У птиц трехкамерное сердце: Биологи обнаружили ген, «согревший» холоднокровных

Содержание

Скольки камерным сердцем обладают птицы? В чем его отличие от органа пресмыкающихся?

Сердце – важный орган, без которого не сможет обойтись ни одно живое существо на свете. Кровеносная система птиц устроена особым образом, ведь полет требует большого усилия мышц. Как же устроен кровеносный насос пернатых, чтобы бесперебойно снабжать их кровью?

  • Строение сердца птицы
  • Принцип работы кровеносной системы
  • Особенности сердца птиц
  • Преимущества четырехкамерного сердца

Строение сердца птицы

Этот полый мышечный орган у птиц и млекопитающих имеет сходное строение. Главное его отличие в том, что оно четырехкамерное. По строению сердце у птиц делится на правое и левое предсердие, а также правый и левый желудочек. Разделяют эти отделы специальные клапаны, состоящие из фиброзно-мышечной ткани. Правый клапан называют трикуспидальным, он трехстворчатый. Левый – митральный, его строение двустворчатое.

Обогащение крови кислородом происходит так: по двум передним и одной задней полым венам кровь поднимается к правому предсердию, из него перетекает в правый желудочек, затем малый круг кровообращения прогоняет кровь через легкие. Насыщенная молекулами кислорода кровь поступает затем в левое предсердие, после чего – в левый желудочек, их которого попадает в главную аорту и разносится по всем органам и системам.

Принцип работы кровеносной системы

У птиц оба круга кровообращения (большой и малый) не связаны, и венозная кровь никогда не смешивается с артериальной. Большой круг кровообращения начинается правой дугой аорты.

Выходя из сердца, аорта наполняет кровью левую и правую безымянные артерии, а сама несет кровь дальше, обвивая правый бронх и спускаясь вдоль позвоночного столба. Безымянные артерии переходят в общую сонную и подключичную. От спинной артерии идут вспомогательные артерии, снабжающие кровью органы пищеварения и другие, что находятся в малом тазу. Они же питают нижние конечности крылатых.

Левая дуга аорты собирает венозную кровь из головы, крыла и плечевых мышц в яремную, плечевую и грудную вены. Затем кровь поступает в правую и левую полые вены и поднимается к правому предсердию. Некоторое количество мелких вен собирает венозную кровь из области клоаки, после чего они прогоняют ее по воротным венам печени и почек.

Часть крови в почках двигается по мелким сосудам и капиллярам, другая часть протекает по крупным сосудам. В печени воротная вена раздает кровь по капиллярам, а затем собирает ее в заднюю полую вену.

Особенности сердца птиц

  • Главное, чем отличается сердце птиц – его довольно крупные размеры относительно массы тела самих пернатых. В среднем его величина достигает 1% от общего веса птицы. У многих видов этот показатель еще больше, особенно у тех, кому свойственна быстрота полета и умение совершать виражи.
  • Частота пульса у крылатых намного выше человеческой, что говорит об интенсивной работе сердца. В покое эта цифра составляет 200–300 ударов в минуту (у птиц среднего размера), во время полета частота сердечных сокращений увеличивается до 400–500.
  • Чем мельче птичка, тем чаще бьется ее сердце. На отдыхе пульс у мелких птиц равен 400–600 ударам в минуту, а при нагрузке может доходить до 1000 и больше.
  • Давление крови в сосудах сопоставимо со значениями человека с гипертонией. Его максимальные цифры доходят до 200 мм ртутного столба. Если сравнивать общее количество крови у птиц, оно выше, чем у пресмыкающихся и сопоставимо с млекопитающими.
  • Содержание красных кровяных телец также довольно высоко. Кровь интенсивно обогащается кислородом, у пресмыкающихся кислородная емкость ниже в 2–4 раза.

Зачем же птицам такая мощная кровеносная система? У них высокий метаболизм, и кровь должна своевременно снабжать все органы питанием, которое поступает в клетки и уносить своевременно продукты распада, образуемые в ходе обмена веществ.

Преимущества четырехкамерного сердца

Рыбы имеют двухкамерное сердце, рептилии – трехкамерное. Только млекопитающие животные и птицы обладают сердцем с четырьмя камерами. Единственное исключение в среде пресмыкающихся представляет крокодил. Его сердце называют условно четырехкамерным, так как его предсердия сообщаются между собой, а венозная и артериальная кровь иногда смешивается. Это необходимо рептилии для активной выработки желудочного сока и переваривания крупной добычи.

Ученые полагают, что первый четырехкамерный орган появился у динозавров и в ходе эволюции сохранился у их потомков.

  • Такое строение сердца позволяет организму не зависеть от температуры окружающей среды. Теплокровные существа могут быть активными даже в холодное время года, не впадая в анабиоз, как пресмыкающиеся.
  • Эволюционировавшее сердце позволяет эволюционировать и другим органам, создавая для этого благоприятные условия.

Сокращаться мышечная ткань этого органа начинает еще на ранней стадии эмбрионального развития, и происходит это независимо от внешних раздражителей. Такая особенность получила название автоматизма сердца, а обеспечивает ее особая нервно-мышечная структура, создающая электрические импульсы.

Сердечный цикл состоит из трех фаз, характеризующихся попеременным сокращением и расслаблением разных отделов сердца. Общая продолжительность отдыха сердечной мышцы превышает период ее работы, именно поэтому сердце работает бесперебойно и никогда не устает.

Биологи выяснили, как формируются у людей пороки сердца

Биологам удалось найти ключевой белок, который превращает сердце эмбриона из трехкамерного в четырехкамерное. По словам ученых, их открытие поможет людям предотвратить развитие многих сердечных аномалий.

