Транспортні системи тварин
Метаболічні процеси, що протікають у всіх клітинах тіла, вимагають безперервного припливу поживних речовин і кисню і безперервного видалення продуктів обміну. Всі організми тим чи іншим шляхом дозволили завдання перенесення речовин з однієї частини тіла в іншу. У деяких вищих тварин транспортна система, крім того, служить для перенесення гормонів з ендокринних залоз в ті органи, на які вони впливають, а також бере участь в регуляції температури тіла.
У найпростіших перенесення речовин відбувається шляхом дифузії молекул, переміщенню яких зазвичай сприяють також руху цитоплазми. При пересуванні амеби цитоплазма перетікає з задньої частини клітини в передню, а у парамеции і інших найпростіших, нездатних змінювати форму свого тіла, вона здійснює кругові рухи і це забезпечує перенесення речовин усередині клітини. У порівняно простих багатоклітинних тварин (губки, кишковопорожнинні, планарії) перенесення речовин з однієї клітини в іншу також станься шляхом діффузіі- у деяких з них циркуляції речовин сприяє пересування рідин в порожнині тіла, яке викликається скороченням м`язових елементів стінки тіла або биттям вій. Швидкість дифузії прямо пропорційна різниці концентрацій даної речовини в двох ділянках і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. З цього випливає, що достатнє постачання клітин киснем і живильними речовинами шляхом однієї лише дифузії можливо тільки при малих розмірах тіла. У великих тварин речовини повинні переноситися на набагато більш значні відстані і перенесення їх шляхом дифузії відбувався б занадто повільно-у таких тварин для постачання клітин мала виробитися якась спеціальна система внутрішнього транспорту, або циркуляційна система. Необхідність в такій системі визначається не тільки абсолютними розмірами тіла, але також формою і активністю тварини.
Найпростіші з сучасних тварин, які володіють спеціальною транспортною системою, - це немертини. У них є один спинний і два бокових кровоносні судини, які йдуть уздовж всього тіла і з`єднані між собою поперечними судинами. У дощового черв`яка і інших кільчастих хробаків кровоносна система влаштована складніше ,: вона складається з спинного судини, по якому кров тече від заднього кінця тіла до переднього, черевного і субневрального судин, по яких вона тече назад, і п`яти пар пульсуючих трубок ("сердець"), Розташованих в передньому кінці тіла і переганяють кров з спинного судини в черевній. В інших сегментах тіла є мережа тонких капілярів, що з`єднують ці дві посудини і розгалужуються в стінці тіла і травному тракті. Великий крок вперед у порівнянні з немертин складається саме в появі цих капілярних мереж в стінці тіла, кишці і секреторних відділах метанефридії.
У більших і складно організованих тварин система кровообігу складається зазвичай з кровоносних судин, що наповнює їх крові і серця, що приводить кров у рух. Кров складається з рідкої плазми і зважених в ній кров`яних клітин одного або декількох типів. У більшості випадків переноситься кров`ю кисень не просто розчинений в плазмі, а з`єднаний з тих чи інших гемопротеидов. У людини, дощового черв`яка і багатьох проміжних форм таким гемопротеидов є гемоглобін - червоний пігмент, що складається з білка і приєднаного до нього железопорфіріна. У хребетних гемоглобін знаходиться в червоних кров`яних клітинах (еритроцитах), тоді як у багатьох безхребетних гемоглобін або інший пігмент розчинений в плазмі, а клітинні елементи крові, якщо вони є, безбарвні. У краба дихальним пігментом крові служить інший гемопротеидов - синьо-зелений гемоцианин, який містить не залізо, а мідь.
