Circulatory System Variation in Animals
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ある。 最も単純な動物であるカイメン(Porifera)やワムシ(Rotifera)は、(図)aに示すように、拡散によって水、栄養、老廃物、溶存ガスの交換が十分に行われるため、循環系を必要としない。 もっと複雑な生物であっても、2層の細胞しか持たない生物、例えばゼリー(Cnidaria)やコガネムシ(Ctenophora)では、表皮を介した拡散と、胃血管コンパートメントを介した内部拡散が行われている。 図)bに示すように、内部と外部の組織はともに水性環境にさらされており、双方の拡散によって流体を交換している。
より複雑な生物では、気体や栄養分、老廃物を体内で効率的に循環させるためには拡散では効率が悪いため、より複雑な循環システムが進化しました。 ほとんどの節足動物と多くの軟体動物は開放型の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血球を体内に押し出し、筋肉の収縮が体液の移動を助ける。 ロブスターなどの大型で複雑な甲殻類は、動脈のような血管を発達させて血液を体内に送り込み、イカなどの最も活動的な軟体動物は閉鎖循環系を進化させて、獲物を捕らえるために素早く移動できるようにしている。 閉鎖循環系は脊椎動物の特徴であるが、進化の過程での適応やそれに伴う解剖学的な違いにより、心臓の構造や血液の循環には脊椎動物のグループごとに大きな違いがある。
(図)aに示すように。 魚類は血流の回路が1本で、心房と心室が1つずつしかない2室の心臓を持っています。 心房は体内から戻ってきた血液を集め、心室はその血液をエラに送り、そこでガス交換を行い、血液を再酸素化する。 その後、血液は全身を巡り、再び心房に戻ってくる。これを全身循環と呼ぶ。 このような一方通行の血液の流れにより、魚の全身回路では酸素を含んだ血液と酸素を失った血液の勾配が生じます。
両生類、爬虫類、鳥類、哺乳類では、血流は肺を通って心臓に戻る回路(肺循環)と、脳を含む全身の臓器に流れる回路(全身循環)の2つに分かれています。
(図)bに示すように、両生類の心臓は、魚類のような2室の心臓ではなく、2つの心房と1つの心室を持つ3室の心臓です。 2つの心房(上側の心室)には、2つの異なる回路(肺と系)から血液が送られてきますが、心臓の心室(下側の心室)では血液が多少混ざり合い、酸素供給の効率が悪くなります。 この配置の利点は、血管内の高い圧力によって血液が肺や体に押し出されることです。 混合は心室内の隆起によって緩和され、酸素を多く含む血液は全身の循環系へ、脱酸素を含む血液は肺皮回路へと分流されます。
また、ほとんどの爬虫類は、(図)cに示すように、両生類の心臓と同様の3室構造の心臓を持ち、血液を肺回路と全身回路に導きます。 心室は部分的な隔壁によってより効果的に分割されており、その結果、酸素化された血液と脱酸素化された血液の混合が少なくなっています。 一部の爬虫類(ワニ、クロコダイル)は、4室の心臓を示す最も原始的な動物である。 ワニは、獲物を待っている間や水中で獲物が腐るのを待っている間など、長時間水に浸かっている間は、心臓が肺から胃などの臓器に血液を送るという独特の循環機構を持っている。 ある適応策では、心臓の同じ部分から2本の主動脈が出ており、1本は肺に血液を送り、もう1本は胃などへの別ルートを確保している。 他の2つの適応策としては、2つの心室の間にあるパニッツァ孔と呼ばれる心臓の穴があり、血液が心臓の片側から反対側に移動できるようになっていることと、肺への血流を遅くする特殊な結合組織があることです。
哺乳類や鳥類でも、(図)dのように、心臓は2つの心房と2つの心室の4つの部屋に分かれています。 酸素を含んだ血液と脱酸素を含んだ血液を分離することで、二重循環の効率を高めており、哺乳類や鳥類の温血な生活に必要なものと思われます。 鳥類や哺乳類の4室の心臓は、3室の心臓から独立して進化したものである。 同一または類似の生物学的形質が独立して進化することを収斂進化というが、
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