Почему сердце четырехкамерное

Расшифрован молекулярный механизм превращения трехкамерного сердца в четырехкамерное • Новости науки

Почему сердце 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

Источник: https://elementy.ru/novosti_nauki/431141/Rasshifrovan_molekulyarnyy_mekhanizm_prevrashcheniya_trekhkamernogo_serdtsa_v_chetyrekhkamernoe

Сердце крокодила

Почему сердце четырехкамерное

Дмитрий Шабанов
в журнале “Компьютерра” №10 от 22 марта 2008 года

Расскажу историю, которая произошла несколько лет назад. Сейчас я пишу школьный учебник зоологии по программе, в составлении которой участвовал сам.

Когда эта версия программы только задумывалась, я убеждал министерского работника [Не российского министерства, не волнуйтесь!], что перед систематическим изучением отдельных групп нужно рассмотреть достаточно большую тему, где будет рассказано о животных вообще.

“Хорошо, а с чего ее начать?” – спросил меня чиновник. Я сказал, что образ жизни животных определяется в первую очередь тем, что они едят и как передвигаются. Значит, надо начинать с разнообразия способов питания. “Вы что! – воскликнул мой собеседник. – Как я понесу такую программу министру? Он сразу спросит, зачем мы внушаем детям, что самое главное – это жрачка!”

Я попытался спорить. Вообще, разделение живых организмов на царства (животные, растения, грибы и прочие) связано прежде всего со способом питания, который, в свою очередь, определяет особенности их строения.

Особенности многоклеточных животных – следствие того, что они нуждаются во внешних источниках органических веществ и при этом не впитывают их через поверхность тела, а поедают кусками. Животные – это существа, поедающие другие организмы или их части! Увы, мой собеседник был непреклонен.

Министра будет в первую очередь интересовать воспитательный аспект программы.

Размышляя о том, как иначе организовать вводную часть, я сделал тогда непростительную ошибку. Следующей моей идеей стало предложение начинать изучение курса зоологии с разнообразия жизненных циклов.

Когда мой собеседник понял, что в качестве “главного в жизни” я собираюсь рассматривать не еду, а размножение, он, кажется, решил, что я над ним издеваюсь… В конце концов я написал что-то, что, как я надеялся, никого не будет шокировать.

Потом над этой программой поколдовали методисты, которые исправили в ней все, чего не понимали, и заменили формулировки такими, которые были в ходу в исторические эпохи, когда эти самые методисты учились в пединститутах.

Потом злосчастную программу подправили чиновники, потом ее переосмыслили в духе новых руководящих указаний, потом… – в общем, пишу учебник по “собственной” программе и не устаю чертыхаться.

А вспомнил я эту печальную историю потому, что еще раз убедился: для животных таки самое главное – пресловутая “жрачка”. Сравнивая разные группы наших родственников друг с другом, мы часто не осознаем, какие особенности привели их к успеху или неудаче.

Знаете, например, что стало одним из главных козырей млекопитающих? Успевающий школьник назовет выкармливание потомства молоком, теплокровность, высокое развитие нервной системы или какое-нибудь еще свойство, которое стало возможным благодаря достаточному количеству энергии, получаемой с пищей.

А один из главных козырей млекопитающих – строение челюстей и зубов!

Попробуйте пошевелить своей нижней челюстью: вверх-вниз, вправо-влево, вперед-назад.

Ее “подвеска” допускает движение во всех трех плоскостях! К тому же на челюстях млекопитающих сидят зубы, строение которых определяется той задачей, что им отведена, – пронзать, давить, перетирать, резать, дробить, откусывать, рвать, удерживать, грызть, мять, поддевать, размалывать, скоблить, etc. Наши челюсти – эволюционный биомеханический шедевр. Кроме млекопитающих, почти никакие наземные позвоночные не способны откусывать от пищи куски! К немногим исключениям принадлежит архаичная гаттерия, способная отпилить челюстями голову птенцу буревестника, и черепахи, отказавшиеся от зубов в пользу рогового ножницеобразного клюва. И хищные птицы, и крокодилы не откусывают куски пищи, а попросту отрывают – упираясь когтями (первые) или крутясь всем телом (вторые).

