Vretenčarji s tremi prekati. Zmogljivosti organizmov s triprekatnim srcem
"Oblike razmnoževanja" - Spolno razmnoževanje. Ne, trosi vseh višjih rastlin nastanejo z mejozo. 6. Poliembrionija. Bakterije se razmnožujejo z mitotičnimi delitvami. Oblika nespolnega razmnoževanja, značilna za številne skupine rastlin. Ali lahko pride do spolnega razmnoževanja brez sodelovanja spolnih celic? Tema: "Oblike razmnoževanja organizmov."
"Razmnoževanje in razvoj živali" - Platypus. Mladiči so odrasla žival. Insekti. Razvoj kobilice. jajca. Sesalci. Razvoj metulja. Ležejo jajca. Metulj. Ležejo jajca. Kaviar --- cvrtje --- ribe. Jajce --- mladiček --- odrasla žival. Razmnoževanje in razvoj živali. Skupine živali. paličnjak. Ličinka. Plazilci.
"Spolno razmnoževanje živali" - reproduktivni organi. Katere značilnosti so značilne za hermafroditske organizme? Osnova za obstoj vrste je razmnoževanje. Partenogeneza – pri čebelah. Koliko osebkov sodeluje pri spolnem razmnoževanju? Prednost partenogeneze je povečanje stopnje razmnoževanja. Partenogeneza je razvoj osebka iz neoplojenega jajčeca.
“Vretenčarji ptice” - III. Razmislek. Pismo uredniku časopisa "Prijatelji narave". Razumevanje. I. Igra izziva "Verjemi ali ne." Vsaka oseba napiše le en stavek. Črko podamo po krogu le enkrat. Delo z besedilom. Skupinsko pisanje pisma. Delo z besedilom "Ptice rdeče knjige". Primerjajmo svoje domneve z gradivom v besedilu.
"Razmnoževanje in razvoj dvoživk" - Rezultate našega dela bomo zabeležili v zvezek. Kako so si paglavci in ribe podobni? Sezona parjenja. Evolucija dvoživk. Razmnoževanje dvoživk. Paglavec je zelo podoben ribi. Sklepi. Naj povzamemo. Kakšne so podobnosti med razvojem žab in rib? Vpliv sezonskih sprememb na življenje dvoživk. Starodavna riba z režnjami.
"Razredi vretenčarjev" - Razred sesalcev ali živali. Večina je rastlinojedih živali, ki bežijo pred plenilci. Telo večine rib je prekrito s sluzjo in luskami. Samo jajčece sesalci odlagajo jajca. Na okončinah imajo 1 ali 3 prste. Oddelek glodalcev. Hranijo se tako z rastlinsko kot živalsko hrano. Glodalci vključujejo: veverico, pižmovko, gopher, hrček, miši, podgane.
Imajo različne telesne zgradbe. Vsi imajo skupen gradbeni načrt. To dokazuje poreklo od enega prednika. Vendar pa je kompleksnost zgradbe telesa različna. Menijo, da je do zapleta strukture prišlo med evolucijo. To pomeni, da so se najprej pojavili bolj primitivni organizmi.
Evolucijski razvoj organizmov
Evolucija vretenčarjev se je začela s suličnikom.
Ta organizem že ima notohord in nevralno cev. In tudi najbolj primitivno srce za vretenčarje: pulzirajoča trebušna žila.
Nadaljnja kompleksnost organizacije je privedla do nastanka rib. Organizmi, ki dihajo s škrgami in enim krogom krvnega obtoka.
Dvoživke in večina plazilcev imajo triprekatno srce. S tem se poveča tudi njihova življenjska energija.
Ptice in sesalci so na vrhuncu evolucije. Srce je sestavljeno iz štirih komor. Med atrijema in med prekati ni odprtin. Dva kroga krvnega obtoka sta popolnoma ločena. Zato imajo ptice in sesalci toplo kri, kar jih močno razlikuje od drugih živali. V to skupino seveda spadamo tudi ljudje.
Trikomorno srce
Pri dvoživkah in plazilcih ima srce tri prekate: dva atrija in en ventrikel. Znanstveniki so ugotovili, da je ta posebna struktura mišičnega organa primerna za življenje teh živali.
Prisotnost dveh krogov krvnega obtoka zagotavlja dokaj visoko raven vitalne aktivnosti. Živali s trikomornim srcem živijo na kopnem in so precej mobilne (predvsem plazilci). Lahko prenesejo rahel padec temperature, ne da bi padli v otopelost. Mladiči na primer prvi pridejo iz zimskih zatočišč, ko sneg še ni skopnel. Pomlad poskrbi, da se zbudiš zelo zgodaj. Te dvoživke galopirajo po snegu v iskanju partnerja za razmnoževanje.
