Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Эволюция органов дыхания

Реферат

по дисциплине «Зоология беспозвоночных»

Новосибирск 2012г.

Содержание

Общие сведения ……………………...……………………..3
Дыхание беспозвоночных животных ……………………..4
Эволюция дыхания беспозвоночных

в зависимости от среды обитания……………….………...11

Литература…………………………………………………..14

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ДЫХАНИЕ - совокупность процессов, обеспечивающих поступление в организм кислорода и удаление углекислого газа (внешнее дыхание), а также использование кислорода клетками и тканями для окисления органических веществ с освобождением энергии, необходимой для их жизнедеятельности (т. н. клеточное, или тканевое, дыхание).

Сущность дыхания— окисление органических веществ в клетках живых организмов с освобождением энергии, необходимой для процессов жизнедеятельности.

Поглощение кислорода организмом и удаление из него углекислого газа через поверхность тела или органы дыхания называется газообмен.
Поступление необходимого для дыхания кислорода в клетки тела у животных происходит через поверхность тела (например, у дождевого червя), через органы дыхания (трахеи у насекомых, жабры у рыб, легкие у наземных позвоночных и человека).

Транспорт кислорода и поступление его в клетки различных тканей и органов у многих животных и человека происходит за счет крови.
Различают внешнее (легочное) дыхание, при котором происходит газообмен между атмосферным воздухом и кровью, и тканевое, или внутреннее дыхание, связанное с потреблением кислорода митохондриями выделением углекислого газа.

Роль кислорода заключается в окислении органических веществ до неорганических, освобождении при этом полученной с пищей энергии и использовании ее во всех процессах жизнедеятельности.

ДЫХАНИЕ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ

Са́ркома́стигофо́ры, или Саркожгутиконосцы (лат. Sarcomastigophora) — полифилетическая группа животных в некоторых старых системах рассматривалась в качестве типа свободноживущих и паразитических протозоа, которые передвигаются с помощью псевдоподий или жгутиков. Насчитывают около 18000 видов.

Саркомастигофоры представители одноклеточных организмов принимают растворенный в воде кислород и выделяют углекислый газ, образующийся в цитоплазме, через всю поверхность тела. Ненужные вещества собираются в сократительной вакуоли и время от времени удаляются из организма через нее.

Губки (лат. Porifera) — большая группа организмов; многоклеточных, преимущественно морских, модульных беспозвоночных животных, не достигших уровня тканевой организации. Обычно создают колонию. До настоящего момента описано 8000 видов. Губки появились на планете с докембрия.

Тело губки вентилируется при помощи водоносной системы, расстояние между каналами которой не превышает 1 мм. Поэтому поступление продуктов обмена и газов в воду, протекающую по водоносной системе, из тела осуществляется при помощи диффузии.

Кишечнополостные (лат. Coelenterata, Radiata) — многоклеточные беспозвоночные животные. В настоящее время под этим названием имеют в виду два современных типа: стрекающих (Cnidaria) и гребневиков (Ctenophora). Эта группа традиционно противопоставляется таксон Bilateria.

Многие ученые не относят гребневиков в состав группы кишечнополостных и используют это наименование в более узком смысле — как синоним для типа стрекающих. Радиальные (Radiata), наоборот, обычно рассматривают в наиболее широком смысле, относя к ним губки и пластинчатыее.

Представители группы лишены специализированных органов дыхания , что обычно считают следствием двуслойного плана строения, при котором большинство клеток находится в составе эпителиев и контактируют с реальной внешней средой.

Плоские черви (лат. Plathelminthes, или Platyhelminthes ) — группа организмов, в большинстве новых классификаций имеет ранг типа, объединяющего значительное количество низкоорганизованных беспозвоночных (червеобразных), у которых отсутствует полость тела. В современном виде тип довольно парафилетический, но состояние их исследования не дает возможности предложить филогенетическую систему, удовлетворяющую всем требованиям, в связи с этим зоологам по традиции приходится пользоваться этим названием. Плоские черви распространены в солёных и пресных водоёмах; большая часть паразиты для различных групп живых организмов, как позвоночных, так и беспозвоночных, некоторые виды способны существовать во влажной наземной среде. В настоящее время известно около 25 000 видов, в России — более 3000 видов.

Газообме осуществляется по всей поверхности тела; органов дыхания и кровеносных сосудов нет.