Зачем человеку четырехкамерное сердце

Только у птиц и млекопитающих, в том числе и у человека, сердце состоит из четырех камер – левого и правого предсердия, а также двух желудочков. Такое строение обеспечивает разделение насыщенной кислородом артериальной и бедной кислородом венозной крови. Один поток, с венозной кровью, направляется в легкие, а другой — с артериальной снабжает весь организм. С энергетической точки зрения такое кровообращение максимально выгодно. Поэтому, по мнению ученых, именно благодаря четырехкамерному сердцу животные научились поддерживать постоянную температуру тела. В отличие от теплокровных у холоднокровных, например амфибий, сердце трехкамерное. С рептилиями дело обстоит сложнее. Они — особая группа. Дело в том, их желудочки разделены перегородкой, но в ней находится отверстие. Вроде четырехкамерное сердце, но не совсем. Не достает одной детали – пленочной перегородки, которая закрывала бы межжелудочковое отверстие и создавала бы полную изоляцию левого и правого желудочка. Такая пленочная перегородка появилась у птиц и млекопитающих значительно позже.

Как формируется перегородка

Как возникла эта перегородка, выяснила большая группа американских, канадских и японских ученых под руководством доктора Бенуа Бруно (Benoit G. Bruneau) из Института сердечно-сосудистых заболеваний Гладстона. Авторы работы обнаружили, что перегородка начинает формироваться в том случае, если количество транскрипционных факторов Tbx5белков, связывающих ДНК и запускающих транскрипцию генов, отвечающих за синтез кардиомиоцитов, неравномерно распределяется в обоих желудочках. Там, где количество Tbx5 начинает убывать, и формируется перегородка.

Сердце черепахи и ящерицы

Доктор Бруно и его коллеги изучали развитие сердца у эмбрионов красноухой черепахи (Trachemus scripa elegans) и ящерицы анолиса каролинского (Аnolis carolinensis). «Нам важно было посмотреть, как формируется межжелудочковая перегородка у эмбрионов того и другого вида. У черепахи, у которой только начинает формироваться четырехкамерное сердце, и у ящерицы с трехкамерным сердцем», — объясняют ученые.

Оказалось, что у черепахи белок Tbx5 распределяется неравномерно. Концентрация этого белка уменьшалась, правда, очень постепенно, от левой к правой части желудочка. А у ящерицы содержание Tbx5 вообще было одинаковым по всему желудочку, поэтому и никакой необходимости в появлении перегородки не было. «Исходя из этого мы решили, что возникновение межжелудочковой перегородки связано с разной концентрацией Tbx5», — рассказывают ученые.

Мыши с холодным сердцем черепахи

Эксперимент прошел успешно. Оставалось только понять, действительно ли концентрация Tbx5 — причина, а появление перегородки — следствие, или это простое совпадение. Доктор Бруно и его коллеги модифицировали ДНК мышей так, чтобы уровень Tbx5 у них совпал с уровнем Tbx5 у черепахи. Так родились мыши с черепашьим трехкамерным сердцем — без пленки, закрывающей межжелудочковое отверстие. К сожалению, все мышата умерли практически сразу после рождения. Зато благодаря этому опыту ученые смогли понять, что распределение уровня транскрипционного фактора действительно приводит к формированию перегородки, закрывающей межжелудочковое отверстие.

С помощью Tbx5 можно лечить сердечные аномалии

ВПСВрожденные пороки сердца встречаются у каждого сотого новорожденного. По частоте занимают второе место после врожденных пороков нервной системы.

Сам вопрос об эволюции межжелудочковой перегородки очень важен с точки зрения медицины. Дело в том, что у людей врожденные аномалии сердца встречаются очень часто. Как говорит доктор Бруно, примерно один человек из ста рождается с теми или иными сердечными аномалиями. Более того, достаточно часто рождаются дети с трехкамерным сердцем, то есть с одним желудочком, как у амфибий. Большинство таких новорожденных без необыкновенно сложной операции по восстановлению перегородки между желудочками обречены на смерть.

«То, что нам удалось обнаружить, – важный этап в понимании эволюции сердца. Понимание того, как формировалась межжелудочковая перегородка, позволит нам пойти еще дальше. И выяснить, как появляются врожденные дефекты у людей, почему у некоторых эмбрионов не формируется межжелудочковая перегородка, и как можно воздействовать на это процесс», — говорят авторы работы.

Более подробно о работе ученых можно прочитать в последнем номере журнала Nature.

Эволюция: ритм продолжается

  1. Тобиас Ван,

  1. Орхусский университет, Дания;

Человеческое сердце состоит из четырех камер — двух предсердий и двух желудочков, которые расширяются и сокращаются, чтобы разгонять кровь, содержащую кислород и питательные вещества, по всему телу. Предсердия, которые имеют относительно тонкие стенки, сначала наполняются кровью, прежде чем выдавливать кровь в гораздо более сильные желудочки, которые затем сокращаются, направляя кровь по артериям. У большинства рептилий два предсердия и один желудочек. Единственным исключением являются 23 ныне живущих вида крокодилов (аллигаторы, кайманы, крокодилы и гавиалы), у которых, как у птиц и млекопитающих, четырехкамерное сердце с двумя предсердиями и двумя желудочками (Джонс, 19).96; Дженсен и др., 2014).

У позвоночных каждое сердцебиение инициируется, когда область кардиостимулятора в одном из предсердий генерирует электрический сигнал. Структура и точное расположение области водителя ритма у разных видов различаются (Jensen et al., 2017), но она всегда иннервируется вегетативной нервной системой. Это позволяет организму увеличивать или уменьшать частоту сердечных сокращений в ответ на метаболические потребности (Wang, 2012).

