Für komplexere Organismen ist die Diffusion nicht effizient, um Gase, Nährstoffe und Abfälle effektiv durch den Körper zu zirkulieren; Daher entwickelten sich komplexere Kreislaufsysteme. Die meisten Arthropoden und viele Mollusken haben offene Kreislaufsysteme. In einem offenen System drückt ein längliches schlagendes Herz die Hämolymphe durch den Körper und Muskelkontraktionen helfen, Flüssigkeiten zu bewegen., Die größeren komplexeren Krebstiere, einschließlich Hummer, haben arterienartige Gefäße entwickelt, um Blut durch ihren Körper zu drücken, und die aktivsten Mollusken, wie Tintenfische, haben ein geschlossenes Kreislaufsystem entwickelt und können sich schnell bewegen, um Beute zu fangen. Geschlossene Kreislaufsysteme sind ein Merkmal von Wirbeltieren; Es gibt jedoch signifikante Unterschiede in der Struktur des Herzens und der Blutzirkulation zwischen den verschiedenen Wirbeltiergruppen aufgrund der Anpassung während der Evolution und der damit verbundenen Unterschiede in der Anatomie. Abbildung 21.,4 veranschaulicht die grundlegenden Kreislaufsysteme einiger Wirbeltiere: Fische, Amphibien, Reptilien und Säugetiere.
Wie in Abbildung 21.4 dargestellt, hat ein Fisch einen einzigen Kreislauf für den Blutfluss und ein Zweikammerherz, das nur einen einzigen Vorhof und einen einzigen Ventrikel hat. Das Atrium sammelt Blut, das aus dem Körper zurückgekehrt ist, und der Ventrikel pumpt das Blut zu den Kiemen, wo der Gasaustausch stattfindet und das Blut wieder mit Sauerstoff versorgt wird; Dies wird Kiemenzirkulation genannt. Das Blut setzt sich dann durch den Rest des Körpers fort, bevor es wieder im Atrium ankommt; Dies wird systemische Zirkulation genannt., Dieser unidirektionale Blutfluss erzeugt einen Gradienten von sauerstoffhaltigem zu sauerstoffhaltigem Blut um den systemischen Kreislauf des Fisches. Das Ergebnis ist eine Begrenzung der Sauerstoffmenge, die einige Organe und Gewebe des Körpers erreichen kann, wodurch die gesamte Stoffwechselkapazität von Fischen verringert wird.
Bei Amphibien, Reptilien, Vögeln und Säugetieren wird der Blutfluss in zwei Kreisläufen geleitet: einer durch die Lunge und zurück zum Herzen, das als Lungenkreislauf bezeichnet wird, und der andere durch den Rest des Körpers und seiner Organe einschließlich des Gehirns (systemischer Kreislauf)., Bei Amphibien tritt der Gasaustausch auch während des Lungenkreislaufs durch die Haut auf und wird als pulmokutane Zirkulation bezeichnet.
Wie in Abbildung 21.4 b gezeigt, haben Amphibien ein Dreikammerherz mit zwei Vorhöfen und einem Ventrikel anstelle des Zweikammerherzens von Fischen. Die beiden Vorhöfe (obere Herzkammern) erhalten Blut aus den beiden verschiedenen Kreisläufen (Lunge und Systeme), und dann vermischt sich das Blut im Herzventrikel (untere Herzkammer), was die Effizienz der Sauerstoffversorgung verringert., Der Vorteil dieser Anordnung ist, dass hoher Druck in den Gefäßen Blut in die Lunge und den Körper drückt. Die Vermischung wird durch einen Grat innerhalb des Ventrikels gemildert, der sauerstoffreiches Blut durch das systemische Kreislaufsystem und desoxygiertes Blut in den pulmokutanen Kreislauf leitet. Aus diesem Grund werden Amphibien oft als doppelt zirkuliert beschrieben.
Die meisten Reptilien haben auch ein Dreikammerherz ähnlich dem Amphibienherz, das Blut in den Lungen-und Systemkreislauf leitet, wie in Abbildung 21.4 c gezeigt., Der Ventrikel wird effektiver durch ein partielles Septum geteilt, was zu einer geringeren Vermischung von sauerstoffreichem und desoxygeniertem Blut führt. Einige Reptilien (Alligatoren und Krokodile) sind die primitivsten Tiere, die ein Vierkammerherz aufweisen. Krokodile haben einen einzigartigen Zirkulationsmechanismus, bei dem das Herz während langer Tauchperioden Blut aus der Lunge in Richtung Magen und andere Organe mischt, während das Tier beispielsweise auf Beute wartet oder unter Wasser bleibt und darauf wartet, dass Beute verrottet., Eine Anpassung umfasst zwei Hauptarterien, die denselben Teil des Herzens verlassen: Eine nimmt Blut in die Lunge und die andere bietet einen alternativen Weg zum Magen und zu anderen Körperteilen. Zwei weitere Anpassungen umfassen ein Loch im Herzen zwischen den beiden Ventrikeln, das so genannte Foramen von Panizza, das es dem Blut ermöglicht, sich von einer Seite des Herzens zur anderen zu bewegen, und spezialisiertes Bindegewebe, das den Blutfluss in die Lunge verlangsamt. Zusammen haben diese Anpassungen Krokodile und Alligatoren zu einer der evolutionär erfolgreichsten Tiergruppen der Erde gemacht.,
Bei Säugetieren und Vögeln ist das Herz auch in vier Kammern unterteilt: zwei Vorhöfe und zwei Ventrikel, wie in Abbildung 21.4 d dargestellt. Das sauerstoffhaltige Blut wird vom sauerstoffhaltigen Blut getrennt, was die Effizienz der doppelten Zirkulation verbessert und wahrscheinlich für den warmblütigen Lebensstil von Säugetieren und Vögeln erforderlich ist. Das Vierkammerherz von Vögeln und Säugetieren entwickelte sich unabhängig von einem Dreikammerherz. Die unabhängige Evolution desselben oder eines ähnlichen biologischen Merkmals wird als konvergente Evolution bezeichnet.,
Zusammenfassung
Bei den meisten Tieren wird das Kreislaufsystem verwendet, um Blut durch den Körper zu transportieren. Einige primitive Tiere verwenden Diffusion für den Austausch von Wasser, Nährstoffen und Gasen. Komplexe Organismen nutzen jedoch das Kreislaufsystem, um Gase, Nährstoffe und Abfälle durch den Körper zu transportieren. Kreislaufsysteme können offen (gemischt mit der interstitiellen Flüssigkeit) oder geschlossen (getrennt von der interstitiellen Flüssigkeit) sein., Geschlossene Kreislaufsysteme sind ein Merkmal von Wirbeltieren; Es gibt jedoch signifikante Unterschiede in der Struktur des Herzens und der Blutzirkulation zwischen den verschiedenen Wirbeltiergruppen aufgrund von Anpassungen während der Evolution und damit verbundenen Unterschieden in der Anatomie. Fische haben ein Zweikammerherz mit unidirektionaler Zirkulation. Amphibien haben ein dreikammeriges Herz, das eine gewisse Vermischung des Blutes aufweist, und sie haben eine doppelte Zirkulation. Die meisten Nicht-Vogel Reptilien haben ein Dreikammerherz, aber haben wenig Mischen des Blutes; sie haben doppelte Zirkulation., Säugetiere und Vögel haben ein Vierkammerherz ohne Vermischung von Blut und doppelter Zirkulation.