Animale vertebrate cu trei camere. Capacitățile organismelor cu o inimă cu trei camere

„Forme de reproducere” – Reproducerea sexuală. Nu, sporii tuturor plantelor superioare sunt formați prin meioză. 6. Poliembrionie. Bacteriile se reproduc prin diviziuni mitotice. O formă de reproducere asexuată caracteristică multor grupuri de plante. Reproducerea sexuală poate avea loc fără participarea gameților? Subiect: „Forme de reproducere a organismelor”.

„Reproducția și dezvoltarea animalelor” - Platypus. Puii sunt un animal adult. Insecte. Dezvoltarea lăcustei. ouă. Mamifere. Dezvoltarea fluturelui. Ei depun ouă. Fluture. Ei depun ouă. Caviar --- prajit --- peste. Un ou --- un pui --- un animal adult. Reproducerea și dezvoltarea animalelor. Grupuri de animale. Stickleback. Larvă. Reptile.

„Reproducția sexuală a animalelor” - Organe de reproducere. Care sunt caracteristicile unui organism hermafrodit? Baza existenței speciilor este reproducerea. Partenogeneza la albine. Câți indivizi sunt implicați în reproducerea sexuală? Avantajul partenogenezei este o creștere a ratei de reproducere. Partenogeneza este dezvoltarea unui individ dintr-un ovul nefertilizat.

„Păsări vertebrate” – III.Reflecție. Scrisoare către redactorul ziarului „Friends of Nature”. Având sens. I. Provocare Jocul „Cred, nu cred”. Fiecare scrie o singură propoziție. Litera este trecută în jurul cercului o singură dată. Lucrați cu text. Scrisoare de scris colectiv. Lucrând cu textul „Păsările Cărții Roșii”. Să comparăm ipotezele noastre cu materialul textului.

„Reproducția și dezvoltarea amfibienilor” – Vom înregistra rezultatele muncii noastre într-un caiet. Cum se aseamănă mormolocii și peștii? Perioada căsătoriei. Evoluția amfibienilor. Reproducerea amfibienilor. Mormolocul este foarte asemănător cu un pește. Concluzii. Rezuma. Care este asemănarea dintre dezvoltarea unei broaște și a unui pește? Influența schimbărilor sezoniere asupra vieții amfibienilor. Pește antic cu aripioare.

„Clasuri de animale vertebrate” - Clasa mamifere sau fiare. Majoritatea sunt erbivore, fugind de prădători. Corpul majorității peștilor este acoperit cu mucus și solzi. Doar mamiferele ovipare depun ouă. Au 1 sau 3 degete pe membre. Echipa de rozătoare. Ei mănâncă atât hrană vegetală, cât și hrană animală. Rozătoarele includ: veveriță, șobolan, veveriță de pământ, hamster, șoareci, șobolani.

Au o structură corporală diferită. Toată lumea are un plan comun de construcție. Aceasta dovedește descendența din același strămoș. Cu toate acestea, complexitatea structurii corpului variază. Se crede că complicația structurii a mers în cursul evoluției. Adică au apărut pentru prima dată organisme mai primitive.

Dezvoltarea evolutivă a organismelor

Cursul evoluției vertebratelor a început cu lanceta.

Acest organism are deja o notocordă și un tub neural. Și, de asemenea, cea mai primitivă inimă pentru vertebrate: un vas abdominal care pulsa.

O complicație suplimentară a organizării a dus la formarea peștilor. Organisme care respiră branhii și un cerc de circulație a sângelui.

Amfibienii și majoritatea reptilelor au o inimă cu trei camere. De asemenea, le crește vitalitatea.

Păsările și mamiferele se află în vârful evoluției. Inima este formată din patru camere. Nu există deschideri între atrii, precum și între ventriculi. Cele două cercuri ale circulației sângelui sunt complet separate. Prin urmare, păsările și mamiferele au sânge cald, ceea ce le deosebește clar de alte animale. Desigur, și oamenii aparțin acestui grup.

Inima cu trei camere

La amfibieni și reptile, inima are trei camere: două atrii și un ventricul. Oamenii de știință au descoperit că tocmai această structură a organului muscular este potrivită pentru viața acestor animale.

Prezența a două cercuri de circulație sanguină asigură un nivel destul de ridicat de activitate vitală. Animalele cu inima cu trei camere trăiesc pe uscat, sunt destul de mobile (în special reptile). Ele pot tolera o scădere ușoară a temperaturii fără a cădea în stupoare. Tritonii, de exemplu, sunt primii care ies din adăposturile de iarnă când zăpada nu s-a topit încă. Primavara te face sa te trezesti foarte devreme. Acești amfibieni țopăie pe zăpadă în căutarea unui partener de reproducere.

