1. Главные эволюционные характеристики органов и функций:

а) мультифункциональность органов – орган выполняет несколько функций: одна из них главная, остальные второстепенные.

Так, передняя конечность собак выполняет функции передвижения (главная), рытья земли, удержания пищи, плавания.

У некоторых кольчатых червей органы выделения одновременно служат и для выведения половых продуктов.

Кистеперые рыбы имели мясистые грудные плавники, которые могли использовать не только для плавания, но и для ползания по дну. В конце девонского периода, когда наступила Великая засуха, и очень многие водоемы стали пересыхать, кистеперые рыбы получили преимущество перед остальными рыбами. Благодаря мультифункциональности грудных плавников, они могли переползать из пересыхающих водоемов в те водоемы, где еще сохранилась вода. Другие рыбы вымерли, а кистеперые не только выжили, но и дали начало земноводным.

Благодаря мультифункциональности возможно разделение функций и их преобразование. Другими словами, орган, который выполняет только одну функцию не способен эволюционировать.

б) количественные изменения функций.

Количественные изменения функций можно рассмотреть на примере молочной железы млекопитающих или почек. В процессе эволюции произошло увеличение количества долей железы, что сопровождалось увеличением количества молока. Развитие почек шло по пути увеличения количества нефронов.

Эти две фундаментальные особенности — мультифункциональность органов и способность количественного изменения функции — и лежат в основе всех принципов филогенетического изменения органов.

2. Главные принципы эволюции органов и функций:

а) усиление главной функции происходит

Усиление главной функции – рост числа функциональных единиц органа, что приводит к увеличению размера органа и более качественному выполнению функции. Например, увеличение числа нейронов в переднем мозге позвоночных, или увеличение числа долек в молочной железе млекопитающих.

б) ослабление главной функции – деградация органа, вплоть до полного исчезновения

его. Например, упрощение строения нервной системы у паразитов (вплоть до исчезновения органов чувств) или у животных, ведущих малоподвижный образ жизни.

Редукция глаз у крота и слепыша, недоразвитые крылья у бегающих птиц.

в) уменьшение числа функций наблюдается при специализации органа. Например, когда конечность предка кита (а это было наземное животное типа бегемота) преобразовалась в ласт, у нее осталась только одна функция – управление движением. Параподии многощетинковых кольчецов имеют две функции: передвижения и дыхания. У произошедших от них насекомых конечности выполняют только функцию передвижения.

г) расширение числа функций (при этом главная функция сохраняется) – первоначально плавники древних рыб придавали им устойчивость и удерживали тело на определенном уровне. Потом они стали выполнять еще две функции: передвижения и руля глубины. А у донных рыб плавники ещё выполняют функции опоры передвижения по дну.

д) замещение функций и органов – замещаемый орган или исчезает или становится рудиментом. Например, у позвоночных животных хорда замещается позвоночником, а головная почка замещается сначала туловищной почкой, а затем тазовой. У рабочей пчелы яйцеклад преобразован в жало.

е) разделение функций и органов – расщепление единого непарного плавника далекого предка рыб (он тянулся по периметру тела) на ряд самостоятельных плавников, выполняющих частные функции. Так у окуня грудные и брюшные плавники придают ему устойчивость, спинной позволяет резко тормозить, он же выполняет функцию защиты, хвостовой выполняет функцию руля. Недифференцированная кишка предков позвоночных животных (типа ланцетника) подразделяется на три отдела: передний, средний и задний.

ж) смена функций – в этом случае главная функция может потерять свое значение, а одна из второстепенных стать главной. Во всех случаях смены функции одновременно происходят и изменения строения органа.

Так, у предков позвоночных кожные чешуи при переходе на челюсти приобрели функцию зубов.

Кости челюстного аппарата (квадратная и сочленовая) рыб превратились в слуховые косточки млекопитающих.

3. Эволюция общего плана строения кровеносной системы хордовых

• увеличение числа камер в сердце (от двух до четырёх)

• разобщение артериальной и венозной крови.

