Что такое хитиновый покров знают не все. Хитин является природным аналогом целлюлозы. Она является линейным гомополимером, сложенным из элементов D-глюкогза. Внешне целлюлоза волокниста. И эти волокна являются основой растительности на земле и ее плодов.
Хитин — тоже полисахарид, но азотосодержащий и встречается уже у животных. Из растительного мира он есть только у сине-зеленых водорослей. По распространенности в природе хитин занимает второе место после целлюлозы и является основой покровов многих животных.
Описание и особенности хитинового покрова
Как и целлюлоза, хитин жесткий, волокнистый. Не будь у растений и их плодов целлюлозы, они бы напоминали бесформенный студень и буквально растекались по планете. Вещество служит этаким скелетом, к примеру, складывает клеточные стенки высших растений.
Хитин тоже нужен животным для поддержания формы. В этом нуждаются, в основном, те, кто не имеет внутреннего скелета. Поэтому они создают наружный, и состоит он как раз из хитина. Поскольку скелет снаружи, его называют покровом. Хитиновый покров, как и целлюлоза из растений, не переваривается человеком.
Зато, твердые, но достаточно эластичные и гибкие волокна обоих веществ стимулируют стенки кишечника к сокращению, налаживая регулярный стул и правильный процесс пищеварения. В организме людей хитин не вырабатывается. Наличие вещества внутри нас целиком зависит от рациона.
Внешне и по своей физике чистый хитин:
- твердый и жесткий;
- бесцветный, бывает полупрозрачным;
- не растворим в воде, этаноле, ацетоне и прочих полярных органических растворителях;
- растворим в ионных жидкостях, безводном диметилацетамиде, концентратах таких солей как: тиоценат лития, хлорид цинка и соли калия.
Хитиновый покров тела может быть окрашен. Играет роль не чистая формула вещества, а примеси, попадающие в покров, как правило, из внешней среды и с употребляемыми животным продуктами питания. От того, чем пропитан наружный скелет, зависит не только его цвет.
У ракообразных, к примеру, хитиновый покров состоит из самого хитина и солей кальция. Они делают покров особенно жестким, подобным броне. Без минеральной пропитки наружный хитиновый покров довольно легкий, хоть и не столь монолитен и прочен. Но, изначальной прочности достаточно для:
- Защиты и опоры для внутренних тканей и органов
- Крепления к хитину мышц
- Удерживать определенную форму животного
- Предохранения от высыхания, обезвоживания
А легкость позволяет некоторым животным с хитиновым покровом летать, лихо прыгать.
Виды живых существ с хитиновым покровом
В животном царстве есть 5 классов с хитиновым покровом, или хитиновыми элементами.
Ракообразные
К ним причислены более 40 тысяч видов членистоногих. Ракообразными являются: раки, омары, крабы, креветки, мокрицы, морские тараканы, дафнии, циклоподы. У них на головах есть особые усики-антенны. Их наличие — отличительная особенность ракообразных от прочих членистоногих. Хитиновый покров ракообразных формируется из кутикулы животных.
В основе этой кутикулы — хитин. Кутикула у животных является неклеточным, плотным образованием. Оно формируется поверх клеток эпителия. Это название верхнего и самого тонкого слоя кожи. У беспозвоночных, к коим относятся ракообразные, есть однослойный покровный эпителий, называемый гиподермой. Из его клеток и «рождается» кутикула.
Вокруг тела ракообразных хитиносодержащая кутикула формирует пластины. В зависимости от вида ракообразного, разнятся их: количество, размеры, толщина, расположение. Разнится и площадь тела, которая защищена хитиновым покровом.
У некоторых видов ракообразных, в основном это высшие, хитиновый покров пропитан кальцием. Он придает дополнительную крепость. Такой панцирь не продавишь пальцем, а иногда, и молотком не разобьешь. Само животное тоже не способно сломать, или растянуть свой панцирь.
Чтобы увеличиваться в размерах, ракообразные вынуждены периодически скидывать старый покров и наращивать новый. Пока новый панцирь формируется и не столь жесткий, животное активно растет. После окончания формирования покрова, ракообразное почти не меняет размер до следующей линьки.
Скидывают покров ракообразные, вбирая в себя как можно больше воздуха и раздуваясь. Это создает давление на специальные области в панцире — некие «ахиллесовы места». В них покров уязвим и может разойтись по «швам».
Паукообразные
Паукообразных в природе около 42 тысяч видов. Все относятся к классу членистоногих, имеют: слитую головогрудь, 4 пары ходильных ног и нерасчлененное брюшко. Значит, паукообразными являются не только пауки, но и скорпионы, клещи, сенокосцы. Хитиновый покров паукообразных относительно тонкий. Но, этого достаточно для: сохранения формы, защиты от внешних воздействий и высыхания.
Водосберегающая функция хитиновой оболочки паукообразных позволяет представителям класса выживать в самых засушливых районах планеты. В 2020 году, к примеру, в новостях был такой заголовок: — «Из-за засухи на Кубани расплодились ядовитые пауки».Там, где другие животные снижают численность, паукообразные чувствуют себя прекрасно. Как и ракообразные, паукообразные время от времени линяют, активно увеличиваясь в размере, сбросив старый покров.
Насекомые
Насекомые тоже относятся к членистоногим. Описано более 1 миллиона видов. От ракообразных и паукообразных они отличаются отделенными друг от друга головой, грудью и брюшком. Еще у насекомых всегда 3 пары ног. Хитиновый покров насекомых бывает разным по жесткости и скидывается во время линьки за счет линочных желез.
Они выделяют секрет, растворяющий внутренний слой старого покрова. Насекомое может подрасти и сформировать новую кутикулу. Насекомые — специи по железам. Кроме линочных, у многих видов есть защитные с вонючими или ядовитыми секретами. А у пчел есть восковые железы. Из них выделяется строительный материал для сот.
