脊椎动物心脏的进化历程

脊椎动物心脏的进化历程

徐照宇

◆徐照宇中国农业大学动物医学院动物医学系2010级2班100193

摘要：在动物进化的漫长历程中，因为适应各种不同的环境，动物的身体结构也发生了巨大的变化。本文以进化论的观点、比较解剖学的手法,以心脏的进化为例，论述了脊椎动物从鱼类、两栖类、爬行类到哺乳类,由水生到陆生、由简单到复杂、由低等到高等,按一定的顺序发展和演变的规律。

关键词：循环系统鱼类两栖类爬行类哺乳动物心脏

脊椎动物是动物界中最高等的、与人类关系最密切的动物类群，也是动物界中结构最复杂、数量最多的一个类群。生物的结构都是与其生活环境相适应的，由于运动和适应复杂环境的需要,脊椎动物进化出了能够支撑身体的脊柱。随着脊椎动物从水生环境到陆地环境的过渡,生活环境变得越来越复杂，其身体结构也发生了巨大的演变。本文用进化的观点,用比较解剖学的方法,论述了脊椎动物心脏结构发生的演变过程。

循环系统是生物体的体液及其管道组成的系统。从动物有了心脏以后，心血管循环系统分心脏和血管两大部分，形成了一个相对封闭的管道系统，血液在其中按照一定的方向循环流动。心脏是血液循环动力的源泉，具有较厚的肌肉壁，内有空腔，肌肉的收缩和舒张使心脏产生有节律的搏动，使血液在血管中循环流动。

一、用鳃呼吸的动物的心脏模式

典型的用鳃呼吸的脊椎动物的心脏，由后向前依次为静脉窦、心房、心室、动脉圆锥。静脉窦接受来自全身的静脉血，静脉血依次通过心房、心室和动脉圆锥，心房和心室没有任何的间隔，只是在静脉窦和心房之间、心房和心室之间有瓣膜，这些瓣膜能防止血液的倒流。

有些动物，如软骨鱼和硬骨鱼，它们的心脏模式与原始的以鳃呼吸的心脏结构相似，但是由于心脏的扭曲，心脏的整体形态逐渐向“S”型过渡，因此这些动物心脏的静脉窦和心房都位于心室的背面。有些动物动脉球代替了动脉圆锥。

二、用肺呼吸的动物的心脏模式

动物在从水生向陆生过渡的过程中，因为生活环境的变化，出现了新的呼吸器官——肺，两栖类的循环系统也因此发生了比较大的变化，循环路线由于增加了肺循环而由单一循环转向双循环，心房此时出现房间隔，由一心房变为两心房；到了爬行类，心室出现了不完全间隔（类似于现在临床上的一些室间隔缺损病症，是一种先天性的心脏病，因为主动脉输血到全身各处，室间隔缺损会导致主动脉射出的血液不足而导致组织器官供血不足，出现一些缺血症状），鳄类则出现了完全的室间隔；到鸟类和哺乳类，心房和心室都分为两部分并且发育完备。从上述过程就可以看出：心脏在演化的过程中，最主要的目的是将来自身体其他部位的动脉血和静脉血分开，适应不同的循环路径，从而提高血液中物质的利用效率。

1.三个腔的心脏模式

两栖类是动物从水生到陆生的过渡类型，因此循环系统也是从单循环向双循环的过渡类型。心房由一腔转变为两腔，左心房接受来自肺静脉的动脉血，右心房接受来自体静脉的静脉血。但是在不同的种类中心房分割的程度也不一样，有些两栖类的心房是完全分隔，而另一些两栖类中，由于没有出现肺这种呼吸器官，因此没有肺循环，心房也是不完全的分隔。

在两栖动物的心室中，没有出现完全的室间隔，但是在内壁却出现了一些肌肉质的网柱和小梁，对两种血液有一定程度的分流作用，但是两种血液不能完全分开，因此血液的运输效率不是很高（如前面提到的室间隔缺损）。但是由于两栖类的皮肤可以辅助呼吸，可以在一定程度上弥补由于血液不分流造成的对氧的利用效率的降低。

2.室间隔不完全的心脏模式

爬行类的心室是不完全的分隔，因此血液的循环也是不完全的双循环。不过有一些种类，如龟鳖类和蛇类，心室则出现了完全的分隔。从这一点也可以看出，动物的心脏在演化过程中是一个渐变的过程，因此也可以认为两栖类中心室出现肌肉质网柱和小梁的结构，为心室出现完全的分隔提供了结构基础。在龟鳖类和蛇类中，心室一方面被一水平隔分为上下两腔，背腔同时被一垂直隔分隔为左右两个腔，这样造成进入心脏的血液的分隔程度比在两栖类中要高得多。在爬行类中，心室的分隔同样在不同的种类中分隔程度不同，在鳄类则出现了完全的室间隔。同时在爬行类中，动脉圆锥消失，静脉窦也趋于退化，成为心房的一部分，对提高血压和提高血液运输效率起到了一定的作用。

3.完美的四个腔的心脏模式

到了鸟类和哺乳类，心脏完全分隔为左右心房和左右心室，在心房和心室之间具有防止血液倒流的房室瓣，从而不完全的双循环转向完全的双循环，在结构上提供了保障。进入心脏的静脉血和动脉血被完全分开而进入体循环和肺循环，大大提高了血液中营养物质的利用效率。

通过对各种脊椎动物心脏结构的比较，可以看出心脏结构演化方向是形成多个腔，以协助脊椎动物由单循环向双循环的演化。由此实例也可以看出：脊椎动物的身体结构是在漫长的时间里,由水生到陆生、由简单到复杂、由低等到高等,按一定的顺序不断地发展和进化的。