Budowa układów krążenia i narządów jako wyraz przystosowania do roznych srodowisk zycia.

Kręgowce to organizmy żywe, które zasiedlają wszystkie dostępne środowiska życia, zarówno wodne jak i lądowe. Niektóre opanowały również powietrze. Oczywiście nie stało się to od razu, tylko w toku ewolucji. Pierwsze organizmy pojawiły się w wodzie. Oddychanie umożliwiał im tlen w niej rozpuszczony. Jednak zwierzęta wodne w większym stopniu niż lądowe narażone są na niedobór tlenu. Jest tak, ponieważ jego dyfuzja w środowisku wodnym jest wolniejsza niż w lądowym. Dlatego też woda szybko ubożeje w tlen w najbliższym otoczeniu zwierzęcia. Z tego też powodu zwierzęta wyszły na ląd. Tu tlenu było więcej, miały większą możliwość rozwoju. Aby to wszystko było jednak możliwe, kręgowce musiały wykształcić odpowiednie narządy, które były wciąż usprawniane w toku ewolucji. Usprawnienia te znajdują swój wyraz w zmianach budowy narządu oddechowego: poprzez wymianę gazową przez skórę, aż do dobrze wykształconych płuc. Ze względu na coraz intensywniejszy metabolizm, kręgowce musiały odpowiednio usprawnić swoje układy krążenia, rozwinąć ser-ce, naczynia krwionośne i limfatyczne. Stopień rozwoju układu krążenia jest ściśle powiązany ze stopniem rozwoju narządu wymiany gazowej.

Pierwszą gromadą kręgowców są krągłouste. Wyróżniamy wśród nich minogi i śluzice. Są to zwierzęta związane ze środowiskiem wodnym. Aby móc oddychać tlenem rozpuszczonym w wodzie, wykształciły skrzela. Jest to najbardziej prymitywny narząd wymiany gazowej wśród kręgowców. Układ oddechowy rozpoczyna się w tylnym końcu jamy gębowej szerokim, ślepo zakończonym przewodem skrzelowym. Oddzielony on jest od otworu gębowego specjalnym żagielkiem. Przewód skrzelowy przebity jest siedmioma parami szpar. Prowadzą one do pęcherzykowatych worków skrzelowych oddzielonych od siebie przegrodami międzyskrzelowymi. W tych workach znajdują się skrzela, które uchodzą na zewnątrz otworami skrzelowymi.
Podczas połykania wody przez krągłouste, zostają opłukiwane ich skrzela (właśnie wtedy zachodzi wymiana gazowa). Woda ta następnie wypływa przez otwory skrzelowe. Jeśli zaś zwierzę przyssane jest do ofiary to woda dostaje się do worków skrzelowych przez otwory skrzelowe i po opłukaniu skrzeli uchodzi tą samą drogą.

Układ krwionośny krągłoustych jest, jak u wszystkich kręgowców, zamknięty. Są to pierwsze zwierzęta wśród wszystkich, u których pojawia się serce. Zbudowane jest ono z zatoki żylnej, jednego przedsionka, jednej komory i stożka tętniczego. Zawiera krew żylną. Z komory odchodzi aorta brzuszna. Dzieli się ona na dwa naczynia, z których po każdej stronie ciała biegnie po osiem tętnic skrzelowych. Utlenowana krew oddaje tlen naczyniom włosowatym różnych narządów i pobiera z nich dwutlenek węgla. Następnie zbiera się w zatoce żylnej. Przez serce przepływa wyłącznie krew odtlenowana. Układ ma jeden obieg.

Taki sam układ krążenia mają prawie wszystkie gatunki z kolejnej gromady - ryb. Jednakże na przykład ryby dwudyszne mają przedsionek serca podzielony niepełną przegrodą na dwie części. W czasie skurczu serca przegroda dzieli przedsionek w zupełności.