У амфибий артериальной кровью снабжается только головной мозг, остальные органы снабжаются смешанной кровью.

У рептилий артериальной кровью снабжается головной мозг и передние конечности (с поясом), остальные органы снабжаются смешанной кровью.

У млекопитающих все органы снабжаются артериальной кровью, что обеспечило им крупнейших ароморфоз – теплокровность.

3. Филогенез органов кровообращения у хордовых:

а) строение органов кровообращения у низших хордовых (ланцетник)

Кровеносная система ланцетника замкнутая, круг кровообращения один. Сердца нет, его функцию выполняет брюшная аорта. В неё поступает венозная кровь, собирающаяся от органов тела. Стенки аорты сокращаются и продвигают венозную кровь в жаберные артерии (150 пар), которые находятся в перегородках между жаберными щелями. Через стенки артерий происходит газообмен, но так как артерии не ветвятся на капилляры, кровь насыщается О₂ незначительно.

Часть артериальной крови поступает в сонные артерии, которые несут кровь к головному мозгу. Большая часть артериальной крови от жабр поступает в спинную аорту, от которой отходят артерии ко всем органам тела. Здесь артерии ветвятся на капилляры, в которых происходит обогащение крови СО₂, а кислород поступает к органам тела. Кровь становится венозной, она собирается от органов в брюшную аорту.

б) строение органов кровообращения у рыб

Она состоит из одного круга кровообращения. Есть двухкамерное сердце, состоящее из предсердия и желудочка. В сердце идет только венозная кровь. Из сердца венозная кровь идет в брюшную аорту, потом в жаберные артерии. Там кровь становится артериальной. Она идет в спинные аорты, которые соединяются и образуют спинную аорту. От спинной аорты артериальная кровь идет по артериям ко всем органам и тканям. Там артериальная кровь становится венозной и по кардинальным венам идет в сердце.

в) строение органов кровообращения у земноводных

У земноводных в процессе приспособления к наземным условиям существования появляется второй (легочный) круг кровообращения. Одновременно в строении сердца и сосудов появляются изменения, направленные на разделение артериальной и венозной крови.

Сердце трехкамерное. Оно состоит из двух предсердий и одного желудочка. В левом предсердии артериальная кровь, которая идет от легких и кожи. В правом предсердии венозная кровь, которая идет от всех органов. В желудочке кровь смешивается. Но справа остается немного венозной крови, а слева много артериальной. Смешанная кровь движется по дугам аорты ко всем органам и тканям. Там кровь становится венозной и по полым венам идет в правое предсердие. Артериальная кровь идет по сонным артериям к голове. Венозная кровь идет по кожно-легочным артериям к коже и легким, там кровь становится артериальной и идет по кожно-легочным венам в левое предсердие.

г) строение органов кровообращения у рептилий

У рептилий происходит дальнейшее разделение артериальной и венозной крови. Сердце трехкамерное (два предсердия и один желудочек), но в желудочке появляется неполная перегородка. Артериальная и венозная кровь смешиваются меньше, чем у амфибий. Артериальная кровь из желудочка идет в правую дугу аорты. Смешанная кровь идет в левую дугу аорты. Дуги аорты под сердцем соединяются и образуют спинную аорту. От нее идут артерии ко всем органам и тканям. Там кровь становится венозной и по полым венам идет в правое предсердие. Венозная кровь из желудочка идет по легочным артериям в легкие. Там кровь становится артериальной и по легочным венам идет в левое предсердие.

д) строение органов кровообращения у млекопитающих

Прогрессивные изменения кровеносной системы млекопитающих заключаются в появлении полной перегородки в желудочке, благодаря чему сердце становится четырехкамерным (два предсердия и два желудочка). Это приводит к полному разделению венозной и артериальной крови.

В правой половине сердца только венозная кровь, в левой половине только артериальная. Большой круг кровообращения: артериальная кровь из левого желудочка идет в левую дугу аорты, а потом по артериям ко всем органам и тканям. Там она становится венозной и по полым венам поступает в правое предсердие. Малый круг кровообращения: венозная кровь идет из правого желудочка по легочной артерии в легкие. Там кровь становится артериальной и по легочным венам поступает в левое предсердие.

