Позвоночник животных с трехкамерным сердцем
Позвоночные животные имеют различное строение тела. План строения у всех общий. Это доказывает происхождение от одного предка. Однако сложность устройства организма различается. Считается, что усложнение строения шло в ходе эволюции. То есть сначала появились более примитивные организмы.
Эволюционное развитие организмов
Ход эволюции позвоночных животных начался с ланцетника.
Этот организм уже имеет хорду и нервную трубку. А также самое примитивное для позвоночных животных сердце: пульсирующий брюшной сосуд.
Дальнейшее усложнение организации привело к образованию рыб. Дышащие жабрами организмы имеют двухкамерное сердце и один круг кровообращения.
Амфибии и большинство рептилий обладают трехкамерным сердцем. Это еще повышает их жизненную энергию.
Птицы и млекопитающие находятся на вершине эволюции. Сердце образовано четырьмя камерами. Нет отверстий между предсердиями, как и между желудочками. Два круга обращения крови полностью разделены. Поэтому птицы и млекопитающие обладают теплокровием, что резко отличает их от остальных животных. К этой же группе, конечно, относится и человек.
Трехкамерное сердце
У амфибий и рептилий сердце имеет три камеры: два предсердия и один желудочек. Ученые выяснили, что именно такое строение мускульного органа подходит для жизнедеятельности этих животных.
Наличие двух кругов обращения крови обеспечивает довольно высокий уровень жизнедеятельности. Животные с трехкамерным сердцем обитают на суше, они довольно подвижны (особенно пресмыкающиеся). Они могут вынести некоторое понижение температуры, не впадая в оцепенение. Тритоны, например, первыми выходят из зимних укрытий, когда снег еще не сошел. Весна заставляет пробуждаться и травяных лягушек очень рано. Эти амфибии скачут по снегу в поисках партнера для размножения.
Наличие именно трехкамерного сердца дает возможность амфибиям впадать в оцепенение при наступлении морозов. Кровеносная система позволяет не тратить много энергии для перекачки крови, что наблюдалось бы при наличии сердца с четырьмя камерами и полном разделении двух кругов обращения крови.
Сердце пресмыкающихся
Трехкамерным сердцем с неполной перегородкой обладают рептилии. Можно заметить, что их подвижность резко возрастает по сравнению с земноводными. Прыткие ящерицы на самом деле очень подвижны. Их довольно сложно поймать, особенно в теплую погоду. Однако температура тела все еще зависит от окружающей среды. Рептилии – холоднокровные организмы.
Крокодилы имеют необычное строение сердца. Ученые относят крокодилов к животным, обладающим четырехкамерным сердцем. Перегородка между правым и левым желудочками имеет большую площадь. Однако отверстие в этой стенке существует. Поэтому и крокодилы остаются холоднокровными существами. Кровь, насыщенная окислительным элементом, смешивается с кровью, бедной кислородом. Кроме того, особое строение системы крови крокодила выражается в наличии левой артерии. Она отходит от правого желудочка наряду с легочной. Левая артерия несет кровь к желудку крокодила. Такое строение способствует более быстрому перевариванию пищи. Это необходимо, так как рептилия заглатывает большие куски мяса, которые могут начать гнить при длительной задержке в пищеварительном тракте.
Четырехкамерное сердце
Сердце с четырьмя камерами имеют птицы и животные, выкармливающие детенышей молоком. Это самые высокоорганизованные организмы. Птицы способны к длительному полету, а млекопитающие — к быстрому бегу. Все они обладают теплокровием. Они сохраняют активность и в морозы, чего не могут позволить себе холоднокровные представители.
Впадают в спячку лишь те организмы, которые не могут обеспечить себя кормом зимой. Медведь, не набравший достаточного веса осенью, просыпается и бродит по снегу в поисках пропитания.