Ryby, tak jak i krągłouste, mają tylko jeden obieg krwi. Jest to bardzo mało wydajne, ponieważ krew wytłaczana z serca musi pokonać dwie przeszkody. Są to naczynia włosowate skrzeli, gdzie zachodzi wymiana gazowa, oraz naczynia włosowate tkankowe, gdzie oddawany jest tlen, a pobierany dwutlenek węgla. Podczas docierania do naczyń włosowatych przepływ krwi jest wolniejszy, co zmniejsza sprawność gospodarki gazowej. Dlatego też tendencją ewolucyjną było wykształcenie dwóch obiegów krwi.

U ryb istnieje też układ limfatyczny. W jego skład wchodzą liczne zatoki oraz u niektórych ryb tzw. serca limfatyczne komunikujące z żyłą ogonową. Krwinki powstają w wątrobie i śledzionie.
Układ oddechowy ryb stanowią skrzela, jako że są to zwierzęta wodne. Znajdują się one w jamie skrzelowej, która zapewnia im ochronę i skuteczny przepływ wody. Osadzone są po obu stronach gardzieli, na lukach skrzelowych. Od każdego łuku odchodzą dwa rzędy unaczynionych listków skrzelowych. Na listkach znajdują się blaszki skrzelowe, czyli drobne fałdy zwiększające powierzchnię oddechową. Pokrywy skrzelowe utrzymują zaś jednokierunkowy przepływ wody od jamy gębowej do jamy skrzelowej.

Niezależnie od skrzeli wymiana gazowa może odbywać się przez skórę, jelita i błonę śluzową jamy gębowej. U licznych gatunków rolę dodatkowego narządu wymiany gazowej pełni również pęcherz pławny, czyli wypełniony gazami narząd hydrostatyczny.

Wszystko zaczyna się zmieniać wraz z wyjściem zwierząt na ląd. Pierwsze zrobiły to płazy. Nie są to jednak zwierzęta typowo lądowe, tylko wodno – lądowe. Wyróżniamy wśród nich płazy beznogie, ogoniaste i bezogonowe.

Płazy oddychają płucami lub zewnętrznymi skrzelami. Ich stadium larwalne związane jest z wodą i to ono właśnie posiada skrzela, które wykształcają się w postaci trzech lub czterech par zewnętrznych, mocno rozgałęzionych i dobrze unaczynionych wyrostków skórnych. Położone są one na pograniczu głowy o odcinka szyjnego. Między tymi wyrostkami spotyka się u postaci młodocianych 3 - 4 szczelin skrzelowych, które u form dojrzałych zarastają. Larwy płazów zatrzymują skrzela, aż do okresu przeobrażenia się w postać lądową, płucodyszną. To właśnie postać dorosła płazów związana jest z lądem. Ich płuca stanowią prymitywne, parzyste worki o lekko pofałdowanej powierzchni wewnętrznej. Do worków prowadzi krótki przewód oddechowy zróżnicowany na krtań i tchawicę. Przy krtani znajdują się także chrząstki krtaniowe, które w połączeniu z odpowiednimi wiązadłami i mięśniami zwężają lub rozszerzają szczelinę krtani. Wymiana powietrza w płucach możliwa jest dzięki ruchowi dna jamy gębowej, który jest zsynchronizowany z otwieraniem i zamykaniem krtani i nozdrzy zewnętrznych.

Poważny udział w procesie wymiany gazowej ma również skóra. Jest ona wilgotna i dobrze unaczyniona. Niektóre gatunki, jak np. salamandra bezpłucna, w ogóle nie wykształcają płuc i oddychają tylko i wyłącznie przez skórę.

