Variation du système circulatoire chez les animaux
Le système circulatoire varie de systèmes simples chez les invertébrés à des systèmes plus complexes chez les vertébrés. Les animaux les plus simples, comme les éponges (Porifera) et les rotifères (Rotifera), n’ont pas besoin de système circulatoire car la diffusion permet un échange adéquat d’eau, de nutriments et de déchets, ainsi que de gaz dissous, comme le montre la (Figure)a. Les organismes plus complexes, mais dont le plan corporel ne comporte que deux couches de cellules, comme les gelées (Cnidaria) et les gelées en peigne (Ctenophora), utilisent également la diffusion à travers leur épiderme et, en interne, à travers le compartiment gastro-vasculaire. Leurs tissus internes et externes baignent dans un environnement aqueux et échangent des fluides par diffusion des deux côtés, comme l’illustre la (Figure)b. L’échange de fluides est assisté par les pulsations du corps de la méduse.
Pour les organismes plus complexes, la diffusion n’est pas efficace pour faire circuler efficacement les gaz, les nutriments et les déchets dans le corps ; c’est pourquoi des systèmes circulatoires plus complexes ont évolué. La plupart des arthropodes et de nombreux mollusques ont un système circulatoire ouvert. Dans un système ouvert, un cœur allongé qui bat pousse l’hémolymphe à travers le corps et les contractions musculaires aident à déplacer les fluides. Les crustacés les plus grands et les plus complexes, comme les homards, ont développé des vaisseaux de type artériel pour faire circuler le sang dans leur corps. Les mollusques les plus actifs, comme les calmars, ont développé un système circulatoire fermé et sont capables de se déplacer rapidement pour attraper leurs proies. Les systèmes circulatoires fermés sont une caractéristique des vertébrés ; cependant, il existe des différences significatives dans la structure du cœur et la circulation du sang entre les différents groupes de vertébrés en raison de l’adaptation au cours de l’évolution et des différences anatomiques associées. (Figure) illustre les systèmes circulatoires de base de certains vertébrés : les poissons, les amphibiens, les reptiles et les mammifères.
Comme l’illustre la (figure)a. Les poissons ont un seul circuit pour la circulation sanguine et un cœur à deux chambres qui ne comporte qu’une seule oreillette et un seul ventricule. L’oreillette recueille le sang qui est revenu du corps et le ventricule pompe le sang vers les branchies où se produit un échange gazeux et où le sang est ré-oxygéné ; c’est ce qu’on appelle la circulation branchiale. Le sang continue ensuite à traverser le reste du corps avant de revenir à l’oreillette ; c’est la circulation systémique. Ce flux sanguin unidirectionnel produit un gradient de sang oxygéné par rapport au sang désoxygéné dans le circuit systémique du poisson. Il en résulte une limitation de la quantité d’oxygène pouvant atteindre certains organes et tissus du corps, ce qui réduit la capacité métabolique globale des poissons.
Chez les amphibiens, les reptiles, les oiseaux et les mammifères, le flux sanguin est dirigé dans deux circuits : l’un à travers les poumons et en retour vers le cœur, qui est appelé circulation pulmonaire, et l’autre dans tout le reste du corps et ses organes, y compris le cerveau (circulation systémique). Chez les amphibiens, les échanges gazeux se font également à travers la peau pendant la circulation pulmonaire et sont appelés circulation pulmocutanée.
Comme le montre la (Figure)b, les amphibiens ont un cœur à trois chambres qui comporte deux oreillettes et un ventricule plutôt que le cœur à deux chambres des poissons. Les deux oreillettes (chambres cardiaques supérieures) reçoivent le sang des deux circuits différents (les poumons et les systèmes), puis il y a un certain mélange du sang dans le ventricule du cœur (chambre cardiaque inférieure), ce qui réduit l’efficacité de l’oxygénation. L’avantage de cette disposition est que la pression élevée dans les vaisseaux pousse le sang vers les poumons et le corps. Le mélange est atténué par une crête à l’intérieur du ventricule qui dévie le sang riche en oxygène vers le système circulatoire systémique et le sang désoxygéné vers le circuit pulmocutané. Pour cette raison, les amphibiens sont souvent décrits comme ayant une double circulation.
La plupart des reptiles ont également un cœur à trois chambres similaire à celui des amphibiens qui dirige le sang vers les circuits pulmonaire et systémique, comme le montre la (Figure)c. Le ventricule est divisé plus efficacement par un septum partiel, ce qui entraîne un moindre mélange de sang oxygéné et désoxygéné. Certains reptiles (alligators et crocodiles) sont les animaux les plus primitifs à présenter un cœur à quatre chambres. Les crocodiliens ont un mécanisme circulatoire unique dans lequel le cœur dévie le sang des poumons vers l’estomac et d’autres organes pendant de longues périodes d’immersion, par exemple lorsque l’animal attend une proie ou reste sous l’eau en attendant qu’elle pourrisse. Une adaptation comprend deux artères principales qui partent de la même partie du cœur : l’une conduit le sang vers les poumons et l’autre fournit une voie alternative vers l’estomac et d’autres parties du corps. Deux autres adaptations comprennent un trou dans le cœur entre les deux ventricules, appelé foramen de Panizza, qui permet au sang de passer d’un côté du cœur à l’autre, et un tissu conjonctif spécialisé qui ralentit le flux sanguin vers les poumons. Ensemble, ces adaptations ont fait des crocodiles et des alligators l’un des groupes d’animaux les plus performants sur le plan de l’évolution sur terre.
Chez les mammifères et les oiseaux, le cœur est également divisé en quatre chambres : deux oreillettes et deux ventricules, comme l’illustre la (figure)d. Le sang oxygéné est séparé du sang désoxygéné, ce qui améliore l’efficacité de la double circulation et est probablement nécessaire au mode de vie à sang chaud des mammifères et des oiseaux. Le cœur à quatre chambres des oiseaux et des mammifères a évolué indépendamment d’un cœur à trois chambres. L’évolution indépendante d’un même trait biologique ou d’un trait biologique similaire est appelée évolution convergente.