У рыб трехкамерное сердце. Сердце животных: удивительное разнообразие форм и функций в природе

Сколько камер в сердце рыбы. Какие животные имеют три сердца. У кого самое большое сердце среди животных. Чем отличается сердце птиц от сердца млекопитающих. Как устроено сердце насекомых.

Содержание

Разнообразие сердец в животном мире

Сердце — удивительный орган, обеспечивающий циркуляцию крови в организме животных. Однако строение и функции сердца сильно различаются у разных групп животных. Давайте рассмотрим основные типы сердец, встречающиеся в природе.

Сколько камер может быть в сердце животных?

Количество камер в сердце варьируется от 2 до 4 у разных животных:

  • Двухкамерное сердце (1 предсердие и 1 желудочек) — у рыб
  • Трехкамерное сердце (2 предсердия и 1 желудочек) — у амфибий и большинства рептилий
  • Четырехкамерное сердце (2 предсердия и 2 желудочка) — у птиц, млекопитающих и крокодилов

Интересно, что у некоторых животных, например осьминогов, имеется сразу три сердца. А у червей функцию сердца выполняют несколько дугообразных сосудов.

Особенности сердец разных групп животных

Рассмотрим подробнее строение сердца у основных групп животных:

Сердце рыб

У рыб сердце двухкамерное, состоит из одного предсердия и одного желудочка. Через сердце проходит только венозная кровь, которая затем направляется к жабрам для насыщения кислородом.

Сердце амфибий

Амфибии имеют трехкамерное сердце с двумя предсердиями и одним желудочком. В желудочке частично смешивается артериальная и венозная кровь. Это связано с тем, что амфибии дышат как легкими, так и через кожу.

Сердце рептилий

Большинство рептилий также имеют трехкамерное сердце. Однако у крокодилов сердце четырехкамерное, как у птиц и млекопитающих. Это позволяет полностью разделить артериальный и венозный кровоток.

Сердце птиц и млекопитающих

Птицы и млекопитающие обладают четырехкамерным сердцем с полным разделением артериальной и венозной крови. Это обеспечивает эффективное кровоснабжение тканей и поддержание высокого уровня метаболизма.

Необычные сердца в природе

В животном мире встречаются и весьма необычные варианты строения сердечно-сосудистой системы:

  • У осьминогов три сердца — два жаберных и одно системное
  • Медузы и кораллы вообще не имеют сердца
  • У морских звезд вместо крови циркулирует морская вода
  • Сердце тараканов состоит из 13 камер

Такое разнообразие демонстрирует удивительную адаптивность сердечно-сосудистой системы к различным условиям обитания животных.

Размеры сердец у разных животных

Размеры сердца сильно варьируются у животных разных размеров. Рассмотрим некоторые интересные факты:

Какое животное обладает самым большим сердцем?

Абсолютный рекорд по размеру сердца принадлежит синему киту. Его сердце весит около 180 кг и имеет размер небольшого автомобиля. За один удар оно перекачивает более 220 литров крови.

У кого самое маленькое сердце?

Самое маленькое сердце среди позвоночных имеет карликовая мышь-малютка. Ее сердце весит всего 12 мг и имеет размер булавочной головки. Среди беспозвоночных рекордсменом является микроскопическая оса, чье сердце видно только под микроскопом.

Относительные размеры сердца

Интересно сравнить размер сердца относительно массы тела у разных животных:

  • У человека сердце составляет около 0,5% от массы тела
  • У собак и волков — 0,8%
  • У кошек — всего 0,35%
  • У землеройки — рекордные 1,2% от массы тела

Таким образом, относительный размер сердца может сильно отличаться даже у близкородственных видов.

Частота сердечных сокращений у животных

Частота сердечных сокращений (ЧСС) также сильно варьируется у разных животных. Рассмотрим некоторые интересные факты:

У каких животных самое быстрое сердцебиение?

Рекордсменами по частоте сердечных сокращений являются:

  • Колибри — до 1260 ударов в минуту
  • Землеройка — до 1000 ударов в минуту
  • Мышь — около 500 ударов в минуту

Животные с самым медленным сердцебиением

Самое медленное сердцебиение наблюдается у крупных животных:

  • Синий кит — 5-6 ударов в минуту
  • Слон — 25-30 ударов в минуту
  • Жираф — 65-75 ударов в минуту

Для сравнения, нормальная ЧСС у человека в покое составляет 60-80 ударов в минуту.

Как частота сердцебиения связана с размерами животного?

В целом наблюдается обратная зависимость между размером животного и частотой сердечных сокращений. Чем крупнее животное, тем медленнее бьется его сердце. Это связано с особенностями метаболизма и энергозатратами организма.

Эволюция сердечно-сосудистой системы животных

Сердечно-сосудистая система прошла длительный путь эволюции от простых пульсирующих сосудов до сложного четырехкамерного сердца. Рассмотрим основные этапы этого процесса:

Как появилось сердце в ходе эволюции?