Układ krwionośny płazów wykazuje wyższy stopień organizacji niż ryb. Związane jest to właśnie z wyjściem na ląd i pojawieniem się płuc. Serce składa się z trzech części: dwóch przedsionków i silnie umięśnionej komory. Do przedsionka prawego wpływa trzema żyłami (dwie czcze przednie i jedna czcza tylna) krew nieutlenowana, a do lewego żyłami płucnymi krew natlenowana w płucach. Krew z tych przedsionków wtłaczana jest do komory, gdzie częściowo się miesza. Całkowitemu wymieszaniu zapobiegają listewki mięśniowe komory. Tak więc w lewej części gromadzi się głównie krew natlenowana, w środkowej mieszana, a w prawej odtlenowana. Krew utlenowana odprowadzana jest tętnicami głowowymi do przodu ciała, odtlenowana tętnicami płucnymi do płuc, a mieszana łukami aorty do reszty ciała. We krwi płazów znajdują się duże krwinki owalnego kształtu. Posiadają jądra i jest ich niewiele. Tworzą się one w grasicy, wątrobie i w tkance limfoidalnej jamy gębowej i gardzieli.
Pojawienie się dwóch obiegów usprawnia działanie układu krążenia. Krew przepływająca przez serce jest już prawie całkowicie niewymieszana.

Płazy mają dobrze rozwinięty układ limfatyczny. Liczne zatoki limfatyczne znajdują się w tkance łącznej skóry. Obok wielu przestrzeni i naczyń limfatycznych u płazów funkcjonują tzw. serca limfatyczne w różnych okolicach ciała. Płazy maja małą, czerwonej barwy śledzionę, która położona jest w okolicy jelita grubego i jest ważnym narządem krwiotwórczym.
Gady to zwierzęta lądowe, pierwsze kręgowce, które uniezależniły się od wody. Niektóre z nich. Gromada ta dzieli się na żółwie, hatterie, łuskonośne i krokodyle. Niektóre z nich (krokodyle, niektóre żółwie, jaszczurki i węże) powtórnie weszły do wody.

Po uniezależnieniu się od wody zmieniło się wiele cech, które odróżniają te organizmy od wodnych. Skóra gadów jest sucha, pokryta rogowymi tworami naskórka. Dlatego też wymiana gazowa przez nią jest utrudniona i tylko 5% oddychania zachodzi tą drogą. Płuca to główny narząd wymiany gazowej. Powietrze wdychane do płuc przechodzi przez nozdrza, gardziel, krtań, tchawicę. Dalej pojawiają się po raz pierwszy parzyste oskrzela doprowadzające powietrze do płuc. U waranów oskrzela dzielą się ponadto na system oskrzelików dochodzących do komór w płucach. Płuca gadów są silnie unaczynione i bardziej pofałdowane niż płuca płazów. Wynikiem tego jest znaczne zwiększenie powierzchni wymiany gazowej.

U gadów wykształca się też po raz pierwszy klatka piersiowa. Sprawia to, że wdech i wydech u gadów jest możliwy dzięki jej ruchom. Skurcz mięśni międzyżebrowych powoduje zwiększenie jej objętości, co wytwarza podciśnienie i rozprężenie elastycznych płuc, co warunkuje wdech. Wydech zaś polega na rozciąganiu mięśni międzyżebrowych powodując zmniejszenie objętości klatki piersiowej, wytworzenie nadciśnienia i w efekcie kurczenie się płuc.

Układ krwionośny jest dobrze rozwinięty, postępuje jego dalszy rozwój. Serce jest w zasadzie trójdziałowe (dwa przedsionki i komora), ale występuje w nim niezupełna przegroda dzieląca komorę. Jedynie u krokodyli przegroda ta jest pełna. W komorze serca gadów (oprócz krokodyli) krew odtlenowana miesza się z natlenowaną, ale w mniejszym stopniu niż u płazów. U krokodyli mieszanie się krwi zachodzi u podstawy prawego i lewego łuku aorty, ponieważ są one w tym miejscu połączone. Gadom zanika stożek tętniczy, zachowuje się jednak zatoka żylna. Krążenie tętnicze zaczyna się pniem tętniczym, który dzieli się na tętnicę płucną oraz prawy i lewy łuk aorty. Tętnica płucna i aorta lewa pobierają krew z prawej części komory, do której wlewa się krew z części lewej serca. Krew żylna, która jest zebrana ostatecznie w żyłę czczą tylną oraz dwie żyły czcze przednie – prawą i lewą, wlewa się do zatoki żylnej silnie zespolonej z sercem.

