Панцирь черепах сращен с позвоночником и ребрами

«Кто носит на себе свой дом на суше и в воде?», – подобные загадки не раз мы слышали в детстве. Не раз в мультиках мы видели, как легко и свободно черепаха покидает свой «домик» и возвращается обратно. На самом деле, это заблуждение. Панцирь – не просто защитная оболочка, как раковина рака-отшельника, он – часть ее скелета. Поэтому у черепахи не получится покинуть панцирь или поменять голову и хвост местами.

Черепахи – холоднокровные рептилии. Они отличаются от других представителей класса (змей, ящериц, крокодилов) наличием твердого двухслойного панциря, наличие которого серьезно повлияло на строение скелета, расположение и функционирование внутренних органов.

Панцирь можно условно разделить на две части: карапакс покрывает спину рептилии, а пластрон – брюхо. Каждая часть имеет два слоя – костный внутри и роговой снаружи. Внутренний слой состоит из пластин, а внешний – из щитков. Края пластин и щитков не совпадают. Каждый щиток растет отдельно. Когда черепаха впадает в спячку, на щитках появляются годовые кольца. Есть виды, у которых верхний слой панциря покрыт не твердыми щитками, а толстой кожей (например, кожистые черепахи). У детенышей, только вылупившихся из яйца, мягкий панцирь, он затвердеет спустя несколько месяцев. У молодых черепах между щитками есть широкие лакуны (просветы). Со временем, щитки растут, и просветы практически пропадают. У водных черепах лакуны состоят из хрящевой ткани, что обеспечивает большую гибкость при движении, чем у сухопутных собратьев.

Все отделы позвоночника черепахи, кроме хвостового и шейного отдела, приросли к внутреннему слою карапакса. Шейный отдел составляют восемь позвонков, два из них соединены подвижно. Хвостовые позвонки тоже соединены подвижно. В панцире с двух сторон есть отверстия, в которые животное может втянуть голову, лапы и хвост. Есть виды, например, коробчатая черепаха, у которых часть панциря подвижна и может опускаться и прикрывать конечности при внешней угрозе.

Череп небольшой, челюсти не имеют зубов. На челюстях черепахи образуется роговой нарост в виде клюва, который успешно заменяет зубы. Причем форма и ширина клюва зависит от рациона рептилии. У хищных черепах зазубрины имеют острые края, помогающие разрывать плоть жертвы. У травоядных видов наросты более плоские и широкие, ими хорошо перетирать растительную пищу. Всеядные имеют промежуточное строение челюсти. Кстати, черепахи легко меняют свой рацион в зависимости от обстоятельств. Хищники при неимении добычи переходят на вегетарианское меню, растительноядные виды охотно пробуют животную пищу.

Форма и цвет панциря напрямую зависит от среды обитания рептилии. Водные морские черепахи – обладатели подвижного обтекаемого панциря, у пресноводных видов панцирь гладкий и плоский. Сухопутные же виды могут похвастаться высоким бугорчатым панцирем в форме купола. Окрас самый разнообразный. В России черепахи серо-коричневых оттенков (для маскировки). Обитатели южного полушария часто имеют яркие цвета. Морские виды часто окрашены в желто-зеленые тона. Многие виды имеют на панцире наросты в виде шипов или гребней для красоты или самозащиты.

Столь необычное строение скелета отразилось и на расположении и функционировании внутренних органов. Больше всего преобразилась дыхательная система. Так как панцирь не позволяет грудной клетке сокращаться, вдыхание и выдыхание воздуха происходит путем изменения объема полости тела. При дыхании сокращаются мышцы, идущие от плеча и таза к пластрону и мышцы, расположенные по краям панциря. У сухопутных видов дыхание осуществляется при помощи движения шеи и передних лап и за счет сокращения собственной мускулатуры легких.

Всем водным черепахам приходится периодически подниматься на поверхность, чтобы наполнить легкие воздухом. Некоторые виды освоили альтернативные способы усвоения кислорода: через кожный покров, специальные ткани в ноздрях. Есть виды, которые поглощают кислород при помощи клоаки.

Спинной мозг, в отличие от головного, хорошо развит. Черепаха может похвастаться острым обонянием и цветным зрением, но слабым слухом. Мышцы тела практически атрофированы, а вот конечности, наоборот, мощные. У сухопутных черепах на передних лапах растут загнутые когти, чтобы рыть норы. У пресноводных черепах растут перепонки между пальцами, а у морских вместо лап – ласты.