Первые примитивные сердца появились у кольчатых червей в виде пульсирующих кровеносных сосудов. У членистоногих сформировалось трубчатое сердце. Настоящее камерное сердце впервые возникло у рыб.

Эволюционные преимущества многокамерного сердца

Появление многокамерного сердца дало ряд преимуществ:

  • Разделение венозного и артериального кровотока
  • Повышение эффективности кровообращения
  • Возможность поддержания высокого уровня метаболизма
  • Переход к наземному образу жизни (у амфибий)

Почему у теплокровных животных четырехкамерное сердце?

Четырехкамерное сердце птиц и млекопитающих обеспечивает полное разделение артериального и венозного кровотока. Это позволяет поддерживать постоянную высокую температуру тела и интенсивный обмен веществ, необходимый для теплокровности.

Заболевания сердца у животных

Животные, как и люди, подвержены различным заболеваниям сердечно-сосудистой системы. Рассмотрим некоторые распространенные проблемы:

Какие сердечные заболевания встречаются у домашних животных?

У собак и кошек часто диагностируют:

  • Кардиомиопатии
  • Пороки сердца
  • Аритмии
  • Сердечную недостаточность

Особенности лечения сердечных заболеваний у животных

Лечение сердечных заболеваний у животных во многом схоже с лечением людей. Используются:

  • Медикаментозная терапия
  • Диетотерапия
  • Ограничение физических нагрузок
  • В редких случаях — хирургическое вмешательство

Однако есть и специфические особенности, связанные с физиологией конкретных видов животных.

Профилактика сердечных заболеваний у домашних питомцев

Для профилактики болезней сердца у домашних животных рекомендуется:

  • Регулярные ветеринарные осмотры
  • Сбалансированное питание
  • Контроль веса
  • Умеренные физические нагрузки
  • Своевременная вакцинация

Соблюдение этих правил поможет сохранить здоровье сердечно-сосудистой системы вашего питомца.

Интересные факты о сердцах животных

В заключение приведем несколько любопытных фактов о сердцах животных:

  • Сердце колибри совершает до 1260 ударов в минуту, что быстрее, чем вращается бормашина стоматолога
  • Жираф имеет самое большое кровяное давление среди наземных животных из-за необходимости прокачивать кровь по длинной шее
  • Сердце синего кита размером с небольшой автомобиль и весит около 180 кг
  • У осьминога три сердца — два перекачивают кровь через жабры, а третье — по всему телу
  • Сердце землеройки занимает рекордные 1,2% от массы ее тела
  • У тараканов сердце состоит из 13 камер, расположенных вдоль тела

Эти факты демонстрируют удивительное разнообразие и адаптивность сердечно-сосудистой системы в животном мире.

Кровеносная система рыб

В кровеносной системе рыб, по-сравнению с ланцетниками, появляется настоящее сердце. Оно состоит из двух камер, т. е. сердце рыб двухкамерное. Первая камера — это предсердие, вторая камера — это желудочек сердца. Кровь сначала попадает в предсердие, затем мышечным сокращением проталкивается в желудочек. Далее в результате его сокращения изливается в крупный кровеносный сосуд.

Сердце рыб находится в околосердечной сумке, расположенной за последней парой жаберных дуг в полости тела.

Как и у всех хордовы, кровеносная система рыб замкнутая. Это значит, что нигде по пути своего следования кровь не покидает сосудов и не изливается в полости тела. Чтобы обеспечить обмен веществ между кровью и клетками всего организма, крупные артерии (сосуды, несущие кровь, насыщенную кислородом) постепенно ветвятся на более мелкие. Самые мелкие сосуды — капилляры. Отдав кислород и забрав углекислый газ, капилляры снова объединяются в более крупные сосуды (но уже венозные).

У рыб только один круг кровообращения. При двухкамерном сердце по-другому быть и не может. У более высокоорганизованных позвоночных (начиная с земноводных) появляется второй (легочный) круг кровообращения. Но у этих животных и сердце трехкамерное или даже четырехкамерное.

Через сердце протекает венозная кровь, отдавшая кислород клеткам тела. Далее эту кровь сердце толкает в брюшную аорту, который идет к жабрам и ветвится на приносящие жаберные артерии (но несмотря на название «артерии» они содержат венозную кровь). В жабрах (а конкретно, в жаберных лепестках) из крови в воду выделяется углекислый газ, а из воды в кровь просачивается кислород. Происходит это в результате разницы в их концентрации (растворенные газы идут туда, где их меньше). Обогатившись кислородом, кровь становится артериальной. Выносящие жаберные артерии (уже с артериальной кровью) впадают в один крупный сосуд — спинную аорту. Она проходит под позвоночником вдоль тела рыбы и от нее берут начало более мелкие сосуды. От спинной аорты также отходят сонные артерии, идущие к голове и снабжающие кровью в том числе головной мозг.

