Биология. Углублённая и олимпиадная подготовка учащихся. Все классы.




Филогенез дыхательной и сердечно-сосудистой системы

Рудименты

Причины редукции:

1. Прежде активный орган становится вредным в новых условиях (например, бескрылые насекомые островов).

2. Орган замещается новыми, более эффективными структурами - субституция (например, замещение первичных почек вторичными; замещение хорды позвоночником).

3. Орган, почти не выполняющий функций, выходит из-под контроля естественного отбора; проявляет повышенную изменчивость; становится вредным (например, зубы “мудрости” у человека).

К рудиментам у человека относят:

1. структуры, потерявшие свои функции, но сохраняющиеся после рождения:

волосяной покров на теле

мышцы ушной раковины

копчик

аппендикс (как пищеварительный орган)

2. органы, сохраняющиеся в эмбриональном периоде онтогенеза:

хорда

хрящевые жаберные дуги

правая дуга аорты

шейные ребра

Причины сохранения рудиментарных органов в онтогенезе:

1. Их роль в эмбриональной индукции (например, хорда, первичная почка у пресмыкающихся и млекопитающих).

2. Выполнение рудиментами новых функций (например, мочеточники предпочки у круглоротых преобразуются у рыб в мочеполовые протоки).

 

Рис. Рудименты тазового пояса самца кита служат опорой для половых органов.

Атавизмы

Атавизмы - признаки предковых форм, которые в норме у вида не проявляются, но возникают у отдельных особей при нарушении работы генов.

По механизмам формирования различают четыре варианта атавистических аномалий:

1. Недоразвитие органа в эмбриональный период при возврате (рекапитуляции) предкового состояния:

двух- и трехкамерное сердце

гипоплазия, или недоразвитие диафрагмы

«волчья пасть»

2. Сохранение эмбриональных структур, характерных для предков, в связи с нарушением их редукции в эмбриональный период :

сохранение боталлова протока

латеральные свищи шеи

многососковость

шейные ребра

3. Нарушение перемещения органов в онтогенезе, результатом чего становится их расположение в тех частях тела, где при нормальных условиях они находятся у предковых форм:

дисплазия почек

крипторхизм

синдром Шпренгеля (высокое стояние лопатки)

4. Развитие до функционирующего состояния органов, характерных в норме для предковых форм:

полимастия

сохранение левой и правой дуг аорты

Атавизмы - результат мутации регуляторных генов, которые контролируют скорость морфогенеза и редукцию органов, а не обратные мутации структурных генов.

Рис. Развитие шишек у лиственницы европейской:

а - нормально развивающиеся и зрелая шишки; б - аномальное развитие; в - аномальные зрелые прошлогодние шишки.

СООТНОСИТЕЛЬНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ОРГАНОВ

Координации- устойчивые взаимосвязи в развитии органов, проявляющиеся в филогенезе.

1. Биологические координации - связи в развитии структур, являющимися адаптациями к определенным условиям обитания (например, к паразтизму, или к древесному образу жизни и т.п.).

2. Динамические координации - взаимное соответствие структур, связанных функционально (например, развитие органов кровеносной и дыхательной систем; развитие органов чувств и головного мозга).

3. Топографические координации - проявляются между структурами, связанными друг с другом пространственно. Так, для каждого типа животного царства характерен своеобразный общий план строения, выражающийся в определенном взаимном расположении основных органов и систем.

 

 

Дыхательная система

Особенности дыхательной поверхности:

- проницаемость для O2 и CO2;

- тонкость (диффузия эффективна только на небольших расстояниях);

- влажность (газы диффундируют в раствор);

- определенная площадь поверхности газообмена (для поддержания достаточной скорости газообмена).

Дыхательная система беспозвоночных:

1. Дыхание всей поверхностью тела: губки, мшанки, плоские черви, пиявки, мелкие ракообразные.

