Ewolucja układu oddechowego, krwionośnego i szkieletu u kręgowców lądowych
29 sierpień 2000
Wstęp. Co to są
kręgowce
Kręgowce są podtypem zwierząt, należącym do typu strunowców.
Charakteryzują się wyraźną symetrią dwuboczną i zaznaczoną
w wielu miejscach metameryzacją ciała. W szkielecie kręgowców
występują chrzęstne i kostne elementy szkieletowe, wyróżnia
się szkielet osiowy, czaszkę i szkielet odnóży.
Kręgowce charakteryzuje skomplikowany układ nerwowy, składający
się z części centralnej (mózg i rdzeń kręgowy) oraz
obwodowej (nerwy odchodzące od rdzenia kręgowego), dobrze
rozwinięte są narządy zmysłów. Przewód pokarmowy jest różnie
zbudowany w zależności od rodzaju pobieranego pokarmu, zawsze
występują gruczoły trawienne: wątroba i trzustka. Narządami
oddechowymi są skrzela - u zwierząt wodnych i płuca - u zwierząt
lądowych.
Kręgowce charakteryzują się zamkniętym układem pokarmowym -
krew, która krąży w naczyniach, roznosi zarówno pokarm jak i
gazy oddechowe, serce składa się z kilku części i ulega
rozbudowie u poszczególnych gromad. Układ wydalniczy stanowią
organa wytwarzające mocz (nerki) oraz przewody wyprowadzające (moczowody).
Zwierzęta kręgowe są zwierzętami rozdzielnopłciowymi, układ
rozrodczy męski składa się ogólnie z jąder i nasieniowodów,
natomiast żeński z jajników, jajowodów, macicy i pochwy.
Do kręgowców zaliczamy 6 gromad zwierząt: bezżuchwowce, ryby,
płazy, gady, ptaki, ssaki.
Kręgowce to strunowce mające szkielet osiowy, złożony z
czaszki i kręgosłupa. Układ krążenia ma za zadanie
rozprowadzać składniki pokarmowe i tlen do wszystkich tkanek,
usuwać zbędne produkty przemiany materii. Transport składników
pokarmowych w organizmie jest sprawa ważną dla wszystkich istot
żywych.
Układ krążenia i jego ewolucja
Kręgowce jako organizmy stosunkowo duże, mają dobrze rozwinięte
serce o silnie umięśnionej komorze, co jest niezbędne, aby wysłać
krew do organizmu pod dostatecznie dużym ciśnieniem. W skład
serca wchodzi zawsze przedsionek, o znacznie cieńszych ścianach,
a u bezowodniowców także zatoka żylna, jeszcze bardziej cienkościenna.
Sens takiej budowy serca polega na tym, że odpowiednie napełnienie
komory wymaga rozciągnięcia jej grubych mięśni, czyli użycia
dość znacznej siły, nawet wtedy, gdy te mięśnie są rozluźnione.
Nie może tego dokonać ciśnienie krwi żylnej , bo jest niskie.
Krew żylna wypełnia więc cienkościenną zatokę żylną,
skurcz zatoki jest wystarczająco silny, aby spowodować rozciągnięcia
mięśni przedsionka i jego napełnienie, zaś skurcz
silniejszych mięśni przedsionka zapewnia rozciągnięcie mięśni
komory i jej napełnienie.
Układ krwionośny, krwioobieg to wewnętrzny układ transportujący,
mający za zadanie rozprowadzanie składników pokarmowych i
tlenu do wszystkich tkanek organizmu, usuwanie zbędnych produktów
przemiany materii i utrzymanie homeostazy w organizmie.
U większości wyżej stojących w ewolucji bezkręgowców występuje
otwarty układ krążenia. Układ krwionośny wszystkich kręgowców
jest zamknięty, co oznacza, że krew nie wylewa się do jam ciała,
ale krąży w systemie naczyń krwionośnych, zwanych tętnicami
żyłami. Tętnice - naczynia o grubych i wytrzymałych ścianach
- rozprowadzają krew z serca do tkanek, a żyły mające ściany
wiotkie i cienkie, odprowadzają krew z tkanek do serca (istnieją
dwa wyjątki: sieć dziwna, czyli tętniczo-tętnicza w nerkach i
krążenie wrotne, czyli żyła wrotna - żyły wątrobowe w wątrobie).