Перед тем как попасть в сердце венозная кровь проходит через печень, где очищается от вредных веществ.

В кровеносной системе костных и хрящевых рыб есть небольшие различия. В основном это касается сердца. У хрящевых рыб (и некоторых костных) расширенный участок брюшной аорты сокращается наряду с сердцем, а у большинства костных рыб — нет.

Кровь рыб красная, в ней присутствуют эритроциты с гемоглобином, связывающим кислород. Однако эритроциты рыб имеют овальную форму, а не дисковидную (как, например, у человека). Количество крови, текущей по кровеносной системе, у рыб меньше, чем у наземных позвоночных.

Сердце рыб бьется не часто (около 20-30 ударов в минуту), и количество сокращений зависит от температуры окружающей среды (чем теплее, тем чаще). Поэтому их кровь течет не так быстро и, следовательно, обмен веществ относительно медленный. Это, например, влияет на то, что рыбы — холоднокровные животные.

У рыб органами кроветворения являются селезенка и соединительная ткань почек.

Несмотря на то, что описанная кровеносная система рыб характерна для подавляющего большинства из них, у двоякодышащих и кистеперых она несколько отличается. У двоякодышащих в сердце появляется неполная перегородка и появляется подобие легочного (второго) круга кровообращения. Но этот круг проходит не через жабры, а через плавательный пузырь, превращенный в легкое.

Расшифрован молекулярный механизм превращения трехкамерного сердца в четырехкамерное

Появление четырехкамерного сердца у птиц и млекопитающих было важнейшим эволюционным событием, благодаря которому эти животные смогли стать теплокровными. Детальное изучение развития сердца у эмбрионов ящерицы и черепахи и сравнение его с имеющимися данными по амфибиям, птицам и млекопитающим показало, что ключевую роль в превращении трехкамерного сердца в четырехкамерное сыграли изменения в работе регуляторного гена Tbx5, который функционирует в изначально едином зачатке желудочка. Если Tbx5 эспрессируется (работает) равномерно по всему зачатку, сердце получается трехкамерным, если только с левой стороны — четырехкамерным.

Выход позвоночных на сушу был связан с развитием легочного дыхания, что потребовало радикальной перестройки кровеносной системы. У дышащих жабрами рыб один круг кровообращения, а сердце, соответственно, двухкамерное (состоит из одного предсердия и одного желудочка). У наземных позвоночных — трех- или четырехкамерное сердце и два круга кровообращения. Один из них (малый) прогоняет кровь через легкие, где она насыщается кислородом; затем кровь возвращается к сердцу и попадает в левое предсердие. Большой круг направляет обогащенную кислородом (артериальную) кровь ко всем прочим органам, где она отдает кислород и по венам возвращается к сердцу, попадая в правое предсердие.

У животных с трехкамерным сердцем кровь из обоих предсердий попадает в единый желудочек, откуда она затем направляется и к легким, и ко всем прочим органам. При этом артериальная кровь в той или иной степени смешивается с венозной. У животных с четырехкамерным сердцем в ходе эмбрионального развития изначально единый желудочек подразделяется перегородкой на левую и правую половины. В результате два круга кровообращения оказываются полностью разделены: венозная кровь попадает только в правый желудочек и идет оттуда к легким, артериальная — только в левый желудочек и идет оттуда ко всем прочим органам.

Формирование четырехкамерного сердца и полное разделение кругов кровообращения было необходимой предпосылкой развития теплокровности у млекопитающих и птиц. Ткани теплокровных животных потребляют очень много кислорода, поэтому им необходима «чистая» артериальная кровь, максимально насыщенная кислородом, а не смешанная артериально-венозная, которой довольствуются холоднокровные позвоночные с трехкамерным сердцем (см.: Филогенез кровеносной системы хордовых).

Трехкамерное сердце характерно для амфибий и большинства рептилий, хотя у последних намечается частичное разделение желудочка на две части (развивается неполная внутрижелудочковая перегородка). Настоящее четырехкамерное сердце развилось независимо в трех эволюционных линиях: у крокодилов, птиц и млекопитающих. Это считается одним из ярких примеров конвергентной (или параллельной) эволюции (см.: Ароморфозы и параллельная эволюция; Параллелизмы и гомологическая изменчивость).

Большая группа исследователей из США, Канады и Японии, опубликовавшая свои результаты в последнем номере журнала Nature, задалась целью выяснить молекулярно-генетические основы этого важнейшего ароморфоза.

Авторы детально изучили развитие сердца у эмбрионов двух рептилий — красноухой черепахи Trachemys scripta и ящерицы анолиса (Anolis carolinensis). Рептилии (кроме крокодилов) представляют особый интерес для решения поставленной задачи, поскольку строение их сердца по многим признакам — промежуточное между типичным трехкамерным (таким, как у амфибий) и настоящим четырехкамерным, как у крокодилов, птиц и зверей. Между тем, по утверждению авторов статьи, вот уже 100 лет никто всерьез не изучал эмбриональное развитие сердца рептилий.