2. Жаберное дыхание

Жабры - специальные выросты с большой площадью поверхности, опутанные густой разветвленной сетью сосудов: ракообразные, моллюски.

Принцип противотока: движение крови в капиллярах противоположно току воды.

Кожные жабры (папулы) иглокожих - многочисленные тонкостенные выросты покровов, в которые заходят выросты полости тела. Газообмен происходит между водой и целомической жидкостью.

Перистые жабры полихет - производные параподий или головных придатков. Газообмен может происходить через кровь или целомическую жидкость.

Ктенидии- первичные жабры моллюсков.

У большинства брюхоногих моллюсков: один ктенидий.

Рис. Ктенидии моллюсков:

1 - приносящий жаберный сосуд; 2 - продольный мускул жабры; 3 - парные жаберные пластинки (ламеллы); 4 - выносящий жаберный сосуд.

У головоногих моллюсков в основании каждого ктенидия находится дополнительное жаберное сердце.

Пластинчатые жабры двустворчатых моллюсков (обычно 2 пары) - производные ктенидиев; функция: газообмен и фильтрация.

Жабры ракообразных - кожные выросты грудных ног и боковых поверхностей тела, находящиеся в жаберной полости головогруди.

Рис. Жаберная полость речного рака

ЛЕГОЧНОЕ ДЫХАНИЕ

Легкие- органы воздушного дыхания, представляющие собой полость внутри организма, стенки которой оплетены кровеносными капиллярами.

 

Кишечные (водные) легкие голотурий снабжены мышечным насосом.

Рис. Голотурия в разрезе

Легкие моллюсков - стенки мантийной полости.

Рис. Брюхоногий моллюск в разрезе

Легочные мешки членистоногих

Рис. Лёгочный мешок паука в поперечном разрезе:

1 - отверстие стигмы, 2 - пластинки, заполненные гемолимфой, 3 - прослойки воздуха между ними.

ТРАХЕИ ЧЛЕНИСТОНОГИХ

Трахеи- органы дыхательной системы наземных членистоногих (насекомых, многоножек, паукообразных) и онихофор.

Эктодермальное происхождение.

Строение трахей:

- многочисленные неветвящиеся трубочки (у онихофор и ложноскорпионов);

- метамерные пучки трахей - трахеомеры (у двупарноногих многоножек и большинства бескрылых насекомых);

- единая трахейная система (у сольпуг и крылатых насекомых).

 

Рис. Трахейная система двукрылого

 

Рис. Трахейная система черного таракана со спинной стороны:

1 - трахейные стволы, 2 - стигмы, 3 - зоб, 4 - пилорические придатки, 5 - средняя кишка, 6 - задняя кишка

 

Рис. Строение трахей насекомых:

А - участок трахеи; Б - стенка трахеи при большом увеличении; В - концевая клетка трахеи, пронизанная трахеолами:

1 - эпителий трахеи, 2 - хитиновая выстилка трахеи, 3 - спиральное утолщение (= тенидии) хитиновой выстилки трахеи, 4 - трахея, 5 - трахеолы (без хитиновой выстилки)

Рис. Перипатус (Тип Онихофоры)

Рис. Книжный ложноскорпион

 

Поступление воздуха через стигмы:

- пассивное: путем диффузии (у малоактивных насекомых, обитающих в условиях повышенной влажности);

- активное: с помощью дыхательных движений; есть замыкательный аппарат стигм (у активных насекомых и обитателей засушливых мест).

Воздушные мешки - локальные расширения трахей для улучшения вентиляции трахейной системы (у наземных насекомых), или в качестве резервуаров воздуха (у водных насекомых).

Трахейные жабры и замкнутая трахейная система без стигм: у водных личинок насекомых.

Трахеи аналогичны кровеносным капиллярам жабр позвоночных.

Анальные жабры - стенки задней кишки, густо покрытые трахеями; снабжены мышечным насосом: у личинок разнокрылых стрекоз.

