生物学I

いくつかの単純なタイプを除くすべての動物では、循環系は栄養素とガスを体内に輸送するために使 単純な拡散は、いくつかの水、栄養素、廃棄物、およびガス交換を可能にするわずかな細胞層の厚さである原始的な動物に;しかし、バルクフローは、より大きな、より複雑な生物の体全体がアクセスされる唯一の方法です。,

循環系のアーキテクチャ

循環系は、効果的に円筒形の血管のネットワークである：動脈、静脈、およびポンプ、心臓から発せられる毛細血管。 すべての脊椎動物およびいくつかの無脊椎動物において、これは閉ループシステムであり、血液は空洞内で自由ではない。 閉鎖circulatory環系では、血液は血管内部に含まれ、全身circulatory環経路の周りで心臓から一方向に循環し、図1aに示すように再び心臓に戻ります。, 閉鎖系とは対照的に、昆虫、甲殻類、そしてほとんどの軟体動物を含む節足動物は、図1bに示すように開いた循環系を持っています。開いた循環系では、血液は血管に閉じ込められていませんが、血液が間質液と混ざっているため、血液コエルと呼ばれる空洞に送り込まれ、血リンパと呼ばれます。 心拍および動物が動くと同時に、血リンパは体腔内の器官のまわりで循環し、次にオスティアと呼出される開始を通して中心に再入ります。 この動きはガスおよび栄養交換を可能にする。, 開いた循環系は作動するか、または維持するのに閉システム同様に多くのエネルギーを使用しません;但し、酸素のハイレベルを要求するティッシュおよび代謝的に活動的な器官に動かすことができる血の量とのトレードオフがあります。 実際、翼幅が70センチメートルまでの昆虫が今日の周りにいない理由の一つは、おそらく150万年前の鳥の到着によって競争していたからです。 閉じた循環系を持つ鳥は、より機敏に動いていると考えられており、食べ物をより速く得ることができ、おそらく昆虫を捕食することができます。,

図1. （Ａ）閉鎖circulatory環系において、心臓は、身体の間質液から分離された血管を通して血液を送り出す。 ほとんどの脊椎動物といくつかの無脊椎動物は、この環形動物のミミズのように、閉じた循環系を持っています。 （B）開放circulatory環系では、血リンパと呼ばれる流体が、体腔内に空になる血管を通して圧送される。 血液リンパは、オスティアと呼ばれる開口部を介して血管に戻ります。 この蜂のような節足動物とほとんどの軟体動物は開いた循環系を持っています。,

動物における循環系の変化

循環系は、無脊椎動物の単純なシステムから脊椎動物のより複雑なシステムまで様々です。 スポンジ（Porifera）やワムシ（Rotifera）などの最も単純な動物は、図2aに示すように、拡散により水、栄養素、廃棄物、溶存ガスの適切な交換が可能になるため、循環器系, より複雑であるが、それでも唯一のそのようなゼリー（Cnidaria）と櫛ゼリー（Ctenophora）など、自分の体の計画に細胞の二つの層を持っている生物はまた、彼らの表皮を介して、 それらの内部および外部組織は、水性環境に浸され、図2bに示すように、両側の拡散によって流体を交換する。

図2., （Ａ）スポンジのような単一の細胞層からなる単純な動物、または（ｂ）クラゲのような少数の細胞層のみからなる単純な動物は、循環系を有さない。 代わりに、ガス、栄養素、および廃棄物は拡散によって交換されます。

より複雑な生物にとって、拡散は体内のガス、栄養素、廃棄物を効果的に循環させるのに効率的ではないため、より複雑な循環系が進化しました。 ほとんどの節足動物と多くの軟体動物は開いた循環系を持っています。, 開放系では、細長い鼓動する心臓が体を通って血リンパを押し、筋肉収縮が体液を動かすのに役立ちます。 ロブスターを含むより大きな、より複雑な甲殻類は、自分の体を介して血液をプッシュする動脈のような血管を開発しており、イカなどの最も活発な軟体動物は、閉じた循環系を進化させており、獲物をキャッチするために迅速に移動することができます。, 閉鎖circulatory環系は脊椎動物の特徴であるが、進化における適応とそれに伴う解剖学の違いにより、異なる脊椎動物群間で心臓の構造と血液の循環に大きな違いがある。 図3は、魚類、両生類、爬虫類、および哺乳類のいくつかの脊椎動物の基本的な循環系を示しています。