Prezența unei inimi cu trei camere face posibil ca amfibienii să cadă în stupoare atunci când se instalează înghețul. Sistemul circulator permite să nu cheltuiască multă energie pentru pomparea sângelui, ceea ce ar fi observat în prezența unei inimi cu patru camere și o separare completă a celor două cercuri de circulație a sângelui.

inima de reptile

Reptilele au o inimă cu trei camere cu un sept incomplet. Se poate observa că mobilitatea lor crește dramatic în comparație cu amfibieni. Șopârlele agile sunt de fapt foarte mobile. Sunt destul de greu de prins, mai ales pe vreme caldă. Cu toate acestea, temperatura corpului este încă dependentă de mediu. Reptilele sunt organisme cu sânge rece.

Crocodilii au o structură a inimii neobișnuită. Oamenii de știință clasifică crocodilii drept animale cu o inimă cu patru camere. Septul dintre ventriculul drept și cel stâng are o zonă mare. Cu toate acestea, există o gaură în acest perete. Prin urmare, crocodilii rămân creaturi cu sânge rece. Sângele saturat cu un element oxidant se amestecă cu sângele sărac în oxigen. În plus, structura specială a sistemului sanguin de crocodil este exprimată în prezența arterei stângi. Pleacă din ventriculul drept împreună cu cel pulmonar. Artera stângă transportă sânge în stomacul crocodilului. Această structură contribuie la o digestie mai rapidă a alimentelor. Acest lucru este necesar, deoarece reptila înghite bucăți mari de carne, care pot începe să putrezească dacă sunt lăsate în tractul digestiv pentru o perioadă lungă de timp.

Inima cu patru camere

Păsările și animalele care își hrănesc puii cu lapte au o inimă cu patru camere. Acestea sunt cele mai bine organizate organisme. Păsările sunt capabile să zboare lung, în timp ce mamiferele sunt capabile să alerge rapid. Toate au sânge cald. Ei rămân activi pe vreme rece, ceea ce reprezentanții cu sânge rece nu și-l pot permite.

Doar acele organisme care nu se pot asigura cu hrana iarna cad în hibernare. Ursul, care toamna nu s-a îngrășat suficient, se trezește și rătăcește prin zăpadă în căutarea hranei.

Astfel, inima cu patru camere a maximizat activitatea vitală a organismelor. Animalele cu sânge cald nu intră într-o stare de toropeală. Activitatea lor motrică nu depinde de temperatura mediului ambiant. Astfel de vertebrate se simt grozav pe uscat în condiții de gravitație puternică.

Animalele cu o inimă cu trei camere au dobândit deja două cercuri de circulație a sângelui. Cu toate acestea, cercurile mari și mici nu sunt complet separate. Sângele bogat în element de oxidare se amestecă cu sângele bogat în dioxid de carbon. În ciuda acestui fapt, inima cu trei camere asigură viața organismelor pe uscat.

Amfibienii aparțin clasei de vertebrate cu patru picioare, în total această clasă include aproximativ șase mii șapte sute de specii de animale, inclusiv broaște, salamandre și tritoni. Această clasă este considerată a fi rară. Există douăzeci și opt de specii în Rusia și două sute patruzeci și șapte de specii în Madagascar.

Amfibienii aparțin vertebratelor primitive terestre, ei ocupă o poziție intermediară între vertebratele acvatice și cele terestre, deoarece majoritatea speciilor se reproduc și se dezvoltă în mediul acvatic, iar indivizii care s-au maturizat încep să trăiască pe uscat.

Amfibieni au plămâni, pe care o respiră, circulația sângelui este formată din două cercuri, iar inima are trei camere. Sângele la amfibieni este împărțit în venos și arterial. Mișcarea amfibienilor are loc cu ajutorul membrelor cu cinci degete și au articulații sferice. Coloana vertebrală și craniul sunt articulate mobil. Cartilajul pătrat palatin fuzionează cu autostilul, iar himandibularul devine osiculul auditiv. Auzul la amfibieni este mai perfect decât la pești: pe lângă urechea internă, există și urechea medie. Ochii s-au adaptat să vadă bine la diferite distanțe.

Pe uscat, amfibienii nu sunt pe deplin adaptați să trăiască - acest lucru poate fi văzut în toate organele. Temperatura amfibienilor depinde de umiditatea și temperatura mediului lor. Capacitatea lor de a naviga și de a se deplasa pe uscat este limitată.

