Филогенез кровеносной системы позвоночных

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Филиал частного учреждения образовательной организации высшего

образования «Медицинский университет «Реавиз» в городе Саратов

(Саратовский медицинский университет «Реавиз»)

Кафедра общественного здоровья и здравоохранения

РЕФЕРАТ

по дисциплине: Биология

на тему: Филогенез кровеносной системы позвоночных

Студенка: Юфатова И.С.

Факультет: Стоматологический

Группа: 19-266

Курс:1

Проверил: Забалуев А.П.

Саратов 2019г.

ВВЕДЕНИЕ

Филогенез (греч. phylon племя, род, вид + genesis зарождение, происхождение) -- процесс исторического развития признаков организмов или систематических групп от их возникновения до современности, то есть история процесса эволюции. Термин «филогенез» был введен в 1866 г. немецким ученым Геккелем, как парный термину «онтогенез», обозначающему индивидуальное развитие особи. В таком значении термин «филогенез» по объему и значению почти не отличался от термина «эволюция».

Важнейшим условием существования высокоорганизованных позвоночных является наличие жидкой подвижной внутренней среды, которая обеспечивает интеграцию организма в целостную систему. Эти функции выполняет кровеносная система. Кровеносная система хордовых замкнутая, имеет мезодермальное происхождение и включает в себя сердце, расположенное на брюшной стороне и два основных артериальных сосуда: брюшную и спинную аорту. Естественный отбор, каким бы сложным он не казался, происходит с исключительной логикой, пользой и экономией жизненных ресурсов. Постепенное усложнение живых организмов в процессе эволюции не могло не сопровождаться усложнением системы кровообращения.

В ходе эволюции многоклеточных животных кровеносная система сформировалась на месте рудиментов первичной полости тела, вытесненной у высших животных вторичной полостью тела, или целомом. Кровеносная система в организме высших животных выполняет универсальную транспортную роль: передвижение усвоенных питательных веществ и элементов, кислорода от органов дыхания ко всем органам тела, перенос продуктов метаболизма к органам выделения, углекислоты - к органам дыхания, доставка гормонов от эндокринных желез к органам- мишеням. В силу этого кровеносная система стала и одной из важнейших интегрирующих систем организма, обеспечивающих его целостность. Именно поэтому, целью данной научной работы является исследование филогенеза кровеносной системы позвоночных, выявление зависимости между средой обитания и строением кровеносной системы.

1. Становление системы кровообращения у позвоночных

Наиболее примитивная кровеносная система среди хордовых животных характерна для подтипа бесчерепных. У ланцетника основным пропульсаторным органом является брюшная аорта - продольный сосуд, который тянется под глоткой. От брюшной аорты начинаются жаберные артерии, расположенные в перегородках между жаберными щелями, они пронизывают боковые стенки глотки. Кровь в жаберных артериях становится артериальной, так как обогащается кислородом и отдает углекислый газ. У всех остальных позвоночных кровеносная система полностью замкнутая, сердце является центральным пропульсаторным органом. При жаберном дыхании у рыб обогащенная кислородом кровь из передних жабер поступает в голову, а из задних - в спинную аорту, несущую кровь назад по всему телу. Легкие сформировались позади глотки, позади самых задних жабер, поэтому возникла необходимость нового перераспределения крови. Эта проблема была решена возвращением артериальной крови из легких в сердце - образованием малого круга кровообращения и формированием в сердце особых приспособлений для перераспределения крови. Тарасова Е., Ушакова Е. Интеграция знаний об Онтогенезе и Филогенезе в Концепциях жизни: моногр. - М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2013. - 172. с.

С развитием наземного дыхания связана перестройка системы кровообращения амфибий. Сердце земноводных состоит из двух предсердий, общего желудочка и артериального конуса, от которого отходит ствол аорты, разделяющийся на три пары артериальных сосудов. Первыми от артериального конуса отходят правая и левая кожно-легочные артерии, распадающиеся на легочную и кожную артерии; затем отходят дуги аорты, от них отходят артерии, снабжающие кровью мускулатуру тела и передних конечностей, на спинной стороне они сливаются в спинную аорту, от которой кровь идет к остальным органам и задним конечностям; последними от артериального конуса отходят сонные артерии, несущие кровь к голове.