Prisotnost srca s tremi komorami omogoča, da dvoživke padejo v otrplost, ko nastopi mraz. Krvožilni sistem vam omogoča, da ne porabite veliko energije za črpanje krvi, kar bi opazili, če bi obstajalo srce s štirimi komorami in popolno ločitvijo dveh krogov krvnega obtoka.
Srce plazilcev
Plazilci imajo triprekatno srce z nepopolnim septumom. Opazite lahko, da se njihova mobilnost v primerjavi z dvoživkami močno poveča. Okretni kuščarji so pravzaprav zelo aktivni. Težko jih je ujeti, zlasti v toplem vremenu. Vendar je telesna temperatura še vedno odvisna od okolja. Plazilci so hladnokrvni organizmi.
Krokodili imajo nenavadno zgradbo srca. Znanstveniki uvrščajo krokodile med živali s štiriprekatnim srcem. Septum med desnim in levim prekatom ima veliko površino. Vendar pa je v tej steni luknja. Zato krokodili ostajajo hladnokrvna bitja. Kri, bogata z oksidativnim elementom, se meša s krvjo, ki je revna s kisikom. Poleg tega se posebna zgradba krvnega sistema krokodila odraža v prisotnosti leve arterije. Izhaja iz desnega prekata skupaj s pljučnim. Leva arterija prenaša kri v krokodilov želodec. Ta struktura spodbuja hitrejšo prebavo hrane. To je nujno, saj plazilec pogoltne velike kose mesa, ki lahko začnejo gniti, če ostanejo v prebavnem traktu dlje časa.
Srce s štirimi komorami
Ptice in živali, ki svoje mladiče hranijo z mlekom, imajo srce s štirimi prekati. To so najbolj organizirani organizmi. Ptice so sposobne dolgega leta, sesalci pa hitrega teka. Vsi so toplokrvni. Ostanejo aktivni tudi v hladnem vremenu, česar si hladnokrvni predstavniki ne morejo privoščiti.
Hibernirajo le tisti organizmi, ki si pozimi ne morejo zagotoviti hrane. Medved, ki se jeseni ni dovolj zredil, se zbudi in tava po snegu v iskanju hrane.
Tako je štirikomorno srce povečalo vitalno aktivnost organizmov. Toplokrvne živali ne padejo v stanje otrplosti. Njihova motorična aktivnost ni odvisna od temperature okolja. Takšni vretenčarji uspevajo na kopnem v pogojih močne gravitacije.
Živali s triprekatnim srcem so že pridobile dva kroga krvnega obtoka. Vendar veliki in mali krogi niso popolnoma ločeni. Kri, bogata z oksidacijskim elementom, se meša s krvjo, bogato z ogljikovim dioksidom. Kljub temu triprekatno srce zagotavlja življenje organizmov na kopnem.
Dvoživke spadajo v razred štirinožnih vretenčarjev; skupaj ta razred vključuje približno šest tisoč sedemsto vrst živali, vključno z žabami, močeradi in tritoni. Ta razred velja za majhen. Osemindvajset vrst najdemo v Rusiji in dvesto sedeminštirideset vrst na Madagaskarju.
Dvoživke spadajo med kopenske primitivne vretenčarje, zavzemajo vmesni položaj med vodnimi in kopenskimi vretenčarji, saj se večina vrst razmnožuje in razvija v vodnem okolju, osebki, ki so dozoreli, pa začnejo živeti na kopnem.
Pri dvoživkah obstajajo pljuča, ki ga dihajo, je krvni obtok sestavljen iz dveh krogov, srce pa je triprekatno. Kri dvoživk delimo na vensko in arterijsko. Gibanje dvoživk poteka s pomočjo okončin s petimi prsti, njihovi sklepi pa so okrogli. Hrbtenica in lobanja sta gibljivo členjeni. Palatokvadratni hrustanec se zlije z avtostilijem, himandibularni pa postane slušna kostnica. Sluh dvoživk je bolj razvit kot pri ribah: poleg notranjega obstaja še srednje uho. Oči so se prilagodile, da dobro vidijo na različne razdalje.
Dvoživke niso povsem prilagojene življenju na kopnem – to se pozna na vseh organih. Temperatura dvoživk je odvisna od vlažnosti in temperature njihovega okolja. Njihova sposobnost navigacije in premikanja po kopnem je omejena.