У найпростіших перенесення речовин відбувається шляхом дифузії молекул, переміщенню яких зазвичай сприяють також руху цитоплазми. При пересуванні амеби цитоплазма перетікає з задньої частини клітини в передню, а у парамеции і інших найпростіших, нездатних змінювати форму свого тіла, вона здійснює кругові рухи і це забезпечує перенесення речовин усередині клітини. У порівняно простих багатоклітинних тварин (губки, кишковопорожнинні, планарії) перенесення речовин з однієї клітини в іншу також станься шляхом діффузіі- у деяких з них циркуляції речовин сприяє пересування рідин в порожнині тіла, яке викликається скороченням м`язових елементів стінки тіла або биттям вій. Швидкість дифузії прямо пропорційна різниці концентрацій даної речовини в двох ділянках і обернено пропорційна квадрату відстані між ними. З цього випливає, що достатнє постачання клітин киснем і живильними речовинами шляхом однієї лише дифузії можливо тільки при малих розмірах тіла. У великих тварин речовини повинні переноситися на набагато більш значні відстані і перенесення їх шляхом дифузії відбувався б занадто повільно-у таких тварин для постачання клітин мала виробитися якась спеціальна система внутрішнього транспорту, або циркуляційна система. Необхідність в такій системі визначається не тільки абсолютними розмірами тіла, але також формою і активністю тварини.
Найпростіші з сучасних тварин, які володіють спеціальною транспортною системою, - це немертини. У них є один спинний і два бокових кровоносні судини, які йдуть уздовж всього тіла і з`єднані між собою поперечними судинами. У дощового черв`яка і інших кільчастих хробаків кровоносна система влаштована складніше ,: вона складається з спинного судини, по якому кров тече від заднього кінця тіла до переднього, черевного і субневрального судин, по яких вона тече назад, і п`яти пар пульсуючих трубок ("сердець"), Розташованих в передньому кінці тіла і переганяють кров з спинного судини в черевній. В інших сегментах тіла є мережа тонких капілярів, що з`єднують ці дві посудини і розгалужуються в стінці тіла і травному тракті. Великий крок вперед у порівнянні з немертин складається саме в появі цих капілярних мереж в стінці тіла, кишці і секреторних відділах метанефридії.
У більших і складно організованих тварин система кровообігу складається зазвичай з кровоносних судин, що наповнює їх крові і серця, що приводить кров у рух. Кров складається з рідкої плазми і зважених в ній кров`яних клітин одного або декількох типів. У більшості випадків переноситься кров`ю кисень не просто розчинений в плазмі, а з`єднаний з тих чи інших гемопротеидов. У людини, дощового черв`яка і багатьох проміжних форм таким гемопротеидов є гемоглобін - червоний пігмент, що складається з білка і приєднаного до нього железопорфіріна. У хребетних гемоглобін знаходиться в червоних кров`яних клітинах (еритроцитах), тоді як у багатьох безхребетних гемоглобін або інший пігмент розчинений в плазмі, а клітинні елементи крові, якщо вони є, безбарвні. У краба дихальним пігментом крові служить інший гемопротеидов - синьо-зелений гемоцианин, який містить не залізо, а мідь.
Кровоносну систему такого типу, як у кільчастих хробаків і хребетних, називають замкнутою, так як циркулює кров весь час знаходиться в судинах. Навпаки, у членистоногих і молюсків кровоносна - система незамкнута: судини відкриваються в порожнину тіла - гемоцель, і кров, здійснюючи повний оборот, проходить частина свого шляху в цій порожнини. У членистоногих, наприклад у омара, серце та інші органи лежать безпосередньо в гемоцеле і омиваються кров`ю.
У кільчастих хробаків і хребетних внутрішні органи розташовані в цілому і забезпечуються кров`ю, що протікає через них по замкнутим судинах. У членистоногих серце в типовому випадку являє собою одну подовжену плечную трубку, що лежить уздовж середньої позбав ближче до спинної поверхні.
У більшості безхребетних серце являє собою просту м`язову трубку, нагнітаючу кров під дуже малим тиском - всього лише кілька міліметрів ртутного стовпа. У замкнутої кровоносної системи хребетних потрібно набагато більший тиск, близько 100-200 мм рт. ст., щоб проштовхувати кров через безліч вузьких капілярів. В процесі еволюції це призвело до створення потужного м`язового органу з товстими стінками. Особливо товсті м`язові стінки має у хребетних головна камера серця, звана шлуночком. Відоме тиск необхідно навіть для того, щоб розтягнути цю камеру і наповнити її кров`ю в період розслаблення її м`язових стінок (фаза діастоли). Тиск крові в венах занадто мало для цього, і серце хребетного має другу камеру - передсердя, стінки якого досить тонкі, щоб воно могло наповнитися кров`ю під низьким венозним тиском, і в той же час досить потужні, щоб переганяти кров в шлуночок, повністю розтягуючи його . Серед безхребетних найвище тиск крові (35-45 мм рт. Ст.) Створює серце восьминога, яке також складається з двох камер.