図3aに示されているように、魚は血流のための単一の回路と、単一の心房と単一の心室のみを有する二室の心臓を有する。, アトリウムはボディから戻った血を集め、心室はガス交換が起こり、血が再酸素化されるえらに血をポンプでくむ;これはえらの循環と呼ばれる。 血液は、心房に戻って到着する前に、体の残りの部分を通って続きます;これは、全身循環と呼ばれています. 血液のこの一方向の流れは、魚の全身回路の周りに酸素化された血液から脱酸素化された血液の勾配を生成する。, その結果、身体の一部の器官および組織に到達することができる酸素の量が制限され、魚の全体的な代謝能力が低下する。

両生類、爬虫類、鳥類、哺乳類では、血流は二つの回路に向けられています：一つは肺を通って心臓に戻り、肺循環と呼ばれ、もう一つは脳を含む体の残りの部分とその器官（全身循環）に向けられています。 両生類では、ガス交換はまた肺循環の間に皮を通して起こり、pulmocutaneous循環と言われます。,

図3bに示すように、両生類は魚の二室の心臓ではなく、二つの心房と一つの心室を持つ三室の心臓を持っています。 二つの心房（上心房）は、二つの異なる回路（肺およびシステム）から血液を受け取り、その後、酸素の効率を低下させる心臓の心室（下心房）に血液のいくつか この配置の利点は、血管内の高い圧力が血液を肺および身体に押し上げることである。, 混合は、全身circulatory環系および脱酸素化された血液を介して酸素が豊富な血液を肺皮回路に転用する心室内の隆起部によって緩和される。 このため、両生類はしばしば二重循環を有すると記載されている。

図3. （a）魚は脊椎動物の最も単純な循環系を持っています：血液は二室の心臓から鰓を通って一方向に流れ、次に体の残りの部分を通って流れます。, （b）両生類は、肺と皮膚を介して血液を酸素化するための二つの循環ルートを持っており、もう一つは体の残りの部分に酸素を取るためのものです。 血液は、二つの心房および単一の心室を有する三室の心臓から汲み上げられる。

ほとんどの爬虫類はまた、図4aに示すように、血液を肺および全身回路に向ける両生類の心臓に似た三室の心臓を有する。, いくつかの爬虫類（ワニやワニ）は、四室の心臓を示す最も原始的な動物です。 ワニは、動物が獲物を待っているか、腐敗する獲物を待って水中に滞在しながら、例えば、水没の長い期間の間に、心臓が胃や他の臓器に向かって肺から 一つの適応は、心臓の同じ部分を残す二つの主要な動脈を含みます：一つは肺に血液を取り、もう一つは胃や体の他の部分への代替ルートを提供します。, 他の二つの適応は、血液が他に心臓の片側から移動することを可能にするPanizzaの孔と呼ばれる二つの心室の間の心臓の穴、および肺への血流を遅く これらの適応は、ワニとワニを地球上で最も進化的に成功した動物群の一つにしました。

哺乳類および鳥類では、心臓はまた、図4bに示すように、二つの心房および二つの心室の四つの室に分かれている。, 酸素化された血液は脱酸素化された血液から分離されており、二重循環の効率を改善し、おそらく哺乳動物および鳥類の温血生活に必要とされる。 鳥や哺乳類の四室の心臓は、三室の心臓から独立して進化しました。 同じまたは類似の生物学的形質の独立した進化は、収束進化と呼ばれる。

図4. （a）爬虫類にも二つの循環経路がありますが、血液は肺を通してのみ酸素化されます。, 心臓は三室であるが、心室は部分的に分離されているので、ワニや鳥を除いて酸素化された血液と脱酸素化された血液のいくつかの混合が起こる。 （b）哺乳類および鳥類は、酸素化された血液および脱酸素化された血液を完全に分離する四つの室を有する最も効率的な心臓を有し、酸素化された血液