Circulația și sistemul circulator

Amfibieni au o inimă cu trei camere, este format dintr-un ventricul și atrii în cantitate de două bucăți. În caudate și fără picioare, atria dreaptă și stângă nu sunt complet separate. Anuranii au un sept complet între atrii, dar amfibienii au o deschidere comună care conectează ventriculul de ambele atrii. În plus, în inima amfibienilor există un sinus venos, care primește sânge venos și comunică cu atriul drept. Conul arterial se învecinează cu inima, sângele este turnat în ea din ventricul.

Conusul arterios are supapă spirală, care distribuie sângele în trei perechi de vase. Indicele cardiac este raportul dintre masa inimii și procentul din greutatea corporală, depinde de cât de activ este animalul. De exemplu, iarba și broaștele verzi se mișcă foarte puțin și au o frecvență cardiacă mai mică de jumătate de procent. Și broasca râioasă activă are aproape un procent.

La larvele de amfibieni, circulația sângelui are un cerc, sistemul lor de alimentare cu sânge este similar cu peștele: un atriu în inimă și ventricul, există un con arterial care se ramifică în 4 perechi de artere branhiale. Primele trei artere se împart în capilare în branhiile externe și interne, iar capilarele branchiale se contopesc în arterele branchiale. Artera care realizează primul arc branial se împarte în artere carotide, care alimentează capul cu sânge.

Îmbinând al doilea și al treilea arterele branchiale eferente cu rădăcinile aortice drepte şi stângi şi legătura lor are loc în aorta dorsală. Ultima pereche de artere branchiale nu se împarte în capilare, deoarece pe al patrulea arc în branhiile interne și externe, aorta spatelui se varsă în rădăcini. Dezvoltarea și formarea plămânilor este însoțită de restructurare circulatorie.

Atriul este împărțit de un sept longitudinal în stânga și dreapta, făcând inima cu trei camere. Rețeaua de capilare este redusă și se transformă în artere carotide, iar rădăcinile aortei dorsale provin din a doua pereche, caudatele rețin a treia pereche, în timp ce a patra pereche se transformă în artere piele-pulmonare. Sistemul circulator periferic se transformă și el și capătă un caracter intermediar între schema terestră și cea acvatică. Cea mai mare restructurare are loc la anurii amfibieni.

Amfibienii adulți au o inimă cu trei camere: un ventricul și atrii in cantitate de doua bucati. Sinusul venos cu pereți subțiri se învecinează cu atriul pe partea dreaptă, iar conul arterial se îndepărtează de ventricul. Se poate concluziona că inima are cinci secțiuni. Există o deschidere comună, datorită căreia ambele atrii se deschid în ventricul. Acolo sunt amplasate și valvele atrioventriculare, nu permit sângelui să pătrundă înapoi în atriu atunci când ventriculul se contractă.

Există o formare a unui număr de camere care comunică între ele din cauza exceselor musculare ale pereților ventriculari - acest lucru nu permite amestecarea sângelui. Conul arterial pleacă din ventriculul drept, iar în interiorul acestuia se află conul spiral. Din acest con încep să plece arcadele arteriale în cantitate de trei perechi, la început vasele au o membrană comună.

Arterele pulmonare stângi și drepteîndepărtați-vă mai întâi de con. Apoi rădăcinile aortei încep să se îndepărteze. Două arcuri branchiale separă două artere: subclavia și occipital-vertebrale, acestea furnizează sânge la membrele anterioare și mușchii corpului și se contopesc în aorta dorsală sub coloana vertebrală. Aorta dorsală separă artera enteromezenterică puternică (această arteră alimentează tubul digestiv cu sânge). În ceea ce privește celelalte ramuri, sângele curge prin aorta dorsală către membrele posterioare și către alte organe.

Arterele carotide

Arterele carotide sunt ultimele care se îndepărtează de conul arterial şi împărțite în interne și externe arterelor. Sângele venos de la membrele posterioare și partea corpului situată în spate este colectat de venele sciatice și femurale, care se contopesc în venele portale renale și se descompun în capilare la nivelul rinichilor, adică se formează sistemul portal renal. Venele pleacă din venele femurale stângi și drepte și se contopesc în vena abdominală nepereche, care merge la ficat de-a lungul peretelui abdominal, astfel încât se descompune în capilare.

În vena portă a ficatului, sângele este colectat din venele tuturor părților stomacului și intestinelor, în ficat se descompune în capilare. Există o confluență a capilarelor renale în vene, care sunt eferente și curg în vena cavă posterioară nepereche, iar venele care se extind din glandele genitale curg și acolo. Vena cavă posterioară trece prin ficat, dar sângele pe care îl conține nu intră în ficat, vene mici din ficat curg în el și, la rândul său, se varsă în sinusul venos. Toți amfibienii caudați și unii anure rețin venele posterioare cardinale, care curg în vena cavă anterioară.