Исследования, выполненные на других позвоночных, до сих пор не дали однозначного ответа на вопрос о том, какие генетические изменения обусловили формирование четырехкамерного сердца в ходе эволюции. Было, однако, замечено, что регуляторный ген Tbx5, кодирующий белок — регулятор транскрипции (см. транскрипционные факторы), по-разному работает (экспрессируется) в развивающемся сердце у амфибий и теплокровных. У первых он равномерно экспрессируется по всему будущему желудочку, у вторых его экспрессия максимальна в левой части зачатка, из которой в дальнейшем формируется левый желудочек, и минимальна справа. Обнаружилось также, что уменьшение активности Tbx5 ведет к дефектам в развитии перегородки между желудочками. Эти факты позволили авторам предположить, что изменения в активности гена Tbx5 могли сыграть какую-то роль в эволюции четырехкамерного сердца.

В ходе развития сердца ящерицы в желудочке развивается мышечный валик, частично отделяющий выходное отверстие желудочка от его основной полости. Этот валик некоторыми авторами трактовался как структура, гомологичная межжелудочной перегородке позвоночных с четырехкамерным сердцем. Авторы обсуждаемой статьи на основе изучения роста валика и его тонкой структуры отвергают эту трактовку. Они обращают внимание на то, что такой же валик ненадолго появляется и в ходе развития сердца куриного эмбриона — наряду с настоящей перегородкой.

Полученные авторами данные свидетельствуют о том, что у ящерицы никаких структур, гомологичных настоящей межжелудочной перегородке, по-видимому, не формируется. У черепахи, напротив, формируется неполная перегородка (наряду с менее развитым мышечным валиком). Формирование этой перегородки у черепахи начинается намного позже, чем у цыпленка. Тем не менее получается, что у ящерицы сердце более «примитивное», чем у черепахи. Сердце черепахи занимает промежуточное положение между типичным трехкамерным (таким как у амфибий и ящериц) и четырехкамерным, таким как у крокодилов и теплокровных. Это противоречит общепринятым представлениям об эволюции и классификации рептилий. На основе анатомических признаков черепах традиционно считали самой примитивной (базальной) группой среди современных рептилий. Однако сравнительный анализ ДНК, проведенный рядом исследователей, раз за разом упрямо указывал на близость черепах к архозаврам (группе, включающей крокодилов, динозавров и птиц) и на более базальное положение чешуйчатых (ящериц и змей). Строение сердца подтверждает эту новую эволюционную схему (см. рисунок).

Авторы изучили экспрессию нескольких регуляторных генов в развивающемся сердце черепахи и ящерицы, в том числе гена Tbx5. У птиц и млекопитающих уже на очень ранних стадиях эмбриогенеза в зачатке желудочков образуется резкий градиент экспрессии этого гена (экспрессия быстро убывает слева направо). Оказалось, что у ящерицы и черепахи на ранних стадиях ген Tbx5 экспрессируется так же, как у лягушки, то есть равномерно по всему будущему желудочку. У ящерицы такая ситуация сохраняется до конца эмбриогенеза, а у черепахи на поздних стадиях формируется градиент экспрессии — по существу, такой же, как у цыпленка, только выраженный слабее. Иными словами, в правой части желудочка активность гена постепенно снижается, а в левой остается высокой. Таким образом, по характеру экспрессии гена Tbx5 черепаха тоже занимает промежуточное положение между ящерицей и курицей.

Известно, что белок, кодируемый геном Tbx5, является регуляторным — он регулирует активность многих других генов. На основе полученных данных естественно было предположить, что развитие желудочков и закладка межжелудочковой перегородки идут под управлением гена Tbx5. Ранее уже было показано, что уменьшение активности Tbx5 у мышиных эмбрионов ведет к дефектам в развитии желудочков. Этого, однако, было недостаточно, чтобы считать доказанной «руководящую» роль Tbx5 в формировании четырехкамерного сердца.

Для получения более веских доказательств авторы использовали несколько линий генетически модифицированных мышей, у которых в ходе эмбрионального развития ген Tbx5 можно было отключать в той или иной части сердечного зачатка по желанию экспериментатора.

Оказалось, что если выключить ген во всем зачатке желудочков, то зачаток даже не начинает подразделяться на две половинки: из него развивается единый желудочек без всяких следов межжелудочной перегородки. Характерные морфологические признаки, по которым можно отличить правый желудочек от левого независимо от наличия перегородки, тоже не формируются. Иными словами, получаются мышиные зародыши с трехкамерным сердцем! Такие зародыши погибают на 12-й день эмбрионального развития.