 

Рис. Листовидные трахейные жабры личинки поденки

Дыхательные пигменты

Растворимость кислорода в крови составляет 0,2 мл на 100 мл крови.

Дыхательные пигменты - окрашенные органические вещества в клетках живых организмов, участвующие в переносе кислорода или в тканевом дыхании.

 

пигмент металл нахождение организм
гемоглобин железо плазма, эритроциты моллюски, кольчатые черви, членистоногие, иглокожие, хордовые
миоглобин железо мышцы олигохеты, позвоночные
фетальный гемоглобин железо эртроциты плацентарные
эритрокруорин железо плазма, гемолимфа кольчатые черви (дождевой червь), ракообразные (дафнии)
гемэритрин железо розовые кровяные тельца кольчатые черви
хлорокруорин железо плазма только у кольчатых червей
гемоцианин медь плазма только у моллюсков и членистоногих
флавогемоглобин железо - бактерии, грибы
гемованадин (?) ванадий гемолимфа, ванадоциты полихеты, асцидии, голотурии (?)

 

Почти полное отсутствие эритроцитов и гемоглобина у личинок европейского угря и взрослых особях семейства белокровных рыб.

Рис. Крокодиловая белокровка

 

Дыхательная система хордовых

 

1. Жабры

Функции:

- газообмен в водной среде;

- органы выделения избытка солей, аммиака и мочевины.

 

организм жаберный аппарат причины тока воды
ланцетник парные жаберные щели в глотке; основное дыхание - кожное  
круглоротые сферические жаберные мешки, выстланные жаберными лепестками; 9 пар хрящевых жаберных дуг движение мышц хрящевой жаберной решетки, сжимающих и расширяющих жаберные мешки
хрящевые рыбы 5–7 пар хрящевых жаберных дуг. Жаберные щели открываются самостоятельными отверстиями (искл. химеры). движение/ течение (у акул); Скаты набирают воду для дыхания через брызгальца на верхней стороне тела.
костные рыбы 5 пар костных жаберных дуг, жаберные крышки, жаберные лепестки движение жаберных крышек и рта
земноводные ветвистые наружные жабры; внутренние жабры - складки слизистой оболочки глотки, лежащие на жаберных дугах. движение языко-глоточных и брюшных мышц

 

Рис. Жаберный аппарат костных рыб

 

Рис. Жабры щуки

 

2. Легкие

Легкие впервые появились у кистеперых рыб из плавательного пузыря.

Плавательный пузырь - парное выпячивание вентральной стороны глотки.

Смена функций в филогенезе:

- гидростатическая (у рыб)

- гидростатическая и вспомогательная дыхательная (кистеперые рыбы, многоперовые рыбы);

- дыхательная (наземные позвоночные).

Рис. Плавательный пузырь рыб (а - костной; б - кистеперой) и развитие легких у человека (в - ранние стадии):

1 - средняя кишка; 2 -плавательный пузырь; 3 - глотка; 4 - развивающиеся легкие

ДЫХАНИЕ ЗЕМНОВОДНЫХ

- жабры: водные личинки

- кожа и легкие: у большинства

- кожа и слизистая оболочка ротовой полости: безлегочные саламандры.

Особенности дыхательной системы лягушки:

- носовые ходы;

- гортань- первый орган нижних дыхательных путей;

- крупноячеистые легкие начинаются от гортани;

- механизм дыхания лягушки: глотательные движения мышц дна ротовой полости и брюшных мышц.

ОРГАНЫ ДЫХАНИЯ ПРЕСМЫКАЮЩИХСЯ

- верхние дыхательные пути: полость носа частично отграничена от ротовой полости;

- нижние дыхательные пути: гортань, трахея, бронхи.

Строение легочных мешков:

- у ящериц и змей: складчатое ячеистое строение;

- у черепах и крокодилов: губчатое строение (подобно легким птиц и млекопитающих);

- у хамелеонов, некоторых ящериц и змей: задняя часть легких с пальцевидными выростами (подобие воздушных мешков птиц); функция: эффект шипения, облегчают газообмен при длительном прохождении пищи по пищеводу и при нырянии.