Кроме хитина в состав покровов насекомых входят фенолы. Они выполняют роль дубильных веществ, делая кутикулу одновременно прочной и эластичной. Фенолы воздействуют на белковую составляющую покрова. Вкупе с хитиновой составляющей это дает насекомым завидную защиту, не особо стесняющую движения.
У насекомых хитиновый покров имеет подвижно сочлененные с поверхностью тела выросты. Они принимают форму щетинок, чешуек и волосков. У одних видов они служат дополнительной защитой. У других насекомых покровные выросты выделяют яды и прочие средства защиты. У третьих видов волоски и щетинки служат сенсорами, органами чувств.
Малощитинковые черви
Иначе называются олигохерами. Относятся к классу кольчатых червей. Известно 3 тысячи видов. Малощитинковые черви имеют сегментированное тело с примитивной пищеварительной системой из трех отделов и вторичной полость в центре тела. К кольчатым малощитинковые черви относятся из-за присутствующих на теле волосков. Но, соответственно названию, у представителей класса их мало.
Именно в щетинках содержится хитин. Он, как и у членистоногих, вырабатывается в теле червей. Сплошного покрова хитин не образует. Присутствие вещества на теле фрагментарно. Полный хитиновый покров червям не нужен. Поскольку их скелет гидростатический, то есть формируется за счет разностей давления.
Многощитинковые черви
Их насчитывают около 10 тысяч видов. От малощитинковых отличаются четко обособленной головой. Слюнные железы, имеющиеся у малощитинковых собратьев, отсутствуют. Хоть хитиносодержащих волосков у многощитинковых червей больше, в единый покров они тоже не складываются. Скелет многощитинковых червей тоже гидростатический. Довольно жесткие за счет хитина щетинки помогают червям передвигаться, служа в нужный момент распорками в грунте. Еще выросты отпугивают мелких насекомых.
Рыбы
Виды, имеющие чешую, вырабатывают хитин. Он входит в состав нательных пластин. Они защищают рыб от ран и прочих повреждений. Еще хитиносодержащая чешуя рыб, смазанная специальной слизью, уменьшает сопротивление воде и позволяет быстрее, маневреннее плавать. Скелетную функцию хитиновый покров рыб не выполняет. У животных есть внутренний костяк.
Моллюски
Моллюски, имеющие раковину, тоже вырабатывают хитин. Он и составляет домик слизней в смеси с карбонатом кальция. Кальциево-хитиновый покров моллюсков бывает тоньше, или толще, в зависимости от вида животного и насыщенности окружающих вод, или субстратов минеральной составляющей.
У моллюсков хитиновый покров выполняет защитную функцию. У некоторых видов к раковине крепятся мышцы. Еще хитин-глюкановые комплексы входят в состав клеточных стенок многих бактерий, губок, грибов. У одноклеточных организмов это тоже можно назвать покровом.
История хитинового покрова
В 2015 году в Канаде на склонах горы Маунт-Стивен нашли морскую губку. Это типично. В древности здесь было море. Удивило наличие в губке хитина. Анализ показал, что губке 505 миллионов лет. Соответственно, возраст вещества на планете, как минимум, такой же.
Ученых удивил не только возраст сохранившегося хитина, но и то, что в районе горы временами были температуры около 400 градусов Цельсия (связано с магматической активностью). Значит, веществу нипочем не только тысячелетия, но и жар.
Такая стойкость хитина, являющегося органическим веществом, поражает. Ученых это навело на мысль о создании инновационного композитного материала, в котором органический хитин соединится с неорганическими элементами. Так что, возможно, и у людей появится хитиновый покров.
Еще открытие дает надежду на создание новых имплантатов на основе хитина и кальцийфосфатных соединений. Материал позволит эффективно замещать в теле человека поврежденные кости. Что же касается животных, эволюционно их покровы менялись в сторону усложнения и наращивания слоев.
Как уже говорилось, хитиновый покров членистоногих и насекомых является производной кутикулы, а та образована из самого верхнего слоя кожи. Подобным образом образовались рога и копыта некоторых животных. Когти тоже сюда относятся. Только в них, как и в человеческих ногтях, хитина нет. Вместо него — кератин. Он уступает хитину в прочности.
Кератин, кстати, есть и у многих животных с хитиновыми покровами. У них 2 вещества соседствуют. Кератин делает покровы более эластичными, а значит, менее ломкими. Хитин же отвечает только за жесткость и твердость.
Кстати, отдельно вещество выделили и открыли в 1830-х годах. Еще 20 лет до этого хитин обнаружил, но не смог извлечь Генри Бреконнот — профессор Академии наук во французском Нанси. Мужчина изучал грибы. В 30-х же годах хитин извлекли из оболочек насекомых.
Функции хитинового покрова
Если подытожить, основная функция хитинового покрова защитная. Защищает оболочка не только от механических воздействий, но и высыхания организма, если он наземный. Наземные носители хитиновой оболочки дополняют ее восковидной смазкой. Это дополнительная защита от обезвоживания. Еще хитин защищает от радиоактивного излучения.
Если же хитин находится не снаружи, а внутри организма, он препятствует воспалительным процессам, развитию злокачественных образований и патогенных бактерий, аутоиммунным реакциям организма. Поэтому хитин и его производные используется в фармакологии. К хитиновым покровам животных часто крепятся мышцы, как и к обычному скелету.
Удобство и широкий функционал хитина делает его распространенным. В год по примерным подсчетам живые организмы в мире выделяют 10 триллионов тонн вещества. Часть из них люди перерабатывают в хитозан. Эта производная хитина используется в медицине, поскольку обладает более удобными для промышленников химическими и физическими свойствами.