Электрический сигнал от области кардиостимулятора быстро распространяется по клеткам сердечной мышцы предсердий через структуры, называемые щелевыми соединениями, и это обеспечивает почти одновременное сокращение всей стенки каждого предсердия. Нейроны, называемые волокнами Пуркинье, также участвуют в этом процессе у птиц, но в целом механизмы, ответственные за сокращение предсердий, сходны у большинства позвоночных. Однако путь прохождения электрического сигнала от предсердия к желудочку различается у позвоночных, и эволюция этого пути находится в центре внимания на протяжении многих десятилетий (Davies, 19).42; Дженсен и др., 2012, 2013). Теперь в eLife Винсент Кристоффельс из Амстердамского университета и его коллеги, в том числе Бьярке Дженсен и Бастиан Букенс в качестве первых авторов, сообщают о новых и неожиданных выводах об этом явлении у аллигаторов (Jensen et al., 2018).

Еще в 17 веке Уильям Харви заметил, что у ряда различных животных предсердия сокращаются раньше, чем желудочки. Это означало, что электрический сигнал, генерируемый в области кардиостимулятора, должен каким-то образом замедляться на «границе» между предсердиями и желудочками. Как у млекопитающих, так и у птиц слой волокнистой жировой ткани, не проводящей электричество, изолирует желудочки от предсердий. Единственный способ прохождения электрического сигнала от предсердий к желудочкам — через небольшую структуру, называемую атриовентрикулярным узлом, которая расположена непосредственно над перегородкой, разделяющей левый и правый желудочки. Когда электрический сигнал достигает этого узла, он активирует два пучка нейронов (содержащих волокна Гиса и волокна Пуркинье), которые быстро передают импульс и вызывают одновременное сокращение желудочков.

Однако у современных рептилий, общих предков как птиц, так и млекопитающих, по-видимому, нет изолирующего слоя или анатомически определенного узла (Davies, 1942). Вместо этого электрический сигнал замедляется сложным расположением миокардиальных волокон в месте соединения двух предсердий и желудочка. Кроме того, недавние исследования не смогли предоставить каких-либо анатомических доказательств проводящей системы в желудочке рептилий. Электрический сигнал, по-видимому, передается внутренней оболочкой сердца, которая имеет общие молекулярные сигнатуры с проводящей системой птиц и млекопитающих (Jensen et al. , 2012).

В то время как рептилии полагаются на окружающую среду для поддержания своей температуры (то есть они экзотермичны), млекопитающие производят собственное тепло (поэтому они эндотермичны). Высокий уровень метаболизма, необходимый для производства достаточного количества тепла, означает, что скорость покоя и максимальная скорость метаболизма млекопитающих и птиц примерно в 10 раз выше, чем у экзотермических животных (Bennett and Ruben, 1979). Сердечно-сосудистая система должна не отставать от этих больших потребностей, доставляя больше кислорода в организм. Четырехкамерное сердце обеспечивает эффективное решение, разделяя насыщенную кислородом и неоксигенированную кровь. Снабжение организма кислородом также можно улучшить, увеличив частоту сокращений сердца. Это требует сердечных структур, которые быстро проводят электричество, таких как атриовентрикулярные узлы (Burggren et al., 2014).

Дженсен и др. – которые базируются в Амстердаме и лабораториях в Соединенных Штатах и ​​Чешской Республике – объединяют методы электрофизиологии и экспрессии генов, чтобы определить, как электрические импульсы распространяются по крокодильему сердцу, и охарактеризовать молекулярный фенотип различных камер. Эксперименты предоставили недвусмысленные доказательства наличия атриовентрикулярного узла у крокодилов. Среди существующих рептилий крокодилы являются ближайшей сестринской группой к птицам. Однако, несмотря на четырехкамерное сердце и атриовентрикулярный узел, все современные крокодилы явно экзотермичны и имеют низкую частоту сердечных сокращений, как и другие рептилии (Hillman and Hedrick, 2015; Lillywhite et al., 19).99; Джойс и др., 2018).

Благодаря своей способности ходить, отрывая тело от земли, своеобразной дыхательной мускулатуре, птичьим легким и множеству других признаков крокодилы, возможно, когда-то были эндотермическими (Seymour et al., 2004; Hillenius and Ruben, 2004). Согласно этой гипотезе, они перешли на экзотермию, когда перешли на полностью водный образ жизни и стали хищниками, сидящими и выжидающими, с прерывистым питанием, разделенным длительными периодами голодания. Однако, если у крокодилов прошлого была теплая кровь и некоторые из связанных с ней сердечных структур, потеряли ли современные виды свои волокна Гиса и Пуркинье? Будут ли эти клетки, поддерживающие высокоскоростные электрические сигналы, создавать функциональные проблемы у животных с очень низкой частотой сердечных сокращений?

Тот факт, что у крокодилов есть атриовентрикулярный узел, также проливает свет на эволюцию сердца позвоночных. Например, простого наличия узла и разделения между желудочками может быть достаточно, чтобы предотвратить «повторное попадание» электрического сигнала в предсердия (что нарушило бы работу сердца). Эти результаты также могут свидетельствовать о том, что узловая структура позволяет лучше настраивать частоту сердечных сокращений вегетативной нервной системой.

Следующим шагом является характеристика электрофизиологических свойств клеток атриовентрикулярного узла крокодилов. Записи электрокардиограммы также помогут понять точное время сердечных событий, а измерения потока и давления будут фиксировать динамику кровотока. В четырех камерах крокодилового сердца нас еще могут ждать восхитительные открытия.

