1. Органы кровообращения человека и млекопитающих животных, их роль в транспорте веществ
К органам кровообращения человека и млекопитающих относят сердце и сосуды. Сердце человека и млекопитающих четырехкамерное, состоит из двух предсердий и двух желудочков. Между правым предсердием и правым желудочком находится трехстворчатый клапан, а между левым предсердием и левым желудочком – двустворчатый (митральный) клапан. Из левого желудочка выходит аорта, а из правого – легочная артерия. На границе этих сосудов и желудочков имеются полулунные клапаны. Клапаны сердца обеспечивают однонаправленный ток крови в сердце – от предсердий к желудочкам и далее в артериальную систему.
Стенка сердца состоит из трех слоев: эндокарда (внутренний эпителиальный слой), миокарда (средний мышечный слой) и эпикарда (наружный слой, состоящий из соединительной ткани и покрытый серозным эпителием). Основную массу составляет миокард – поперечно-полосатая мышца, которая по ряду признаков отличается от поперечно-полосатой скелетной мышцы. Сердце обладает автоматией – способностью возбуждаться и сокращаться в отсутствие внешних воздействий (скелетная мышца сокращается только в ответ на нервные импульсы, которые приходят к ней по нервным волокнам). Снаружи сердце покрыто околосердечной сумкой – перикардом. Стенки перикарда выделяют жидкость, которая уменьшает трение сердца о перикард при сокращении.
В системе кровеносных сосудов различают артерии, капилляры и вены. Артерии несут кровь от сердца под большим давлением, поэтому стенки этих сосудов толстые и упругие. Капилляры – это самые тонкие сосуды, их стенки состоят из одного слоя клеток. Через стенки капилляров легко проникают различные вещества. Вены несут кровь к сердцу под небольшим давлением, поэтому их стенки тонкие и неупругие. Внутри вен есть полулунные клапаны. Стенки вен сжимаются мышцами. Это способствует току крови по венам.
Все сосуды образуют два круга кровообращения: большой и малый. Большой круг начинается в левом желудочке. От него отходит аорта, которая образует дугу. От дуги аорты отходят артерии. От начальной части аорты отходят коронарные сосуды, которые снабжают кровью миокард. Часть аорты, находящаяся в грудной клетке, называется грудной аортой, а та часть, которая находится в брюшной полости, – брюшной аортой. Аорта ветвится на артерии, артерии – на артериолы, артериолы – на капилляры. Из капилляров большого круга ко всем органам и тканям поступают кислород и питательные вещества, а из клеток в капилляры поступают углекислый газ и продукты обмена. В капиллярах кровь превращается из артериальной в венозную. Капилляры сливаются в венулы, затем в вены. В конце концов вся кровь поступает в верхнюю и нижнюю полые вены, которые впадают в правое предсердие.
Малый круг кровообращения начинается в правом желудочке и заканчивается в левом предсердии. Венозная кровь из правого желудочка поступает в легочную артерию, затем в легкие. В легких происходит газообмен, венозная кровь превращается в артериальную. По четырем легочным венам артериальная кровь поступает в левое предсердие.
Таким образом сердечно-сосудистая система обеспечивает непрерывное движение крови, которое необходимо для всех органов и тканей. По этой системе к органам и тканям поступают кислород, питательные вещества, воду, минеральные соли, с кровью к органам поступают гормоны, регулирующие работу организма. Из органов в кровь поступает углекислый газ, продукты распада. Кроме того, система кровообращения обеспечивает постоянство температуры тела и внутренней среды организма (гомеостаз), взаимосвязь органов, обеспечивает газообмен в тканях и органах. Система кровообращения выполняет также защитную функцию, т.к. в крови содержатся антитела и антитоксины.
2. Причины эволюции. Усложнение хордовых в процессе эволюции
В 1859 г. Ч.Дарвин в своем гениальном труде «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятствуемых пород в борьбе за жизнь» писал, что основной движущей силой эволюции является естественный отбор на основе наследственной изменчивости. К факторам естественного отбора в природе относятся интенсивность размножения (чем она выше, тем больше шансов у вида сохраниться и расширить границы обитания) и борьба за существование. Борьба за существование может быть внутривидовой – это наиболее напряженная форма борьбы, которая, однако, редко характеризуется проявлениями жестокости, – и межвидовой, которая может быть жестокой. Еще одна форма борьбы за существование – это борьба с неблагоприятными условиями среды. Дарвин писал, что естественный отбор – это выживание наиболее приспособленных видов. Через естественный отбор достигается приспособление.
