Ewolucja układu krążenia u bezkręgowców i strunowców

W organizmach zwierzęcych musi istnieć wewnętrzny układ transportujący substancje pokarmowe oraz tlen do komórek i odbierający z nich szkodliwe produkty przemiany materii. U różnych gatunków- w zależności od trybu życia i środowiska- wykształciły się rozmaite formy układu krążenia.
Wszystkie komórki żyją w środowisku płynnym. Dla jednokomórkowców i mikroskopijnych glonów środowiskiem życia jest woda. Wyspecjalizowane i wysoce zróżnicowane komórki organizmów bardziej złożonych są otoczone tak zwanym płynem międzykomórkowym. Komórki te potrzebuję do życia tlenu, składników pokarmowych i muszą pozbywać się szkodliwych produktów powstających podczas przemiany materii.
Komórki funkcjonują najbardziej wydajnie, gdy ich środowisko jest stabilne i nie zmienia się gwałtownie. Taki stan równowagi nazywa się homeostazą. U organizmów jednokomórkowych homeostaza odbywa się w drodze dyfuzji. Dyfuzja to proces przemieszczania się substancji z miejsca, gdzie jej stężenia jest wysokie, do miejsca, gdzie stężenie jest małe. Substancje mogą dyfundować prze błonę, jeżeli pory, czyli otwory w błonach, są wystarczająco duże. Nawet większe zwierzęta wodne mogą wykorzystywać dyfuzję do wymiany gazowej i pozbywania substancji pokarmowych z otoczenia. Jest tak wtedy, gdy ich pokrywy ciała są zbudowane tylko z dwóch lub trzech warstw komórek (jak u stułbi), gdy maja dużą powierzchnię ciała względem objętości (jak wypławki), albo mają porowate ściany (jak gąbka).
Jednakże większe zwierzęta, posiadające grube powłoki ciała i bardzo złożone organy wewnętrzne, muszą posiadać układy krążenia, dzięki którym każda komórka ciała będzie zaopatrzona w życiodajne substancje. Także zwierzęta lądowe nie mogą obejść się bez wyspecjalizowanych układów krwionośnych, gdyż powłoki ich ciał uniemożliwiają dyfuzję. Zwierzęta mające wyspecjalizowane układy krążenia mogą o wiele łatwiej tolerować zmiany w środowisku niż zwierzęta, które pobierają potrzebne substancje z otoczenia w drodze dyfuzji. Organizm zaopatrujący swe wszystkie komórki w pokarm i tlen wyłącznie drogą dyfuzji jest całkowicie uzależniony od środowiska. Jeżeli środowisko się zmieni- na przykład poziom stężenia tleny nagle spadnie- pojawi się poważne zagrożenia dla jego funkcjonowania.
Jednym ze sposobów zwiększenia ilości tlenu pobieranego ze środowiska jest połączenia jego cząsteczek z krwią i rozprowadzenia ich po całym ciele. Białka zawierające atomy metalu mogą tworzyć nietrwałe wiązania z tlenem. Nazywa się je barwnikami oddechowymi. Przykładem takiego białka może być hemoglobina, która znajduje się we krwi ssaków. Bezkręgowce posiadające we krwi barwniki oddechowe mogą rozprowadzać tlen 30 razy wydajniej niż bezkręgowce nieposiadające tych nośników tlenu.
Istnieją dwa główne typy układów krążenia- układ krwionośny otwarty i układ krwionośny zamknięty. W układach krwionośnych zamkniętych krew krąży tylko w sieci naczyń. W układach krwionośnych typu otwartego krew krąży w przestrzeni okalającej narządy wewnętrzne. Jednak i w tym przypadku powraca ona do naczyń i jest poruszana pracą serca. Wszystkie kręgowce posiadają układ krwionośny zamknięty. Owady i większość skorupiaków mają układ krwionośny otwarty.
Bez względu na rodzaj we wszystkich układach krążenia muszą istnieć narządy, które kurcząc się, wprowadzają krew w ruch. Taką pompą jest serce. Najprostszym typem serca jest naczynie krwionośne, które kurczy się i rozkurcza pod wpływem ruchu mięśni. W ciele zwierzęcia może być kilka pomp tego rodzaju. Bardziej wyspecjalizowane zwierzęta muszą mieć serce wielokomorowe, które oddziela krew utlenowaną od krwi odtlenowanej. W tak zbudowanych sercach często znajdują się zastawki, które zapobiegają cofaniu się krwi i zapewniają jej przepływ we właściwym kierunku.