Serce jest narządem nadającym ruch krwi, u kręgowców leży po
brzusznej stronie ciała, w trakcie ewolucji podlegało licznym
przemianom: u ryb serce jest dwudziałowe - zbudowane z jednej
komory i jednego przedsionka, u płazów występuje jedna komora
i dwa przedsionki, u gadów serce jest również trójdziałowe,
ale w komorze pojawia się częściowa przegroda, u ptaków i
ssaków serce podzielone jest na cztery części: dwa przedsionki
i dwie komory. Czterodziałowa budowa serca uniemożliwia
mieszanie się krwi utlenionej z nieutlenioną i warunkuje
utrzymanie stałociplności. Układ krążenia wszystkich kręgowców
ma wspólny plan budowy. Składa się on z serca, aorty, tętnic,
naczyń włosowatych i żył.
W procesie ewolucji kręgowców zasadnicze zmiany w układzie krążenia
dotyczyły serca i były skorelowane ze zmianami mechanizmu
oddychania ze skrzelowego na płucny. Serce ryb składa się z
czterech komór ułożonych w jednym szeregu: zatoki żylnej,
przedsionka, komory i stożka tętniczego. Krew a żył wlewa się
do zatoki żylne, natomiast krew ze stożka tłoczona jest przez
aortę brzuszną do skrzel, gdzie następuje jej utlenowanie; ze
skrzel zaś przechodzi do aorty grzbietowej, która już
rozprowadza ją po całym ciele.
U pewnej szczególnej grupy ryb, z której powstały kręgowce lądowe,
nastąpiło szereg zmian w sercu i w naczyniach, co można
zaobserwować jeszcze u dzisiejszych żab. W przedsionku powstała
przegroda dzieląca go na dwie części - prawą i lewą. Zatoka
żylna zmieniła swoje połączenie i uchodzi do prawego
przedsionka, natomiast żyła płucna uchodzi tylko do lewego
przedsionka. Podczas skurczu komory nieutlenowana krew z prawego
przedsionka pierwsza wchodzi do aorty a potem do odgałęziających
się od niej tętnic płucnych. Krew utlenowana z lewego
przedsionka opuszcza komorę pod koniec jej skurczu i nie może
wejść do tętnic płucnych, bo są one wypełnione krwią, która
napłynęła już poprzednio. Ponieważ w komorze następuje
mieszanie się krwi, może ona wielokrotnie przejść przez serce
nim dokona pełnego obiegu w organizmie.
U płazów i gadów w procesie ewolucji rozwija się przegroda w
komorze i stożku. U płazów, w skutek zaniku skrzeli, z tętnic
i żył łuków skrzelowych powstały połączenia aorty
brzusznej i grzbietowej, zwane łukami aorty, zaś cały obieg
krwi, tak jak u ryb, stał się obiegiem dużym. Funkcje
oddechowe przejęły głównie płuca, powstał drugi obieg krwi
- mały, czyli płucny. Krew po każdym przejściu przez naczynia
włosowate wraca do serca, by tam uzyskać nowe przyspieszenie.
Ceną tego udoskonalenia jest mieszanie się krwi w jednej
komorze serca. Krew wracająca z płuc jest natleniona stosunkowo
słabo, gdyż jest mieszaniną krwi, która zostawiła tlen w różnych
narządach wewnętrznych ciała oraz krwi, która płynęła
przez naczynia skórne i tam pobrała znaczną ilość tlenu.
Dalsza ewolucja to stopniowe rozdzielanie strumienia krwi tętniczej
i żylnej w sercu.