Фауна второй половины палеозоя (девон, карбон, пермь)
Тип Хордовые в процессе эволюции произошел, по-видимому, от какого-то свободно плавающего двусторонне-симметричного животного. Предполагают, что такие животные дали две ветви. Одна ветвь пошла по пути приспособления к малоподвижному образу жизни, тогда как другая ветвь – к свободному образу жизни.
Для всех хордовых характерен осевой скелет в виде хорды, которая находится над кишкой. Над хордой находится нервная трубка, из которой у позвоночных животных дифференцируется головной и спинной мозг. В стенке глотки закладываются жаберные щели. У водных форм они сохраняются всю жизнь, а у наземных существуют только на ранних стадиях онтогенеза (т.е. индивидуального развития организма). В типе Хордовые выделяют три подтипа: оболочники, головохордовые и позвоночные. В этом типе насчитывают около 40 тыс. видов, причем 38 тыс. видов относится к подтипу позвоночных.
В подтипе Оболочники признаки хордовых есть только в личиночной стадии. Взрослые формы теряют эти признаки, некоторые переходят к прикрепленному образу жизни (например, асцидии).
К подтипу Головохордовые относится ланцетник. Это небольшое животное (около 8 см), которое обитает на мелководье морей. У ланцетника есть все признаки хордовых, но при этом сохраняются признаки, характерные для беспозвоночных животных (сегментация мышц, посегментное расположение органов выделения и размножения, слабая связь выделительной системы с кровеносной). У ланцетника нет головного мозга, нет сердца; функцию сердца выполняет пульсирующий брюшной сосуд.
Академик А.О. Ковалевский, изучая подтип Головохордовые, установил, что ланцетник – это промежуточный этап между беспозвоночными и позвоночными животными.
Позвоночные (или черепные) животные появились в ордовикском периоде палеозоя. К современным позвоночным относят следующие классы: Круглоротые, Хрящевые рыбы, Костные рыбы, Земноводные, Пресмыкающиеся, Птицы, Млекопитающие. Для всех этих животных характерен общий план строения. Хорда у них постепенно заменяется позвоночником, это создает прочную опору для мощной мускулатуры. Для обеспечения кислородом этой мощной, интенсивно работающей мышечной системы потребовалось совершенствование систем дыхания, кровообращения, выделения. Совершенствовались также органы чувств и центральная нервная система. Особенно ярко эти изменения выражены у позвоночных животных, перешедших к обитанию на суше.
Латимерия - современная кистеперная рыба.
Выход позвоночных на сушу начался в девоне, когда появились первые земноводные. Земноводные произошли от древних кистеперых рыб (в наше время сохранился только один представитель этих рыб – латимерия). У кистеперых рыб, как и у двоякодышащих рыб, было жаберное и легочное дыхание. Кроме того, в основании парных плавников у этих рыб есть мясистая лопасть; скелет плавников кистеперых напоминает скелет конечностей наземных позвоночных. Древние земноводные (лабиринтодонты, батрахозавры – обычно их объединяют под общим названием стегоцефалы) достигали больших размеров (длина черепа около 1 м), их туловище было покрыто костными щитками. До середины карбона, когда появились пресмыкающиеся, древние земноводные были единственными наземными позвоночными животными.
Современные земноводные – это класс подтипа позвоночных животных. Они сохраняют тесную связь с водной средой, т.к. размножаются в воде.
В связи с выходом на сушу у земноводных развилось легочное дыхание (у рыб дыхание жаберное, исключая двоякодышащих и кистеперых, у которых дыхание не только жаберное, но может быть и легочным). У земноводных в связи с переходом к легочному типу дыхания появились два круга кровообращения и трехкамерное сердце (у рыб – один круг и двухкамерное сердце; исключением являются опять-таки двоякодышащие и кистеперые). Однако легкие у земноводных развиты слабо, поэтому важную роль в газообмене играет кожное дыхание. Кожа у современных земноводных голая, имеет множество желез (у рыб кожа покрыта чешуями). Кожа отделена от мышц, заполненными жидкостью полостями, которые выполняют функцию амортизаторов при передвижении по суше. Кроме того, благодаря этому приспособлению снижается риск высыхания и облегчается газообмен через кожу.
Значительные изменения произошли у земноводных в строении скелета. Большинство земноводных не имеют хвоста (исключение – отряд Хвостатые земноводные: тритоны, саламандры), передвигаются с помощью задних конечностей, прыжками. Голова подвижно сочленяется с туловищем (появляется шейный отдел позвоночника с одним шейным позвонком) – это улучшает ориентацию в воздушной среде.