OTWARTY UKŁAD KRĄŻĘNIA
Najprostszym sposobem krążenia substancji jest prosta dyfuzja prze błonę komórkową. Nawet u bardzo małych, jednokomórkowych organizmów płyny muszą przemieszczać się w obrębie komórki i w jej otoczeniu. Przepływ płynów zwiększają ruchy małych rzęsek, zwanych ciliami.
Układy krwionośne typu otwartego reagują wolno na zmiany i trudno jest kontrolować ilość krwi dostającej się do różnych narządów wewnętrznych. Ciśnienie płynów w otwartych układach krążenia jest zazwyczaj małe i w związku z tym krew przemieszcza się tam dosyć wolno. Cieczą wypełniającą otwarte układy krwionośne (np. u mięczaków i stawonogów) jest często płyn ustrojowy zwany hemolimfą, pełniący analogiczną funkcję, tak jak krew u kręgowców. Jego skład jest podobny do składu morskiej wody.

ZAMKNIĘTY UKŁAD KRWIONOŚNY
Układy krwionośne zamknięte są bardziej wydajne od układów otwartych. Krążąca w naczyniach krew nie opuszcza ich, a naczynia krwionośne zwężają się w pobliżu tkanek. Tworzą tam sieć naczyń włosowatych. Wszystkie zwierzęta kręgowe mają układ krwionośny zamknięty.
Układy krążenia wszystkich kręgowców są do siebie podobne. Serce, zlokalizowane w centralnej części tułowia, pompuje krew, która krąży w obrębie naczyń. Modyfikacje w budowie układu krwionośnego zależą głównie od sposobu oddychania zwierzęcia. Różnice w budowie układu krążenia ryby, płaza, gada, ptaka i ssaka oraz w przepływie krwi zależy głównie od tego, czy jest to układ krążenia jednoobiegowy, czy dwuobiegowy.
Pojawienie się zwierząt, które mogły żyć na lądzie i oddychać tlenem atmosferyczny, było ważnym etapem w ewolucji kręgowców. Pociągnęło to za sobą zmiany w budowie układu krążenia, które umożliwiły pobierania tlenu bezpośrednio z płuc.
Płazy, gady, ptaki i ssaki posiadają podwójny obieg krwi, który zapobiega mieszaniu się krwi utlenowanej z dotlenowaną. Krew jest pompowana prze serce i jest rozprowadzana naczyniami do wszystkich narządów wewnętrznych. Istnieją, więc naczynia krwionośne transportujące krew z serca do płuc, aby tam uległ utlenowaniu, i z płuc z powrotem do serca. Te naczynia tworzą tak zwany obieg mały, czyli płucny. Inny system naczyń krwionośnych rozprowadza utlenowaną krew z serca do narządów wewnętrznych i odprowadza krew dotlenowaną do serca. Ten system nazywa się dużym obiegiem.
BUDOWA UKŁADU KRWIONOŚNEGO
Serce jest żyłą ‘pompą’ utworzoną ze specjalnych komórek. Są to komórki mięśniowe poprzecznie prążkowane, które nie występują nigdzie indziej poza tym narządem. Mięsień sercowy pracuje prze całe życie zwierzęcia i kurczy się automatyczne zgodnie z własnym rytmem. Różne części serca kolejno kurczą się i wypychają krew z serca w stronę tętnic, które rozgałęziają się i przechodzą później w malutkie naczynia włosowate. Ściany tętnic są grube i sztywne. Warstwa wewnętrzna jest wyłożona jedną warstwą komórek nabłonka wyścielającego (endothelium). Pod tym nabłonkiem znajduje się tkanka łączna, która tworzy elastyczną błonę wewnętrzną. Warstwę środkową tętnicy tworzy mięsień gładki, a warstwę zewnętrzną tkanka łączna włóknista. Dzięki takiej budowie ściany tętnic są mocne, elastyczne i bardzo odporne na rozerwanie
NACZYNIA WŁOSOWATE I ŻYŁY
Naczynie włosowate mają około 1 mm długości i są tak wąskie, że w ich świetle mogą mieścić się tylko pojedyncze czerwone krwinki, czyli erytrocyty. Ściany naczyń włosowatych tworzy tylko jedna warstwa komórek, co pozwala na swobodną dyfuzję substancji. Każda komórka ciała jest w bliskim kontakcie z jakimś naczyniem włosowatym, czyli kapilarą. Dzięki temu do każdej komórki mogą być przekazywane z drodze dyfuzji substancje pokarmowe i gazy. Kapilary łączą się w żyłki, te z kolei w większe naczynia, czyli żyły.
Żyły zbierają krew i prowadzą ją z powrotem w stronę serca. Ściany żył mają taką samą budowę jak ściany tętnic, są jednak cieńsze. Mogą się one rozciągać i dzięki temu pomieścić dużą ilość krwi płynącej do serca. Ruch krwi w żyłach jest wywoływany skurczami mięśni. Na przykład, gdy idziemy, mięśnie nóg kurczą się, co wywołuje ruch kończyn. Skurcze mięśni wywierają nacisk na ścianę naczyń, co popycha krew do przodu. Cofaniu się krwi w żyłach zapobiegają poprzeczne fałdy w ich wnętrzu, które działają, jako zastawki.
BEZKRĘGOWCE
Bezkręgowce to grupa zwierząt nieposiadających szkieletu wewnętrznego (osiowego) w postaci kręgosłupa i czaszki, będących na niższym poziomie ewolucyjnym niż kręgowce. W śród nich możemy wyróżnić dwie grupy: bezkręgowce niższe i wyższe.
Do grupy bezkręgowców niższych możemy zaliczyć:
-pierwotniaki
-gąbki
-jamochłony
-płazińce (robaki płaskie)
-wstężnice
-nicienie (robaki obłe)