Serce ptaków i ssaków jest już całkowicie podzielone na części
prawą i lewą. Przegroda międzykomórkowa jest zupełna i nie
pozwala na mieszanie krwi prawego z krwią lewego serca. Zanikła
stożek tętniczy, dając tylko podstawę dla aorty i tętnic płucnych.
Kompletny rozdział na prawe i lewe zmusza krew do dwukrotnego
przejścia przez serce na jedno okrążenie ciała, w wyniku
czego krew w aorcie ptaków i ssaków zawiera więcej tlenu, niż
u kręgowców niższych. Dzięki temu, że tkanki ciała utrzymują
więcej tlenu, może być utrzymywany wyższy poziom przemiany
materii, umożliwiający tym samym utrzymanie stałej i dość
wysokiej temperatury ciała (stałocieplność). Ptaki i ssaki
mogą utrzymywać stałą wysoką temperaturę ciała, także w
zimnym środowisku.
Układ krążenia jest bardzo ważnym układem w organizmie, gdyż
jest on odpowiedzialny za transport składników pokarmowych oraz
tlenu. Serce ludzkie, najlepiej rozwinięte, ze swoim szczególnym
układem automatycznym utrzymującym krew w stałym ruchu i
reagującym na każdą zmianę warunków, jest wynikiem długiego
procesu ewolucyjnego
Układ oddechowy
Układ oddechowy to zespół narządów wyspecjalizowanych w
zaopatrywaniu organizmu w tlen i usuwaniu zbędnego dwutlenku węgla
(oddychanie , wentylacja płuc
Płuca mają postać cienkościennych worków bogato
unaczynionych, połączonych z jamą nosową i jamą gębową(jamą
ustną) drogami oddechowymi - gardło, krtań, tchawicę,
oskrzela i oskrzeliki na końcu których znajdują się pęcherzyki
płucne, gdzie zachodzi wymiana gazowa.
Ewolucja szkieletu i układu oddechowego
Płazy
Kręgosłup u płazów zbudowany jest z czterech odcinków:
-odcinek szyjny to jeden kręg tzw. Dźwigacz lub atlas
-odcinek tułowiowy składa się z ośmiu kręgów, występują
zrośnięte z kręgami żebra silnie skrócone nie występuje
klatka piersiowa
-odcinek krzyżowy to jeden kręg krzyżowy zrośnięty silnie
wydłużonymi kośćmi biodrowymi.
U płazów bezogoniastych odcinek ogonowy tworzy kość ogonowa,
a u ogoniastych są to liczne kręgi ogonowe malejące ku tyłowi.
U prymitywnych płazów miedzy kręgami zachowały się szczątki
struny grzbietowej.
Kończyna przednia umocowana jest na pasie barkowym zbudowana z
kości parzystych:
łopatek, obojczyków, kości kruczych.
Szkielet kończyny przedniej to ramię, dwie kości przedramienia,
łokciowa i promieniowa, kości dłoni zróżnicowane na
nadgarstek, śródręcze i palce.
Kończyna tylna osadzona jest na pasie miednicowym składa się z
dwóch parzystych kości; biodrowej kulszowej oraz chrząstki łonowej.
Szkielet kończyny tylnej to dwie kości przedudzia strzałkowa i
goleniowa, kości stępu, śródstopie, palce.
Narządami oddechowymi są workowe płuca o prostej budowie i
niewielkiej powierzchni. Do płuc powietrze dostaje się
przechodząc kolejno przez zewnętrzne i wewnętrzne nozdrza i
jamę gębową, gardziel i krtań. Z jamy gębowej do dalszych
odcinków układu powietrze tłoczone jest rytmicznymi ruchami
dna jamy. Ruchy te spełniają w mechanizmie wymiany gazowej płazów
tę samą rolę, co ruchy klatki piersiowej u wyższych kręgowców.
W oddychaniu płazów poważną rolę odgrywa oddychanie skórne.
Gady
U gadów szkielet zbudowany jest z tkanki kostnej, występują
nieliczne elementy tkanki chrzęstnej.