Таким образом, четырехкамерное сердце максимально увеличило жизненную активность организмов. Теплокровные животные не впадают в состояние оцепенения. Их двигательная активность не зависит от температуры окружающей среды. Такие позвоночные животные прекрасно чувствуют себя на суше в условиях сильной гравитации.
Животные с трехкамерным сердцем уже обзавелись двумя кругами обращения крови. Однако большой и малый круги полностью не разделены. Кровь, богатая элементом окисления, смешивается с кровью, насыщенной углекислым газом. Несмотря на это, трехкамерное сердце обеспечивает жизнь организмов на суше.
Источник
В ходе эволюции шел процесс усложнения системы крови. С того момента как появилось сердце, увеличивается число его камер, и дифференцируются отходящие от него сосуды. Сердце с тремя камерами дает организмам ряд преимуществ по сравнению с более просто устроенным органом. Животные имеют более высокую жизненную энергию.
Усложнение строения сердца
У ланцетника пульсирует передний отдел брюшного сосуда.
У рыб уже сердце состоит из одного предсердия и одного желудочка.
У кого трехкамерное сердце? У земноводных предсердие имеет две части, которые открываются в желудочек общим отверстием.
Трехкамерное сердце характерно и для пресмыкающихся. Уже у ящериц, змей, черепах и крокодилов каждое предсердие имеет самостоятельное отверстие, открывающееся в желудочек. Отверстия имеют клапаны. У рептилий, как и у земноводных, единственный желудочек, но он разделен неполной перегородкой, которая растет снизу вверх.
У птиц и животных, выкармливающих детенышей молоком, имеются два предсердия и столько же желудочков. И предсердия, и желудочки полностью разделены друг с другом.
Из выше расположенного перечня видно, что трехкамерное сердце характерно для земноводных и пресмыкающихся. Однако устройство все же отличается не только у классов этих животных, но и между родами. Так, у крокодилов перегородка между задними частями сердца почти полная. Несмотря на этот факт, крокодилы остаются холоднокровными животными, потому что в главный артериальный ствол кровь, содержащая большой процент углекислого газа, попадает. По сосудам, идущим к телу, течет смешанная кровь.
Выросты в желудочке сердца как начало образования перегородки
У тех, у кого трехкамерное сердце, имеются малый и большой круги кровообращения. Это повышает общий уровень жизни. Более того, у кого трехкамерное сердце, в желудочке имеется склонность к образованию выростов. У лягушки уже есть многочисленные выпячивания, что значительно разобщает артериальную кровь и ту, в которой большое содержание углекислого газа. Однако у головастиков единственный круг обращения крови.
Строение трехкамерного сердца лягушки
У земноводных сердце с тремя камерами.
Желудочек обладает толстыми стенками. Предсердия сообщаются с желудочком общим отверстием. Правое предсердие больше по объему. В него поступает кровь со всего тела, отдавшая элемент окисления. В левую половину сердца идет кровь от легких. С правым предсердием связан венозный синус. Он перекачивает кровь в сердце. С правой стороны находится артериальный конус. Он имеется еще у низших рыб. Включает в себя ряд клапанов. Служит для перекачивания крови в сосуды. У амфибий конус разделен перегородкой на два отдела.
Схема движения крови в сердце лягушки
В правое предсердие идет кровь с большим содержанием углекислого газа, смешанная с насыщенной кислородом, а в левое – только обогащенная элементом для окисления. Предсердия сокращаются одновременно. Кровь переходит в единственный желудочек. Здесь выросты препятствуют сильному перемешиванию крови. Артериальный конус отходит справа от желудочка, поэтому сюда сначала перетекает кровь, содержащая большее количество углекислого газа. Она заполняет кожно-легочные артерии. В конусе есть спиральный клапан. При усилении давления крови он сдвигается, открывая отверстие дуг аорты. Сюда устремляется смешанная кровь из срединной части желудочка. Далее давление крови нарастает еще больше, и спиральный клапан открывает устья сонных артерий, которые идут к голове. Кровь перетекает в сонные артерии, так как остальные сосуды уже заполнены.