Care este oxidat în piele este colectat într-o venă cutanată mare, iar vena cutanată, la rândul său, transportă sângele venos în vena subclavie direct din vena brahială. Venele subclaviere se contopesc cu venele jugulare interne și externe în vena cavă anterioară stângă, care se varsă în sinusul venos. Sângele de acolo începe să curgă în atriul din partea dreaptă. În venele pulmonare, sângele arterial este colectat din plămâni, iar venele curg în atriul din partea stângă.

Sânge arterial și atrii

Când respirația este pulmonară, sângele amestecat începe să se colecteze în atriul din partea dreaptă: este format din sânge venos și arterial, sângele venos vine din toate departamentele prin vena cavă, iar sângele arterial vine prin venele pielii. sânge arterial umple atriumul pe partea stângă, sângele vine din plămâni. Când are loc o contracție simultană a atriilor, sângele intră în ventricul, creșterile pereților stomacului nu permit amestecarea sângelui: sângele venos predomină în ventriculul drept, iar sângele arterial predomină în ventriculul stâng.

Un con arterial pleacă din ventriculul din partea dreaptă, așa că atunci când ventriculul se contractă în con, intră mai întâi sângele venos, care umple arterele pulmonare ale pielii. Dacă ventriculul continuă să se contracte în conul arterial, presiunea începe să crească, supapa spirală începe să se miște și deschide deschiderile arcadelor aortice, în ele sângele amestecat curge din centrul ventriculului. Odată cu contracția completă a ventriculului, sângele arterial din jumătatea stângă intră în con.

Nu va putea trece în aorta arcuită și arterele cutanate pulmonare, deoarece acestea au deja sânge, care cu o presiune puternică deplasează valva spirală, deschizând gurile arterelor carotide, acolo va curge sângele arterial, care va fi trimis. la cap. Dacă respirația pulmonară este oprită pentru o lungă perioadă de timp, de exemplu, în timpul iernării sub apă, mai mult sânge venos va curge în cap.

Oxigenul intră în creier într-o cantitate mai mică, deoarece există o scădere generală a activității metabolismului și animalul cade în stupoare. La amfibienii care aparțin caudatului, o gaură rămâne adesea între ambele atrii, iar valva spirală a conului arterial este slab dezvoltată. În consecință, sângele cel mai amestecat intră în arcadele arteriale decât la amfibienii fără coadă.

Deși amfibienii au circulația sângelui merge în două cercuri, datorită faptului că ventriculul este unul, nu le permite să se separe complet. Structura unui astfel de sistem este direct legată de organele respiratorii, care au o structură dublă și corespund stilului de viață pe care îl duc amfibienii. Acest lucru face posibil să trăiești atât pe uscat, cât și în apă pentru a petrece mult timp.

măduvă osoasă roșie

Măduva osoasă roșie a oaselor tubulare începe să apară la amfibieni. Cantitatea de sânge totală este de până la șapte procente din greutatea totală a unui amfibian, iar hemoglobina variază de la două până la zece procente sau până la cinci grame per kilogram de masă, capacitatea de oxigen din sânge variază de la două și jumătate până la treisprezece. la sută, aceste cifre sunt mai mari în comparație cu peștele.

Amfibienii au globule roșii mari, dar sunt puține dintre ele: de la douăzeci la șapte sute treizeci de mii pe milimetru cub de sânge. Hemoleucograma larvelor este mai mică decât a adulților. La amfibieni, la fel ca la pești, nivelul zahărului din sânge fluctuează în funcție de anotimp. Prezintă cele mai mari valori la pești, iar la amfibieni, caudate de la zece la șaizeci la sută, în timp ce la anure de la patruzeci la optzeci la sută.

Când se termină vara, există o creștere puternică a carbohidraților din sânge, în pregătirea pentru iernare, deoarece carbohidrații se acumulează în mușchi și ficat, precum și primăvara, când începe sezonul de reproducere și carbohidrații intră în sânge. Amfibienii au un mecanism de reglare hormonală a metabolismului carbohidraților, deși este imperfect.

Trei ordine de amfibieni

Amfibieni sunt împărțite în următoarele diviziuni:

Arterele amfibiene sunt de următoarele tipuri:

1. Arterele carotide - alimentează capul cu sânge arterial.
2. Arterele pielii-pulmonare - transportă sângele venos către piele și plămâni.
3. Arcurile aortice transportă sânge care este amestecat cu organele rămase.