Длина и вес тела варьируется от 7-8 см и 95 гр. (капская черепаха) до 2,5 м и 600кг (кожистая черепаха) соответственно.

Черепахи живут на Земле уже давно. Первые представители класса жили примерно 220 млн. лет назад. У первых черепах была только нижняя часть панциря – пластрон, а во рту росли зубы. Но уже тогда наметился свой особенный путь развития, которому эти необычные рептилии следуют уже миллионы лет.

Встречайте Odontochelys semitestacea. Это маленькое существо проводит свои дни, плескаясь в болотах позднего триаса со множеством других рептилий. Снизу у него находится лучшая защита от атаки: твёрдый панцирь на животе.

Odontochelys является ранним предком черепахи. Его полужёсткое тело отмечает важную деталь в современной черепахе:

у него фактически образуется два независимых панциря, пока он ещё зародыш. Оба являются продолжением скелета животного, и вместе они насчитывают почти 60 костей.

Как и другие эмбрионы, эмбрионы черепахи состоят из недифференцированных клеток, которые становятся специфическими клетками, а затем органами и тканями благодаря деятельности генов и передачи информации между клетками.

Сначала эмбрионы черепахи очень похожи на эмбрионы других рептилий, птиц и млекопитающих, за исключением выпуклости клеток, называемой карапациальным хребтом. Хребет расширяется вокруг тела между шеей и нижней частью спины, создавая форму диска. Он направляет формирование верхней части панциря черепахи, называемого карапакс, вероятно, путём соединения клеток, которые станут рёбрами. Вместо того чтобы изгибаться вниз, как у обычной грудной клетки, рёбра вывернуты наружу в направлении карапасского хребта. Затем они выделяют сигнальный белок, который превращает окружающие клетки в костеобразующие клетки. Эти пятьдесят костей растут, пока не соединятся со швами. Кольцо из кости укрепляет края карапакса. Внешний слой клеток кожи создаёт чешуйки, известные как щитки, которые покрывают карапакс.

Развитая нижняя половина оболочки, пластрон, управляется клетками нервного гребня, которые могут производить различные типы клеток, включая нейроны, хрящи и кости. Толстый щит этих клеток распространяется по всему животу, собираясь воедино в местах, которые создают девять пластинчатых костей. В конце концов они соединяются с карапаксом швами.

Панцирь черепахи имеет очевидные преимущества для защиты от хищников, но жёсткий корпус представляет и некоторые проблемы. Во время роста черепахи швы между костями карапакса и пластрона расширяются. Большинство млекопитающих и рептилий полагаются на гибкую грудную клетку, которая расширяется, что позволяет им дышать, но черепахи используют вместо этого мышцы живота, прикреплённые к панцирю: один, чтобы вдохнуть, и один, чтобы выдохнуть.

Так как же панцирь эволюционировал? Хотя в ископаемом материале всё ещё есть пробелы, первым шагом, похоже, было утолщение рёбер. Самый старый известный предок черепахи — существо под названием Eunotosaurus africanus, который жил 260 миллионов лет назад и не выглядел как современная черепаха, но у него был набор широких, плоских рёбер, которые закрепляли мышцы его мощных предплечий. Евнотозавр, вероятно, был роющим существом, копавшим дом для себя там, где сейчас расположен юг Африки.

O. Semonestacea показывает иной, более поздний шаг в эволюции черепахи, с толстыми рёбрами, как у Eunotosaurus, плюс пластина живота для защиты. Первому найденному ископаемому панцирю, характерному для современных черепах, около 210 миллионов лет, и принадлежит он виду под названием Proganochelys quenstedti, чьи рёбра слились воедино. Proganochelys могли перемещаться как в воде, так и на суше. В отличие от современных черепах, он не мог втянуть голову в панцирь, но на его шее были защитные шипы.

Современные панцири черепах почти столь же разнообразны, как сами черепахи. Морские черепахи имеют плоские и лёгкие панцири для плавного передвижения в воде. Наземные черепахи, между тем, имеют куполообразные панцири, которые могут выскальзывать из челюстей хищников и помогать им перевернуться, если они упадут на спину. Кожистые и мягкокожие черепахи имеют панцири без костного кольца вдоль края карапакса или покрывающие их жёсткие щитки, облегчая им доступ к труднодоступным местам.