Каталожные номера

    1. Беннетт AF
    2. Рубен JA

    (1979)

    Эндотермия и активность у позвоночных

    Наука 206 :649–654.

    https://doi.org/10.1126/science.493968

    • пабмед
    • Google ученый
    1. Бурггрен WW
    2. Кристоффельс ВМ
    3. Кроссли Д.А.
    4. Энок С
    5. Фаррелл AP
    6. Хедрик MS
    7. Хикс JW
    8. Дженсен Б
    9. Мурман AF
    10. Мюллер CA
    11. Сковгор N
    12. Тейлор EW
    13. Ван Т

    (2014)

    Сравнительная физиология сердечно-сосудистой системы: будущие тенденции, возможности и проблемы

    Acta Physiologica 210 :257–276.

    https://doi.org/10.1111/apha.12170

    • пабмед
    • Google ученый
    1. Дэвис F

    (1942)

    Проводящая система сердца позвоночных

    Сердце 4 :66–76.

    https://doi.org/10.1136/hrt.4.3.66

    • пабмед
    • Google ученый
    1. Хиллениус WJ
    2. Рубен JA

    (2004)

    Становится теплее, становится холоднее: реконструкция физиологии крокодиломорфов

    Физиологическая и биохимическая зоология 77 :1068–1072.

    https://doi.org/10.1086/427253

    • пабмед
    • Google ученый
    1. Хиллман СС
    2. Хедрик MS

    (2015)

    Мета-анализ сердечной деятельности позвоночных животных in vivo: влияние сердечно-сосудистой поддержки на эволюцию эндотермии

    Journal of Experimental Biology 218 :1143–1150.

    https://doi.org/10.1242/jeb.118372

    • пабмед
    • Google ученый
    1. Дженсен Б
    2. Букенс БЖ
    3. Кроссли Д. А.
    4. Коннер Дж
    5. Мохан РА
    6. ван Дуйвенбоден K
    7. Постма АВ
    8. Глочат CR
    9. Элси RM
    10. Седмера Д
    11. Ефимов ИР
    12. Кристоффельс ВМ

    (2018)

    Специализированный путь проведения импульсов в сердце аллигатора

    eLife 7 :e32120.

    https://doi.org/10.7554/eLife.32120

    • пабмед
    • Google ученый
    1. Дженсен Б
    2. Букенс БЖ
    3. Постма АВ
    4. Gunst QD
    5. Ван ден Хофф MJ
    6. Мурман AF
    7. Ван Т
    8. Кристоффельс ВМ

    (2012)

    Определение эволюционных строительных блоков проводящей системы сердца

    PLoS One 7 :e44231.

    https://doi.org/10.1371/journal.pone.0044231

    • пабмед
    • Google ученый
    1. Дженсен Б
    2. Мурман AF
    3. Ван Т

    (2014)

    Строение и функции сердца ящериц и змей

    Biological Reviews 89 :302–336.

    https://doi.org/10.1111/brv.12056

    • пабмед
    • Google ученый
    1. Дженсен Б
    2. Вестерсков С
    3. Букенс БЖ
    4. Нильсен JM
    5. Мурман АСМ
    6. Кристоффельс ВМ
    7. Ван Т

    (2017)

    Морфофункциональная характеристика системного венозного полюса сердца рептилий

    Scientific Reports 7 :6644.

    https://doi.org/10.1038/s41598-017-06291-z

    • пабмед
    • Google ученый
    1. Дженсен Б
    2. Ван Т
    3. Кристоффельс ВМ
    4. Мурман АСМ

    (2013)

    Эволюция и разработка плана построения сердца позвоночных

    Biochimica Et Biophysica Acta (BBA) — Molecular Cell Research 1833 :783–794.

    https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2012.10.004

    • Google ученый
    1. Джонс DR

    (1996)

    Центральный кровоток у крокодилов: у рептилий или у птиц?

    Verhandlungen Der Deutschen Zoologischen 89 :209–218.

    • Google ученый
    1. Джойс W
    2. Элси RM
    3. Ван Т
    4. Кроссли Д.А.

    (2018)

    Максимальная частота сердечных сокращений не ограничивает сердечный выброс в покое или во время физической нагрузки у американского аллигатора (9).0043 Alligator mississippiensis )

    American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology 176 :.

    https://doi.org/10.1152/ajpregu.00027.2018

    • Google ученый
    1. Лиллиуайт HB
    2. Зиппель КС
    3. Фаррелл АП

    (1999)

    Покой и максимальная частота сердечных сокращений у экзотермических позвоночных

    Сравнительная биохимия и физиология Часть A: Молекулярная и интегративная физиология 124 :369–382.

    https://doi.org/10.1016/S1095-6433(99)00129-4

    • Google ученый
    1. Сеймур РС
    2. Беннет-Стампер CL
    3. Джонстон SD
    4. Перевозчик ДР
    5. Григг GC

    (2004)

    Доказательства эндотермических предков крокодилов в стебле эволюции архозавров

    Физиологическая и биохимическая зоология 77 :1051–1067.

    https://doi.org/10.1086/422766

    • пабмед
    • Google ученый
  1. Книга

    1. Ван Т

    (2012)

    Эволюция сердечно-сосудистой вегетативной нервной системы у позвоночных

    В: Robertson D, Biaggioni I, Burnstock G, Low P. A, Paton JFR, editors. Букварь по вегетативной нервной системе (третье издание) . Оксфорд: Академическая пресса. стр. 669–674.

    • Google ученый

Статья и информация об авторе

Сведения об авторе

  1. Тобиас Ван

    Тобиас Ван работает на кафедре зоофизиологии Орхусского университета, Дания, и в Орхусском институте перспективных исследований (AIAS) Орхусского университета, Дания

    Для корреспонденции

    [email protected]

    Конкурирующие интересы

    Конкурирующие интересы не заявлены

История публикаций

  1. Версия записи опубликована: 8 мая 2018 г. (версия 1)

Авторское право

© 2018, Wang

Эта статья распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование и распространение при условии указания оригинального автора и источника.