Układ limfatyczny gadów zbudowany jest podobnie jak u płazów. Brak gruczołów limfatycznych, serca limfatyczne spotyka się jedynie u nasady ogona.

Ptaki to jedyne kręgowce, które oprócz zamieszkiwania lądu opanowały powietrze. Wiele z nich potrafi także świetnie pływać. Zaliczmy do nich ptaki bezgrzebieniowe, grzebieniowe i pingwiny. Są to pierwsze stałocieplne zwierzęta, co uwarunkowane jest budową i funkcjonowaniem układu oddechowego i krwionośnego.

Układ oddechowy ptaków ma specyficzną budowę. Składają się na niego drogi oddechowe, płuca i dodatkowo wytworzone worki powietrzne, które pełnią rolę magazynu powietrza. Drogi oddechowe zbudowane są z krtani i długiej tchawicy. Krtań zróżnicowana jest na górna, oddzielającą tchawicę od gardzieli, oraz dolną znajdującą się na końcu tchawicy i będącą narządem głosu. Tchawica rozgałęzia się na parzyste oskrzela, które doprowadzają powietrze do rurkowatych płuc. Niezależnie od tego oskrzela łączą się z workami powietrznymi. Dzięki nim świeże powietrze przechodzi przez płuca ptaków zarówno w czasie wdechu jak i wydechu. Ptaki mają dziewięć worków powietrznych. Dzielimy je na tylne i przednie, co wiąże się z ich funkcją. W czasie wdechu worki tylne zostają napełnione świeżym powietrzem, a pozostał część powietrza przechodzi przez płuca, w których zachodzi wymiana gazowa. Zużyte powietrze po wymianie gazowej napełnia worki przednie, które są opróżniane z niego pod-czas wydechu. Ten proces nazywa się podwójnym oddychaniem.

Układ krwionośny ptaków jest dobrze rozwinięty. Duże serce ptaków składa się z dwóch zupełnie oddzielnych części – prawej zawierającej krew żylną i lewej z krwią utlenioną, tętniczą. Serce jest czterodziałowe, ma dwa przedsionki i dwie komory. W prawej, cienkościennej części serca, pomiędzy przedsionkiem, a komorą, znajduje się duża, mięśniowa zastawka przedsionkowo – komorowa. Przepuszcza ona krew w tylko jednym kierunku – z przedsionka do komory. Natomiast w lewej, grubościennej części serca, wykształca się analogicznie działająca ścięgnista zastawka dwudzielna (u niektórych gatunków trójdzielna). W układzie tętniczym ptaków zachowuje się prawy łuk aorty wychodzący z lewej komory, a lewy łuk zanika. W układzie żylnym zanika zatoka żylna, a żyły – czcze przednie i tylna – uchodzą wprost do prawego przedsionka. Odtleniona krew prawego przedsionka przedostaje się do prawej komory, skąd tętnicami płucnymi płynie do płuc. To jest tzw. mały obieg krwi. Natleniona w płucach krew wraca żyłami płucnymi do lewego przedsionka, a następnie lewej komory skąd aortą wypływa do obiegu dużego.

Ekonomicznie pracujący układ krwionośny i duża ilość tlenu dostarczana dzięki podwójnej wymianie gazowej, pozwalają na wytwarzanie dużej ilości energii w organizmie. To z kolei umożliwia utrzymanie stałej temperatury ciała, czyli stałocieplność.

W układzie limfatycznym pojawiają się gruczoły i naczynia limfatyczne. Główne naczynie limfatyczne dzieli się na dwa piersiowe uchodzące do żył czczych. Istnieją jeszcze inne połączenia układu limfatycznego z krwionośnym np. w okolicy ogona. Dobrze rozwinięta śledziona znajduje się w pobliżu żołądka.

