)

Парастацидные речные раки (Parastacoidea)

  • Парастациды (Parastacidae)

Омаровые (Nephropoidea)

  • Омары (Nephropidae)
  • Таумастохелиды (Thaumastochelidae)

Рифовые раки (Enoplometopoidea)

  • Enoplometopidae

Глифеиды (Glypheoidea)

  • Glypheidae


Систематика
на Викивидах


Изображения
на Викискладе

ITIS 206931

NCBI 6712

Ра́ки (Астаци́ды, лат. Astacidea) — инфраотряд десятиногих ракообразных.

> Названия

Речной рак, пресноводный рак (англ. European crayfish (лат. Astacus fluviatilis)), благородный рак.

Покров твердый, хитиновый, служит наружным скелетом. Дышит речной рак жабрами. Тело состоит из головогруди и плоского членистого брюшка. Головогрудь состоит из двух частей: передней (головной) и задней (грудной), которые срослись между собой. Спереди на головном отделе есть острый шип. В углублениях по бокам шипа на подвижных стебельках сидят выпуклые глаза, а спереди отходят две пары тонких усиков: одни короткие, другие длинные. Это органы осязания и обоняния. Строение глаз сложное, мозаичное (состоят из объединенных вместе отдельных глазков). По сторонам рта расположены видоизмененные конечности: переднюю пару называют верхними челюстями, вторую и третью — нижними. Следующие пять пар грудных одноветвистых конечностей, из которых первая пара — клешни, остальные четыре пары — ходильные ноги. Клешни речной рак использует для защиты и нападения. Брюшко рака состоит из семи члеников, имеет пять пар двуветвистых конечностей, которые служат для плавания. Шестая пара брюшных ног вместе с седьмым брюшным сегментом образует хвостовой плавник. Самцы крупнее самок, обладают более мощными клешнями, также у самок членики брюшка заметно шире, чем головогрудь. При потере конечности, после линьки отрастает новая. Желудок состоит из двух отделов: в первом пища перетирается хитиновыми зубцами, а во втором измельченная пища процеживается. Далее пища поступает в кишечник, а затем в пищеварительную железу, где происходит ее переваривание и всасывание питательных веществ. Не переваренные остатки выводятся наружу через анальное отверстие, расположенное на средней лопасти хвостового плавника. Кровеносная система у речного рака незамкнутая. Растворенный в воде кислород проникает через жабры в кровь, а накопившийся в крови углекислый газ через жабры выводится наружу. Нервная система состоит из окологлоточного нервного кольца и брюшной нервной цепочки.

Окрас: изменяется, в зависимости от свойств воды и места обитания. Чаще всего окрас зеленовато-бурого цвета, коричневато-зеленоватый или иссиня-коричневый.

Размер: самцы — до 20 см, самки — несколько меньше.

Продолжительность жизни: 8-10 лет.

Размножение

В начале осени самец становится более агрессивным и подвижным, нападает на приближающуюся особь даже из норы. Увидев самку, он начинает преследование, и если догоняет, то хватает ее за клешни и переворачивает. Самец должен быть крупнее самки, иначе она может вырваться. Самец переносит сперматофоры на брюшко самки и оставляет ее. За один сезон он может оплодотворить до трех самок. Примерно через две недели самка выметывает 20-200 яиц, которые вынашивает на брюшке.

Сезон/период размножения: октябрь.

Половое созревание: самцы — 3 года, самки — 4.

Беременность/инкубация: зависит от температуры воды.

Потомство: новорожденные рачки достигают в длину до 2 мм. Первые 10-12 суток они остаются под брюшком у самки, а затем переходят к самостоятельному существованию. В этом возрасте их длина около 10 мм, вес 20-25 мг. В первое лето рачки линяют пять раз, длина их увеличивается вдвое, а масса в шесть раз. На следующий год они вырастут до 3,5 см, и будут весить около 1,7 г, полиняв за это время шесть раз. Рост молодых речных раков происходит неравномерно. На четвертый год жизни раки вырастают примерно до 9 см, с этого момента они линяют два раза в год. Количество и сроки линек сильно зависят от температуры и питания.

> Польза/вред для человека

Речной рак употребляется в пищу. См. Раки (блюдо).