Показатели

Число цитирований статей, полученное путем опроса самых высоких значений из следующих источников: Crossref, PubMed Central, Scopus.

Ссылки для скачивания

Список ссылок, состоящий из двух частей, для загрузки статьи или частей статьи в различных форматах.

Загрузки (ссылка для скачивания статьи в формате PDF)

  • Статья PDF

Открытые цитаты (ссылки для открытия цитат из этой статьи в различных онлайн-сервисах управления ссылками)

  • Менделей
  • ЧитатьКуб»>

Процитируйте эту статью (ссылки для загрузки цитат из этой статьи в форматах, совместимых с различными инструментами управления ссылками)

  1. Тобиас Ван

(2018)

Эволюция: ритм продолжается

eLife 7 :e36882.

https://doi.org/10.7554/eLife.36882

  • Скачать БибТекс
  • Скачать .RIS
Категории и теги
  • Прозрение
  • Биология развития
  • Американский аллигатор
  • проводящая система
  • эволюция
  • камеры сердца
  • атриовентрикулярный узел
  • эндотермия

Неэверный, будь то примитивный или сложный

Ресурсы

  • Статьи
  • Интеллектуальные часто задаваемые вопросы и праймеры
  • Коллекции
  • Lending Library
  • Обзоры и реакции
  • . Ссылки
  • Графика Origins
  • Архивы
«Мы пришли к выводу, что в эволюции венозных соединений сердца, гребенчатых мышц, атриовентрикулярных клапанов, сухожилий левого желудочка, путей оттока и магистральных артерий существует замысел. Предсердия и желудочки рыб, по-видимому, имеют встроенную возможность обновления до 4-камерной структуры человека. Эта трансформация достигается поэтапно: ствол дает магистральные артерии, соответствующее смещение происходит в магистральных артериях, левом желудочке уменьшается губчатость и увеличивается размер его просвета, хордо-папиллярный аппарат становится более сложным, коронарное кровообращение претерпевает изменения, а дефект межжелудочковой перегородки закрывается. Эта эволюционная прогрессия указывает на главный замысел и план на бесчисленные тысячелетия».

(Соломон Виктор, Виджая М. Наяк, Рэйвин Раджасингх, «Эволюция желудочков», Журнал Техасского института сердца , том 26(3):168-75 (1999), внутренние цитаты удалены.)

A Сердечное вступление:

Прежде чем мы начнем, вот несколько интересных
сердечные факты, с которых можно начать свой день: на случай, если ваша мама никогда не говорила
вы, сердца имеют 2 типа камер: предсердия и желудочки. предсердия
место, где кровь поступает в сердце, а желудочки выталкивают кровь из
сердце. Сердца принимают бедную кислородом кровь, прокачивают ее через легочный контур (легкие/жабры), где она насыщается кислородом,
а затем они перекачивают его в остальную часть тела.
Есть много мелких вен (приносят кровь к сердцу) и артерий (относят ее), которые соединяют сердце с
легочный контур и поддерживать его в рабочем состоянии. Артериальное давление должно быть
тщательно сбалансированы во всех трубках, чтобы поддерживать давление потока и
кровь продолжает двигаться, но не так быстро, чтобы взорвать определенные области или
капилляры. Можно сказать, что эта тщательная и сложная гидростатическая проводка
может быть легко выбран в эволюционном сценарии, но от этого факта никуда не деться.
что внутри происходит очень сложная и хорошо сбалансированная сеть механики биологической жидкости.
сердце, чем большинство инженеров искусственного сердца, вероятно, задумываются.

Учитывая все это, есть 3 основных способа изготовления сердца, встречающегося у животных:
2-камерное сердце, 3-камерное сердце и 4-камерное
сердце. Рыбы имеют 2 камеры, одно предсердие и один желудочек. Земноводные и рептилии
имеют 3 камеры: 2 предсердия и желудочек. Крокодилы являются единственным исключением из рептилий, так как у них 4 камеры (2 предсердия, 2 желудочка).
У птиц и млекопитающих 4 камеры (2 предсердия и 2 желудочка).

Различий между сердцами:

Сердце рыбы (рис. 1а) сильно отличается от сердца земноводных/рептилий/птиц/млекопитающих (рис. 1б и с). Сердце очень сложное — это не просто набор случайных артерий и вен, соединяющих ткани. Рыбьи сердца просто втягивают деоксигенированную кровь в одно предсердие и выкачивают ее через желудочек. Эта система называется «однократным кровообращением», так как кровь поступает в сердце,
перекачивается через жабры и поступает в тело. Кровяное давление низкое для обогащенной кислородом крови, покидающей жабры.

3- и 4-камерное сердце имеет легочный контур (пути, по которым кровь идет от сердца к легким)
и обратно к сердцу), что очень сложно и должно быть организовано таким образом, чтобы кровь могла двигаться от сердца.
насыщаться кислородом в легких, а затем должным образом откачиваться обратно в сердце и в организм. 3
(и 4) камерное сердце имеет «двойное кровообращение» (рис. 1b и c) и совершенно отличается
от «единичного оборота» (рис. 1а) рыб.

«Двойное кровообращение» имеет внутреннюю цепь в сердце — кровь входит в сердце, выходит из сердца и
насыщается кислородом, снова поступает в сердце, а затем выбрасывается в
тело. Потому что «двойная циркуляция» позволяет перекачивать обогащенную кислородом кровь обратно.
в сердце, прежде чем выйти в организм, оно перекачивает кровь с гораздо большим
давлением и гораздо энергичнее, чем «однократная циркуляция».