Механизм дыхания: сокращения межреберных и брюшных мышц.

Диафрагма лишена мышечных элементов, либо неполная.

 

Рис. Легкие пресмыкающихся:

А - амфисбены (разрез); Б - анаконды (вид сверху); В - гаттерии (разрез), Г - варана (разрез), Д - аллигатора (разрез), Е - хамелеона (вид снизу; отростки - подобие воздушных мешков)

Рис. Амфисбена (двуходка)

ДЫХАНИЕ ПТИЦ

Особенности строения легких:

- малый объем легких;

- малая эластичность;

- срастание легких с ребрами и позвоночным столбом;

- проточная система бронхов (парабронхов);

- газообмен в парабронхах и воздушных капиллярах;

- эластичные легочные мешки.

 

Рис. Схема строения легких и воздухоносных мешков птиц:

1 - межключичный мешок; 2 - подмышечные мешки; 3 - ход в плечевую кость; 4 - шейные мешки; 5, 6 - грудные мешки; 7 - брюшные мешки; 8 - легкие.

Механизм дыхания птиц:

Рис. Схема двойного дыхания

Рис. Принцип противотока

Органы дыхания в онтогенезе высших позвоночных:

сосуды желточного мешка → алантоис → легкие

Гуморальная регуляция дыхания

- у “воднодышащих” дыхательное поведение и жаберное дыхание зависят от концентрации в крови О2;

- у “воздуходышащих” - от концентрации СО2 и Н2;

- у птиц дополнительные артериальные хеморецепторы, реагирующие на недостаток О2, что имеет значение для регуляции дыхания во время полета на больших высотах.

Сердечно-сосудистая система

Мезодермальное происхождение.

 

 

КРОВЕНОСНАЯ СИСТЕМА БЕСПОЗВОНОЧНЫХ

таксон тип кровеносной системы сердце сосуды
кольчатые черви замкнутая - спинной и брюшной сосуд, соединенные кольцевыми сосудами
членистоногие незамкнутая спинной сосуд артерии
моллюски незамкнутая 2-3 камерное артерии, вены

ФИЛОГЕНЕЗ КРОВЕНОСНОЙ СИСТЕМЫ ХОРДОВЫХ

Функции кровеносной системы:

- дыхательная;

- трофическая;

- выделительная;

- регуляторная;

- защитная (ммунитет и коагуляция);

- терморегуляторная;

- гомеостатическая.

Основные направления эволюции:

1. Закладка и дифференцировка сердца (от 2-х к 4-х камерному).

2. Развитие второго (малого) круга кровообращения и полное разделение артериальной и венозной крови.

3. Преобразование жаберных артерий (артериальных дуг) и дифференцировка сосудов.

Кровеносная система всех хордовых замкнутая и состоит из двух основных артериальных сосудов: брюшной и спинной аорт.

Рис. Строение кровеносной системы водных (а) и наземных (б) позвоночных:

1 - жаберные артерии; 2 - сонная артерия; 3 - передняя кардинальная вена; 4 - задняя кардинальная вена; 5 - спинная аорта; 6 - кювьеров проток; 7 - подкишечная вена; 8 - печеночная вена; 9 - брюшная аорта; 10 - задняя (нижняя) полая вена; 11 - воротная вена печени; 12 - легочная вена; 13 - легочная артерия; стрелками указано направление движения крови

 

орган ланцетника орган млекопитающих
спинная аорта аорта
брюшная аорта сердце корень легочной артерии восходящая часть дуги аорты
передние кардинальные вены яремные вены
правый кювьеров проток верхняя полая вена
левый кювьеров проток коронарный синус сердца

 






Дата добавления: 2017-01-08; просмотров: 4740; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.035 сек.