Круглые черви или Нематоды (лат. Nematoda, Nematodes) — тип беспозвоночных организмов (первичнополостные черви). В настоящий момент известно приблизительно 80 тысяч видов круглых червей, но оценивая реальное разнообразие, основывающееся на темпах открытия новых видов (в частности, разнообразных паразитов насекомых), предполагается существование более миллиона видов.

Свободноживущие круглые черви обитают в почве, пресных и солёных водоёмах. Нематоды Halicephalobus mephisto являются одними из самых глубокоживущих многоклеточных организмов на Земле. Большинство представителей являются паразитами и вызывают нематодные заболевания у растений или нематодозы у человека и животных. Самые известные паразитические организмы среди нематод человека: ришта, аскариды, анкилостома, трихинеллы.

Определённого органа дыхания нет. Осуществляемое через кишеник дыхание - аэробное (самостоятельное). При недостатке кислорода, нематоды осуществляют анаэробный обмен (фумаратное дыхание).

Ко́льчатые черви, аннели́ды или кольчецы́, (лат. Annelida, от annelus — колечко) — беспозвоночные первичноротые организмы (Protostomia), включающие малощетинковых и многощетинковых кольчецов, к ним относятся пиявки и мизостомиды. Тип включает более 18 000 видов, которые обитают в толще почвы, пресных и морских водоёмах. Многие пиявки имеют наземный образ жизни в тропических лесах. Наиболее известный представитель кольчатых червей — дождевой червь.

У нескольких видов кольчецов впервые образуется специализированный орган дыхания. Для организмов (обитателей водоёмов), к которым относится большая часть кольчатых червей, первичным органом газообмена являются жабры - разветвленные выросты тела с тонкими покровами, через которые кислород, растворенный в воде, проникает внутрь организма. Следует обращать внимание на то такой факт, что в отличие от кожного дыхания, когда усвоение кислорода происходит по всей поверхности тела, при жаберном дыхании данный процесс ограничен относительно маленьким участком тела. Вследствие чего возникла необходимость в направленном транспорте кислорода к тканям и органам - «потребителям». У дождевого червя, в связи с жизнью в почвенной среде, жабры фактически отсутствуют. Он возвращается к дыханию через кожу.

Моллюски, или мягкоте́лые (лат. Mollusca от лат. molluscus «мягенький») — целомические животные со спиральными дроблениями. Обычно их относят к первичноротым беспозвоночным животным. На настоящее время в состав типа Mollusca входит не менее 150 000 видов, в России — 2863 вида. Моллюски встречаются практически во всех средах жизни: морских и пресноводных водоёмах, на суше. Чаще всего моллюски являются свободноживущими организмами, но среди них встречаются и паразитические формы. Моллюски – это кальмары, осьминоги, наземные и водные улитки и др. Моллюски изучаются наукой малакологией, а раковины моллюсков — конхологией.

Обмен газов со средой у брюхоногих моллюсков осуществляется при помощи специализированного органа дыхания — примитивных жабр, в форме постоянно увлажняющихся лепестков либо мантийной полости, открывающейся отверстиями (пневмостомами) наружу. Незамкнутой кровеносной системой обеспечивается транспорт кислорода к тканям организма кислорода, при участии гемоглобина.

Членистоно́гие (лат. Arthropoda) — первичноротые животные, включающие ракообразных, насекомых, многоножек и паукообразных. По числу видов и их распространению их можно считать самой многообразной группой беспозвоночных животных. Численность видов членистоногих больше количества всех видов других животных вместе взятых. Отличительная особенность организмов настоящей группы беспозвоночных животных — наличие наружного скелета из хитина. Членистоногие распространяются практически повсеместно и везде играют свою важную роль.

Хелицеровые (лат. Chelicerata) — группа членистоногих (Arthropoda). Несмотря на то, что подтип возник в водных средах, наибольшее видовое разнообразие он достиг среди более известных сухопутных представителей — паукообразных. На сегодняшний день из низкоорганизованных хелицеровых беспозвоночных встречаются морские пауки (около 1000 видов) и мечехвосты (4 вида). Среди организмов, вернувшихся к жизнедеятельности в водоёмах, встречаются некоторые пауки и клещи. Большая часть хелицеровых являются хищниками. Некоторые морские пауки и клещи на определённых этапах жизни становятся паразитическими организмами. Хелицеровых описано более 100 000 ныне существующих видов, из них большая часть это клещи и пауки. Также к хелицеровым относятся ракоскорпионы.

Паукообра́зные (лат. Arachnida) — группа членистоногих, подтип хелицеровые (Chelicerata). Широко известны следующие представители: скорпионы, пауки и клещи.