Кстати, о крокодилах – эта колонка посвящена прежде всего им. Благодаря изощренным экспериментам биологов из Университета Юты удалось узнать кое-что новое о функционировании сердца этих пресмыкающихся. Но прежде – еще несколько слов о школьной биологии.

Некоторые особенности подачи биологического материала сохранились с тех времен, когда школа должна была формировать материалистическое мировоззрение, пропагандируя эволюцию.

Вообще говоря, факт эволюции не имеет особого отношения к дилемме “материализм-идеализм” (отказываясь на словах от замшелого диамата, мы почему-то до сих пор придаем чрезмерное значение этой сомнительной дихотомии).

Увы, когда вместо современных представлений об эволюции преподаются какие-то лежалые догмы, это только наносит естественнонаучному мировоззрению ущерб. К числу таких догм относится линейное представление об эволюции. Подумайте, история позвоночных – это “куст” из многих ветвей, каждая из которых шла своим путем, приспосабливалась к своему образу жизни.

А школьный учитель, перепрыгивая с ветки на ветку этого куста, строит прогрессивную последовательность из “типичных представителей”: ланцетник-окунь-лягушка-ящерица-голубь-соба-ка. Но лягушка никогда не пыталась стать ящерицей, она живет своей жизнью, и без учета этой жизни (и предыстории лягушек) понять ее невозможно!

Что расскажет школьный учитель о крокодилах? Он использует их для иллюстрации утверждения, что наипрогрессивнейшими являются животные с четырехкамерным сердцем и “теплокровностью” (гомойотермные).

И – смотрите, дети! – у крокодила четырехкамерное сердце, почти-почти как у млекопитающих и птиц, вот только осталось одно лишнее отверстие.

Мы своими глазами видим, как крокодил хотел стать человеком, но не дошел, остановился на полпути.

Итак, крокодил имеет четырехкамерное сердце. Из правой его половины кровь идет к легким, из левой – к большому кругу кровообращения (к органам-потребителям полученного в легких кислорода). Но между основаниями отходящих от сердца сосудов находится брешь – паницциево отверстие.

В нормальном режиме работы сердца часть артериальной крови переходит через это отверстие из левой половины сердца в правую половину и попадает в левую дугу аорты (посмотрите на рисунок, чтоб не запутаться в право-левых отношениях!). От левой дуги аорты отходят сосуды, идущие к желудку. От левого желудочка отходит правая дуга аорты, питающая голову и передние конечности.

А затем дуги аорты сливаются в спинную аорту, которая и обеспечивает кровоснабжение всего остального тела. Почему так сложно?

Для начала разберемся, зачем вообще нужно два круга кровообращения. Рыбы обходятся и одним: сердце – жабры – органы-потребители – сердце. Тут ответ ясен. Легкие не выдержат того давления, которое нужно, чтобы прокачать кровь через все тело.

Именно поэтому правая (легочная) половина сердца слабее левой; потому-то нам и кажется, что сердце расположено в левой части грудной полости.

Но почему часть крови, текущей по большому кругу кровообращения (от левой половины сердца), проходит у крокодилов через правую, “легочную” часть сердца и левую дугу аорты? У человека неполное разделение потоков крови может вызываться пороком сердца.

Зачем такой “порок” крокодилам? Дело в том, что сердце крокодила – не недоделанное сердце человека, оно “задумано” сложнее и может функционировать в двух разных режимах! Когда крокодил активен, обе дуги аорты несут артериальную кровь. Но если паницциево отверстие закрыть (а крокодилы “умеют” это делать), в левую дугу аорты пойдет венозная кровь.

Традиционно такое устройство объясняют тем, что оно якобы позволяет затаившемуся на дне крокодилу отключать легочное кровообращение.

Венозная кровь при этом отправляется не в легкие (которые все равно невозможно вентилировать), а сразу в большой круг – по правой дуге аорты.

В голову же и к передним ногам пойдет несколько “лучшая” кровь, чем к другим органам. Но если легкие отключены, много ли толку гонять кровь по кругу?

Американские биологи придумали, как проверить давнее предположение о том, что крокодилы перебрасывают кровь из одного круга кровообращения в другой не ради того, чтобы затаиться, а ради лучшего переваривания пищи (углекислый газ – субстрат для производства кислоты железами желудка).