Krvni obtok in cirkulacijski sistem
Dvoživke imajo triprekatno srce, sestavljen je iz dveh ventriklov in atrija. Pri repatih in breznogih živalih desni in levi atrij nista popolnoma ločena. Anurani imajo med atrijema popoln septum, dvoživke pa eno skupno odprtino, ki povezuje prekat z obema atrijema. Poleg tega je v srcu dvoživk venski sinus, ki prejema vensko kri in komunicira z desnim atrijem. Conus arteriosus meji na srce in vanj teče kri iz ventrikla.
Conus arteriosus ima spiralni ventil, ki porazdeli kri med tri pare žil. Srčni indeks je razmerje med maso srca in odstotkom telesne mase in je odvisen od tega, kako aktivna je žival. Na primer, travnata in zelena žaba se zelo malo premikata, srčni indeks pa je nižji od pol odstotka. In aktivna, kopenska krastača ima skoraj odstotek.
Pri ličinkah dvoživk ima krvni obtok en krog, njihov sistem oskrbe s krvjo je podoben ribjem: en atrij v srcu in ventrikel, obstaja stožec arteriosus, ki se razveja na 4 pare škržnih arterij. Prve tri arterije se v zunanjih in notranjih škrgah razcepijo v kapilare, škržne kapilare pa se združijo v škržne arterije. Arterija, ki vodi prvi lok kračne veje, se razcepi na karotidne arterije, ki oskrbujejo glavo s krvjo.
Drugi in tretji se združita eferentne vejne arterije z desno in levo korenino aorte in njuna povezava se pojavi v dorzalni aorti. Zadnji par vejastih arterij se ne razcepi na kapilare, ker se na četrtem loku na notranje in zunanje škrge izlivajo v korenine dorzalne aorte. Razvoj in nastanek pljuč spremljajo spremembe krvnega obtoka.
Atrij je z vzdolžno pregrado razdeljen na levo in desno, zaradi česar je srce triprekatno. Mreža kapilar se zmanjša in se spremeni v karotidne arterije, korenine dorzalne aorte pa izvirajo iz drugega para, pri caudatih je ohranjen tretji par, četrti par pa se spremeni v kožno-pljučne arterije. Periferni obtočni sistem se prav tako preoblikuje in dobi vmesni značaj med kopenskim in vodnim sistemom. Največje prestrukturiranje se zgodi pri brezrepih dvoživkah.
Odrasle dvoživke imajo triprekatno srce: en ventrikel in atrij v količini dveh kosov. Tankostenski sinus venosus meji na atrij na desni strani, conus arteriosus pa sega od ventrikla. Sklepamo lahko, da ima srce pet delov. Obstaja skupna odprtina, zaradi katere se oba atrija odpirata v prekat. Tam se nahajajo tudi atroventrikularne zaklopke, ki preprečujejo vstop krvi nazaj v atrij, ko se prekat skrči.
Oblikujejo se številne komore, ki se med seboj sporazumevajo zaradi mišičnih izrastkov ventrikularnih sten - to ne omogoča mešanja krvi. Conus arteriosus se razteza iz desnega prekata, v njem pa se nahaja stožec v obliki spirale. Arterijski loki v treh parih začnejo odstopati od tega stožca, posode imajo skupno membrano.
Leva in desna pljučna kožna arterija najprej se odmaknite od stožca. Nato se začnejo pojavljati korenine aorte. Dva vejna loka ločujeta dve arteriji: subklavialno in okcipitovertebralno, oskrbujeta s krvjo sprednje okončine in mišice trupa ter se združita v dorzalni aorti pod hrbtenico. Dorzalna aorta ločuje močno enteromezenterično arterijo (ta arterija oskrbuje prebavno cev s krvjo). Kar zadeva druge veje, kri teče skozi hrbtno aorto do zadnjih okončin in drugih organov.
Karotidne arterije
Karotidne arterije zadnje odstopajo od conus arteriosus in deli na notranje in zunanje arterije. Vensko kri iz zadnjih okončin in zadnjega dela telesa zbirajo sedne in femoralne vene, ki se združijo v ledvične portalne vene in v ledvicah razpadejo v kapilare, torej nastane ledvični portalni sistem. Od leve in desne femoralne vene odhajajo vene in se združijo v trebušno azigosno veno, ki gre po trebušni steni do jeter, kjer se razpade na kapilare.