Кровеносная система ящериц и других пресмыкающихся
У ящериц и змей два круга кровообращения не разделены полностью. Но степень их разобщения выше, чем у земноводных. Сохраняются две дуги аорты. В желудочке имеется стенка, но она не разделяет камеру сердца полностью на две половины. Считается, что у крокодилов сердце имеет четыре камеры. Хотя отверстие между желудочками еще сохраняется.
Таким образом, позвоночные животные с трехкамерным сердцем имеют большую подвижность по сравнению с рыбами. Они могут выходить на сушу, где отлично себя чувствуют. Эволюционно увеличилась жизненная активность.
Особи, имеющие трех- и четырехкамерное сердце, всегда имеют два круга кровообращения, что также сильно увеличивает подвижность организмов. А для сухопутных позвоночных это необходимо в условиях, когда тело держать в разы тяжелее, чем в водной среде. При наличии двух кругов кровообращения кровь, разносящая кислород, идет под достаточным давлением, так как снова проходит через сердце. И она не смешивается с венозной.
Некоторые лягушки выходят из укрытий ранней весной, когда снег еще не растаял. Одними из первых появляются в средней полосе травяные лягушки.
Те, у кого трехкамерное сердце, имеют большую подвижность в условиях холода, чем остальные холоднокровные представители.
Источник
Земноводные, или Амфибии — первая группа позвоночных животных, освоившая наземную среду, но сохранившая тесную связь с водной.
Происхождение земноводных
В середине девонского периода (около 385 млн лет назад) на Земле сформировались условия, благоприятные для массового освоения суши позвоночными животными:
тёплый и влажный климат;
наличие достаточной пищевой базы (сформировавшейся обильной фауны наземных беспозвоночных);
снижение содержания в воде кислорода (он тратился на окисление большого количества органики в водоёмах): появление у рыб приспособлений для дыхания атмосферным воздухом.
Основные ароморфозы:
пятипалые конечности для передвижения по суше;
легочное дыхание.
Предками древних амфибий, скорее всего, являлись древние, ныне вымершие кистеперые рыбы (рипидистии).
Одной из наиболее «продвинутых» кистепёрых рыб являлся тиктаалик («рыбоног»), имевший ряд переходных признаков, сближающих его с земноводными:
укороченный череп;
относительно подвижная голова;
наличие локтевого и плечевого суставов.
Тиктаалик дышал через отверстия, расположенные на конце плоской «крокодильей» морды.
Ихтиостегиды — первые амфибии, появившиеся в пресных водоёмах в конце девона. Они были настоящими переходными формами между кистепёрыми рыбами и земноводными:
рудименты жаберной крышки;
рыбий хвост;
рыбья чешуя;
парные пятипалые конечности наземных позвоночных.
Ихтиостегиды жили не только в воде, но и на суше. Можно предположить, что они не только размножались, но и кормились в воде, систематически выползая на сушу.
Стегоцефалы (панцирно-головые) появились в засушливый девонский период. Они имели сплошной панцирь из кожных костей, покрывавший черепную коробку сверху и с боков. Панцирь защищал их от высыхания, но препятствовал кожному дыханию и затруднял передвижение по суше.
Стегоцефалы дожили до начала мезозоя. Современные отряды амфибий оформляются только в конце мезозоя.
Общая характеристика класса Земноводные
Распространены повсеместно, но наиболее широко встречаются в регионах с тёплым и влажным климатом.
Живут вблизи водоёмов: размножаются в воде.
Тело подразделяется на голову, туловище и две пары пятипалых конечностей. У небольшой группы земноводных имеется хвост.
Кожа тонкая, голая, влажная, богатая слизистыми железами.
скелет земноводных
Голова подвижно соединена с туловищем.