Мускулистые выросты стенок желудочка образуют ряд сообщающихся между собой камер, что препятствует перемешиванию крови. Сначала из желудочка выходит венозная кровь, идущая к легким и коже, по правой дуге тоже течет венозная кровь, а в левую дугу попадает более окисленная кровь, и, наконец, по сонным артериям идет только окисленная кровь. Такому распределению крови способствует ритмика сокращений предсердий и наличие спирального клапана внутри артериального конуса. Таким образом, в правое предсердие уже попадает частично окисленная кровь за счет крови, поступающей от кожи. Северцов А. Н. Главные направления эволюционного процесса. Морфобиологическая теория эволюции. - М.: Либроком, 2012. - 138 c.

Рис. 1. Строение сердца у разных классов позвоночных

У пресмыкающих в связи с усовершенствованием механизма вентиляции легких появляется принципиальная возможность разделения артериального и венозного потоков крови. Однако у рептилий перегородка в желудочке сердца остается неполной, и кровь там может смешиваться. Поэтому сохраняется возможность перераспределения крови в сердце и регуляции поступления больших и меньших ее количеств в разные сосуды, что связано с особой формой терморегуляции, называемой гелиотермией, - повышение температуры тела до оптимального уровня путем обогревания в лучах солнца (инсоляции). При инсоляции физиологически выгодно направлять больше крови в периферические сосуды и меньше - в легкие. Напротив, когда животные переходят к активной деятельности необходимо больше крови направлять к легким. В соответствии с этими потребностями и регулируется поток крови в малом и большом кругах кровообращения.

Рис. 2. Эволюция кровеносной системы позвоночных

кровообращение филогенез хордовый обитание

Сердце у большинства пресмыкающихся трехкамерное, оно состоит из двух предсердий и желудочка. В левое предсердие впадаю легочные вены, в правое - три полые вены. В желудочке имеется неполная перегородка довольно сложной формы, расположенная почти в горизонтальной плоскости и разделяющая желудочек на брюшной и спинной отделы. Оба предсердия впадают в спинной отдел желудочка.

Окончательное разделение артериальной и венозной крови произошло у птиц и млекопитающих. Сердце млекопитающих четырехкамерное, как у птиц. Желудочек сердца разделился вертикальной перегородкой на левый (от которого начинается общий ствол дуг аорты) и правый (откуда берет начало легочный ствол). Впереди общий ствол дуг аорты разделяется на левую дугу аорты (продолжающуюся в спинную аорту) и безымянную артерию, переходящую в правую подключичную артерию. Сонные артерии начинаются симметрично: левая - от левой дуги аорты, правая - от безымянной артерии. При видимом сходстве кровеносных систем млекопитающих и птиц между ними имеются глубокие различия: у птиц от левого желудочка сердца начинается правая дуга аорты, а левая утрачена, тогда как у млекопитающих от левого желудочка начинается общий ствол аорты, левая дуга развита полностью, а правая редуцирована. Эти различия связаны с длительной независимой эволюцией предков птиц и млекопитающих.

Кровь в аорте птиц и млекопитающих содержит больше кислорода, чем кровь в аорте других позвоночных. Если у амфибий и рептилий две дуги аорты, то у птиц только правая дуга, а у млекопитающих левая. Благодаря лучшему снабжению кислородом ткани тела у млекопитающих и птиц способны поддерживать обмен на более высоком уровне, что обусловливает их «тепло кровность», т.е. способность сохранять постоянную температуру тела даже в холодной среде. Насыщению крови кислородом способствуют клеточные элементы - эритроциты. Первые клеточные элементы появляются у беспозвоночных, но часто они бесцветны Тимофеев-Ресовский, Н. В. Краткий очерк теории эволюции / Н.В. Тимофеев-Ресовский, Н.Н. Воронцов, А.В. Яблоков. - М.: Наука, 2018. - 408 c.. У позвоночных эритроциты ядерные и их кислородная емкость увеличивается по эволюционной цепочке. И только у млекопитающих эритроциты не содержат ядер, что значительно увеличивает их кислородную емкость. Кроме того, у большинства млекопитающих они имеют двояковогнутую форму, увеличивающую поверхность газообмена.

2. Важнейшие эволюционные изменения в кровообращении

К основным тенденциям в эволюции кровеносной системы позвоночных следует отнести:

- обособление мышечного сосуда - сердца;

- дифференцировка сосудов на кровеносные и лимфатические;

- дифференцировка сердца на камеры;

- появление второго - легочного круга кровообращения;

- развитие приспособлений для разграничения артериального и венозного токов крови.