Следующий эксперимент состоял в том, что ген Tbx5 отключили только в правой части зачатка желудочков. Тем самым градиент концентрации регуляторного белка, кодируемого этим геном, был резко смещен влево. В принципе, можно было ожидать, что в такой ситуации межжелудочная перегородка начнет формироваться левее, чем положено. Но этого не произошло: перегородка не начала формироваться вовсе, зато наметилось подразделение зачатка на левую и правую части по другим морфологическим признакам. Это значит, что градиент экспрессии Tbx5 — не единственный фактор, управляющий развитием четырехкамерного сердца.

В другом эксперименте авторам удалось добиться, чтобы ген Tbx5 равномерно экспрессировался во всем зачатке желудочков мышиного эмбриона — примерно так же, как у лягушки или ящерицы. Это опять-таки привело к развитию мышиных эмбрионов с трехкамерным сердцем.

Полученные результаты показывают, что изменения в работе регуляторного гена Tbx5 действительно могли сыграть важную роль в эволюции четырехкамерного сердца, причем эти изменения произошли параллельно и независимо у млекопитающих и архозавров (крокодилов и птиц). Таким образом, исследование еще раз подтвердило, что в эволюции животных ключевую роль играют изменения в активности генов — регуляторов индивидуального развития.

Конечно, было бы еще интереснее сконструировать таких генно-модифицированных ящериц или черепах, у которых Tbx5 экспрессировался бы как у мышей и кур, то есть в левой части желудочка сильно, а в правой — слабо, и посмотреть, не станет ли у них от этого сердце больше похожим на четырехкамерное. Но это пока технически неосуществимо: генная инженерия рептилий еще не продвинулась так далеко.

Источник: Koshiba-Takeuchi et al. Reptilian heart development and the molecular basis of cardiac chamber evolution // Nature. 2009. V. 461. P. 95–98.

Александр Марков

Сердца и бессердечные в царстве животных · Границы для юных умов

Abstract

Мы все воспринимаем наши сердца как должное: удивительный орган внутри каждого человека, который непрерывно бьется, чтобы кровь текла по нашему телу. Кровоток гарантирует, что кислород, питательные вещества из пищи, гормоны и отходы попадают в нужные клетки. Сердце необходимо для поддержания жизни людей и большинства животных. Сердца еще более интересны, когда мы исследуем, что они делают, как они выглядят, как они работают, а также сходства и различия в сердцах видов по всей планете. Сердце жирафа похоже на сердце человека? Какое животное выживает, несмотря на то, что у него нет сердца? Может ли сердце биться более 1500 раз в минуту? От динозавров до насекомых, от людей до собак, в этой статье рассматривается то, что на самом деле происходит внутри, исследуя мир анатомии сердца.

Сколько у нас сердец?

Вы наверняка знаете, что у людей и жирафов только одно сердце, как и у большинства животных, но не у всех. Осьминоги и кальмары (животные, называемые головоногими ) имеют три сердца. Два сердца перекачивают кровь к жабрам, чтобы поглощать кислород, а другое перекачивает кровь по всему телу (рис. 1). Черви также необычны: пять структур, называемых дугами аорты, действуют как основные сердца. Миксина, которую иногда называют слизистым угрем, имеет одно настоящее сердце и три вспомогательных насоса, помогающих движению крови. Как только вы подумали, что уже все это слышали, некоторые животные бессердечны. Медузы, морские звезды и даже кораллы прекрасно обходятся без сердечек. У морских звезд даже нет крови, поэтому это объясняет, почему не требуется сердце. Вместо этого они используют небольшие волосовидные структуры, называемые ресничками, чтобы проталкивать морскую воду через свое тело и извлекать из воды кислород.

  • Рисунок 1 – Основные структуры сердца животных.
  • Сердце птиц и млекопитающих имеет четыре камеры (два предсердия и два желудочка). У лягушки, которая является земноводным, есть сердце с тремя камерами (один желудочек и два предсердия), а сердца рыб имеют две камеры (одно предсердие и один желудочек). Сердечная система осьминога состоит из трех сердец: одного основного сердца (h2), перекачивающего кровь к телу, и двух других сердец (h3 и h4), перекачивающих кровь к жабрам. А, атриум; В, желудочек.

Для фанатов «Доктора Кто» у вымышленных Повелителей Времени два сердца, но у реальных людей они очень редки. В крайне редких случаях у людей с кардиомиопатией врачи прикрепляют к собственному сердцу второе сердце. Здоровое и поврежденное сердце работают вместе, чтобы разделить нагрузку. Кроме того, близнецы, рожденные связанными друг с другом (сиамские близнецы), могут иметь два сердца естественным образом.