Органы дыхания паукообразных - трахеи (фаланги, лжескорпионы, сенокосцы и некоторые клещи) или специальные легочные мешки (скорпионы и жгутоногие), также возможны оба варианта, например у пауков. У простейших паукообразных обособленных органов дыхания нет; такие органы на нижней стороне брюшка открываются наружу, реже у головогруди, одна или несколько пар дыхательных отверстий (stigma).

Легочный мешок является более примитивной структурой. Известно, что он произошел при видоизменении брюшной конечности в ходе освоения наземного образа жизни предками паукообразных, при этом конечности впятились в брюшко. Легочные мешки у паукообразных беспозвоночных представляют собой углубления в теле, а их стенки образующие многочисленные листовидные пластинки с обширными лакунами, заполяет гемолимфа. Сквозь тонкую стенку пластинки осуществляется обмен газом между гемолимфой и воздухом, поступившим в легочные мешки через отверстия дыхалец, которые расположены у брюшка. Легочным дыханием дышат скорпионы (четыре пары легочных мешков), жгутоногие (одна или две пары) и низкоорганизованные пауки (одна пара).

Лжескорпионы, сенокосцы, сольпуги и некоторые клещи дышат при помощи трахей, а большинство пауков (кроме более примитивных) одновременно имеют и легкие (сохраняется одна — передняя пара) и трахеи. Трахея представляет собой тонкую ветвящуюся (у сенокосцев) или неветвящуюся (у лжескорпионов и клещей) трубочку. Трахеи пронизывают изнутри организм беспозвоночного и открываются наружу отверстиями стигм на первых сегментах брюшка (у большинства форм) или на I сегменте груди (у сольпуг). Трахея более приспособлена к воздушному газообмену, чем легкое.

У многих мелких клещей специализированные органы дыхания отсутствуют, у них газообмен происходит, как у примитивных беспозвоночных, по средствам диффузии через всю поверхность тела.

Ракообра́зные (лат. Crustacea) — подтип членистоногих (Arthropoda). В основном обитают в воде, населяют морские и пресные водоёмы. Существуют группы ракообразных приспособившихся к жизни на суше: такие как сухопутный краб и рак-отшельник, мокрица. Многие представители адаптировались к самостоятельным передвижениям, другие являются организмами с сидячим образом жизни — морской жёлудь, или балянус, который активно передвигается лишь во время личиночной стадии. Некоторые таксоны характеризуются тем, что ведут паразитический образ жизни. В настоящее время известно около 52 тысяч существующих видов. Ракообразных изучает наука называемая карцинологией.

Дыхательная система ракообразных, как и у класса Polychaeta , тесно связана с конечностями. У ряда мелких ракообразных специализированных органов дыхания нет (подкл. Ostracoda, Maxillopoda и др.) – они дышат всей поверхностью тела. У других раков для дыхания используются кожные жабры. Это эпиподиты, пластинчатые или ветвистые тонкостенные выросты, отходящие от протоподитов ног. В основном они находятся рядом с грудными конечностями.

У представителя отряда Decapoda жабры находятся около боковых краёв головного щита внутри некой жаберной полости; развиваясь вначале на протоподитах грудных ног, они позднее частью переходят и на боковую стенку самого тела. В ходе данного процесса жабры Decapoda становятся в продольные ряды. Жабры первого ряда сохранили первичные положения на протоподитах ног, жабры второго поместились на месте соединения протоподитов и тела, а жабры третьего ряда сидят на боковых стенках тела. В жаберную полость вода входит с одного конца через щель между головными щитами и телом, а выходит из другого, при этом в направлении токов воды (спереди назад или обратно) возможны изменения. Проведение воды сквозь жаберную полость способствовало движению специальных отростков максилл, которые производят до 200 машущих движений за 1 минуту. В жабрах продолжается полость тела, в которую попадает гемолимфа; кутикула жабр довольно нежная, и через нее легко проходит газообмен.

Интересное изменение дыхательных аппаратов встречается у некоторых ракообразных, которые перешли к жизнедеятельности на суше. Часть наземных Isopoda, а именно мокрицы, на пластинчатых брюшных ногах имеют глубокое ветвящееся впячивание покровов. Полости конечностей заполнены гемолимфой, которая омывает впячивание. В зону впячивания проникает воздух, диффундирующий в окружающей гемолимфе. Данный орган очень напоминают трахею, т. е. орган дыхания типичного сухопутного членистоногого.