Amfibienii sunt prădători, glande salivare, care sunt bine dezvoltate, secretul lor hidratează:

Amfibienii au apărut în Devonianul mijlociu sau inferior, adică acum vreo trei sute de milioane de ani. Peștii sunt strămoșii lor, au plămâni și au aripioare pereche din care, foarte posibil, s-au dezvoltat membre cu cinci degete. Peștii antici cu aripioare lobe îndeplinesc doar aceste cerințe. Au plămâni, iar în scheletul aripioarelor sunt clar vizibile elemente similare cu părțile scheletului unui membru terestru cu cinci degete. De asemenea, faptul că amfibienii descind din vechii pești cu aripioare lobice este indicat de similitudinea puternică a oaselor tegumentare ale craniului, similare cu craniile amfibienilor din perioada paleozoică.

Coastele inferioare și superioare au fost prezente și la amfibieni. Cu toate acestea, peștii pulmonari, care aveau plămâni, erau foarte diferiți de amfibieni. Astfel, trăsăturile de locomoție și respirație, care au oferit posibilitatea de a merge pe uscat la strămoșii amfibienilor, au apărut chiar și atunci când aceștia erau doar vertebrate acvatice.

Motivul care a servit drept bază pentru apariția acestor adaptări a fost, aparent, regimul particular al rezervoarelor cu apă dulce și unele specii de pești cu aripioare lobice trăiau în ele. Aceasta poate fi uscare periodică sau lipsă de oxigen. Cel mai important factor biologic care a devenit decisiv în ruperea strămoșilor cu rezervorul și fixarea lor pe pământ este noua hrană pe care au găsit-o în noul lor habitat.

Organele respiratorii la amfibieni

Amfibienii au următoarele organe respiratorii:

La amfibieni, plămânii sunt prezentați sub formă de pungi perechi, goale în interior. Au pereți foarte subțiri ca grosime, iar în interior există o structură celulară ușor dezvoltată. Cu toate acestea, amfibienii au plămâni mici. De exemplu, la broaște, raportul dintre suprafața plămânilor și pielea este măsurat într-un raport de două la trei, în comparație cu mamiferele, la care acest raport este de cincizeci și uneori de o sută de ori mai mare în favoarea plămânilor.

Odată cu transformarea sistemului respirator în amfibieni, modificarea mecanismului respirator. Amfibienii au încă un tip de respirație forțată destul de primitivă. Aerul este atras în cavitatea bucală, pentru aceasta nările se deschid și fundul cavității bucale coboară. Apoi nările sunt închise cu supape, iar podeaua gurii se ridică din cauza căreia aerul pătrunde în plămâni.

Cum este sistemul nervos la amfibieni

La amfibieni, creierul cântărește mai mult decât la pești. Dacă luăm procentul de greutate și masă a creierului, atunci la peștii moderni care au cartilaj, cifra va fi de 0,06–0,44%, la peștii oase 0,02–0,94%, la amfibieni cu coadă 0,29–0,36%, la amfibienii fără coadă 0,50–0,73 %.

Creierul anterior al amfibienilor este mai dezvoltat decât cel al peștilor; a existat o divizare completă în două emisfere. De asemenea, dezvoltarea se exprimă în conținutul unui număr mai mare de celule nervoase.

Creierul este alcătuit din cinci secțiuni:

Stilul de viață al amfibienilor

Stilul de viață pe care îl duc amfibienii este direct legat de fiziologia și structura lor. Organele respiratorii sunt imperfecte ca structură - acest lucru se aplică plămânilor, în primul rând din acest motiv, o amprentă este lăsată asupra altor sisteme de organe. Umiditatea se evaporă în mod constant din piele, ceea ce îi face pe amfibieni dependenți de prezența umidității în mediu. Temperatura mediului în care trăiesc amfibienii este, de asemenea, foarte importantă, deoarece nu au sânge cald.

Reprezentanții acestei clase au un stil de viață diferit, deci există o diferență de structură. Diversitatea și abundența amfibienilor este deosebit de ridicată la tropice, unde există umiditate ridicată și aproape întotdeauna temperatura aerului este ridicată.

Cu cât mai aproape de pol, cu atât speciile de amfibieni devin mai puține. Există foarte puțini amfibieni în regiunile uscate și reci ale planetei. Nu există amfibieni unde nu există rezervoare, chiar și temporare, deoarece ouăle se pot dezvolta adesea doar în apă. Nu există amfibieni în corpurile de apă sărată, pielea lor nu menține presiunea osmotică și mediul hipertonic.