1.Pierwotniaki

Pierwotniaki są małymi jednokomórkowymi organizmami, które nie potrzebują układu krwionośnego. System błon komórkowych i ruchu cytoplazmy sprawia, że substancje wędrują po całej komórce.

2.Gąbki

Gąbki to organizmy o wiele lepiej rozwinięte niż pierwotniaki. W miejsce jednej komórki obarczonej wszystkimi czynnościami życiowymi, istnieje wiele komórek wykazujących podział pracy. Jednak zróżnicowanie tych komórek jest na tyle małe, że nie możemy mówić jeszcze, o jakichkolwiek tkankach. Tak jak u pierwotniaków krążenie odbywa się za pomocą dyfuzji.

3.Jamochłony

Jamochłony nie mają układu krwionośnego. W jamie gastralnej cały czas krąży woda. Jej ruch wywoływany jest ruchem wici albo skurczami ciała. W ten sposób transportowane są: pokarm, produkty przemian metabolicznych i gazy.

3.Płazińce

Płazińce są najprostszym typem zwierząt mających dobrze rozwinięte narządy. Nie posiadają jednak układu krążenia. Substancji odżywcze są przenoszone za pośrednictwem płynu wypełniającego przestrzenie międzykomórkowe w parenchymie. Transport ułatwia też rozgałęzione jelito.

4.Wstężniaki

Wstężniaki to stosunkowo mała grupa zwierząt, są najprostszymi z żyjących zwierząt, które znajdują się na poziomie organizacji układu narządów. Są to pierwsze najprymitywniejsze zwierzęta, które oddzieliły układ trawienny od układu krążenia. Układ ten jest oczywiście dopiero zalążkiem składającym się z trzech prostych mięsistych rur- naczyń krwionośnych biegnących wzdłuż ciała, połączonych naczyniami poprzecznymi. Nie posiadają serca, krew krąży w naczyniach dzięki skurczą ich mięśni i ruchom ciała. Nie mają również naczyń włosowatych. Zadziwiające jest to, że maja one czerwone ciałka krwi zawierające hemoglobinę.

5.Nicienie

Ich układ krążenie nie został wyspecjalizowany, substancje odżywcze są rozprowadzane po ciele za pomocą płynu surowiczego.