Portalna vena jeter zbira kri iz ven vseh delov želodca in črevesja, v jetrih pa razpade na kapilare. Ledvične kapilare se združijo v vene, ki so eferentne in se izlivajo v zadnjo azigosno votlo veno, tam pa se izlivajo tudi vene, ki izhajajo iz spolnih žlez. Zadnja votla vena prehaja skozi jetra, vendar kri, ki jo vsebuje, ne vstopi v jetra; vanjo tečejo majhne vene iz jeter, ta pa se izliva v venski sinus. Vse dvoživke z repom in nekateri anurani ohranijo kardinalne posteriorne vene, katerih pretok poteka v votle sprednje vene.
Ki se v koži oksidira in zbira v veliki kožni veni, kožna vena pa nosi vensko kri in vstopi v subklavijsko veno neposredno iz brahialne vene. Subklavialne vene se z notranjo in zunanjo jugularno veno združijo v leve sprednje votle vene, ki se izlivajo v sinus venosus. Kri od tam začne teči v atrij desne strani. Pljučne vene zbirajo arterijsko kri iz pljuč, vene pa se izlivajo v atrij na levi strani.
Arterijska kri in atriji
Pri pljučnem dihanju se začne v atriju na desni strani nabirati mešana kri: sestavljena je iz venske in arterijske krvi, venska prihaja iz vseh delov po votli veni, arterijska pa po kožnih venah. Arterijska kri napolni atrij na levi strani prihaja kri iz pljuč. Ko pride do hkratnega krčenja preddvorov, kri vstopi v prekat, stene želodca preprečujejo mešanje krvi: v desnem prekatu prevladuje venska kri, v levem pa arterijska kri.
Iz prekata se na desni strani razteza arterijski stožec, zato ko se prekat skrči v stožec, vstopi najprej venska kri, ki napolni kožne pljučne arterije. Če se ventrikel še naprej krči v conus arteriosusu, začne tlak naraščati, spiralna zaklopka se začne premikati in odpira odprtine aortnih lokov, vanje priteče mešana kri iz središča prekata. Ko se prekat popolnoma skrči, arterijska kri iz leve polovice vstopi v stožec.
Ne bo mogla preiti v obokane aorte in pljučne kožne arterije, ker so v njih že kri, ki z močnim pritiskom premakne spiralno zaklopko, odpre ustje karotidnih arterij, tja bo stekla arterijska kri, ki bo usmerjena v glava. Če je pljučno dihanje izklopljeno za daljši čas, na primer med prezimovanjem pod vodo, se v glavo prebudi več venske krvi.
Kisik pride v možgane v manjših količinah, ker pride do splošnega zmanjšanja presnovne funkcije in žival pade v stupor. Pri dvoživkah, ki spadajo v skupino caudatusov, med obema atrijema pogosto ostane luknja, spiralna zaklopka conus arteriosus pa je slabo razvita. V skladu s tem je kri, ki vstopi v arterijske loke, bolj mešana kot pri brezrepih dvoživkah.
Kljub temu, da dvoživke krvni obtok poteka v dveh krogih, zaradi dejstva, da obstaja samo en ventrikel, jim ne omogoča popolne ločitve. Struktura takšnega sistema je neposredno povezana z dihalnimi organi, ki imajo dvojno strukturo in ustrezajo življenjskemu slogu, ki ga vodijo dvoživke. To omogoča, da živijo tako na kopnem kot v vodi, da preživijo veliko časa.
Rdeči kostni mozeg
Pri dvoživkah se začne pojavljati rdeči kostni mozeg dolgih kosti. Količina celotne krvi je do sedem odstotkov skupne teže dvoživke, hemoglobin pa se giblje od dva do deset odstotkov oziroma do pet gramov na kilogram mase, kisikova kapaciteta v krvi pa od dva in pol do trinajst odstotkov so te številke višje v primerjavi z ribami.
Dvoživke imajo velike rdeče krvničke, vendar jih je malo: od dvajset do sedemsto trideset tisoč na kubični milimeter krvi. Krvna slika ličink je nižja kot pri odraslih. Pri dvoživkah, podobno kot pri ribah, se raven sladkorja v krvi razlikuje glede na letni čas. Najvišje vrednosti so prikazane pri ribah, pri dvoživkah pa od deset do šestdeset odstotkov, medtem ko pri brezrepih dvoživkah od štirideset do osemdeset odstotkov.
Ko se poletje konča, pride do močnega povečanja ogljikovih hidratov v krvi, v pripravah na prezimovanje, ker se ogljikovi hidrati kopičijo v mišicah in jetrih, pa tudi spomladi, ko se začne gnezditvena sezona in ogljikovi hidrati preidejo v kri. Dvoživke imajo mehanizem za hormonsko regulacijo presnove ogljikovih hidratov, čeprav je nepopoln.