Ouăle nu se dezvoltă în rezervoarele de apă sărată. Amfibienii sunt împărțiți în următoarele grupuriîn funcție de natura habitatului:

Terestrele pot merge departe de corpurile de apă, dacă acesta nu este sezonul de reproducere. Dar acvatice, dimpotrivă, își petrec întreaga viață în apă, sau foarte aproape de apă. În caudate predomină formele acvatice, unele specii de anure pot aparține și lor, în Rusia, de exemplu, acestea sunt broaște de iaz sau de lac.

Amfibieni arborici răspândit pe scară largă printre terestre, de exemplu, broaște copepode și broaște de copac. Unii amfibieni terestre duc un stil de viață grozav, de exemplu, unii sunt fără coadă și aproape toți sunt fără picioare. La locuitorii pământului, de regulă, plămânii sunt mai bine dezvoltați, iar pielea este mai puțin implicată în procesul respirator. Din acest motiv, sunt mai puțin dependenți de umiditatea mediului în care trăiesc.

Amfibienii sunt angajați în activități utile care fluctuează de la an la an, depinde de numărul lor. Este diferit în anumite etape, în anumite ore și în anumite condiții meteorologice. Amfibienii, mai mult decât păsările, distrug insectele care au gust și miros neplăcut, precum și insectele cu o culoare protectoare. Când aproape toate păsările insectivore dorm, amfibienii vânează.

Oamenii de știință au acordat de multă atenție faptului că amfibienii sunt de mare beneficiu ca exterminatori de insecte în grădinile de legume și livezi. Grădinarii din Olanda, Ungaria și Anglia au adus în mod special broaște râioase din diferite țări, eliberându-le în sere și grădini. La mijlocul anilor treizeci, aproximativ o sută cincizeci de specii de broaște râioase aga au fost exportate din Antile și Insulele Hawaii. Au început să se înmulțească și peste un milion de broaște râioase au fost eliberate pe plantația de trestie de zahăr, rezultatele au depășit toate așteptările.

Ochii de amfibieni protejează împotriva înfundarii și uscării pleoapele inferioare și superioare mobile, precum și membrana nictitante. Corneea a devenit convexă, iar cristalinul lenticular. Practic, amfibienii văd obiecte care se mișcă.

În ceea ce privește organele auzului, au apărut osiculul auditiv și urechea medie. Acest aspect se datorează faptului că a devenit necesară o mai bună percepere a vibrațiilor sonore, deoarece mediul aerian are o densitate mai mare decât apa.

Apariția unei inimi cu patru camere la păsări și mamifere a fost cel mai important eveniment evolutiv, datorită căruia aceste animale au putut deveni cu sânge cald. Un studiu detaliat al dezvoltării inimii la embrionii de șopârlă și broască țestoasă și compararea acestuia cu datele disponibile despre amfibieni, păsări și mamifere au arătat că modificările genei de reglare au jucat un rol cheie în transformarea unei inimi cu trei camere într-un unul cu patru camere. Tbx5, care funcționează în rudimentul inițial unic al ventriculului. Dacă Tbx5 se exprimă (funcționează) uniform pe tot parcursul rudimentului, inima se dovedește a fi cu trei camere, dacă numai pe partea stângă este cu patru camere.

Apariția vertebratelor pe uscat a fost asociată cu dezvoltarea respirației pulmonare, care a necesitat o restructurare radicală a sistemului circulator. Peștii care respiră cu branhii au un cerc de circulație a sângelui, iar inima, respectiv, este cu două camere (constă dintr-un atriu și un ventricul). Vertebratele terestre au o inimă cu trei sau patru camere și două circulații. Una dintre ele (mică) conduce sângele prin plămâni, unde este saturat cu oxigen; apoi sângele revine în inimă și intră în atriul stâng. Cercul mare trimite sânge (arterial) îmbogățit cu oxigen către toate celelalte organe, unde eliberează oxigen și se întoarce prin vene către inimă, intrând în atriul drept.

La animalele cu o inimă cu trei camere, sângele din ambele atrii intră într-un singur ventricul, de unde apoi merge la plămâni și toate celelalte organe. În acest caz, sângele arterial este amestecat cu sânge venos într-un grad sau altul. La animalele cu inima cu patru camere, în timpul dezvoltării embrionare, ventriculul inițial unic este subdivizat de un sept în jumătăți stânga și dreaptă. Ca urmare, cele două cercuri ale circulației sanguine sunt complet separate: sângele venos intră doar în ventriculul drept și de acolo merge la plămâni, sângele arterial merge doar în ventriculul stâng și de acolo merge la toate celelalte organe.