У хребетних серце лежить в особливому відділі целома - в порожнині перікарда- перикард є тонкою і міцну соединительнотканную сумку, розміри якої дозволяють серцю змінювати свій обсяг в різні фази серцевого циклу.
У всіх хребетних - від риб, жаб і ящірок до птахів і людини - система кровообігу побудована в основному однаково- у всіх цих тварин є серце, аорта, артерії, капіляри і вени, організовані за єдиним спільним планом. Завдяки цьому подібністю можна, вивчаючи акулу або жабу, багато чого довідатися про кровоносну систему людини. По артеріях кров тече від серця до тканин тіла, по венах - назад до серця, а капіляри являють собою дрібні тонкостінні судини, що з`єднують артерії з венами і замикають таким чином коло кровообігу. Тільки у капілярів стінки досить тонкі для того, щоб через них міг відбуватися обмін газами, поживними речовинами і продуктами метаболізму між кров`ю і тканинами.
Головні еволюційні зміни в системі кровообігу у хребетних пов`язані з переходом від зябрового дихання до легеневого. Завдяки цим змінам головний мозок і м`язи забезпечуються кров`ю, багатою киснем. У риб серце складається з чотирьох камер, розташованих одна за одною: венозного синуса, передсердя, шлуночка і артеріального конуса. Кров з вен надходить у венозний синус, а з артеріального конуса, виштовхується серцем, йде через черевну аорту до зябер, де насичується киснем. Потім вона потрапляє в спинну аорту і розподіляється по всьому тілу. У риб при кожному "обході" тіла кров проходить через серце тільки один раз.
У тієї групи риб, від якої відбулися наземні хребетні, серце і система кровоносних судин зазнали ряд змін, що збереглися у сучасних амфібій. У передсерді виникла поздовжня перегородка, що розділила цей відділ на праву і ліву половини. Місце впадання венозного синуса пересунулася, і він став відкриватися тільки в праве передсердя. Відень, що йде від легких, впадала тепер в ліве передсердя, тоді як легеневі артерії відходили від судин, спочатку обслуговували задню пару зябер.
Схема кровообігу у амфібій допускає деяке змішування аерірованной і неаерірованной крові в серце. Кров переходить з вен в венозний синус, потім у праве передсердя, в шлуночок, в легеневу артерію, легкі, легеневі вени, ліве передсердя, знову в шлуночок і, нарешті, до клітин тіла. В шлуночку відбувається деяке перемішування крові, і частина крові з венозного синуса може потрапити замість легеневих артерій в аорту. Однак кров з правого передсердя входить в шлуночок раніше, ніж з лівого, і тому виявляється ближче до виходу. Коли шлуночок скорочується, неаерірованная кров з правого передсердя виходить з шлуночка в першу чергу і надходить в артерії, що відходять від аорти, т. Е. В легеневі артерії. Аерована кров з лівого передсердя виходить з шлуночка до кінця його скорочення і не може увійти в легеневі артерії, вже наповнені інший кровью- тому вона направляється через аорту до клітин тіла. Таким чином, кожен даний еритроцит за один цикл його проходження по кровоносній системі може пройти через серце один, два і навіть більше число раз.
Еволюційний перехід від амфібій до рептилій супроводжувався утворенням в серці ще двох перегородок: одна з них дійшла до середини шлуночка, інша розділила артеріальний конус. У всіх рептилій, за винятком крокодилів, перегородка між шлуночками неповна, тому у них все ще відбувається деяке змішування аерірованной і неаерірованной крові, хоча і не в такій мірі, як у жаби.
Література: К. Віллі, В. Детье. Біологія. Москва, 1973