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。

(a)のスポンジのように単一の細胞層からなる単純な動物や、(b)のクラゲのようにわずかな細胞層からなる動物は、循環系を持っていません。

イラストAはスポンジの断面図で、薄い壺のような体の内側と外側の両方が液体で満たされています。

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。

(a)魚類は脊椎動物の中で最も単純な循環系で、血液は2室ある心臓からエラを経て全身へと一方向に流れます。 (b) 両生類は2つの循環ルートを持っている。1つは肺と皮膚を経由して血液に酸素を供給するルート、もう1つは体の残りの部分に酸素を運ぶルートである。 血液は、2つの心房と1つの心室を持つ3室構造の心臓から送り出されます。 (c) 爬虫類も循環経路は2つあるが、血液は肺でのみ酸素を供給される。 心臓は3室だが、心室は部分的に分離しているので、ワニや鳥類を除いて、酸素化された血液と非酸素化された血液の混合が起こる。 (d) 哺乳類と鳥類は最も効率の良い心臓を持っており、4つの部屋で酸素化血液と脱酸素化血液を完全に分離し、酸素化血液のみを体内に送り、脱酸素化血液を肺に送ります。

図Aは魚類の循環系を示しており、魚類は1つの心房と1つの心室を持つ2室の心臓を持っています。 全身循環の血液は、体から心房に入り、心室に入る。 心臓を出た血液はエラ循環に入り、エラの毛細血管でガス交換を行う。 エラから出た血液は再び全身循環に入り、体の毛細血管で体内の気体が交換される。 イラストBは両生類の循環系を示しており、両生類の心臓は2つの房と1つの心室を持つ3室構造になっています。 全身を循環する血液は心臓に入り、右心房に流れ込み、心室に入ります。 心室を出た血液は、肺循環と皮膚循環に入る。 肺と皮膚の毛細血管ではガス交換が行われ、血液に酸素が供給される。 肺と皮膚から出た血液は、左心房から再び心臓に入ります。 血液は心室に流れ込み、全身循環の血液と混ざり合う。 血液は心室を出て全身循環に入る。 イラストCは、4室の心臓を持つ爬虫類の循環系である。 右心室と左心室は隔壁で隔てられているが、右心房と左心房を隔てる隔壁はないので、この2つの部屋の間では血液が多少混ざることになる。 全身循環からの血液は右心房に入り、右心室から肺循環に入り、肺で酸素が供給される。 肺からの血液は、左心房を通って心臓に戻る。 左心房と右心房は分離されていないため、酸素化された血液と脱酸素化された血液が多少混ざる。 血液は左心室に送り込まれ、体の中に入ります。 イラストDは、4室構造の心臓を持つ哺乳類の循環系である。 循環は爬虫類と似ていますが、4つの部屋が完全に分離しているので、効率が良くなっています。

(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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