Formarea unei inimi cu patru camere și separarea completă a cercurilor de circulație a fost o condiție necesară pentru dezvoltarea sângelui cald la mamifere și păsări. Țesuturile animalelor cu sânge cald consumă mult oxigen, așa că au nevoie de sânge arterial „curat”, saturat la maxim cu oxigen, și nu de sânge artero-venos mixt, cu care se mulțumesc vertebratele cu sânge rece cu o inimă cu trei camere ( vezi: Filogeneza sistemului circulator al cordatelor).

O inimă cu trei camere este caracteristică amfibienilor și majorității reptilelor, deși în acestea din urmă există o diviziune parțială a ventriculului în două părți (se dezvoltă un sept intraventricular incomplet). Adevărata inimă cu patru camere s-a dezvoltat independent în trei linii evolutive: la crocodili, păsări și mamifere. Acesta este considerat unul dintre cele mai clare exemple de evoluție convergentă (sau paralelă) (vezi: Aromorfoze și evoluție paralelă; Paralelisme și variabilitate omologică).

Un grup mare de cercetători din SUA, Canada și Japonia, care și-au publicat rezultatele în ultimul număr al revistei Natură, și-au propus să afle baza genetică moleculară a acestei cele mai importante aromorfoze.

Autorii au studiat în detaliu dezvoltarea inimii în embrionii a două reptile - țestoasa cu urechi roșii. Trachemys scriptași șopârle anole ( Anolis carolinensis). Reptilele (cu excepția crocodililor) prezintă un interes deosebit pentru rezolvarea problemei, deoarece structura inimii lor este în multe feluri intermediară între un tipic cu trei camere (cum ar fi la amfibieni) și un adevărat cu patru camere, ca la crocodili, păsări și animalelor. Între timp, potrivit autorilor articolului, de 100 de ani nimeni nu a studiat serios dezvoltarea embrionară a inimii reptilelor.

Studiile efectuate pe alte vertebrate nu au dat încă un răspuns fără echivoc la întrebarea ce modificări genetice au determinat formarea unei inimi cu patru camere în timpul evoluției. Cu toate acestea, s-a observat că gena reglatoare Tbx5, care codifică un regulator transcripțional (vezi factorii de transcripție), funcționează (exprimat) diferit în inima în curs de dezvoltare la amfibieni și animalele cu sânge cald. În primul, este exprimat uniform în întregul ventricul viitor; în cel din urmă, expresia sa este maximă în partea stângă a anlagei, din care se formează ulterior ventriculul stâng, și minimă în dreapta. S-a constatat, de asemenea, că o scădere a activității Tbx5 duce la defecte în dezvoltarea septului dintre ventriculi. Aceste fapte au permis autorilor să sugereze că schimbările în activitatea genei Tbx5 poate să fi jucat un anumit rol în evoluția inimii cu patru camere.

În timpul dezvoltării inimii șopârlei, în ventricul se dezvoltă un pliu muscular, separând parțial ieșirea ventriculului de cavitatea sa principală. Această creastă a fost interpretată de unii autori ca o structură omoloagă septului intergastric al vertebratelor cu inimă cu patru camere. Pe baza studiului creșterii crestei și structurii sale fine, autorii articolului în discuție resping această interpretare. Ei acordă atenție faptului că același rolă apare pentru scurt timp în timpul dezvoltării inimii unui embrion de pui - împreună cu un sept adevărat.

Datele obținute de autori indică faptul că, aparent, nu se formează nicio structură omoloagă cu adevăratul sept intergastric la șopârlă. La broasca testoasa, in schimb, se formeaza un sept incomplet (impreuna cu o creasta musculara mai putin dezvoltata). Formarea acestei partiții la țestoasa începe mult mai târziu decât la pui. Cu toate acestea, se dovedește că inima unei șopârle este mai „primitivă” decât cea a unei țestoase. Inima țestoasă este intermediară între inima tipică cu trei camere (cum ar fi cele ale amfibienilor și șopârlelor) și inimile cu patru camere ale crocodililor și animalelor cu sânge cald. Acest lucru este contrar ideilor general acceptate despre evoluția și clasificarea reptilelor. Pe baza caracteristicilor anatomice, țestoasele au fost considerate în mod tradițional cel mai primitiv grup (bazal) dintre reptilele moderne. Cu toate acestea, analiza comparativă a ADN-ului efectuată de un număr de cercetători a evidențiat în mod repetat apropierea țestoaselor de arhosauri (un grup care include crocodili, dinozauri și păsări) și poziția mai bazală a scuamatelor (șopârle și șerpi). Structura inimii confirmă acest nou model evolutiv (vezi figura).