Трахейнодышащие, или трахе́йные (лат. Tracheata) — подтип членистоногих, приспособленных к жизни на суше (или вторичноводных), имеющих органы дыхания, образованные системой трахей. Появление специализированного органа дыхания было связано с формированием непроницаемых покровов, развитие которых стимулировалось наземным образом жизни. Совершенствование системы дыхательных органов, в свою очередь способствовало упрочнению покровов этих животных.

Органы дыхания образованы системой трахей — воздушных каналов, которые тянутся по всему телу и снабжают клетки организма кислородом, что связано с переходом к существованию на суше.

Насеко́мые (лат. Insecta, Insecta-Ectognatha, Ectognatha) — класс (по другой классификации — надкласс) беспозвоночных членистоногих животных. Насекомых как и многоножек относят к подтипу трахейные беспозвоночные. В настоящее время описано более 1,5 миллиона видов насекомых. Данный класс обладает наибольшим разнообразием среди всех остальных организмов на планете; к насекомым относятся бабочки, жуки, мухи, муравьи, пчёлы и другие. Энтомология - наука, которая изучает насекомых.

Дыхательная система большинства насекомых представлена множеством трахей, которые пронизывают весь организм животного. Трахеи ветвятся и опутывают все внутренние органы. Концевые ветви трахей заканчиваются звёздчатой трахейной клеткой, от которой отходят тончайшие трахейные трубочки (трахеолы), проникающие даже внутрь клеток окружающих тканей. Трахейной системой насекомых является открытая система (свободно сообщающихся с окружающим воздухом), однако личинки, живущие в водоёмах, имеют закрытую систему. Закрытая система снабжает трахейную полость кислородом при помощи трахейных жабр, которые улавливают растворённый в воде кислород.

Трахейная система насекомых, выступающая в роли органа снабжающего организм кислородом, также осуществляет транспортные функции с доставкой кислорода к тканям. Наличие трахейной системы, пронизывающей всё тело, необходимо, так как она не позволит насекомому достигнуть большого размера (по сравнению с позвоночными, например).

Иглокожие (лат. Echinodermata) — морские донные животные, большая часть которых - свободноживущие, редко сидячие, встречающиеся на любой глубине Мирового океана. В настоящее время описано более 7 тыс. ныне встречающихся видов (в России — 400). Также как хордовые, иглокожих относят ко Вторичноротым животным (Deuterostomia). Современные представители типа это морская звезда, морской еж, офиура (змеехвостик), голотурия (морской огурец) и морская лилия. В составе данного типа также около 13 тыс. вымерших видов, процветающих в море, начиная с раннего кембрия.

Иглокожие — это, обычно, крупные животные. Анаэробный обмен у них не сильно развит, и они чувствительны к содержанию кислорода. Для интенсификации газообмена все они имеют жабры. Жабры представлены полыми, тонкими выростами (выпячиваниями) стенок тела, которые вентилируются морской водой снаружи и целомической жидкостью изнутри. Целомическая жидкость (а не кровь) это главное транспортное средство для переноса газа. В типичном случае каждая большая целомическая полость имеет свои собственные, отдельные, специализированные жабры. Амбулакральные ножки являются жабрами для ВСС всех иглокожих, включая морских звёзд.

У морских звёзд специализированные жабры, связанные с перивисцеральным целомом, называются папулами и располагаются на аборальной поверхности мясистых рук. Папула напоминает амбулакральную ножку, но она лишена присоски и является прямым отростком перивисцерального целома, а не ВСС. Иногда папулы разветвлены, а у видов с паксиллами они располагаются в заполненном водой жаберном пространстве под «второй кожей». Папулы поставляют кислород к перивисцеральному целому, вентилируя кишечник, гонады и мышцы диска и рук.

ЭВОЛЮЦИЯ ДЫХАНИЯ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ

В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СРЕДЫ ОБИТАНИЯ

Водные беспозвоночные. Обитатели водной среды — колыбели жизни на нашей планете — потребляют растворенный кислород напрямую из воды, в воду же выделяют углекислый газ, образующийся в процессе биологического окисления. Прямое дыхание свойственно простейшим — одноклеточным (впрочем, и некоторым многоклеточным организмам, например личинкам насекомых). Диффузия респираторных газов сквозь всю поверхность тела присуща плоским червям и губкам.

Конвективный перенос газов присутствует у иглокожих: у них происходит побуждаемый движением ресничек ток жидкости (где и растворяются газы) через целомическую полость. В этом случае функция дыхания еще неотделима от выделения и питания.