Исследователи убедились, что у здоровых молодых аллигаторов в процессе переваривания пищи по левой дуге аорты (той, которая снабжает кровью пищеварительную систему) течет венозная, обогащенная углекислотой кровь. Затем они начали вмешиваться в работу сердца подопытных крокодилов хирургическими методами.

У некоторых из них принудительно блокировалась переброска венозной крови в левую дугу аорты; с другими проводилась операция, имитирующая такое вмешательство.

Эффект оценивался путем измерения активности желудочной секреции и путем рентгеновского наблюдения за перевариванием проглоченных крокодилами бычьих позвонков. Кроме того, в несчастных аллигаторов помещали полупроводниковые сенсоры, позволявшие измерять их температуру тела.

В результате этих манипуляций удалось убедительно подтвердить выдвинутую гипотезу – переброс венозной крови в большой круг кровообращения усиливает выработку кислоты в желудке и ускоряет переваривание пищи.

Крокодилы способны питаться достаточно крупными жертвами, заглатывая добычу целиком или большими кусками (помните, что мы говорили об устройстве челюстей?). Температура тела этих хищников непостоянна, и если они не успеют переварить добычу достаточно быстро, они попросту отравятся ею.

Усложненное строение кровеносной системы и ее способность работать в двух разных режимах – способ активизировать переваривание.

И свое предназначение пищеварительная система крокодилов оправдывает: на сериях рентгеновских снимков видно, как в желудках хищников “тают” в кислоте солидные бычьи позвонки!

Итак, теперь мы знаем, что главное в жизни крокодилов. Какие цельные все-таки существа!

Источник: https://www.kinnet.ru/cterra/726/351999.html

Биологи выяснили, как формируются у людей пороки сердца

Почему сердце четырехкамерное

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

Только у птиц и млекопитающих, в том числе и у человека, сердце состоит из четырех камер – левого и правого предсердия, а также двух желудочков. Такое строение обеспечивает разделение насыщенной кислородом артериальной и бедной кислородом венозной крови.

Один поток, с венозной кровью, направляется в легкие, а другой — с артериальной снабжает весь организм. С энергетической точки зрения такое кровообращение максимально выгодно. Поэтому, по мнению ученых, именно благодаря четырехкамерному сердцу животные научились поддерживать постоянную температуру тела.

В отличие от теплокровных у холоднокровных, например амфибий, сердце трехкамерное. С рептилиями дело обстоит сложнее. Они — особая группа. Дело в том, их желудочки разделены перегородкой, но в ней находится отверстие. Вроде четырехкамерное сердце, но не совсем.

Не достает одной детали – пленочной перегородки, которая закрывала бы межжелудочковое отверстие и создавала бы полную изоляцию левого и правого желудочка. Такая пленочная перегородка появилась у птиц и млекопитающих значительно позже.

Как формируется перегородка

Как возникла эта перегородка, выяснила большая группа американских, канадских и японских ученых под руководством доктора Бенуа Бруно (Benoit G. Bruneau) из Института сердечно-сосудистых заболеваний Гладстона.

Авторы работы обнаружили, что перегородка начинает формироваться в том случае, если количество транскрипционных факторов Tbx5белков, связывающих ДНК и запускающих транскрипцию генов, отвечающих за синтез кардиомиоцитов, неравномерно распределяется в обоих желудочках.

Там, где количество Tbx5 начинает убывать, и формируется перегородка.

Сердце черепахи и ящерицы

Доктор Бруно и его коллеги изучали развитие сердца у эмбрионов красноухой черепахи (Trachemus scripa elegans) и ящерицы анолиса каролинского (Аnolis carolinensis).

«Нам важно было посмотреть, как формируется межжелудочковая перегородка у эмбрионов того и другого вида.

У черепахи, у которой только начинает формироваться четырехкамерное сердце, и у ящерицы с трехкамерным сердцем», — объясняют ученые.

Оказалось, что у черепахи белок Tbx5 распределяется неравномерно. Концентрация этого белка уменьшалась, правда, очень постепенно, от левой к правой части желудочка.