Рисунок 1:

Приведенная выше диаграмма взята с сайта http://gened.emc.maricopa.edu/bio/bio181/BIOBK/BioBookcircSYS.html#Vertebrate.
Сосудистые системы, которые, как утверждается, были адаптированы с http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_104/notes/may_7.html.
и имеет поразительное сходство с диаграммами из «Биологии» Кэмпбелла.
4-е издание стр. 822.

Хотя 4-камерное сердце имеет 2 пары предсердий-желудочков, обе пары выполняют разные функции. Есть 4 шага
связаны с поступлением крови в сердце: 1) бедная кислородом кровь поступает в
первый атриум. 2) бедная кислородом кровь поступает в первый желудочек, который
откачивает его в легочный контур (легкие), где он обогащается
кислород. 3) Обогащенная кислородом кровь, только что вышедшая из легких, закачивается обратно в легкие.
второе предсердие. 4) Обогащенная кислородом кровь затем подается во второй
желудочек, который перекачивает богатую кислородом кровь из сердца и обратно
в тело для использования.

4-камерное сердце отличается от 3-камерного тем, что оно сохраняет
оксигенированная кровь полностью отделена от деоксигенированной крови, потому что для деоксигенированной крови есть один желудочек
и один для насыщенной кислородом крови. В трехкамерном сердце одна
желудочек выбрасывает оба из сердца, и происходит некоторое смешивание между
свежая и старая кровь. 2-желудочковое-4-камерное сердце предотвращает смешение
позволяет крови, выходящей из сердца, иметь гораздо больше кислорода, чем было бы
в противном случае. Это хорошо для улучшения более быстрого темпа жизни, который
как правило, имеют птицы и млекопитающие, что дает преимущество 4-камерному сердцу.

Проблемы с развитием сердца:

Получение сердца, период: Эволюция 2-камерного сердца в первой
место очень сложное, потому что кровеносная система неустранимо
сложный. Необходимо как минимум 3 подсистемы: 1) орган для обогащения
гемофлегма (кровь) с кислородом
(легкие/жабры), 2) сложная сеть закрытых трубок, несущих
богатая энергией кровь
тела (вены и артерии) и 3) насосный механизм (сердце) для
транспортируют богатую энергией жидкость по всему телу. Один общий способ
эволюционист мог бы попытаться обойти проблемы, связанные с неустранимыми
сложность может состоять в том, чтобы представить сценарии, в которых некоторые или все
подсистемы могут возникать автономно, функционируя по своему
собственный. Однако в этом случае какая польза от закрытой сети труб без
насосный механизм для перекачки жидкости, а что хорошего в насосе без
жидкость или трубка? Обмен кислорода происходит у многих организмов через
кожа без хордоподобной кровеносной системы, но в чем преимущество
для такого организма случайным образом мутировать один кислородный обмен
орган (легкие/жабры)? Тем не менее, когда-то единственный орган кислородного обмена был
на месте ему понадобилась бы та самая транспортная сеть, обеспечиваемая сердцем,
вены и артерии. Сценарии попытки кровообращения в шаге
пошаговым способом не получится и не учтет общую сложность
системы.

Даже если бы подсистемы системы кровообращения могли быть
эволюционировали сами по себе, самостоятельно развив отдельно стоящее 2-камерное сердце
было бы очень сложно, даже если бы ему не требовались другие компоненты
кровообращение
система должна быть полезной. Человеческое сердце — это насосная машина весом 11 унций.
размером с человеческий кулак, который ударяет более 2 миллиардов раз и перекачивает
100 миллионов галлонов крови в течение среднего
человеческая жизнь. Это в первую очередь оболочка с тщательно
сбалансированная внутренняя сеть отверстий и клапанов, которые постоянно удерживают жидкость
течет внутрь, наружу и в правильном направлении повсюду между ними. А
большое количество деталей, направляющих жидкость, а также очень прочный
и правильно и сложной формы насосные мышцы
необходимые для его функционирования. Расположение частей сердца
являются хорошим примером указанной сложности.
По этой причине сердце, как и вся кровеносная система,
неразрешимы поэтапно.

Получение 3-х камерного
сердце из 2-камерного сердца:
Учитывая 2-камерное сердце, эксперты
не знаю, когда, как или в
какой родословной предполагаемый переход от 2-камерного сердца рыб к 3-х
камерное сердце земноводных имело место главным образом потому, что это очень
сложный переход даже представить. Трехкамерное сердце имеет «двойное
обращение» и является
неприводимо сложным относительно «двойного
кровообращение». Двухкамерное сердце рыб имеет «однократное кровообращение» и
базовая конструкция сильно отличается от трехкамерного сердца.

Крайне упрощенное объяснение эволюции
Сердцем было бы сказать, что, просто дублируя некоторые или все
из камер 2
камерное сердце, можно было бы легко развить функциональное 3-х или 4-х камерное сердце.
сердце. Конечно, согласно эволюционной истории, рыба превратилась в
амфибии, которые превратились в рептилий, которые стали млекопитающими и птицами, поэтому
говорят, что сердце развилось из 2 —> 3 —> 4 камер. А
Прямой 2-> 4-камерный переход никогда не считался возможным.
и имело бы еще больше трудностей, чем 2 —> 3 камерный переход,
поэтому мы сосредоточимся на переходе 2 —> 3 камеры.
Однако на самом деле изменения, которые должны были бы произойти для этого
переход гораздо больше
чем просто дублирование одной или нескольких камер. Этого не могло случиться
поэтапно, где промежуточные продукты являются функциональными.