Кровеносная система сформировалась на месте рудиментов первичной полости тела, вытесненной у высших животных вторичной полостью тела, или целомом. Кровеносная система является важнейшей интегрирующей системой организма, которая обеспечивает его целостность. Она выполняет универсальную транспортную роль в передвижении питательных веществ и кислорода, в переносе продуктов метаболизма. В процессе эволюции позвоночных произошло совершенствование и общее усложнение кровеносной системы. Тем не менее, не все эволюционные перестройки кровеносной системы являются ароморфозами, то есть изменениями на пути к морфо-физиологическому прогрессу. Часто оно представляет собой результат развития частного приспособления или служит компенсацией за несовершенство какой-либо функции, то есть идиоадаптацией к определенному образу жизни. Появление второго (малого) круга кровообращения и усложнение строения сердца у двоякодышащих рыб оценивают таким образом. Тыщенко В. П. Введение в теорию эволюции / В.П. Тыщенко. - М.: КомКнига, 2010. - 242 c.

В случаях, когда усложнение строения связано с повышением уровня жизнедеятельности, с интенсификацией функций следует говорить об ароморфозах. К основным ароморфозам в ходе эволюции кровеносной системы позвоночных относят развитие сердца у древнейших позвоночных, интенсификация его работы и формирование замкнутости кровеносной системы у челюстноротых, преобразования сердца и магистральных сосудов при разделении потоков артериальной и венозной крови у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих.

Совершенствование сердечно-сосудистой системы шло по пути расширения емкости капиллярных русел, увеличения скорости кругооборота крови и повышения в связи с тем и другим мощности сердца. Высшие наземные позвоночные имеют уже два двухкамерных сердца, соединенных общей мускулатурой и единым ритмом сокращения. Одно сердце перемещает венозную кровь через дыхательные органы - легкие; другое (как правило, более мощное) - артериальную кровь через остальные органы тела. При выделении легочного круга только одно капиллярное русло остается в системе кровообращения (у современных высших позвоночных два последовательно связанных капиллярных русла остались только в пищеварительном тракте - печени и почках). Такая система обладает меньшим сопротивлением, и у неё появляются новые резервы для увеличения объема циркулирующей крови.

Разделение кругов кровообращения наряду с совершенствованием систем органов дыхания и повышением эффективности органов пищеварения обеспечило качественный подъем общего уровня метаболизма.

3. Закономерности в филогенезе кровеносной системы позвоночных

Благодаря способности поддерживать определенную фиксированную концентрацию водородных ионов, электролитов, сложных соединений и за счет наличия буферных систем кровь обладает некой независимостью от влияний на ее состав факторов окружающей среды и других продуктов метаболизма. Следует отметить, что эволюция системы крови тесно связана с эволюцией других тканей и органов. Обладание гомойотермностью в сочетании с развитием буферных систем сыграло значимую роль в эволюции, так как обусловило создание оптимального режима работы ферментативных систем. Чиркин А. А. Биохимия филогенеза и онтогенеза. Учебное пособие / А.А. Чиркин, Е.О. Данченко, С.Б. Бокуть. - М.: Новое знание, Инфра-М, 2012. - 288 c.

Эволюция кровеносной системы протекает взаимосвязано, к примеру, фермент карбоангидраза содержится в различных участках тела беспозвоночных и значение фермента для системы крови в этом случае невелико. А у позвоночных, начиная с рыб, эволюция карбоангидразы крови и эволюция эритроцитов тесно взаимосвязаны. Так же следует отметить, что каждый организм высших позвоночных в своем индивидуальном развитии проходит такие стадии, как разделение лимфатической и кровеносной систем, стабилизация внутренней среды, развитие терморегуляции и костномозгового кроветворения. В ходе эволюции живого дыхание тканей на основе прямого газообмена со средой становится недостаточным и поэтому появляется необходимость в развитии сосудистой сети. В фило- и онтогенезе наличие дыхательных пигментов определенной химической структуры обеспечивает облегчение и оптимизацию процессов транспорта газов по кровеносным сосудам, повышая общую эффективность кровообращения.

Элементы системы крови возникли в разные периоды эволюции. Концентрация эритроцитов и гемоглобина под давлением экологических факторов изменялась. Примечательный морфофизиологический показатель, как отсутствие ядра в эритроцитах млекопитающих, характерен для более древних филетических линий. Развитие млекопитающих привело к снижению относительного числа ядерных форм эритроцитов в периферической крови. При этом у сумчатых сохраняется небольшое количество ядерных эритроцитов, но их кровь уже существенно отличается от крови рептилий и птиц.

