Пищеварительная система и переваривание пищи у позвоночных животных

Эволюция кровеносной и дыхательной системы позвоночных.

Дыхательная система
топографически и по происхождению
связана с пищеварительной системой. У
водных представлена жаберной щелью,
пронизывающими глотку. У наземных –
жаберные щели закладываются во время
эмбриогенеза, затем исчезают. Функцию
дыхания выполняют легкие, которые
образуются из выпячиваний на вентральной
стороне глотки.

Направление
эволюции: 1) эв-ия жаберного аппарата –
олигомеризация жаберных щелей,
одновременно идет увеличение дых-ой
поверх-ти за счет образования жаберных
листков. 2) эв-ия легких – обособление
дыхательных частей, увеличение дыхательной
поверхности путем образования добавочных
перекладин.

Пороки развития:
свищи шеи, бронхо-легочные кисты (округлые
полости в легких), кистозная гипоплазия
легких (недоразвитие долей легких),
гипоплазия диафрагмы (от небольших
дефектов в куполе, до полного отсутствия).

Кровеносная система
позвоночных замкнута, представлена
сердцем и сосудами, образует единый
круг кровообращения у круглоротых и
рыб, 2 круг у остальных. Происхождение
– мезодермальное.

Направления
эволюции: увеличение кругов кровообращения,
увеличение числа камер, полное разделение
артериального и венозного кровотока,
уменьшение числа жаберных артерий,
редукция отделов сердца.

У рыб появляется
двух камерное сердце, эмбрионально
возникает из 2-х петель брюшной аорты
(из задней – предсердие, из передней —
желудочек), т.ж. имеется два отдела (у
примитивных венозный синус и артериальный
конус, у костистых – венозный синус и
луковица аорты). 1 круг кровообращения,
сердце обеспечивает движение крови по
артериям и венам, кровь движется за счет
сокращения скелетных мышц. У рыб в сердце
только венозная кровь, которая поступает
в предсердие венозного синуса. Имеется
2 артериальных основных сосуда: брюшная
аорта (кровь идет к голове) и спинная
аорта (к хвосту).

Кровеносная система
наземных животных сложнее, связано с
наземным образом жизни. Имеет 2-ой
(легочный) круг кровообращения, связанный
с легочным газообменом. У всех наземных
2 предсердия, в одно поступает венозная
кровь по венам большого круга, в другое
– артериальная, по венам малого круга.
число желудочков у амфибий и большинства
пресмыкающихся – 1, у крокодилов, всех
птиц и млекопитающих – 2. Каждый круг
начинается в желудочке, заканчивается
в предсердии.

Сердце амфибий
3-х камерное (2 предсердий, 1 желудочек)
к сердцу относится венозный синус,
артериальный конус (продолжение
желудочка). Между предсердием и желудочком
располагается общее отверстие, снабженное
клапанами, которые препятствуют обратному
затеканию крови в предсердие, сердце
лежит в полости перикарда. Артериальный
конус разделен на 2 артериальных ствола,
каждый разделяется продольными
перегородками на 3 сосуда: общую сонную
артерию, кожно-легочный, системную дугу
аорты. В желудочек кровь поступает из
обоих предсердий из общих отверстий, в
его полости происходит смешение
артериальной и венозной крови (но не
полное, благодаря выростам дна желудочка),
имеется спиральный клапан, к-ый позволяет
в к.-то степени разделить кровь.
Артериальная кровь по сонным артериям
идет в мозг. Смешенная –по всем остальным
частям тела, венозная –в сосуды малого
круга кровообращения.

У рептилий происходят
изменения в строении, расположение
отходящих сосудов. Сердце 3-х камерное
с неполной перегородкой в желудочке.
Предсердно-желудочковое отверстие
индивидуальное для каждого предсердия.
Венозный синус и артериальный конус
редуцированы.

Птицы – полное
разделение венозной и артериальной
крови (в сердце и сосудистом русле), 2
круг кровообращения, сердце 4-х камерное
(кровь не смешивается).