Скелет разделён на отделы: осевой скелет (позвоночник); скелет головы (череп); скелет парных конечностей.
В позвоночнике выделяют 4 отдела: шейный, туловищный, крестцовый и хвостовой. Число позвонков — от 7 у бесхвостых до 200 у безногих земноводных.
У всех земноводных единственный шейный позвонок подвижно прикрепляется к затылочному отделу черепа, что обеспечивает некоторую подвижность головы.
К туловищным позвонкам прикрепляются короткие рёбра (кроме бесхвостых, у которых они отсутствуют).
Грудной клетки нет.
Единственный крестцовый позвонок соединён с тазовым поясом.
У бесхвостых позвонки хвостового отдела срастаются в одну кость — уростиль.
Плоский и широкий череп защищает головной мозг и соединён с позвоночником затылочными костями.
Скелет конечностей образован скелетом пояса конечностей и скелетом свободных конечностей. Плечевой пояс: парные лопатки, ключицы и вороньи кости, соединённые с грудиной.
Скелет передних конечностей: плечо (плечевая кость), предплечье (лучевая и локтевая кости) и кисть (кости запястья, пясти и фаланг пальцев).
Тазовый пояс: сросшиеся парные подвздошные, седалищные и лобковые кости.
Скелет задних конечностей: бедро, голень (большая и малая берцовая кости) и стопа (кости предплюсны, плюсны и фаланги пальцев). У бесхвостых кости предплечья и голени сливаются, все кости задней конечности сильно удлинены, образуя мощные рычаги для прыгания.
Скелет лягушки
Внутреннее строение земноводных
Нервная система: передний мозг земноводных развит сильнее, чем у рыб, и разделён на два полушария. Мозжечок развит хуже в связи с малой подвижностью.
Органы чувств. Глаза земноводных защищены от высыхания и засорения подвижными верхними и нижними веками и мигательной перепонкой. Роговица приобрела выпуклую форму, а хрусталик — линзообразную. Видят земноводные в основном подвижные объекты.
В органе слуха появилось среднее ухо с одной слуховой косточкой (стремечком). Полость среднего уха отделена от окружающей среды барабанной перепонкой и соединена с ротовой полостью посредством узкого канала — евстахиевой трубы, благодаря чему внутреннее и внешнее давление на барабанную перепонку уравновешивается. Появление среднего уха вызвано необходимостью усиления воспринимаемых звуковых колебаний, так как плотность воздушной среды меньше, чем водной.
Ноздри у земноводных в отличие от рыб сквозные и выстланы чувствительным эпителием, воспринимающим запахи.Кровеносная система: замкнутая. Два круга кровообращения: большой (туловищный) и малый (лёгочный). Сердце трёхкамерное: два предсердия, один желудочек. По артериям большого круга кровообращения течёт смешанная кровь, и только головной мозг снабжается артериальной кровью. Холоднокровные (пойкилотермные). У личинок один круг кровообращения и двухкамерное сердце (как у рыб).
кровообращение земноводных
Малый круг кровообращения начинается в желудочке, включает сосуды лёгких и завершается в левом предсердии. Большой круг начинается также в желудочке. Кровь, пройдя по сосудам всего тела, возвращается в правое предсердие. Таким образом, в левое предсердие попадает артериальная кровь из легких, а в правое — венозная кровь со всего тела. В правое предсердие попадает и артериальная кровь, оттекающая от кожи. Так благодаря появлению лёгочного круга кровообращения в сердце земноводных попадает и артериальная кровь. Несмотря на то что в желудочек поступает артериальная и венозная кровь, полного перемешивания крови не происходит благодаря наличию карманов и неполных перегородок. Благодаря им при выходе из желудочка артериальная кровь по сонным артериям поступает в головной отдел, венозная — в лёгкие и кожу, а смешанная — во все остальные органы тела. Таким образом, у земноводных нет полного разделения крови в желудочке, поэтому интенсивность жизненных процессов невысокая, а температура тела непостоянная.