Ssaki jest to najmłodsza, a zarazem najwyżej zorganizowana gromada kręgowców. Dzieli się je na prassaki, ssaki niższe i łożyskowce, a te z kolei na wiele rzędów.
Układ oddechowy ssaków jest pęcherzykowaty. Jest to rodzaj budowy, który daje największą powierzchnię oddechową wśród wszystkich zwierząt. Powietrze przez nozdrza, gardziel, krtań i oskrzela zasysane są do płuc. Oskrzela wchodzące do płuc rozwidlają się na drobniejsze oskrzeliki. Oskrzeliki zakończone są groniastymi układami pęcherzyków płucnych, w których zachodzi wymiana gazowa. U ssaków pojawia się mięsień oddechowy – przepona. Wdech zachodzi pod wpływem podciśnienia wytworzonego w klatce piersiowej, które tworzy się na skutek skurczu przepony i mięśni międzyżebrowych. Wynikiem rozciągania tych mięśni jest z kolei wydech.

Układ krwionośny ssaków składa się z czterodziałowego serca i naczyń krwionośnych. Zanika w nim, inaczej niż u ptaków, prawy łuk aorty. Lewy zostaje dobrze rozbudowany. Poza tym jest taki sam jak u ptaków. W sercu znajdują się trzy rodzaje zastawek: między prawym przedsionkiem, a prawą komorą trójdzielna, między lewym przedsionkiem, a lewą komorą dwudzielna, a między komorami, a tętnicami odprowadzającymi półksiężycowate. W krwi ssaków znajdują się liczne, bezjądrzaste erytrocyty. Są mniejsze niż u innych kręgowców dzięki czemu ich stosunek powierzchni do objętości jest większy. To umożliwia lepszy trans-port gazów.

Budowa i funkcjonowanie układów oddechowego i krwionośnego powoduje utrzymanie stałej temperatury ciała. Ta stałocieplność powoduje, że ssaki są aktywne przez cały rok. Pozwala to im także żyć we wszystkich strefach klimatycznych.

Układ limfatyczny ssaków jest dobrze rozwinięty. Składa się z naczyń limfatycznych, limfy, węzłów i grudek chłonnych, grasicy, migdałków i śledziony. Naczynia limfatyczne łączą się z układem krwionośnym żylnym w okolicy serca. Układ ten ma charakter otwarty. Krąży w nim limfa, która zawiera przede wszystkim tłuszcze ze związków odżywczych oraz, po przejściu przez węzły chłonne, zwielokrotnioną liczbę limfocytów. Krwinki tworzą się w śledzio-nie i grasicy. W śledzionie ponadto zachodzi proces rozkładu hemoglobiny oraz rozpad i fagocytoza erytrocytów i leukocytów. Układ limfatyczny pełni ważną rolę w odporności organizmu.

Zwierzęta w toku ewolucji dążyły do udoskonalenia swojego organizmu. Przede wszystkim dążyły one do osiągnięcia stałocieplności. Ciepłota ciała takich zwierząt nie zależy od temperatury otoczenia, lecz utrzymuje się na stałym poziomie. U zwierząt tych procesy metaboliczne przebiegają bardzo sprawnie i ilość wytwarzanej energii zaspokaja potrzeby organizmu, umożliwia ogrzanie ciała. Pozwala to na aktywność życiową we wszystkich porach roku oraz we wszystkich strefach klimatycznych. Uzyskanie stałocieplności odbywało się przez ciągły rozwój układów krążenia i oddychania. Serce przechodziło z dwudziałowego z jednym obiegiem, do o wiele sprawniejszego z dwoma obiegami. Zmieniały się także elementy morfotyczne krwi, dążąc do budowy umożliwiającej jak najlepszy transport gazów. Z kolei układ oddechowy dążył do osiągnięcia jak największej powierzchni wymiany gazowej. To wszystko sprawiło, że kręgowce są zwierzętami zamieszkującymi każde miejsce na świe-cie.