Trije redovi dvoživk
Dvoživke so razdeljeni v naslednje skupine:
Arterije dvoživk so naslednje vrste:
- Karotidne arterije oskrbujejo glavo z arterijsko krvjo.
- Kožno-pljučne arterije prenašajo vensko kri v kožo in pljuča.
- Aortni loki prenašajo kri, ki se pomeša v preostale organe.
Dvoživke so plenilci, ki so dobro razviti, vlažijo svoj izloček:
Dvoživke so nastale v srednjem ali spodnjem devonu, tj. pred približno tristo milijoni let. Ribe so njihove prednice, imajo pljuča in parne plavuti, iz katerih so se zelo verjetno razvili petoprsti udi. Tem zahtevam ustrezajo starodavne ribe z režnjami. Imajo pljuča, v skeletu plavuti pa so jasno vidni elementi, podobni delom okostja kopenske okončine s petimi prsti. Tudi dejstvo, da dvoživke izvirajo iz starodavnih rib s plavuti, je razvidno iz velike podobnosti prekrivnih kosti lobanje, podobnih lobanjam dvoživk iz obdobja paleozoika.
Spodnja in zgornja rebra so bila prisotna tudi pri režnjah in dvoživkah. Vendar so se pljučne ribe, ki so imele pljuča, zelo razlikovale od dvoživk. Tako so se značilnosti gibanja in dihanja, ki so pri prednikih dvoživk zagotavljale sposobnost iti na kopno, pojavile že takrat, ko so bili samo vodni vretenčarji.
Razlog za nastanek teh prilagoditev je bil očitno poseben režim sladkovodnih rezervoarjev, v katerih so živele nekatere vrste rib s plavuti. To je lahko občasno izsušitev ali pomanjkanje kisika. Najpomembnejši biološki dejavnik, ki je postal odločilen pri prekinitvi prednikov z rezervoarjem in njihovi konsolidaciji na kopnem, je bila nova hrana, ki so jo našli v novem habitatu.
Dihalni organi pri dvoživkah
Dvoživke imajo naslednje dihalne organe:
Pri dvoživkah so pljuča predstavljena v obliki parnih vrečk, votlih znotraj. Imajo zelo tanke stene, v notranjosti pa je rahlo razvita struktura celic. Vendar pa imajo dvoživke majhna pljuča. Na primer, pri žabah je razmerje med površino pljuč in kožo merjeno v razmerju dva proti tri, v primerjavi s sesalci, pri katerih je to razmerje petdesetkrat in včasih stokrat večje v korist pljuč.
S preobrazbo dihalnega sistema pri dvoživkah, sprememba dihalnega mehanizma. Dvoživke imajo še vedno precej primitivno tlačno vrsto dihanja. Zrak se potegne v ustno votlino z odpiranjem nosnic in spuščanjem ustnega dna. Nato se nosnice zaprejo z ventili, dno ust pa se dvigne, zaradi česar zrak vstopi v pljuča.
Kako deluje živčni sistem dvoživk?
Pri dvoživkah so možgani težji kot pri ribah. Če vzamemo odstotno razmerje med težo in maso možganov, bo ta številka pri sodobnih ribah s hrustancem 0,06–0,44%, pri koščenih ribah 0,02–0,94%, pri dvoživkah z repom 0,29–0,36%, pri brezrepih dvoživkah 0,50– 0,73 %.
Prednji možgani dvoživk so bolj razviti kot pri ribah; prišlo je do popolne delitve na dve polobli. Razvoj se izraža tudi v vsebnosti večjega števila živčnih celic.
Možgani so sestavljeni iz petih delov:
Življenjski slog, ki ga vodijo dvoživke
Življenjski slog, ki ga vodijo dvoživke, je neposredno povezan z njihovo fiziologijo in zgradbo. Dihalni organi so nepopolne zgradbe - to velja predvsem za pljuča, ker pustijo pečat na drugih organskih sistemih. Vlaga nenehno izhlapeva s kože, zaradi česar so dvoživke odvisne od prisotnosti vlage v okolju. Zelo pomembna je tudi temperatura okolja, v katerem dvoživke živijo, saj niso toplokrvne.
Predstavniki tega razreda imajo različne življenjske sloge, zato je razlika v strukturi. Raznolikost in številčnost dvoživk je še posebej velika v tropih, kjer je visoka vlažnost in skoraj vedno visoka temperatura zraka.
Bližje ko je polu, manj je vrst dvoživk. Na suhih in hladnih območjih planeta je zelo malo dvoživk. Dvoživk ni tam, kjer ni vodnih teles, tudi začasnih, saj se jajčeca pogosto lahko razvijejo le v vodi. V slanih vodah ni dvoživk, njihova koža ne vzdržuje osmotskega tlaka in hipertoničnega okolja.