W budowie czaszki wyróżniamy:
mózgoczaszkę okrywająca półkule mózgowe, trzewioczaszkę, w
której skład wchodzą szczęka górna zrośnięta, a dolna
ruchoma połączona kością co u niektórych gadów umożliwia
połknięcie pokarmu dużej wielkości. Czaszka z kręgosłupem
połączona jest kością potyliczną.
Kręgosłup składa się z odcinka szyjnego w skład którego
wchodzi osiem kręgów.
-odcinka piersiowo-lędźwiowego składającego się z dwóch kręgów
zaopatrzonych w żebra. Pięć par żeber zrośniętych jest na
dole z mostkiem przez co powstaje klatka piersiowa.
- odcinek krzyżowy to dwa kręgi i liczne malejące ku tyłowi
kręgi ogonowe. Pas barkowy jest tak jak u płazów.
Płuca gadów mają budowę gąbczastą, przedzielone są
licznymi przegrodami dzięki czemu mają duża wymianą gazową.
Wdechy i wydechy odbywają się poprzez klatkę piersiową.
Udoskonalony jest system oddychania, więcej tlenu dostaje się
do krwi i komórek ciała.
Ssaki
Czaszka składa się z dwóch kości tworzących staw żuchwowy,
k0ośc kwadratowa i kość stawowa znalazły się w uchu środkowym,
przekształcone w kości słuchowe młoteczek i kowadełko. Wiele
kości zanikło np. z kilku kości tworzących żuchwę gada
pozostała tylko jedna kość zębowa. Ze zrośnięcia się kilku
kości powstała jedna kość skroniowa, z kilku innych jedna kość
potyliczna. W kręgosłupie kręgi zostały się w jedną kość
krzyżową mocno połączoną z miednicą. Pas barkowy ma tendecję
do redukcji, zbudowany jest z łopatki i obojczyka, a u szybko
biegających tylko z łopatki. Kończyna przednia łączy się
szkieletem osiowym tylko mięśniami osadzonymi na łopatce,
wynika to z tego, że głównym napędem ssaków są potężne mięśnie
tylnych kończyn i grzbietu zaś przednie nogi raczej pełnią
funkcję podporową
Płuca ssaków są workami o pęcherzykowatej budowie. Ssaki
oddychają za pomocą ruchów klatki piersiowej, ale większa część
pracy wykonuje przepona, nowy miesień oddechowy, właściwy
tylko ssakom. Oddziela ona jamę piersiową od brzusznej. Podczas
wydychania jest wgniatana głęboko do jamy piersiowej przez
trzewia brzuszne. Skurcz przepony podczas wdechu powoduje, że spłaszcza
się ona, wypycha trzewia ku tyłowi i zwiększa pojemność
klatki piersiowej. Następnie skurcz mięśni brzucha wypycha
znowu trzewia w głąb klatki piersiowej rozciągając przeponę
i powodując wydech.
Etapy ewolucyjnego rozwoju zwierząt:
- oddzielenie linii rozwojowej od zwierząt - powstanie
pierwszych org. jednokomórkowych
- wykształcenie się tkanek narządów układów - wyjście
zwierząt na ląd
- uniezależnienie rozmnażania od wody - stałocieplność
- pojawienie się błon płodowych ( jajorodnych i żyworodnych)
- wykształcenie się kończyn jako narządów ruchu
- zmiana w budowie serca , ukł. oddechowego i krążenia
Ryby: jeden przedsionek i jedna komora, jeden obieg krwi, przez
serce przepływa krew z zaw. CO2
Płazy: dwa przedsionki, jedna komora, dwa obiegi krwi ( płucny
i duży) workowate płuca, mała wymiana gazowa;
Gady: dwa przed. częściowa przegroda ( krew mało miesza się )
dwa obiegi krwi ( płuca pofałdowane )
Ptaki, ssaki: dwa i dwie komory; dwa obiegi; rozwinięte płuca
Copyrights (c) Sciaga4U -- All rights reserved