А у ящерицы содержание Tbx5 вообще было одинаковым по всему желудочку, поэтому и никакой необходимости в появлении перегородки не было.

«Исходя из этого мы решили, что возникновение межжелудочковой перегородки связано с разной концентрацией Tbx5», — рассказывают ученые.

Мыши с холодным сердцем черепахи

Эксперимент прошел успешно. Оставалось только понять, действительно ли концентрация Tbx5 — причина, а появление перегородки — следствие, или это простое совпадение. Доктор Бруно и его коллеги модифицировали ДНК мышей так, чтобы уровень Tbx5 у них совпал с уровнем Tbx5 у черепахи.

Так родились мыши с черепашьим трехкамерным сердцем — без пленки, закрывающей межжелудочковое отверстие. К сожалению, все мышата умерли практически сразу после рождения.

 Зато благодаря этому опыту ученые смогли понять, что распределение уровня транскрипционного фактора действительно приводит к формированию перегородки, закрывающей межжелудочковое отверстие.

С помощью Tbx5 можно лечить сердечные аномалии

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

Сам вопрос об эволюции межжелудочковой перегородки очень важен с точки зрения медицины. Дело в том, что у людей врожденные аномалии сердца встречаются очень часто. Как говорит доктор Бруно, примерно один человек из ста рождается с теми или иными сердечными аномалиями.

Более того, достаточно часто рождаются дети с трехкамерным сердцем, то есть с одним желудочком, как у амфибий. Большинство таких новорожденных без необыкновенно сложной операции по восстановлению перегородки между желудочками обречены на смерть.

«То, что нам удалось обнаружить, – важный этап в понимании эволюции сердца. Понимание того, как формировалась межжелудочковая перегородка, позволит нам пойти еще дальше.

 И выяснить, как появляются врожденные дефекты у людей, почему у некоторых эмбрионов не формируется межжелудочковая перегородка, и как можно воздействовать на это процесс», — говорят авторы работы.

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

Источник: https://www.infox.ru/news/84/26492-biologi-vyasnili-kak-formiruutsa-u-ludej-poroki-serdca

Четырехкамерное сердце имеют земноводные и пресмыкающиеся: примеры

Почему сердце четырехкамерное

Наша планета густо заселена животными различных классов, отрядов и видов. Ученые изучают их строение и функциональное значение отдельных органов. О том, какое сердце у земноводных и пресмыкающихся, читайте в статье.

Как сердце из трех камер превратилось в четырехкамерное?

Позвоночные вышли на сушу из-за того, что их легочное дыхание стало интенсивно развиваться. Кровеносная система начала перестраиваться. Рыбы, дышащие жабрами, обладают одним кругом обращения крови, их сердце состоит всего из двух камер. Они не могут жить на суше.

Трех- или четырехкамерное сердце имеют наземные позвоночные. Они отличаются наличием двух кругов кровообращения. Их постоянная среда обитания – суша. Орган с тремя камерами имеют амфибии и рептилии.

Хотя у отдельных видов пресмыкающихся имеется неполное его разделение на четыре части.

Развитие настоящего четырехкамерного сердца в процессе эволюции происходило параллельно у млекопитающих, птиц и крокодилов.

Пресмыкающиеся и земноводные

У этих двух классов животных имеется по два круга обращения крови и сердце, состоящее из трех камер. Только у одной рептилии есть неполноценное, но обладающее четырьмя камерами, сердце. Это крокодил.

Полноценный сердечный орган впервые появился у примитивных млекопитающих. В будущем сердце с таким строением унаследовали потомки динозавров – птицы. Оно передалось по наследству и современным млекопитающим.

Четырехкамерное сердце имеют пернатые. Птицы отличаются полным разобщением кругов кровообращения: большого и малого, как у человека, когда не происходит смешивание крови – артериальной и венозной. Правая и левая половины органа полностью разделены.

У птиц четырехкамерное сердце,его строение представлено двумя предсердиями и таким же количеством желудочков. В желудочек венозная кровь поступает через правое предсердие.

От него происходит отхождение легочной артерии, которая делится на левую и правую ветви. В результате кровь венозная оказывается в соответствующем легком. В это время кровь в легких окисляется и поступает в левое предсердие.

Такое кровообращение называется его малым кругом.

