Ewolucja układu oddechowego, krwionośnego i szkieletu u kręgowców lądowych

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

Pozdrowienia THomss

e-mail:

[e-mail]

---