В ходе последующего развития "внешний" конвективный транспорт газов дополняется "внутренним": появляется кровеносная система. Впервые замкнутый контур циркуляции формируется у немертин: их кровь уже содержит гемоглобин - химический переносчик кислорода. В целом же в кислородном транспорте принимают участие различные пигменты (хлорокруорины, гемоцианины и гемоглобины, гемеретрины), встречающиеся у отдельных представителей ряда типов животных: круглых, плоских и кольчатых червей, моллюсков, иглокожих, членистоногих.

Наземные беспозвоночные. Впервые многоклеточные воздуходышащие появились в силурийский период. Выходу животных на сушу способствовало несколько факторов: обеднение водоемов кислородом при одновременном увеличении в атмосфере его парциального давления, которое достигло в то время (около 450 млн. лет тому назад) почти 14 мм рт. ст. Молекулярный кислород значительно доступнее в воздушной среде, нежели в водной: скорость диффузии O2 в воздухе примерно в 300 тыс. раз выше, чем в воде. Впрочем, поглощение данного газа организмом всегда проходит этап растворения в жидкости, покрывающей газообменные поверхности. Эта закономерность сохраняется на всех стадиях эволюции.

Первый из "сухопутных" способов дыхания появляется у кольчатых червей. Он происходит без участия каких-либо респираторных органов. Газообмен осуществляется через увлажненный кожный покров, включающий однослойный эпителий, полностью снабженный кровеносными сосудами. Мышечные сокращения быстро проталкивают кровь, содержащую гемоглобин, в глубокие ткани.

Второй тип газообмена со средой встречается у брюхоногих моллюсков. Здесь формируются специальные органы дыхания — первичные жабры в форме постоянно увлажненных лепестков или мантийная полость, открывающаяся наружу отверстиями — пневмостомами. Незамкнутая кровеносная система обеспечивает с участием гемоглобина транспортировку кислорода к тканям животного.

Разнообразные типы дыхания появляются у членистоногих. Предки данных животных жили в воде, а некоторые (большая часть ракообразных) остались воднодышащими организмами. С выходом на сушу листовидные жабры, соединенные с конечностями, стали преобразовываться в мешковидные формы, которые называют диффузионными легкими. Кислород от легких достигает тканей по незамкнутой кровеносной системе с током гемолимфы, которую проталкивает трубчатое сердце. Однако у большей части членистоногих эволюционно формируется совершенно другой орган дыхания — трахея, проникающая глубоко в организм беспозвоночного. В целом трахейный способ газообмена присутствует в основном у насекомых.

Развитие системы трахей у насекомых было обусловлено, наличием покрова из хитина, а также довольно большими в расчете на единицу массы тела энерго затратами, и как следствие, интенсивным потреблением кислорода (в полете оно увеличивается в десятки, а то и в сотни раз). Дыхательная система насекомых связана с внешней средой через дыхальца (стигмы). Каждое дыхальце ведет к артериальной полости, а дальше к широко ветвящимся трубочкам, трахеям, делящимся в основном в соответствии с сегментом тела. Это ветвление заканчивается узкой короткой трахеолой, достигающей клеточной мембраны, или даже проникает внутрь клетки к митохондриям.

Главный механизм трахейного дыхания это диффузия газов, поддерживаемая разностью парциальных давлений между клетками и атмосферой. Также, транспорт респираторных газов обеспечивается конвективными потоками, хотя и весьма непостоянными. Движение воздуха в трахеях вызывает ритмические сокращения туловища, которые управляются центрами, расположенными в ряде ганглиев нервной системы насекомых. Ритмические изменения объема груди в полете тоже содействуют вентиляции трахейной системы. Помимо того, дыхание регулируется в зависимости от потребностей тканей в кислороде открытием и закрытием дыхалец, а также активным перемещением кончиков трахеол и содержащейся в них жидкости — плазмы гемолимфы (сама гемолимфа существенной роли в газообмене не играет).

Трахейное дыхание способствует адаптации насекомого к самым различным условиям жизнедеятельности. В основе данного типа газообмена лежит механизм диффузионного транспорта, ограничивающий расстояние, на которое переносится кислород. Это одна из причин, препятствующих представителям самого многочисленного класса животных достичь сколько-нибудь значительных размеров.

ЛИТЕРАТУРА

Бирг В.С. Зоология беспозвоночных, М. 1995 г.
Догель В.А. Зоология беспозвоночных, М.: Высшая школа, 1981 г.
Шарова И. Х. Зоология беспозвоночных животных, М. 2002 г.

Эволюция органов дыхания 📙 Реферат → 🆔 307485