Большой круг обращения крови берет начало с левого желудочка. От него отходит один-единственный сосуд, который называется правой дугой аорты, которая сразу на выходе из сердца отделяет две безымянные артерии: левую и правую.

Сама же аорта разворачивается в области расположения правого бронха и идет параллельно позвоночному столбу уже в качестве спинной аорты. Каждая безымянная артерия разделяется на сонную и подключичную. Первая идет в голову, а вторая снова разделяется на грудную и плечевую. От спинной аорты отходят крупные артерии.

Непарные предназначены для снабжения кровью желудка и кишечника, а парные – задних конечностей, органов полости таза и мышц стенок брюшины.

Четырехкамерное сердце имеют птицы, оно отличается тем, что у пернатых движение крови осуществляется в основном по сосудам крупных размеров, и только небольшая ее часть поступает в почечные капилляры. Птицы отличаются наличием крупного сердца с частыми сокращениями и поступлением в органы только чистой артериальной крови. Это позволило считать птиц теплокровными животными.

Кровеносная система млекопитающих

У млекопитающих четырехкамерное сердце, как у человека или птиц. Его формирование с полным разделением кругов обращения крови вызвано необходимостью развития такого качества, как теплокровность.

Это объясняется так: теплокровные животные испытывают постоянную потребность в кислороде, удовлетворить которую способна лишь чистая кровь артерий с большим количеством кислорода. Обеспечить ею организм способно только четырехкамерное сердце.

А смешанная кровь позвоночных, у которых сердце имеет три камеры, не способна дать нужную температуру тела. Поэтому такие животные и называются хладнокровными.

Благодаря наличию полных перегородок кровь не смешивается. По большому кругу обращения течет только артериальная кровь, которой в нужной мере снабжаются все органы млекопитающего, что способствует ускорению обмена веществ.

Этот процесс способствует поддержанию температуры на постоянном уровне. Четырехкамерное сердце имеют млекопитающие, птицы и другие классы животных, которым жизненно необходима постоянная и устойчивая температура тела.

Теперь окружающая среда не влияет на них.

Ящерицы

На самом деле сердце у этих пресмыкающихся имеет три камеры с двумя предсердиями и одним желудочком. Но принцип его работы дает возможность утверждать, что четырехкамерное сердце имеют ящерицы.

Объяснение это явление имеет следующее. Венозная полость заполняется бедной кислородом кровью, источником поступления которой является правое предсердие.

Артериальная кровь, обогащенная кислородом, поступает из противоположного предсердия.

Легочная артерия и обе дуги аорты сообщаются. Казалось бы, кровь должна полностью смешаться.

Но этого не происходит, так как наличие мышечного лоскута в совокупности с двухфазным сокращением желудочка и дальнейшая работа сердца препятствуют смешиванию крови.

Оно имеется, но в очень маленьких количествах. Поэтому по функциональному значению трехкамерное сердце ящериц похоже на четырехкамерное.

Рептилии

Крокодил имеет четырехкамерное сердце, хотя круги обращения крови полностью не разделены перегородкой. У пресмыкающегося орган (сердце), отвечающий за снабжение всего организма питанием через кровь, имеет особое строение. Кроме легочной артерии, отходящей от желудочка с правой стороны, имеется дополнительная, левая. По ней основная масса крови поступает в пищеварительную систему.

Между двумя артериями, правой и левой, сердце крокодила имеет отверстие. Через него кровь из вен имеет возможность попадать в большой круг обращения, и наоборот. Ученые долго считали, что сердце рептилии имеет тип переходного характера на пути следования к развитию полноценного сердца из четырех камер, как у теплокровных млекопитающих. Но это не так.

Черепахи

Система сосудов и сердца у этих пресмыкающихся такая же, как у других рептилий: сердце с тремя камерами, соединенные между собой вены и артерии.

недостаточно окисленной крови увеличивается, когда возрастает внешнее давление. Это может происходить, когда животное ныряет или быстро передвигается.

Частота сокращений сердца уменьшается, хотя значительно увеличивается концентрация углекислого газа.

Четырехкамерное сердце имеют черепахи, хотя по физиологическому строению орган имеет всего три камеры. Дело в том, что сердце черепахи отличается неполной перегородкой желудочка, вокруг которой кровь функционирует, имея разное количество кислорода.