Jajca se ne razvijejo v slanih vodnih telesih. Dvoživke delimo v naslednje skupine po naravi habitata:
Kopenske živali se lahko odmaknejo daleč od vodnih teles, če ni gnezditvena sezona. Toda vodne živali, nasprotno, vse življenje preživijo v vodi ali zelo blizu vode. Med repnimi žabami prevladujejo vodne oblike, nekatere vrste brezrepih žab lahko pripadajo tudi v Rusiji, na primer, to so ribniške ali jezerske žabe.
Drevesne dvoživke razširjena med kopenskimi živalmi, na primer kopepodi in drevesne žabe. Nekatere kopenske dvoživke vodijo kopanje, na primer, nekatere so brez repa in skoraj vse so brez nog. Kopenski prebivalci imajo praviloma bolje razvita pljuča, koža pa je manj vključena v dihalni proces. Zaradi tega so manj odvisni od vlažnosti okolja, v katerem živijo.
Dvoživke se ukvarjajo s koristnimi dejavnostmi, ki iz leta v leto nihajo glede na njihovo število. V določenih fazah, ob določenih urah in pod določenimi vremenskimi razmerami je drugačen. Dvoživke bolj kot ptice uničujejo žuželke slabega okusa in vonja ter žuželke varovalne barve. Ko skoraj vse žužkojede ptice spijo, dvoživke lovijo.
Znanstveniki so že dolgo pozorni na dejstvo, da dvoživke prinašajo velike koristi kot uničevalci žuželk v zelenjavnih vrtovih in sadovnjakih. Vrtnarji na Nizozemskem, Madžarskem in v Angliji so posebej prinesli krastače iz različnih držav in jih spustili v rastlinjake in vrtove. Sredi tridesetih let je bilo iz Antilov in Havajev izvoženih približno sto petdeset vrst agi krastač. Začele so se razmnoževati in na plantažo sladkornega trsa je bilo izpuščenih več kot milijon krastač, rezultati pa so presegli vsa pričakovanja.
Oči dvoživk ščitijo pred zamašitvijo in izsušitvijo gibljive spodnje in zgornje veke, kot tudi migajočo membrano. Roženica je postala izbočena in leča je dobila obliko leče. V bistvu dvoživke vidijo predmete, ki se premikajo.
Kar se tiče slušnih organov, sta se pojavila slušna kostnica in srednje uho. Ta videz je posledica potrebe po boljšem zaznavanju zvočnih vibracij, saj ima zračno okolje večjo gostoto kot voda.
Pojav srca s štirimi komorami pri pticah in sesalcih je bil najpomembnejši evolucijski dogodek, zahvaljujoč kateremu so te živali lahko postale toplokrvne. Podrobna študija razvoja srca pri zarodkih kuščarjev in želv ter primerjava z razpoložljivimi podatki o dvoživkah, pticah in sesalcih je pokazala, da so imele spremembe v delovanju regulatornega gena ključno vlogo pri preobrazbi triprekatnega srca v štiriprekatno. eno Tbx5, ki deluje v prvotno enem samem ventrikularnem rudimentu. če Tbx5 se izraža (deluje) enakomerno po celotnem zarodku, srce se izkaže za trikomorno, če le na levi strani - štirikomorno.
Pojav vretenčarjev na kopnem je bil povezan z razvojem pljučnega dihanja, kar je zahtevalo korenito prestrukturiranje krvožilnega sistema. Ribe, ki dihajo s škrgami, imajo en krvni obtok, zato je srce dvokomorno (sestavljeno iz enega atrija in enega ventrikla). Kopenski vretenčarji imajo tri- ali štiriprekatno srce in dva kroga krvnega obtoka. Eden od njih (majhen) poganja kri skozi pljuča, kjer je nasičena s kisikom; kri se nato vrne v srce in vstopi v levi atrij. Veliki krog usmerja kisikovo (arterijsko) kri v vse druge organe, kjer sprosti kisik in se po venah vrne v srce ter konča v desnem atriju.
Pri živalih s triprekatnim srcem kri iz obeh preddvorov vstopi v en sam ventrikel, od koder se nato pošlje v pljuča in vse druge organe. V tem primeru je arterijska kri v eni ali drugi meri pomešana z vensko krvjo. Pri živalih s štirikomornim srcem je med embrionalnim razvojem sprva enojni prekat razdeljen s septumom na levo in desno polovico. Zaradi tega sta dva kroga krvnega obtoka popolnoma ločena: venska kri vstopi samo v desni prekat in gre od tam v pljuča, arterijska kri vstopi samo v levi prekat in od tam naprej v vse druge organe.