Тип гемоглобина является еще одним древним признаком. В течение длительного периода в обоих филогенетических ветвях животного мира единственным вариантом гемоглобина являются мономеры. Начиная с рыб, устойчиво используются более сложные молекулярные структуры этого белка - димеры и тетраметры. Тетрамерные варианты гемоглобина возникли около 300 миллионов лет назад, а затем начали формироваться различные аминокислотные последовательности, характерные типы гемоглобина всех видов позвоночных. Ученые эволюционисты предложили схему эволюции типов полипептидных цепей гемоглобина человека, согласно которым от предкового гемоглобина последовательно ответвились сначала миоглобин, а затем различные виды цепей. Предполагается, что в основе эволюции цепей лежит дупликации генов, хотя, по-видимому, возможны и другие причины.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Кровообращение является важным звеном в процессе жизнедеятельности любого организма. С кровью транспортируется кислород, питательные вещества, тепловая энергия, перенос гормонов и других физиологически активных веществ. Кровеносная система позвоночных животных имеет единый план строения, усложнение и совершенствование которых происходило постепенно с течением эволюционного процесса. Но далеко не все эволюционные перестройки являлись ароморфозами, то есть, прогрессирующими морфо-физиологическими изменениями. Усложнение организации или строения не может считаться прогрессивной чертой изменений, которые сделают животное более высокоразвитым. В эволюционных преобразованиях кровеносной системы хордовых животных несомненным ароморфозом явилось развитие настоящего сердца у самых древних представителей, а также интенсификация его деятельности и формирование замкнутой кровеносной системы у класса челюстноротых. Также важнейшими ароморфозами считаются преобразование магистральных сосудов и сердца при разделении потоков венозной и артериальной крови у рептилий, птиц и зверей.

Таким образом, анатомия сердца может определять степень основного обмена организма. У примитивных хордовых, постоянно живущих в воде, самый простой принцип организации кровеносной системы - она имеет один круг кровообращения. Выход животных на сушу предполагает более интенсивный метаболизм, характеризуется появлением легочного дыхания, и, как следствие, возникновением второго круга кровообращения, который ответственен за газообмен крови в легких. Исследование эволюции системы крови позволяет раскрыть происхождение важнейших особенностей крови разных видов животных и дает материал для обсуждения общих закономерностей эволюции животного мира.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Азимов А. «Краткая история биологи. От алхимии до генетики»/ Центрполиграф, 2016 г. - 223 с.

2. Баландин Р. Загадки теории эволюции. В чем ошибался Дарвин - М.: Вече, 2014. - 834 c.

3. Биология. Учебник в 2т./. В.Н. Ярыгин, В.В. Глинкина, И.В.Волков, В.В. Синельщиков, Е.В. Черных. -М.: ГЭОТАР-Медиа, 2015. Т1, 2. - 736с.

4. Биология в трёх томах под ред. Р. Сопера. Грин Н, Стаут У, Тейлор Д. 1990.

5. Бокуть С.Б. Биохимия филогенеза и онтогенеза / С.Б. Бокуть. - М.: ИНФРА-М, 2012. - 800 c.

6. Кириленко, А. А. Биология. Эволюция органического мира. Подготовка к ЕГЭ. Теория и тренировочные задания / А.А. Кириленко. - М.: Легион, 2014. - 256 c.

7. Тарасова Е., Ушакова Е. Интеграция знаний об Онтогенезе и Филогенезе в Концепциях жизни: моногр. - М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2013. - 172. с.

8. Тимофеев-Ресовский, Н. В. Краткий очерк теории эволюции / Н.В. Тимофеев-Ресовский, Н.Н. Воронцов, А.В. Яблоков. - М.: Наука, 2018 408 c.

9. Тыщенко В. П. Введение в теорию эволюции / В.П. Тыщенко. - М.: КомКнига, 2010. - 242 c.

10. Северцов А. Н. Главные направления эволюционного процесса. Морфобиологическая теория эволюции. - М.: Либроком, 2012. - 138 c.

11. Северцов А.Н. Главные направления эволюционного процесса. / А.Н. Северцов. - Москва: Огни, 2017. - 960 c.

12. Чиркин А. А. Биохимия филогенеза и онтогенеза. Учебное пособие / А.А. Чиркин, Е.О. Данченко, С.Б. Бокуть. - М.: Новое знание, Инфра-М, 2012. - 288 c.

Размещено на Allbest.ru