Жаберные щели

Жаберные щели — это парные сквозные отверстия в глотке хордовых животных, соединяющие полость глотки с внешней средой. Являются ключевым элементом жаберного аппарата, служащего для дыхания и, у некоторых групп, для фильтрации пищи. В эмбриональном развитии всех хордовых, включая человека, закладываются жаберные щели (в виде жаберных карманов), однако у наземных позвоночных они в ходе дальнейшего развития редуцируются или преобразуются в другие структуры.

Строение и расположение

Жаберные щели представляют собой узкие каналы, проходящие через стенку глотки. У примитивных хордовых (например, ланцетника) они многочисленны и открываются непосредственно в околожаберную полость. У рыб и личинок земноводных щели, как правило, открываются наружу между жаберными дугами — хрящевыми или костными элементами, поддерживающими жаберный аппарат. Каждая щель ограничена спереди и сзади жаберными дугами. Внутренняя поверхность щелей покрыта жаберными лепестками — тонкими складками слизистой оболочки, богатыми кровеносными капиллярами, где происходит газообмен.

Количество жаберных щелей варьирует у разных групп:

• Ланцетник: до 100 пар.
• Круглоротые (миноги, миксины): от 1 до 7 пар (у миног — 7 пар, у миксин — 1–16 пар, но не все функциональны).
• Рыбы: обычно 5–7 пар (у акул и скатов — 5–7 пар, у костных рыб — 5 пар, часто прикрытых жаберной крышкой).
• Земноводные (личинки): 3–4 пары.
• Пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие (включая человека): закладываются в эмбриогенезе, но не прорываются наружу.

Функции

Основная функция жаберных щелей — обеспечение протока воды через жабры. Вода, поступающая через рот, омывает жаберные лепестки, и кислород из воды диффундирует в кровь, а углекислый газ выделяется обратно. У некоторых групп (например, у акул) жаберные щели также участвуют в выделении продуктов обмена.

У бесчерепных (ланцетник) и оболочников (асцидии) жаберные щели служат в первую очередь для фильтрационного питания: вода, содержащая пищевые частицы, прогоняется через щели, а пища задерживается на специальных ресничных структурах.

Эмбриональное развитие

У всех хордовых на ранних стадиях эмбриогенеза закладывается глоточный (жаберный) аппарат, состоящий из жаберных дуг, жаберных карманов (выпячиваний стенки глотки) и жаберных щелей. У водных форм (рыбы, личинки земноводных) жаберные карманы прорываются наружу, образуя сквозные жаберные щели. У наземных позвоночных (пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие) прорыва не происходит: жаберные карманы остаются замкнутыми и дают начало различным органам.

У человека

У человека на 4-5-й неделе эмбрионального развития закладываются 4 пары жаберных карманов и 4 пары жаберных дуг. Хотя жаберные щели не образуются (за исключением временного первого жаберного кармана, который становится полостью среднего уха), эти структуры дают начало важным анатомическим образованиям:

• Первая жаберная дуга — челюстной аппарат (верхняя и нижняя челюсти), слуховые косточки (молоточек и наковальня).
• Вторая жаберная дуга — подъязычная кость, часть гортани, стремя (слуховая косточка).
• Третья и четвёртая жаберные дуги — хрящи гортани, подъязычная кость (частично).
• Жаберные карманы — полость среднего уха, евстахиева труба, миндалины, паращитовидные и вилочковая железы.

Нарушения в развитии жаберного аппарата у человека могут приводить к врождённым аномалиям, таким как жаберные свищи (остатки незаращённых жаберных щелей) и кисты — полостные образования на шее.

Эволюционное значение

Жаберные щели являются одним из трёх ключевых признаков, объединяющих всех хордовых (наряду с хордой и нервной трубкой). Их наличие на эмбриональной стадии у всех представителей типа свидетельствует об общем происхождении от водных предков. У наземных позвоночных жаберный аппарат утратил дыхательную функцию, но его производные стали основой для формирования челюстей, слухового аппарата и некоторых желёз внутренней секреции. Таким образом, жаберные щели — это пример эволюционной трансформации органа, выполнявшего одну функцию (дыхание), в структуры, выполняющие совершенно иные задачи (жевание, слух, иммунитет).

Классификация по типу строения

В зависимости от наличия и характера жаберных щелей выделяют несколько типов организации:

• Бесчерепные (ланцетник): многочисленные, мелкие, не связаны с жаберными дугами, открываются в околожаберную полость.
• Круглоротые: щели расположены за ротовой воронкой, ведут в жаберные мешки, которые открываются наружу самостоятельными отверстиями.
• Рыбы: щели открываются между жаберными дугами; у хрящевых рыб (акулы, скаты) — наружу, у костных — прикрыты жаберной крышкой.
• Наземные позвоночные: щели не образуются; жаберные карманы редуцируются или преобразуются в другие органы.

Интересные факты

• У некоторых акул (например, у китовой акулы) жаберные щели очень широкие и служат для фильтрации планктона.
• У миксин жаберные щели могут сливаться в один общий проток, открывающийся наружу одним отверстием.
• У личинок земноводных (головастиков) жаберные щели сначала открываются наружу, а затем, по мере развития лёгких, зарастают.
• Жаберные щели у человека — это рудиментарный признак, напоминающий о водном происхождении предков.

Источники

• Догель В. А. Зоология беспозвоночных. — М.: Высшая школа, 1981.
• Наумов Н. П., Карташёв Н. Н. Зоология позвоночных. — М.: Высшая школа, 1979.
• Шмальгаузен И. И. Основы сравнительной анатомии позвоночных животных. — М.: Советская наука, 1947.
• Сапин М. Р., Билич Г. Л. Анатомия человека. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012.
• Кэрролл Р. Палеонтология и эволюция позвоночных. — М.: Мир, 1992.