Oblikovanje srca s štirimi komorami in popolna ločitev krvnega obtoka je bila nujen predpogoj za razvoj toplokrvnosti pri sesalcih in pticah. Tkiva toplokrvnih živali porabijo veliko kisika, zato potrebujejo "čisto" arterijsko kri, maksimalno nasičeno s kisikom, in ne mešano arterijsko-vensko, s katero so zadovoljni hladnokrvni vretenčarji s triprekatnim srcem (glej : Filogenija cirkulacijskega sistema hordatov).
Triprekatno srce je značilno za dvoživke in večino plazilcev, čeprav pri slednjih pride do delne delitve ventrikla na dva dela (razvije se nepopoln intraventrikularni septum). Pravo štiriprekatno srce se je razvilo neodvisno v treh evolucijskih linijah: krokodili, ptice in sesalci. To velja za enega osupljivih primerov konvergentne (ali vzporedne) evolucije (glej: Aromorfoze in vzporedna evolucija; Paralelizmi in homološka variabilnost).
Velika skupina raziskovalcev iz ZDA, Kanade in Japonske je svoje rezultate objavila v zadnji številki revije Narava, sta se odločila odkriti molekularno genetsko osnovo te pomembne aromorfoze.
Avtorji so podrobno preučili razvoj srca pri zarodkih dveh plazilcev - rdečeuhe želve Trachemys scripta in anole kuščarji ( Anolis carolinensis). Plazilci (razen krokodilov) so še posebej zanimivi za reševanje tega problema, saj je struktura njihovega srca v mnogih pogledih vmesna med tipičnim triprekatnim srcem (kot je srce dvoživk) in pravim štiriprekatnim srcem, kot je krokodili, ptice in živali. Medtem pa po mnenju avtorjev članka nihče ni resno preučeval embrionalnega razvoja srca plazilcev že 100 let.
Študije, izvedene na drugih vretenčarjih, še niso dale jasnega odgovora na vprašanje, kakšne genetske spremembe so med evolucijo povzročile nastanek štiriprekatnega srca. Vendar je bilo ugotovljeno, da regulatorni gen Tbx5, ki kodira protein, ki je transkripcijski regulator (glej transkripcijski faktorji), deluje (se izraža) drugače v razvijajočem se srcu dvoživk in toplokrvnih živali. Pri prvem je enakomerno izražena po celotnem bodočem prekatu, pri drugem pa je njegova izraženost največja v levem delu rudimenta, iz katerega nato nastane levi prekat, minimalna pa na desnem. Ugotovljeno je bilo tudi zmanjšanje aktivnosti Tbx5 vodi do napak v razvoju septuma med ventrikloma. Ta dejstva so avtorjem omogočila, da predlagajo spremembe v aktivnosti genov Tbx5 morda igralo določeno vlogo pri razvoju štiriprekatnega srca.
Med razvojem srca kuščarja se v ventriklu razvije mišični greben, ki delno ločuje izhod ventrikla od njegove glavne votline. Ta greben so nekateri avtorji razlagali kot strukturo, ki je homologna intergastričnemu septumu vretenčarjev s štiriprekatnim srcem. Avtorji obravnavanega članka na podlagi študije rasti grebena in njegove fine zgradbe zavračajo to razlago. Opozarjajo na dejstvo, da se isti greben na kratko pojavi med razvojem srca piščančjega zarodka - skupaj s pravim septumom.
Podatki, ki so jih pridobili avtorji, kažejo, da kuščar očitno ne tvori nobenih struktur, ki bi bile homologne pravemu intergastričnemu septumu. Pri želvi se, nasprotno, oblikuje nepopoln septum (skupaj z manj razvitim mišičnim grebenom). Nastajanje tega septuma pri želvi se začne veliko kasneje kot pri piščancu. Kljub temu se izkaže, da ima kuščar bolj "primitivno" srce kot želva. Srce želve zavzema vmesni položaj med tipičnim triprekatnim srcem (kot je pri dvoživkah in kuščarjih) in štiriprekatno srcem, kot je srce krokodilov in toplokrvnih živali. To je v nasprotju s splošno sprejetimi predstavami o evoluciji in klasifikaciji plazilcev. Na podlagi anatomskih značilnosti so želve tradicionalno veljale za najbolj primitivno (bazalno) skupino med sodobnimi plazilci. Vendar pa je primerjalna analiza DNK, ki so jo izvedli številni raziskovalci, vedno znova trmasto opozarjala na bližino želv arhozavrom (skupina, ki vključuje krokodile, dinozavre in ptice) ter na bolj bazalno lego luskavic (kuščarjev in kač). Struktura srca potrjuje ta novi evolucijski vzorec (glej sliko).