Источник: https://FB.ru/article/313424/chetyirehkamernoe-serdtse-imeyut-zemnovodnyie-i-presmyikayuschiesya-primeryi

У крокодила сердце ест

Почему сердце четырехкамерное

Жизнь крокодила вряд ли можно назвать размеренной. В засушливые периоды эти зубастые рептилии подолгу отлёживаются в последних оставшихся лужицах, медленно расходуя разумно заготовленные запасы жира. Зрелище жалкое.

Но когда праздник приходит на их улицу, крокодилам мало найдётся равных в способности мгновенно схватить, утопить или просто сломать жертве шею.

Не имея возможности пережёвывать добычу своими мощными, но достаточно примитивными челюстями, крокодил заранее рвёт её на части и отправляет в желудок огромными кусками.

Общая масса добычи может составлять до пятой части собственной массы животного.

Конечно, до родственных им питонов этим рептилиям далеко, но и представить себе человека, способного за один присест слупить 15–20 килограммов сырого мяса, да ещё и с костями, довольно сложно.

По мнению американских биологов, за такие удивительные пищеварительные способности крокодил может благодарить свою уникальную систему кровообращения. Работа учёных из Университета штата Юта и Института искусственного сердца в Солт-Лейк-Сити принята к публикации в мартовском выпуске журнала Physiological and Biochemical Zoology.

У всех животных, кроме рыб, конец большого круга кровообращения является началом малого и наоборот, что не дает возможности говорить об их полной… →

В организме большинства позвоночных — и крокодила в том числе — кровь движется по так называемым двум кругам кровообращения.

В малом, или лёгочном, она, проходя сквозь лёгкие, обогащается кислородом и избавляется от углекислого газа, в большом, или системном, питает кислородом все органы тела.

Собственно, ни тот, ни другой полноценными кругами не являются, так как замыкаются друг на друга: из лёгких кровь возвращается в начало большого круга, а от органов — малого.

В организме млекопитающих и птиц эти круги, тем не менее, чётко разделены. По малому кругу насыщенную углекислым газом кровь, прибывающую в правое предсердие, гонит в лёгкие правый желудочек.

Левый желудочек же отправляет поступающую из левого предсердия обогащённую кислородом кровь дальше по всему организму.

По сути, четырёхкамерное сердце — это два насоса в одном, и такое разделение даже позволяет поддерживать в малом круге существенно меньшее давление, чем в большом.

У амфибий и рептилий сердце трёхкамерное — его предсердие разделено надвое, а вот желудочек всего один, он отправляет кровь дальше — как в лёгкие, так и к органам.

Понятно, что в этом случае возможно частичное смешивание крови, что делает систему не очень эффективной.

Однако хладнокровные ящеры и земноводные, по большей части ведущие не слишком активный образ жизни, могут себе это позволить.

Сердце крокодила — особый случай.

Оно четырёхкамерное, но круги обращения разделены не полностью.

Кроме того, от правого желудочка отходит не только лёгочная артерия, но и дополнительная, так называемая левая артерия, большая часть крови по которой направляется к пищеварительной системе, в первую очередь к желудку.

Между левой и правой артериями (правая идёт от левого желудочка) имеется отверстие Паниццы, позволяющее венозной крови попадать в начало большого круга кровообращения — и наоборот.

Строение сердца крокодила (RV – правый желудочек, LV – левый желудочек, FP – отверстие Паниццы, RA – правая аорта, LA – левая аорта, PA – лгочная аорта)
// pharyngula.org/Газета.Ru

У человека подобное является аномалией и носит название врождённого порока сердца.

Крокодил же не только не чувствует здесь порока, но и обладает дополнительным механизмом, позволяющим искусственно нагнетать бедную кислородом кровь в правую артерию.

Или вовсе закрыть левую артерию, при этом его кровеносная система будет работать почти так же, как и у млекопитающих. Этим так называемым зубцовым клапаном крокодил может управлять по своей воле.

Причины, побудившие природу создать столь примечательный механизм, давно занимали учёных. Долгое время считалось, что сердце крокодила — переходный этап на пути к полноценному четырёхкамерному сердцу теплокровных млекопитающих.