Сердца млекопитающих и птиц

У разных видов может различаться не только количество сердец. Базовая структура этого жизненно важного органа может сильно отличаться от одного вида к другому. Сердце в основном состоит из мышц, которые сокращаются и расслабляются, заставляя кровь двигаться по кровеносным сосудам в легкие и обратно по всему телу (рис. 2) 1 . Как у млекопитающих, у нас есть четыре основных части сердца: левое и правое предсердие и левый и правый желудочек . Это называется четырехкамерным сердцем. У других млекопитающих и птиц сердце четырехкамерное. У других групп животных, таких как рептилии, амфибии , рыбы и насекомые, сердце выглядит немного иначе (рис. 1).

  • Рисунок 2. Сердца адаптировались по-разному, чтобы лучше всего подходить каждому животному.
  • (А) У жирафа очень большой левый желудочек, так что сердечная мышца может перекачивать кровь к телу и по длинной шее к голове. Правый желудочек жирафа меньше, так как он перекачивает кровь только в легкие. Также показаны микроскопические изображения сердечной мышцы цыпленка (B) и собаки (C) . Цыпленок молодой и поэтому имеет только один желудочек и одно предсердие. Позже куриное сердце станет четырехкамерным, с двумя предсердиями и двумя желудочками.

Сердце рептилий и динозавров

Сердце рептилий состоит из трех камер, двух предсердий и одного желудочка (рис. 1). Исключение составляют крокодилы, у которых сердце четырехкамерное, как у млекопитающих и птиц. Однако в стенке камеры крокодила есть отверстие, поэтому вопрос о том, три или четыре камеры сердца, является предметом споров. Люди часто задаются вопросом, произошли ли динозавры от птиц или рептилий. Найти сердце динозавра очень редко, потому что, в отличие от кости, сердце представляет собой мягкую ткань, поэтому не часто сохраняется. Одно потенциально окаменевшее сердце показало, что у динозавров было четыре сердечных камеры, больше похожих на птиц, чем на рептилий. К сожалению, по мере дальнейшего исследования этого образца с использованием более передовых научных технологий было обнаружено, что он не является тканью динозавра, поэтому мы до сих пор недостаточно знаем о сердцах динозавров, чтобы предсказать, от каких животных произошли динозавры [2].

Сердца амфибий

Земноводные — интересная группа, так как их сердца сильно различаются. Живя на суше и в воде, многие получают кислород не только через легкие, но и через кожу. У большинства земноводных, включая лягушек и жаб, сердце трехкамерное, с двумя предсердиями и одним желудочком (рис. 1). Однако у безлегочных саламандр нет структуры, называемой перегородкой, которая делит предсердие на две отдельные части, поэтому у этого животного только одно предсердие и один желудочек. У некоторых менее известных земноводных между желудочками имеется перегородка, поэтому, возможно, у древних амфибий было четырехкамерное сердце, как у млекопитающих и птиц.

Сердца рыб и насекомых

В сердце рыб всего две камеры: предсердие и желудочек (рис. 1). Насекомые часто имеют только трубку, которая свободно перекачивает гемолимфу (название эквивалента крови насекомых) по всему телу, с сосудом, помогающим ей двигаться. Однако у тараканов 13 камер сердца!

Насколько велико ваше сердце?

Само собой разумеется, что размер сердца у разных животных разный. Ведь кит не смог бы выжить с сердцем размером с мышь. Сердце взрослого человека весит около 0,6 кг. Если вы сожмете кулак, это будет примерно размер вашего сердца. Сердце жирафа весит 26 фунтов, но синий кит действительно весит 400 фунтов. Самое маленькое сердце в мире принадлежит фее. Это крошечное животное имеет длину всего 0,2 мм, и чтобы увидеть его сердце, нужен микроскоп.

Сердца обычно составляют около 0,6% массы тела животного. Собаки и волки имеют относительно большое сердце по сравнению с их массой, на 0,8%. Между тем, кошачье сердце составляет всего 0,35% от массы тела кошки. Будем надеяться, что относительный размер сердца и количество любви, которую испытывают животные, не связаны. Если бы это было так, самое маленькое млекопитающее в мире, этрусская землеройка, подарила бы много любви! Мышевидная землеройка весит всего 2 г и имеет длину около 4 см, но ее сердце составляет 1,2% массы тела [3]. Ученые также обнаружили, что сердце землеройки может сжиматься в холодную погоду. Эта усадка помогает землеройкам выжить в суровом климате за счет уменьшения количества необходимой им пищи. Это маленькое млекопитающее каждый день съедает в два раза больше своего веса, поэтому впадать в спячку не вариант. Они редко даже спят.

Быстрый и вялый сердечный ритм

То, как работает сердце животных, также различается у разных видов. Частота сердечных сокращений , измеряемая в ударах в минуту (уд/мин), различается у разных видов. Как правило, у более крупных животных частота сердечных сокращений медленнее. У крупного слизня частота сердечных сокращений составляет около 55 ударов в минуту, в то время как у более мелких видов слизней частота сердечных сокращений составляет 90 ударов в минуту. У многих китов частота сердечных сокращений составляет 10–30 ударов в минуту, у жирафов — 40–90, а у кошек — около 150. У еще более мелких животных это число увеличивается: у взрослой курицы частота сердечных сокращений составляет 259 ударов в минуту.ударов в минуту, у цыпленка 400 (Видео 1), а сердце хомяка бьется со скоростью 450 ударов в минуту. Маленькая этрусская землеройка работает со скоростью 835 ударов в минуту, что более чем в 12 раз выше, чем у человека. Самая высокая зарегистрированная скорость землеройки составила 1511 ударов в минуту, что является мировым рекордом для теплокровных животных [3].