Avtorji so preučevali izražanje več regulatornih genov v razvijajočem se srcu želv in kuščarjev, vključno z genom Tbx5. Pri pticah in sesalcih se že v zelo zgodnjih fazah embriogeneze oblikuje oster gradient izražanja tega gena v ventrikularnem primordiju (izražanje hitro upada od leve proti desni). Izkazalo se je, da je pri kuščarjih in želvah v zgodnjih fazah gen Tbx5 se izraža enako kot pri žabi, torej enakomerno po celotnem bodočem ventriklu. Pri kuščarju to stanje traja do konca embriogeneze, medtem ko se pri želvi v poznejših fazah oblikuje izrazni gradient - v bistvu enak kot pri kokoši, le manj izrazit. Z drugimi besedami, v desnem delu ventrikla se genska aktivnost postopoma zmanjšuje, v levem pa ostaja visoka. Tako po vzorcu izražanja genov Tbx5Želva zavzema tudi vmesni položaj med kuščarjem in piščancem.
Znano je, da protein, ki ga kodira gen Tbx5, je regulativni – uravnava delovanje številnih drugih genov. Na podlagi pridobljenih podatkov je bilo naravno domnevati, da razvoj prekatov in nastanek interventrikularnega septuma nadzira gen Tbx5. Prej je bilo dokazano, da zmanjšanje aktivnosti Tbx5 pri mišjih zarodkih povzroči napake v razvoju prekatov. To pa ni bilo dovolj, da bi se »voditeljska« vloga štela za dokazano. Tbx5 pri nastanku štiriprekatnega srca.
Da bi pridobili prepričljivejše dokaze, so avtorji uporabili več linij gensko spremenjenih miši, v katerih je med embrionalnim razvojem gen Tbx5 na zahtevo eksperimentatorja je bilo mogoče izklopiti v enem ali drugem delu srčnega rudimenta.
Izkazalo se je, da če izklopite gen v celotnem ventrikularnem primordiju, se primordij sploh ne začne deliti na dve polovici: iz njega se razvije en sam ventrikel brez sledi medželodčnega septuma. Značilne morfološke značilnosti, po katerih je mogoče razlikovati desni prekat od levega, ne glede na prisotnost septuma, prav tako niso oblikovane. Z drugimi besedami, rezultat so mišji zarodki s triprekatnim srcem! Takšni zarodki odmrejo 12. dan embrionalnega razvoja.
Naslednji poskus je bil, da gen Tbx5 izklopljen le v desnem delu ventrikularnega primordija. Tako je bil koncentracijski gradient regulatornega proteina, ki ga kodira ta gen, močno premaknjen v levo. Načeloma bi lahko pričakovali, da se bo v takšni situaciji intergastrični septum začel oblikovati v levo od pričakovanega. Toda to se ni zgodilo: septum se sploh ni začel oblikovati, vendar je prišlo do delitve rudimenta na levi in desni del glede na druge morfološke značilnosti. To pomeni, da izraz gradient Tbx5 ni edini dejavnik, ki nadzoruje razvoj štiriprekatnega srca.
V drugem poskusu je avtorjem uspelo zagotoviti, da gen Tbx5 je bil enakomerno izražen v celotnem ventrikularnem primordiju mišjega zarodka, podobno kot pri žabi ali kuščarju. To je spet privedlo do razvoja mišjih zarodkov s triprekatnim srcem.
Dobljeni rezultati kažejo, da spremembe v delovanju regulatornega gena Tbx5 morda res igral pomembno vlogo pri razvoju štiriprekatnega srca, te spremembe pa so se zgodile vzporedno in neodvisno pri sesalcih in arhezavrih (krokodilih in pticah). Študija je tako ponovno potrdila, da imajo spremembe v delovanju genov, ki uravnavajo individualni razvoj, ključno vlogo pri evoluciji živali.
Seveda pa bi bilo še bolj zanimivo konstruirati gensko spremenjene kuščarje ali želve, ki Tbx5 bi bilo izraženo kot pri miših in kokoših, to je v levem delu prekata močno, v desnem pa šibko, in preverite, ali bi to naredilo njihovo srce bolj podobno štiriprekatnemu. A to tehnično še ni izvedljivo: genski inženiring plazilcev še ni tako daleč napredoval.