4. Филогенез артериальных жаберных дуг.

В эмбриогенезе абсолютного большинства позвоночных закладывается шесть пар артериальных жаберных дуг. Две первые артериальные жаберные дуги быстро редуцируются. Оставшиеся четыре пары функционируют у рыб как жаберные артерии. У наземных позвоночных 3-я пара жаберных артерий становится сонными артериями и несет кровь к голове. Сосуды 4-й пары достигают наибольшего развития и становятся дугами аорты — основными сосудами большого круга кровообращения.

5. Нарушения развития сердца человека

Нарушения развития сердца могут выражаться как в возникнове­нии аномалий строения, так и места его положения (сердце расположено в грудной клетке справа). Возможно сохране­ние к моменту рождения двухкамерного сердца. Этот порок совершенно не совместим с жизнью.

Чаще встречаются дефекты межпредсердной и межжелудочковой перегородки вплоть до трехкамерного сердца с одним общим желудочком. Известен и такой порок, когда сердце находится в шейной области. При этом ребенок погибает сразу после рождения.

6. Нарушения развития кровеносных сосудов у человека.

1. персистирование артериального, или боталлова, прото­ка. Это наиболее частый порок (0,5-1,2 случая на 1000 новорожден­ных). Боталлов прото­к у развивающегося плода соединяет лёгочную артерию и аорту (т. к. лёгкие еще не функционируют). В норме боталлов проток закрывается в первые 15-20 часов после рождения. Порок проявляется сбросом артериаль­ной крови из большого круга кровообращения в малый.

2. персистирование обеих дуг аорты 4-й пары. При этом обе дуги, срастаются позади пищевода и трахеи, что приводит к нарушению глотания и удушью.

3. персистирование первичного эмбрионального ствола, в результате которого из сердца выходит только один сосуд. Такой порок обычно приводит к смерти ребенка.

4. транспозиция сосудов – отхождение аорты от правого желудочка, а легочного ствола – от левого. Этот порок обычно не совместим с жизнью.

5. Персистирование двух полых вен

а) впадение левой полой вены в левое предсердие приводит к сбросу венозной крови в БКК.

б) впадение обеих полых вен в левое предсердие несовместимо с жизнью.

УРОК 21 Филогенез дыхательной и пищеварительной систем хордовых. Врождённые пороки развития дыхательной и пищеварительной систем человека

1. Принципы эволюции органов дыхания хордовых животных

• в жаберном аппарате – сокращение количества жабр и увеличение дыхательной поверхности за счёт жаберных лепестков

• дифференцировка воздухоносных путей на отделы

• увеличение дыхательной поверхности за счёт альвеолярных пузырьков (ацинусов)

2. Строение органов дыхания у низших позвоночных

а) строение органов дыхания у рыб

Органами дыхания рыб являются жабры. На межжаберных перегородках находятся жаберные лепестки. Жаберные лепестки, расположенные на одной перегородке, составляют жабру. Жаберные артерии рыб образуют в жаберных лепестках густую сеть капилляров. Дыхательная поверхность за счет лепестков и капилляров резко увеличивается, поэтому число жаберных перегородок у рыб сокращается до четырех, против 150 у ланцетника.

б) строение органов дыхания у земноводных

У земноводных органы дыхания представлены легкими и кожей. Легкие развиты плохо. Они представляют собой два мешка, соединенных с глоткой небольшой гортанно-трахейной камерой. Как правило, стенки легочных мешков гладкие, с небольшими перегородками, дыхательная площадь мала. Поэтому половина О₂ поступает в организм и большая часть СО₂ выделяется из организма лягушки через кожу, обильно снабженную кровеносными сосудами. Кожа голая и всегда влажная, благодаря выделениям кожными железами слизи. Это важно, т.к. кислород сначала растворяется в слизи, а потом поступает в кровь.