Частота сердечных сокращений у людей составляет около 60–100 ударов в минуту, но у детей она часто несколько выше. В возрасте 1 месяца 70–190 — вполне нормальное значение, 80–120 — для детей 3–4 лет и 60–100 — к 10 годам. Ребенок, растущий внутри матери, начинает с 80 ударов в минуту на 5-й неделе, 155–19.5 в возрасте 9 недель и около 130 непосредственно перед рождением. Интересно, что человеческое сердце начинается как трубка у 19–20-дневного эмбриона, как у рыбы, но постепенно вращается, развивается и разделяется на четыре камеры в течение следующих 6 недель.

Физические нагрузки, температура и спящий режим Все изменения частоты сердечных сокращений

Изменения частоты сердечных сокращений у большинства тренирующихся животных. Бег жирафов может достигать 170 ударов в минуту, а людей — 220, но в идеале это должно быть немного меньше. Частота сердечных сокращений крокодила при 10 ° C составляет 1–8 ударов в минуту, при 28 ° C — от 24 до 40, а когда температура превышает 40 ° C, сердце может быть повреждено. Молодые стрижи (птицы) в гнезде снижают частоту сердечных сокращений, чтобы не умереть от голода. Спящие животные также могут снизить частоту сердечных сокращений. Медведи гризли обычно показывают 84 удара в минуту, что снижается до 19.ударов в минуту во время спящего режима; человеческое сердце обычно переставало работать, если оно опускалось до такой степени. Эмоции, такие как страх, любовь и волнение, а также уровень гормонов, болезнь, уровень кислорода и другие факторы как внутри, так и вне тела могут изменить частоту сердечных сокращений.

Исцеление разбитого сердца

В нашей предыдущей статье Frontiers for Young Minds «Исцеление разбитого сердца» мы рассмотрели лечение больных сердец [4, 5]. У рыбки данио есть очень важная способность: она может регенерировать (отрастать), поэтому, если она получает травму или у нее проблемы с сердцем, она часто может восстанавливаться. Человеческие тела фантастические, и они постоянно пытаются заменить сердечные клетки и восстановить сердечную ткань, но данио — настоящий профессионал в лечении разбитого сердца.

Выводы

В этой статье мы рассмотрели некоторые сходства и различия между сердцами разных видов. Млекопитающие и птицы имеют очень похожие сердца в результате эволюции, в то время как рептилии, рыбы, насекомые и другие животные развили сердца, немного отличающиеся от сердца млекопитающих. Окружающая среда как внутри, так и снаружи каждого животного помогает контролировать структуру и функцию сердца, но выбор образа жизни, такой как физические упражнения и еда, может иметь огромное влияние на здоровье вашего сердца. Сердца ваших друзей больше похожи на ваше, чем, например, на сердце жирафа, и даже больше, чем на сердце лягушки или паука, но сердце каждого человека уникально. Ваше сердце постоянно приспосабливается к ситуациям, в которых вы находитесь, реагируя на пищу, упражнения, эмоции и болезни. В отличие от кальмара, у вас есть только одно сердце, и оно будет биться около 2,21 миллиарда раз за вашу жизнь, поэтому стоит сохранить его здоровым.

Глоссарий

Головоногие моллюски : Животные без позвоночника, включая кальмаров, осьминогов и наутилусов. Головоногие имеют симметричные тела, выступающие головы и щупальца.

Предсердие : Верхняя камера или камеры сердца. Множественное число — предсердия: например, у вас может быть одно предсердие или два предсердия.

Желудок : Нижняя камера или камеры сердца.

Амфибия : Животные с позвоночником, которым для выживания нужна вода или влажная среда. К амфибиям относятся жабы, лягушки, саламандры и червяги (земноводные без ног и конечностей).

Гемолимфа : Жидкость, похожая на кровь, которая необходима некоторым простым животным для перемещения питательных веществ и кислорода по телу.

Частота сердечных сокращений : Количество ударов сердца в минуту.