Органы дыхания взрослых животных — кожа и лёгкие, у личинок — жабры.
Лёгкие представляют собой парные полые мешки с ячеистой внутренней поверхностью, пронизанной сетью кровеносных капилляров, где и происходит газообмен.
Механизм дыхания у земноводных несовершенен, нагнетательного типа. Животное набирает воздух в ротоглоточную полость, для чего опускает дно ротовой полости и открывает ноздри. Затем ноздри закрываются клапанами, дно ротовой полости поднимается, и воздух нагнетается в лёгкие. Удаление воздуха из лёгких происходит благодаря сокращению грудных мышц. Поверхность лёгких у земноводных невелика, меньше поверхности кожи. Поэтому насыщение крови кислородом происходит не только через лёгкие, но и через кожу. Так, прудовая лягушка получает через кожу 51% кислорода. Находясь под водой, земноводные дышат исключительно кожей. Чтобы кожа в наземных условиях функционировала как орган дыхания, она должна быть влажной.Пищеварительная система. Земноводные — хищники.
С наземным образом жизни связано появление в ротовой полости настоящего языка — основного органа добычи пищи. У лягушек он прикреплён к передней части дна ротовой полости и способен быстро выдвигаться вперед, приклеивая добычу.
Появляются слюнные железы (отсутствовали у рыб), секрет которых увлажняет ротовую полость, язык и пищу.
Последний отдел пищеварительного канала — расширенная клоака — общий для пищеварительной, выделительной и половой системы.
Рис. Внутреннее строение лягушкиВыделительная система: парные туловищные почки. Моча оттекает по двум мочеточникам в клоаку, а из нее — в мочевой пузырь. Выводимый конечный продукт азотистого обмена — мочевина. После наполнения мочевого пузыря его мышечные стенки сокращаются, моча выводится в клоаку и выбрасывается наружу. Потери воды из организма земноводных с мочой, так же как и у рыб, восполняются поступлением её через кожу.
Половая система: раздельнополые.
Половые железы парные. У самок: парные яичники и парные яйцеводы, впадающие в клоаку. У самцов: парные семенники и парные семявыводящие каналы, впадающие в мочеточники.
Оплодотворение внешнее, в воде.Размножение: амфибии, как и рыбы, откладывают икру. Икринки земноводных не имеют оболочек, защищающих их от высыхания, и способны развиваться только в воде.
Развитие с неполным метаморфозом, со стадией рыбообразной личинки — головастика. Головастик — типичное водное животное: дышит жабрами, имеет двухкамерное сердце, один круг кровообращения и орган боковой линии, плавает при помощи хвоста, окаймлённого перепонкой. В ходе метаморфоза личиночные органы замещаются органами взрослого животного.
Рис. Метаморфоз лягушки
Некоторые виды, например амбистома, всю жизнь остаются в личиночном состоянии, в нём они и размножаются.
Неотения — способность размножаться на личиночной стадии развития.
Разнообразие земноводных и их значение
Класс Земноводные, или Амфибии
Отряд Бесхвостые земноводные
Представители: жерлянки, чесночницы, крестовки, жабы, квакши и лягушки.
Бесхвостые обладают широким бесхвостым телом с очень короткой шеей, короткими передними и длинными задними конечностями.
Отряд Хвостатые земноводные
Представители: саламандры, тритоны, углозубы, лягушкозубы, амбистомы, протеи.
Хвостатые имеют вытянутое тело с довольно длинным хвостом, маленькой головой и четырьмя приблизительно одинаковыми длинными конечностями. У некоторых хвостатых земноводных конечности непропорционально малы или настолько редуцированы, что теряют опорную функцию.
Отряд Безногие земноводные
Представители: червяги.
Для безногих амфибий характерно безногое змеевидное тело, обычно с поперечными перехватами, напоминающими членики червя.
Источник