Do bezkręgowców wyższych zaliczamy:
-pierścienice
-stawonogi
-mięczaki

1.Pierścienice

Pierścienice posiadają układ krążenia zamknięty- krew płynie w zamkniętym systemie naczyń krwionośnych. Układ krążenia jest bardziej złożony i wydajny w porównaniu z prymitywnym układem wstężniaków. Składa się z dwóch głównych naczyń. Jedno z nich położone grzbietowo tuż nad jelitem, zbiera krew z licznych naczyń segmentalnych. Ma ono zdolność kurczenia się i tłoczenia krwi ku przodowi. Drugie naczynie główne leży tuż pod przewodem pokarmowym i rozprowadza krew do różnych narządów. W okolicy przełyku oba naczynia są połączone prze pięć silnie umięśnionych naczyń okrężnych, które można nazwać „sercem”. „Serce” pompuje krew do naczynia brzusznego, od którego odchodzą drobne odgałęzienia boczne i brzuszne oraz delikatne kapilary zaopatrujące w krew wszystkie narządy i ściany ciała.

2.Stawonogi

Stawonogi posiadają układ krążenia otwarty, w którym krew styka się bezpośrednio z tkankami ciała. Obszerna jama ciała zwana zatoką krwionośną ( hemocel- sieć zatok), stanowi część układu krążenia, ponieważ oprócz zamkniętych naczyń obejmuje on otwarte szczeliny w całym ciele, dzięki którym wszystkie narządy wewnętrzne mogą być obmywane prze hemolimfę. W grzbietowej części ciała leży narząd pompujący- „serce”, które powoduje ruch krwi w tych szczelinach.

3.Mięczaki

Mięczaki posiadają wszystkie narządy i układy typowe dla wyżej zorganizowanych zwierząt. Występuje u nich otwarty układ krwionośny. Serce pompuje krew do dwóch tętnic. Jedna prowadzi krew do przedniej części ciała, a druga do tylniej. Krew opuszcza tętnice i obmywa narządy wewnętrzne. Wtedy, w drodze dyfuzji, przekazuje tlen i pobiera substancje szkodliwe. Następnie krew jest kierowana do nerek, gdzie usuwa się metabolity (szkodliwe substancje przemiany materii) i dalej w stronę skrzeli, przez które wydalany jest dwutlenek węgla. Tam też ulega ponownemu utlenowaniu i podąża żyłami z powrotem do serca.

STRUNOWCE
Strunowce to ostatni obszerny typ zwierzą. Członkowie tego typu wyróżniają się obecnością struny grzbietowej, grzbietowo położonego, cewkowatego rdzenia nerwowego oraz parzystych gardzielowych szczelin skrzelowych( można je stwierdzić u zarodków wszystkich strunowców, nie występują one jednak u dorosłych form wyższych kręgowców).

1.Osłonice

Układ krwionośny jest otwarty, złożony z woreczkowatego serca i połączonych ze sobą dwóch naczyń krwionośnych: skrzelowego i jelitowego, które łączą się z licznymi zatokami.

2.Bezczaszkowce

Układ krwionośny zamknięty. Serce żylne, przez które krew przepływa tylko w jednym kierunku, w stronę skrzeli. W ich okolicy do tętnicy skrzelowej dołączają się łuki, które rozdzielają się na coraz mniejsze, aż do naczyń włosowatych, w obrębie, których dochodzi do wymiany gazowej. Krew płynie dalej i rozprowadza krew po ciele. Do zatoki żylnej krew płynie już odtlenowana przez przewód Cuviera i żyłę wątrobową.