Млекопитающие –
все органы снабжаются артериальной
кровью. Большой круг — от левого желудочка
отходит системная дуга аорты; в правое
предсердие впадает верхняя и нижняя
полые вены. Малый круг – от правого
желудочка отходит легочный ствол, каждый
делится на правую и левую легочную
артерию, в левое предсердие впадают
легочные вены.

Пороки развития:
сохранение 2-х дуг аорты, 3-х камерное
сердце, дефекты перегородок, транспазиция
сосудов.

Строение пищеварительной системы человека

Пищеварительный канал

Пищеварительный канал — это полая трубка длиной 8-10 м (у взрослого мужчины), проходящей через все тело и делится на следующие отделы:

Ротовая полость с зубами, языком и слюнными железами.
Глотка.
Пищевод.
Желудок.
Тонкая кишка, включая подотдела:
- двенадцатиперстная кишка
- пустая кишка
- подвздошная кишка;
Толстая кишка, включая подотдела:
- слепая кишка с червеобразным отростком
- ободочная кишка со своими подотделами:
  - восходящая ободочная кишка
  - поперечная ободочная кишка
  - Нисходящая ободочная кишка
  - сигмовидная кишка
- прямой кишки с широкой частью — ампулой прямой кишки, и дистальной, нижней частью — заднепроходным каналом с анальным отверстием.

Вспомогательные органы

Переваривание пищи происходит под действием ряда веществ — ферментов, содержащихся в выделениях в пищеварительный канал сока нескольких крупных желез. В ротовую полость открываются протоки слюнных желез, выделенная ими слюна смачивает ротовую полость и пищу, способствует ее перемешивания и формирования пищевого комка. Также при участии ферментов слюны амилазы и мальтозы в ротовой полости начинается переваривание углеводов.

В тонкий кишечник, а именно в двенадцатиперстную кишку, выделяются сок поджелудочной железы и золотисто-желтый секрет печени — желчь. Сок поджелудочной железы содержит бикарбонаты и ряд ферментов, например, трипсин, химотрипсин, липазу, панкреатическую амилазу, а также нуклеазы. Желчь, прежде чем попасть в кишечник, накапливается в желчном пузыре. Ферменты желчи разделяют жиры на мелкие капли, ускоряет расщепление их липазой.

Гистология

Стенка пищеварительной трубки образована четырьмя оболочками:

слизистая оболочка — включает:

подслизистая — состоит из рыхлой волокнистой соединительной ткани, которая содержит в пищеводе и двенадцатиперстной кишке концевые секреторные отделы экзокринных желез. Ее присутствие обеспечивает подвижность слизистой оболочки и формирования складок

мышечная — образована, как правило, двумя слоями мышечных элементов — внешним продольным и внутренним циркулярным, между которыми в слоях рыхлой волокнистой ткани желудка и кишки располагаются межмышечным нервные сплетения Ауэрбаха. Большая часть пищеварительной трубки, а именно ее средний отдел, образованный гладкой мышечной тканью. Передний и задний — образованные поперечнопосмугованою мышечной тканью. Сокращение этой оболочки обеспечивают перемешивание и передвижения содержания пищеварительной трубки;

внешняя — в переднем и заднем отделах представлена рыхлой волокнистой соединительной тканью — адвентициальным оболочкой, где она неподвижно связана с органами, которые его окружают. В среднем отделе она образована рыхлой волокнистой соединительной тканью, покрытой однослойным плоским эпителием — серозная оболочка.

Кожные покровы

Кожные покровы животных

Кожные покровы выполняют защитную роль, воспринимают раздражения, принимают участие в обмене веществ. Образованы эпидермисом эктодермального происхождения и соединительной тканью, которая образуется из мезодермы.

У беспозвоночных животных покровы тела образованы преимущественно эктодермой и ее производными. У некоторых животных на поверхности тела расположена плотная кутикула. У членистоногих она содержит хитин. У ракообразных она пропитывается еще и известью. В эпидермисе много желез, которые могут погружаться в массу ткани. Соединительнотканный слой кожи развит хорошо лишь у иглокожих.

Для хордовых характерно наличие в коже нескольких слоев. Эпителий подавляющего большинства хордовых – многослойный. Верхний слой эпидермиса образует разные производные – роговые щитки, когти, ногти, чешуйки, копыта, волосы, перья, полые рога. Нижний слой эпидермиса восстанавливает новые слои клеток.