Autorii au studiat expresia mai multor gene reglatoare în inima țestoasă și șopârlă în curs de dezvoltare, inclusiv a genei Tbx5. La păsări și mamifere, deja în stadiile foarte incipiente ale embriogenezei, se formează un gradient ascuțit în expresia acestei gene în anlagul ventricular (expresia scade rapid de la stânga la dreapta). Sa dovedit că în șopârlă și broasca țestoasă în stadiile incipiente ale genei Tbx5 exprimat în același mod ca într-o broască, adică uniform în întregul ventricul viitor. La șopârlă, această situație persistă până la sfârșitul embriogenezei, în timp ce la țestoasă, în etapele ulterioare, se formează un gradient de expresie, în esență același ca la pui, doar mai puțin pronunțat. Cu alte cuvinte, în partea dreaptă a ventriculului, activitatea genei scade treptat, în timp ce în partea stângă rămâne ridicată. Astfel, în funcție de natura expresiei genelor Tbx5 broasca testoasa ocupa si o pozitie intermediara intre soparla si pui.

Se știe că proteina codificată de genă Tbx5, este reglator - reglează activitatea multor alte gene. Pe baza datelor obținute, a fost firesc să presupunem că dezvoltarea ventriculilor și așezarea septului interventricular sunt sub controlul genei. Tbx5. S-a demonstrat anterior că o scădere a activității Tbx5în embrionii de șoarece duce la defecte în dezvoltarea ventriculară. Acest lucru, însă, nu a fost suficient pentru a lua în considerare rolul „conducător”. Tbx5în formarea unei inimi cu patru camere.

Pentru a obține dovezi mai puternice, autorii au folosit mai multe linii de șoareci modificați genetic, în care, în timpul dezvoltării embrionare, gena Tbx5 ar putea fi oprit într-una sau alta parte a germenului inimii la cererea experimentatorului.

S-a dovedit că, dacă o genă este dezactivată în întregul mugur ventricular, atunci mugurul nici măcar nu începe să se împartă în două jumătăți: din el se dezvoltă un singur ventricul fără urme de sept intergastric. De asemenea, nu se formează trăsăturile morfologice caracteristice, prin care se poate distinge ventriculul drept de cel stâng, indiferent de prezența unui sept. Cu alte cuvinte, se obțin embrioni de șoarece cu o inimă cu trei camere! Astfel de embrioni mor în a 12-a zi de dezvoltare embrionară.

Următorul experiment a fost că gena Tbx5 oprit numai în partea dreaptă a rudimentului ventriculilor. Astfel, gradientul de concentrație al proteinei de reglare codificată de această genă a fost deplasat brusc spre stânga. În principiu, ar putea fi de așteptat ca într-o astfel de situație, septul intergastric să înceapă să se formeze mai mult spre stânga decât ar trebui. Dar acest lucru nu s-a întâmplat: septul nu a început deloc să se formeze, dar a existat o împărțire a rudimentului în părțile din stânga și din dreapta în funcție de alte caracteristici morfologice. Aceasta înseamnă că gradientul de expresie Tbx5 nu este singurul factor care controlează dezvoltarea unei inimi cu patru camere.

Într-un alt experiment, autorii au reușit să producă gena Tbx5 exprimată uniform în întregul anlage ventricular al embrionului de șoarece, aproximativ la fel ca la o broască sau o șopârlă. Acest lucru a condus din nou la dezvoltarea de embrioni de șoarece cu o inimă cu trei camere.

Rezultatele obţinute arată că schimbările în activitatea genei de reglare Tbx5într-adevăr ar putea juca un rol important în evoluția inimii cu patru camere, iar aceste modificări au avut loc în paralel și independent la mamifere și arhozauri (crocodili și păsări). Astfel, studiul a confirmat încă o dată că schimbările în activitatea genelor care reglează dezvoltarea individuală joacă un rol cheie în evoluția animalelor.

Desigur, ar fi și mai interesant să proiectăm astfel de șopârle sau țestoase modificate genetic care au Tbx5 ar fi exprimat ca la șoareci și găini, adică în partea stângă a ventriculului este puternic, iar în dreapta este slab, și vedeți dacă acest lucru face ca inima lor să arate mai mult ca o cu patru camere. Dar acest lucru nu este încă fezabil din punct de vedere tehnic: ingineria genetică a reptilelor nu a avansat încă atât de departe.