Для перехода от 2-камерного сердца к 3-камерному сердцу требуется гораздо больше, чем
дублирование атриума, потому что внутренняя цепь, вызывающая
Также должна быть создана «двойная циркуляция» трехкамерного сердца.
Дублирование атриума без замкнутой кровеносной сети для «двойного
кровообращение» заставит сердце сосать только интерстициальную жидкость
вне тела. «Двойная циркуляция» работает только при наличии петли
питание из желудочка обратно в сердце и обратно в желудочек.
Таким образом, и петля, и новое предсердие необходимы для трехкамерного
сердце функционировать. И хотя петля (внутренняя цепь) звучит просто,
это действительно должна быть сложная сеть труб с клапанами справа.
места, чтобы жидкость текла должным образом.

Одноразовые сердца
перекачивать кровь непосредственно через орган газообмена в организм
(рис. 1а).
Двойная циркуляция перекачивает кровь в легкие/жабры через «внутреннюю
круговая петля, а затем обратно к сердцу перед выходом в тело
(рис. 1б и в).
И если эта новая петля не соединяется с органом газообмена, то
новый цикл бесполезен и бесполезен. Самый простой способ сделать это
переход
происходит, вероятно, вена выходит из органа газообмена
обратной связи, чтобы стать артерией, возвращающейся к сердцу. Конечно это
означает, что новая вена-артерия одновременно нуждается
правильные клапаны, чтобы он мог функционировать как настоящая часть сердца
сам. Вероятно, наиболее важным является тот факт, что
теперь нет
вена, отходящая от сердца и перекачивающая кровь обратно в организм. В других
словами, чтобы создать этот внутренний контур двойной циркуляции, новую
вена должна быть создана, и кровь полностью выходит из сердца
подключен к остальному телу.

Даже если орган газообмена
можно обойти (сделав его менее сложным, хотя и бесфункциональным и
не избирательно выгодная схема),
основная проблема перехода от
одинарная циркуляция к двойной циркуляции заключается в том, что каким-то образом этот новый
схема должна подключиться к легким. В любом случае, вена уходит
сердце тоже должно каким-то образом стать артерией,
сердце через новый функционал
предсердие, а затем должна быть создана новая вена, чтобы кровь отходила от сердца.
по-прежнему попадает в остальные части тела через кровеносную сеть.

Наконец, сердечная мышца должна адаптироваться ко всем этим изменениям, особенно
таким образом, что биение может происходить для прокачки через новое предсердие и связанный с ним
меняется давление жидкости.

Другими словами, необходимо 4 основных изменения, чтобы перейти от одинарного к двойному
кровообращение:

  • Удвоение предсердия, при котором жидкость
    транспорт через новый
    атриум работает
  • Конверсия вены
    оставив сердце в артерию на другом конце, чтобы оно питалось
    обратно в сердце.
  • Полная переделка того, как кровь, наконец,
    покидает сердце и выходит к остальному телу (создание
    новая вена и повторная проводка).
  • Модификация сердечной мышцы для правильного сокращения и приспособления
    дополнительный атриум
    и изменения давления жидкости, связанные с повторной проводкой.

    Если какой-либо из этих шагов отсутствует, двойная циркуляция работать не будет.
    И это говорит
    ничего о множестве клапанов и других более мелких венах и артериях
    связаны с двойным кровообращением, которые также характеризуют истинные сердца
    изменения, необходимые в насосном механизме сердечной мышцы, чтобы приспособиться к
    совершенно новый атриум и баланс давления жидкости.

    Переход с 2 на
    3 камеры требует перехода с одинарной на двойную циркуляцию, что
    включает как минимум 4 основных одновременных изменения, включая
    полная перестройка того, как кровь уходит от сердца к остальным частям тела.
    Еще множество мелких одновременных изменений, связанных с механикой
    также необходима надлежащая транспортировка жидкости. Это невозможно для
    система двойной циркуляции, из которой следует развиваться
    сердечная система с одним кругом кровообращения в дарвиновской пошаговой манере
    потому что нужно слишком много изменений,
    делает 3-камерное сердце неразвитым из 2-камерного сердца.

    Получение 4-камерного сердца: В отношении сердец с «двойным
    кровообращение», 4-камерное сердце млекопитающих, вероятно, не необратимо
    сложный. Переход с 3-х на 4-камерные выглядит не очень.
    сложными (конечно, они все же очень разные, и это совершенно
    слишком упрощенно, но я говорю только о базовой конструкции органов).
    В принципе,
    один желудочек трехкамерного сердца делится на две камеры
    Четырехкамерное сердце, образующее два желудочка вместо одного. Двойной
    кровообращение» сердце может работать с тремя камерами — и это происходит у рептилий и
    амфибии.

    Сердце человека имеет 2 пары предсердий-желудочков, которые сокращаются в
    последовательность что-то вроде поршней в автомобиле. Только один желудочек действительно
    необходимо для перекачивания крови. Но точно так же, как 8-цилиндровый двигатель производит
    намного больше лошадиных сил, чем у 4-цилиндрового, так же как и 4-камерное (2 пары) сердце
    обладают гораздо большей мощностью для снабжения организма энергией и кислородом
    крови, чем трехкамерное (1 желудочек) сердце. Есть огромное преимущество в
    наличие 4-х камерного сердца. Убираем доп.
    капиллярные комплексы
    связанных с внезапным появлением второго желудочка, можно было бы
    утверждает, что
    переход от 3 к 4 камерному сердцу нетрудно представить,
    условно говоря, как и все
    следует отметить сильное преимущество разделения оксигенированных и
    деоксигенированной крови, а затем разделить желудочек пополам. Конечно
    ключевое слово здесь «представить».