Строение пищеварительной системы

Отделы сложного желудка жвачных млекопитающих расположены в следующем порядке.

Особенности строения пищеварительной системы жвачных

Рубец

Рубец — это преджелудок, который служит резервуаром для растительной пищи. Размеры колеблются у взрослых особей от 20 литров (например, у коз) до 300 литров у коров. Имеет изогнутую форму и занимает всю левую часть брюшной полости. Ферменты здесь не вырабатываются, стенки рубца лишены слизистой оболочки, оснащены сосцевидными выростами для образования шероховатой поверхности, что способствует обработке пищи.

Под действием микрофлоры пища частично перерабатывается, но большая ее часть нуждается в дальнейшем пережёвывании. Рубец — отдел желудка жвачных парнокопытных, из которого отрыгивается содержимое назад в ротовую полость – так образуется жвачка (процесс многоразового перехода пищи из рубца в рот). Уже достаточно перетертая еда возвращается снова в первый отдел и продвигается дальше.

Микроорганизмы играют важную роль в пищеварении жвачных, расщепляют целлюлозу, сами становятся источником животного белка в процессе переваривания и ряда других элементов (витаминов, никотиновой кислоты, тиамина и др.)

Сетка

Сетка – складчатая структура, похожа на сеть с полостями разной величины. Складки находятся в постоянном движении, высотой около 10 мм. Служит фильтром и пропускает кусочки пищи определенной величины, которые обработаны слюной и микрофлорой рубца. Большие частицы сетка отправляет назад для белее тщательной переработки.

Книжка

Книжка – отдел желудка жвачных животных (исключение оленьковые у них он отсутствует), который состоит из мышечных пластинок, прилегающих друг к другу. Пища попадает между «страниц» книжки и подвергается дальнейшей механической обработке. Здесь адсорбируется много воды (около 50%), минеральные соединения. Обезвоженный комок пищи и перетертый в однородную массу готов к переходу в последний отдел.

Сычуга

Сычуга – истинный желудок, выстлан слизистой оболочкой с пищеварительными железами. Складки полости сычуги увеличивают поверхность, которая продуцирует кислый желудочный сок (у коров может выделяться до 80 литров за 24 часа). Под действием соляной кислоты, ферментов, пища переваривается и постепенно переходит в кишечник.

Попадая в двенадцатиперстную кишку, пищевой комок провоцирует выброс ферментов поджелудочной железой и желчи. Они расщепляют еду на молекулы (белки на аминокислоты, жиры на моноглицериды, углеводы на глюкозу), которые через стенку кишечника всасываются в кровь. Непереваренные остатки продвигаются в слепую, а затем в прямую кишку и выводятся наружу через анальное отверстие.

Эволюция кровеносной и дыхательной системы позвоночных.

Пороки развития:
сохранение 2-х дуг аорты, 3-х камерное
сердце, дефекты перегородок, транспазиция
сосудов.

Органы выделения (экскреции)

Органы выделения (экскреции) развиваются из мезодермы. Это специализированные образования, которые имеют разнообразное строение и функции. У низших беспозвоночных – губок, кишечнополостных – еще нет сформированных органов выделения. Продукты обмена удаляются путем диффузии через всю поверхность тела.

У плоских червей выделительная система представлена системой выделительных канальцев – протонефридиев (от греч. протос – первый, первичный, нефрос – почка), которые ветвятся по всему телу и открываются наружу отверстием. Главные канальцы ветвятся на более мелкие, конечные участки которых заканчиваются в паренхиме большими звездчатыми клетками. От внутренней поверхности каждой клетки направлены пучки длинных ресничек. Колебания ресничек создают движение жидкости. Конечные продукты попадают в выделительные канальцы и двигаются к выделительному отверстию.

У кольчатых червей возникают метанефридии. Они имеют вид системы извитых канальцев, расположенных по 2 в каждом сегменте тела. Один конец канальца открывается воронкой в полость тела, второй – порой на боковой поверхности тела. Выделительную функцию выполняют как пора, так и стенки канальца.