Однако была и противоположная точка зрения, согласно которой крокодил — потомок теплокровного животного, которому по эволюционным причинам стало выгодней жить жизнью хладнокровного убийцы. В этом случае отверстие Паниццы и зубцовый клапан оказываются адаптационным механизмом, позволившим перейти к хладнокровному существованию.

Например, в 2004 году Роджер Сеймур из австралийского Университета Аделаиды показал вместе с коллегами, что такое строение сердца может быть очень полезно для полуподводного образа жизни: снижение содержания кислорода в крови может замедлить обмен веществ, что помогает в долгих погружениях, когда хищник неподвижно ждёт свою жертву.

Профессор Университета штата Юта Коллин Фармер и её коллеги считают, что благодаря такой сложной системе крокодил может быстро разлагать проглоченные им куски добычи.

А медлить крокодилу нельзя: если рыба, обезьяна, а то и человеческая нога, не будут переварены слишком быстро, рептилия погибнет. Либо в пасти другого хищника в виду своей неповоротливости, либо от голода и кишечного расстройства: в жарком климате бактерии очень быстро размножатся на проглоченном куске мяса в чреве животного.

Фармер полагает, что дело не в том, что не прошедшая лёгких кровь бедна кислородом — для достижения подобного эффекта не нужно сложное устройство сердца, а достаточно замедлить дыхание. По её мнению, дело в том, что эта кровь богата углекислым газом.

Когда крокодил направляет богатую CO2 кровь к желудку и другим органам пищеварения, специальные железы используют его при выработке желудочного сока, и чем больше к ним поступает углекислого газа, тем активнее секреция.

Известно, что в интенсивности выделения желудочного сока своими железами крокодилы в десяток раз превосходят чемпионов по этому показателю среди млекопитающих. Это позволяет не только переваривать пищу, но и подавлять рост вредных бактерий в желудке.

отряд водных пресмыкающихся. Длина большинства крокодилов 2-5 м, некоторых – до 6 м (гребнистый крокодил, старые самцы). Голова плоская, с… →

Чтобы доказать свою гипотезу, учёные сначала изучили состояние кровеносной системы в периоды вынужденного поста и во время переваривания крокодилом пищи. Оказалось, что у только что откушавшего крокодила в течение многих часов клапан действительно заставляет кровь течь преимущественно в обход лёгких.

Далее учёные хирургическим путём дезактивировали клапан, закрыв вход в левую аорту, у группы молодых крокодилов. Контрольную группу для чистоты эксперимента также прооперировали, однако им аорту не закрывали.

Как оказалось, после кормления у крокодилов, левая аорта которых была заблокирована, выработка желудочного сока значительно снижалась — несмотря на то, что кровь продолжала поступать к пищеварительным органам в достаточном количестве через правую аорту.

При этом также резко снижалась способность крокодилов разлагать кости, составляющие немалую часть их рациона.

Помимо функции переноса CO2 к желудку, замечает Фармер, пуск крови в обход лёгких мог играть и другую важную функцию, наличию которой позавидуют многие посетители тренажёрных залов.

У крокодила богатая трапеза почти всегда следует за рывком к добыче, во время которого неповоротливое обычно животное мгновенно выпрыгивает из воды, хватает зазевавшуюся у водопоя жертву и затаскивает её под воду.

В это время в мускулах генерируется такое количество ядовитой молочной кислоты (именно из-за них после физических нагрузок мышцы ломит), которое способно стать причиной гибели животного.

По предположению учёных из Юты, с кровью эта кислота также переносится к желудку, где и утилизируется.

А что касается отверстия Паниццы, то его роль не только в том, чтобы направлять бедную кислородом кровь к другим органам, притормаживая метаболизм крокодила, но и в том, чтобы, наоборот, снабжать пищеварительную систему дополнительным кислородом из правой аорты, когда это нужно. Зубцовый клапан же помогает время от времени отправлять богатую углекислым газом кровь не только к желудку, но и к другим внутренним органам, которым она может понадобиться.

Источник: https://www.gazeta.ru/science/2008/02/05_a_2626172.shtml

WikiSimptom.Ru
Добавить комментарий