    Непреодолимая сложность — это реальное явление,
    и его можно проанализировать, и поэтому в некоторых случаях его может и не быть, а в
    в случае с 4-камерным сердцем, вероятно, нет. Хотя 4
    камерное сердце не может быть
    непреодолимой сложности по отношению к «двойной циркуляции», она все же могла бы
    быть результатом разумного замысла, а не эволюции, и непреодолимой
    сложность не обязательно должна существовать во всех случаях, чтобы она существовала в некоторых.
    В целом, независимо от камер, в сердце было много замыслов.
    Это. И сложное сердце с двойным кровообращением несет на себе явные следы
    умный дизайн.

    Получение птичьего сердца: Наконец, эволюционное происхождение
    система сердце-легкие птиц вызывает недоумение для гипотезы динозавров-птиц
    потому что «неизвестно ни одного легкого у любого другого вида позвоночных, которое каким-либо образом
    приближается к системе птиц» (Дентон (1998), стр. 361).
    биолог Майкл Дентон сказал следующее об эволюционном
    происхождение системы птица-сердце-легкие:

    Как такая другая дыхательная система могла постепенно развиться из стандартной конструкции позвоночных без какого-либо направления, опять же, очень трудно понять.
    предусмотреть, особенно учитывая, что поддержание дыхательной функции
    абсолютно необходимы для жизни организма. Кроме того, уникальная функция и форма
    птичье легкое требует ряда дополнительных уникальных приспособлений во время птичьего полета.
    разработка. Как объясняет Х. Р. Дункер, один из мировых авторитетов в этой области,
    потому что, во-первых, птичье легкое жестко прикреплено к стенке тела и поэтому не может
    расширяться в объеме и, во-вторых, из-за малого диаметра легочных капилляров и
    из-за высокого поверхностного натяжения любой жидкости внутри них птичьи легкие не могут быть
    раздувается из свернутого состояния, как это происходит у всех других позвоночных после рождения. В
    птиц аэрация легких должна происходить постепенно и начинается за три-четыре дня до
    штриховка с заполнением воздухом главных бронхов, воздухоносных мешков и парабронхов. Только
    после того, как основные воздуховоды уже заполнены воздухом, производится окончательная разработка
    легкого, и особенно разрастание воздушной капиллярной сети. Воздух
    капилляры никогда не спадаются, как альвеолы ​​других видов позвоночных; скорее, как
    они врастают в легочную ткань, парабронхи с самого начала представляют собой открытые трубки
    заполнены либо воздухом, либо жидкостью (Дентон (1998), 361)
    Дентон продолжает: «Птичье легкое очень близко подводит нас к ответу на вызов Дарвина: если оно
    можно было продемонстрировать, что существует какой-либо сложный орган, который никак не мог быть
    образованная многочисленными, последовательными, легкими модификациями, моя теория полностью сломала бы
    вниз.

    Один эксперт по физиологии дыхания, Джон Рубен, критикуя этот эволюционный сценарий, отметил, что
    «переход от крокодила к птичьему легкому был бы невозможен, потому что переходное животное имело бы
    опасная для жизни грыжа или отверстие в диафрагме… Кажется очевидным, что у птиц принципиально иная система
    дыхание, при котором воздух непрерывно всасывается через легкие, не могло произойти от
    печеночно-поршневая система, которую мы видим у этого тероподного динозавра» (Гиббонс, 1997 Б, с. 1230)

    Кроме того, мы
    также имеет дело с конвергентной эволюцией здесь. 4-камерная система должна была
    эволюционировали дважды (а также у крокодилов), если вообще эволюционировали, потому что
    млекопитающие и птицы предположительно принадлежат к очень разным рептилиям. Это
    это не просто аккуратный случай, когда общее происхождение четко очерчено
    характеристики.

    Есть много других животных с сердечками — некоторые
    у червей 5 или 6 сердец. Все эти жары, вероятно, развились
    однако самостоятельно. Таким образом, нет красивого аккуратного дарвиновского дерева с
    уважение к сердцам. Общий дизайн лучше объясняет это, потому что шансы
    низко вы бы придумали подобную структуру путем случайной эволюции
    один.

    Резюме и заключение:

    Рыбы: 2 камеры, Земноводные и рептилии: 3 камеры, Млекопитающие и птицы:
    4 камеры. 3-х и 4-х камерное сердце похоже, потому что они оба имеют
    внутренний контур или «двойная циркуляция». Это сильно отличается от
    2-камерное сердце с «однократным кровообращением». Переход от 2 к а
    Трехкамерное сердце требует НАМНОГО большего, чем простое дублирование
    камера, но ПОЛНАЯ переделка вен и артерий, окружающих
    сердце, внутренние клапаны сердца и создание этого внутреннего
    цепь, которая может правильно взаимодействовать с легкими. Плюс он у меня включен
    хороший авторитет, что эволюционисты не знают, как от 2 до 3 камер
    переход состоялся. Переход от 3 к 4 может быть более возможным в
    отдаленный теоретический смысл, хотя, несомненно, есть много менее важных
    осложнения. Переход от 2 к 4 требует гораздо большего изменения, чем просто
    удвоение предсердий и желудочков. Может быть
    отдаленно возможен переход от 3-камерного сердца к 4-камерному сердцу
    но маловероятно, что 2-камерное сердце может
    эволюционируют в 3-х или 4-х камерное сердце.

    Ссылки Процитировано:

    Campbell’s Биология 4-е издание стр. 822.

    Соломон Виктор, Виджая М. Наяк, Рэйвин Раджасингх, «Эволюция желудочков», Журнал Техасского института сердца , Том 26(3):168-75 (1999),

    Майкл Дентон, Natures Destiny (1998), с.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    © 2021, Зоомагазин-бутик «4 с хвостиком»