У большинства моллюсков и ракообразных появляются компактные органы – почки, похожие на почки млекопитающих. У речного рака есть особые органы выделения – зеленые железы. У наземных членистоногих формируются мальпигиевы сосуды – выделительные трубочки, открывающиеся в полости кишечника.

У позвоночных почки устроены по типу нефридиев. Они состоят из большого количества выделительных канальцев, которые соединяются общим протоком. У ланцетника насчитывается около 100 пар нефридиев. Рыбы и земноводные имеют первичную, или туловищную, почку. Пресмыкающиеся, птицы и млекопитающие имеют вторичную почку.

В выделении продуктов обмена, кроме этих специализированных органов, могут принимать участие и другие образования: потовые и сальные железы, органы дыхания – у млекопитающих, жировое тело – у насекомых и т. п.

Личинки

Личинки жука-плавунца тоже пользуются описываемым способом питания. Они маленькие, у них плохо развита пищеварительная система, и поэтому им свойственно наружное пищеварение.

Обитают названные личинки в прудах, где могут нападать даже на головастиков или мелких рыбешек. Для этого у них есть острые челюсти, с помощью которых они вцепляются в добычу. Мелкая рыба или головастик может какое-то время плавать и на ходу «перевариваться».

Самое интересное, что у личинки даже рот особо не развит — он есть, плотно сомкнут, но раскрыть его невозможно. Зато аппетит у этих существ абсолютно несоизмерим с размерами. Ткани поверженной жертвы они высасывают, и через особые канальцы переваренная жидкость поступает внутрь тела.

Морские жители

Наружным пищеварением обладают и обитатели моря, например, медузы и морские звезды. Морские звезды – очень красивые и необычные на вид животные. Принадлежат к типу иглокожих. Существует множество разных видов и форм звезд, и все они очень изящны и привлекательны. Правда, коварство у них тоже необычайно, хотя с виду это безобидные морские животные, ведущие малоподвижный образ жизни и не способные угнаться даже за черепахой.

Чаще всего они имеют пять лучей, в которых заключены выросты желудка. Встретившись с двустворчатым моллюском, звезда обволакивает его своим телом. Присасываясь к раковине лучами, иглокожее при помощи мышечных усилий открывает ее. На этот процесс может уйти полчаса. После чего звезда делает очень хитрый маневр. Она выворачивает свой желудок наизнанку, вытаскивает его через рот и засовывает в раковину. Процесс пищеварения происходит в раковине, и спустя четыре часа моллюска там уже нет.

Зубная формула

Как вы уже знаете, зубы млекопитающих различаются по форме и строению. Число и форма зубов в целом постоянны для каждого вида млекопитающих. В связи с этим для представителей класса казалось возможным провести зубную формулу – кратное описание зубной системы.

При записи зубной формулы используют однобуквенные латинизированные названия типов зубов. Выделяют резцы, клыки, предкоренные, или praemollare, и коренные зубы, или mollare.

За сокращенным названием типа зубов следует указание количества пар зубов данной группы. В числителе – в верхней челюсти и в знаменателе – в нижней челюсти (рис. 56).

Рис. 56. Зубная формула

Например, это запись зубной формулы человека, она означает, что у нас имеется две пары резцов, одна пара клыков, две пары praemollare и 3 пары mollare в верхней и нижней челюсти (рис. 57).

Рис. 57. Зубная формула человека

Зубные формулы находят широчайшее применение в систематике млекопитающих, они используются при составлении характеристик групп разного систематического ранга, от родов до целых отрядов. Зубная формула позволяет кратко записать характеристику зубной системы.

Кому свойственно наружное пищеварение

Этот тип питания свойствен некоторым беспозвоночным. Пауки, плоские черви, морские звезды и даже некоторые личинки и другие беспозвоночные пользуются им, когда пища оказывается для них слишком велика, чтобы ее проглотить за один раз.

Наружным пищеварением обладают медузы. Кстати, одно прикосновение к ним может быть опасным и для человека. Такой тип питания появился, скорей всего, из-за того, что у беспозвоночных пищеварительный тракт еще не так развит как у позвоночных. И им удобнее поглощать уже переваренную пищу. Кроме того, у мелких животных размеры добычи могут превышать во много раз размеры хищника.