При переходе из водной среды в воздушную вес тела и его частей по закону Архимеда возрастает, поэтому в черепе земноводных есть много хрящевых элементов, жаберные дуги редуцируются – это позволяет снизить нагрузку на скелет и мышцы. Ребра у наиболее высокоорганизованных бесхвостых земноводных тоже исчезают. Позвоночный столб у земноводных в большей степени разделен на отделы, чем у рыб: в нем есть шейный, туловищный, крестцовый (представлен одним позвонком) и хвостовой отделы (у рыб различают только туловищный и хвостовой отделы; от туловищного отдела у них отходят ребра).
Мышечная система у земноводных организована гораздо разнообразнее, чем у рыб. У земноводных почти исчезает сегментация мышц, появляются разные группы мышц (например, мышцы свободных конечностей, которых нет у рыб).
Сложнее устроена у земноводных и нервная система: передний мозг у них крупнее среднего, разделен на два полушария. Мозжечок развит слабее, чем у рыб. Участки спинного мозга, от которых отходят двигательные нервы, утолщены. Совершенствуются и органы чувств. Появляется среднее ухо (у рыб только внутреннее ухо) – это позволяет воспринимать звуковые колебания в воздушной среде. Глаза, прикрытые веками, защищающими их от высыхания и засорения, приспособлены к видению в двух средах: водной и воздушной.
Размножение у земноводных происходит в воде. Оплодотворение, как правило, наружное. Развитие идет с метаморфозом. Из икринки появляется личинка, очень похожая на рыбу. У нее, как и у рыб, один круг кровообращения, двухкамерное сердце, жаберное дыхание, есть орган боковой линии, плавает она при помощи хвоста. Такая личиночная стадия указывает на то, что предками земноводных были древние рыбы.
Земноводные, как и рыбы, относятся к анамниям – животным, у которых в процессе эмбрионального (зародышевого) развития не возникает зародышевой оболочки (амниона) и особого зародышевого органа (аллантоиса).
К амниотам относятся пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие. Это высшие позвоночные, у которых вокруг зародышей (эмбрионов) образуются зародышевые оболочки. У этих животных зародыши развиваются в яйцах, которые откладываются на суше (пресмыкающиеся, птицы), или развиваются в организме матери (млекопитающие).
У амниот продолжается совершенствование и усложнение всех систем организма. Так, у пресмыкающихся в желудочке трехкамерного сердца начинает развиваться перегородка (причем у наиболее высокоорганизованных из них – крокодилов – перегородка уже полная). Пресмыкающиеся, как и низшие позвоночные, – пойкилотермные (холоднокровные) животные. У птиц и млекопитающих сердце полностью разделено на две половины – правую венозную и левую артериальную. Это способствует лучшему снабжению органов и тканей кислородом. Птицы и млекопитающие – гомойотермные животные (теплокровные). Усложняются у них и нервная система, и органы чувств.
У представителей разных классов возникает целый ряд приспособлений (адаптаций) к среде обитания. Появление таких адаптаций можно проиллюстрировать на примере класса птиц. В связи с приспособлением к полету у птиц возникают изменения в скелете, которые, с одной стороны, обеспечивают уменьшение массы тела, а с другой стороны, приводят к упрочению скелета. Облегчению скелета способствуют пневматические (заполненные воздухом) трубчатые кости. Кости скелета тонкие, прочные; в клюве у птиц нет зубов. Упрочению скелета способствует развитие сложного крестца – прочной опоры для задних конечностей, срастание двух костей голени в одну, соединение соседних ребер маленькими клювовидными отростками и т.д. Для прикрепления грудных мышц на грудине развивается мощный киль. Адаптация затрагивает и другие системы: у птиц очень короткий толстый кишечник, нет мочевого пузыря, у самок птиц один яичник – все это способствует уменьшению массы тела. В дыхательной системе появляются воздушные мешки, что обеспечивает в полете двойное дыхание, предохраняет от перегревания, уменьшает трение между органами, уменьшает плотность тела. Существенные изменения происходят и в организации нервной системы: у птиц хорошо развиты зрительные бугры среднего мозга, мозжечок, увеличиваются полушария мозга, усложняется поведение.
Схема соотношения между ароморфозом, идиоадаптацией и дегенерацией
Таким образом, в процессе эволюции хордовых животных возникают как крупные ароморфозы (т.е. такие изменения, которые ведут к морфофизиологическому прогрессу), так и идиоадаптации (т.е. частные приспособления, выгодные только в данных условиях обитания).