Видео 1 : Вначале, когда цыпленок растет в яйце, его сердце можно увидеть снаружи тела. Со временем сердце переместится внутрь тела. На этом видео показано, как бьется сердце цыпленка, когда ему всего несколько дней. Сердце по-прежнему представляет собой трубку, состоящую из двух камер, желудочка и предсердия, но по мере роста оно в конечном итоге будет иметь четыре камеры. Вы можете видеть, как кровь качается через камеры сердца.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы хотели бы поблагодарить наших молодых рецензентов, Эрин и Джошуа Ратланд. Часть этой работы стала возможной благодаря финансированию Анатомического общества в виде гранта для привлечения общественности и работы с общественностью Катрин под названием «Анатомия для ВСЕХ — Делаем анатомию доступной». Мы также хотели бы поблагодарить Британскую научную ассоциацию и Ноттингемский университет за присуждение Кэтрин стипендии BSA Media Fellowship 2019. ].


Ссылки

[1] Мачадо М., Митчелл К., Франклин Дж., Торп А. и Ратленд К. С. 2020. Кровеносные сосуды под микроскопом. Перед. Молодые умы 8:151. doi: 10.3389/frym.2019.00151

[2] Клеланд, Т., Стоскопф, М., и Швейцер, М. 2011. Гистологическое, химическое и морфологическое повторное исследование «сердца» небольшого позднемелового Thescelosaurus. Naturwissenschaften . 98, 203–211. doi: 10.1007/s00114-010-0760-1

[3] Юргенс, К. Д., Фонс, Р., Петерс, Т. и Сендер, С. 1996. Частота сердечных сокращений и дыхания и их значение для скорости конвективного транспорта кислорода у самого маленького млекопитающего, этрусской землеройки Suncus. этруск. Дж. Эксп. биол. 199:2579–84.

[4] Кларк, Н., Алибхай, А., и Ратленд, К. С. 2018. Лечение разбитого сердца — генетика сердечных заболеваний. Перед. Молодые умы 6:19. doi: 10.3389/frym.2018.00019

[5] Симпсон, С., Ратленд, П., и Ратленд, К. С. 2017. Геномный взгляд на кардиомиопатии: сравнительный межвидовой обзор. Вет. науч. 4:19. doi: 10.3390/vetsci4010019

Биология — Кровеносная система — Сердце разных видов

Биология — Кровеносная система — Сердце разных видов

Разные сердца

Сердце рыбы состоит из двух камер: предсердия и желудочка. Дезоксигенированная кровь поступает из организма, попадает в предсердие, а затем в желудочек, где она перекачивается в тело через жабры.

Кровь перекачивается от сердца через капиллярные русла жабр и через капиллярные русла тканей. Кровь замедляется, когда она поступает в капиллярные русла жабр. Он медленно движется по пути к тканям и нуждается в скелетно-мышечной деятельности, чтобы помочь крови вернуться к сердцу. Таким образом, рыба полагается на физическое движение, чтобы кровь возвращалась к сердцу.

Если бы наземные млекопитающие полагались на этот метод возврата крови к сердцу, они бы умерли от истощения. Вода поддерживает массу рыбы, но на суше, где нет выталкивающей силы, гравитация оказывает негативное влияние на животное.

Насекомые относятся к членистоногим и, как и все членистоногие, имеют открытую кровеносную систему. То есть кровь не находится в кровеносных сосудах, поскольку она путешествует по телу. В открытой системе кровь, подобная жидкости, называемой гемолимфой, свободно течет в полостях тела, где она вступает в непосредственный контакт со всеми внутренними тканями и органами.

Сердце насекомого представляет собой кровеносный сосуд, называемый спинным сосудом. Этот дорсальный сосуд разделен на камеры, которые разделены клапанами, чтобы обеспечить движение гемолимфы в одном направлении. Мышцы, прикрепленные к стенкам каждой камеры, испытывают перистальтические сокращения и заставляют кровь течь вперед из камеры в камеру.

 

Сердце амфибии, например лягушки, имеет три камеры, один желудочек и два предсердия. Кровь из желудочка попадает в легкие и кожу, где она насыщается кислородом, а также в организм. В желудочке деоксигенированная и насыщенная кислородом кровь смешиваются перед откачкой из сердца. Это очень неэффективный метод по сравнению с сердцем млекопитающего.

У амфибий, однако, более низкий метаболизм, поэтому им требуется меньше кислорода. Потребность в меньшем количестве кислорода предъявляет меньшие требования к сердцу по доставке крови с высокой концентрацией кислорода. Таким образом, сердце с тремя камерами идеально подходит для нужд амфибий, которые также могут поглощать кислород через кожу, когда она влажная. Однако млекопитающие и птицы имеют более высокую скорость метаболизма, поэтому должны иметь способ доставлять в организм больше кислорода на литр крови, чем амфибии.

 

Сердце птиц больше похоже на сердце млекопитающих с четырьмя камерами. Теплокровные животные, такие как птицы и млекопитающие, имеют высокую скорость метаболизма, и эффективная циркуляция крови является необходимостью. Кровь млекопитающих и птиц течет через сердце, где деоксигенированная кровь, поступающая в легкие, отделяется от крови, предназначенной для организма.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

© 2025, Зоомагазин-бутик «4 с хвостиком»