3.Kręgowce

a) ryby

Ryby mają zamknięty układ krwionośny. Jest to układ jednoobiegowy. Zbudowany jest z serca typu żylnego i naczyń krwionośnych. Włókna autonomiczne układu nerwowego unerwiają serce ryb. Dzięki temu serce może zwalniać tępo pracy. Nie może natomiast przyśpieszać. Budowa serca u spodoustych nieco różni się od serca kostnoszkieletowych. Serce spodoustych składa się z zatoki żylnej, przedsionka, komory i stożka tętniczego. U kostnoszkieletowych w skład serca wchodzą: zatoka żylna, przedsionek, komora i opuszka tętnicza. Opuszka tętnicza jest zbudowana z mięśni gładkich i jest zgrubieniem tętnicy wychodzącej z serca.

b) płazy

Płazy posiadają dwa obiegi krwi mały i duży. Serce zbudowane jest z zatoki żylnej, komory i dwóch przedsionków. Początkowy odcinek tętnicy płucnej wychodzący z komory serca nazywany jest stożkiem tętniczym. Obieg mały zwany inaczej płucnym rozpoczyna się transportem krwi odtlenowanej tętnicami płucnymi do płuc. Są dwie tętnice, każda prowadzi do jednego płuca. W płucach rozgałęzia się na naczynia włosowate. Właśnie w nich zachodzi wymiana gazowa. Następnie natlenowana krew wraca do serca, najpierw dwiema żyłami płucnymi, które dalej łączą się ze sobą w jedną żyłę płucną. Krew trafia do lewego przedsionka. Tu kończy się mały obieg i zaczyna duży. Krew z przedsionka prze otwór przedsionkowo- komorowy trafia do komory. Krew ta następnie wypływa z niej tętnicą główna, aortą do wszystkich narządów i komórek ciał. W nich oddawany jest tlen, a pobierany dwutlenek węgla. Krew odtlenowana żyłami płynie do zatoki żylnej, a następnie do przedsionka i prawej części komory. Tu kończy się duży obieg krwi. Płazy nie mają przegrody w komorze, dlatego krew odtlenowana miesza się z krwią dotlenowaną. Czerwone krwinki są duże i jądrzaste.

c) gady

Gady posiadają zredukowaną zatokę żylną, dwa przedsionki prawy i lewy oraz komorę serca częściowo przedzieloną, co jednak nie od końca redukuje mieszanie się krwi odtlenowanej z krwią dotlenowaną. Układ krwionośny składa się z dwóch obiegów małego i dużego. Obieg mały rozpoczyna się w prawej części komory. Krew tłoczona jest do pnia płucnego, który rozgałęzia się na dwie tętnice płucne. Krew płynie do płuc, gdzie następuje wymiana gazowa. Bogata w tlen krew powraca żyłami płucnymi do lewego przedsionka. Tu kończy się mały obieg krwi. Duży obieg krwi rozpoczyna się w lewej części komory, gdzie krew dostaje się przez otwór przedsionkowo- komorowy. Z lewej części komory krew wypychana jest do prawej i lewej aorty. Rozprowadzana jest po wszystkich narządach. Do serca wraca żyłą wątrobową i żyłami głównymi przednią i tylnią.

c) ptaki

Ich układ krwionośny jest najdoskonalej zbudowany w świece zwierzęcym. Redukcji uległa zatoka żylna i lewy łuk aorty. Funkcjonuje tylko prawy. Krwinki są małe, posiadają jądro. W stosunku do ciała serce jest ogromne, czterojamiste. U małych Patków stanowi nawet do 30% masy ciała. Komora jest całkowite przedzielona na część prawą i lewą. Krew nie ma możliwości mieszania się. Do prawego przedsionka uchodzą trzy żyły główne. Uwzględniając różnice w budowie obieg mały i duży działają na tej samej zasadzie, co u gadów.

d) ssaki

Ssaki maja serce zbudowane z dwóch komór i dwóch przedsionków. Układ krwionośny jest dwubiegowy. Krew zawierająca tlen oddzielona jest całkowicie od krwi z dwutlenkiem węgla. Całkowitej redukcji ulega zatoka żylna. A to, co po niej pozostało to węzeł zatokowo przedsionkowy, który jest rozrusznikiem serca. Serce zawiera zastawki, które uniemożliwiają cofanie się krwi. Między prawym przedsionkiem i prawą komorą jest zastawka trójdzielna. Znajduje się ona w otworze przedsionkowo- zatokowym. W lewym otworze znajduje się zastawka dwudzielna. Do prawego przedsionka uchodzą dwie żyły główne. U ssaków zachował się tylko lewy łuk aorty. Krwinki są dwuwklęsłe, bezjądrzaste.