Пищеварение и мутуализм

Из курса ботаники 6 класса вы знаете, что хлоропласты – это потомки некогда проглоченных эукариотами фотосинтезирующих бактерий. У зеленых водорослей и высших растений это действительно так, а вот хлоропласты некоторых простейших – это потомки эукариот, которые когда-то проглотили бактерии, и в свою очередь были проглочены более крупными эукариотами. И иногда это потомки эукариот, проглотивших других эукариот, когда-то проглотивших фотосинтезирующие бактерии.

У многих настоящих животных кишечнополостных, моллюсков и плоских червей внутри тела живут одноклеточные водоросли-мутуалисты. Водоросли получают защиту, а животные переваривают клетки водорослей по мере их размножения. В итоге клетки водорослей-мутуалистов составляют известную долю рационов животного, иногда это доля весьма и весьма существенна (рис. 52, 53).

Рис. 52. Морской слизень

Рис. 53. Тридакна

Некоторые коралловые полипы (рис. 54) и плоские свободноживущие черви во взрослом состоянии питаются практически только за счет своих внутренних водорослевых симбионтов (рис. 55) и к самостоятельной жизни не готовы.

Рис. 54. Коралловый полип

Рис. 55. Водоросль-симбионт

Обмен веществ

У любого живого организма есть клетки или органы, а также процессы, которые обеспечивают питание, выделение и дыхание в том или ином смысле этого слова. В организм всегда должны поступать какие-то вещества, и какие-то вещества должны из него выделяться.

Поскольку любой организм обменивается веществом и энергией с окружающей средой, организм можно всегда считать открытой системой. Обмен веществ протекает в любом организме непрерывно, от самого его рождения до самой смерти. Полная остановка обмена веществ – это, как правило, и есть смерть, а вот скорость обмена веществ может быть очень различной.

Скорость обмена веществ повышена, когда организм растет, развивается или просто куда-то быстро движется. Интенсивность обмена веществ нормально, когда животное находится в активном состоянии, и снижено, когда животное находится в спячке.

Снижение скорости обмена веществ до исчезновения всяких видимых признаков жизни называется анабиозом.

В отдельных случаях очень редко обмен веществ может полностью останавливаться на некоторое время. Так происходит, например, при вмерзании в лед некоторых рыб и земноводных или при инцистировании у некоторых ракообразных и простейших.

Переваривая вещества, поступившие в организм в процессе питания, животное получает строительный материал, который усваивает и использует для роста и развития. Для того чтобы любой живой организм мог расти, развиваться и размножаться, необходимы некие вещества, вырабатываемые его клетками и энергия.

Для всех гетеротрофных организмов источником энергии в конечном счете является пища, причем если поиск пищи, ее переработка и усвоение требует некоторых затрат энергии, то выделяется энергия в ходе дыхания в той или иной ее форме.

Таким образом, обмен веществ в любом организме неразрывно связан с обменом энергии.

Энергия химических связей питательных веществ путем своеобразных химических реакций переводится в энергию АТФ. Универсальная энергетическая валюта клетки, энергия АТФ, в свою очередь, используется организмом для роста и развития, для поддержания постоянной температуры тела или совершения кокой-то мышечной работы.

Катализатор – вещество, ускоряющее химическую реакцию, но само по себе в ходе нее остающееся неизмененным.

Все процессы обмена веществ в организме происходят при участии биологических катализаторов или ферментов. Например, пищеварительные ферменты содержатся в слюне, желудочном соке и секрете поджелудочной железы.

Чрезвычайно важную роль в обмене веществ играет и газообмен, именно в ходе газообмена любой аэробный организм получает кислород, необходимый для дыхания, и избавляется от углекислого газа и других ненужных организму веществ.

От жидких и растворенных газообразных продуктов обмена веществ организм избавляется при помощи выделительной системы. Непереваренные остатки пищи выбрасываются в окружающую среду с помощью дефекации.

Таким образом, любой живой организм непрерывно получает из окружающей среды все необходимые ему вещества и выбрасывает в окружающую среду вещества ненужные.

Фотосинтезирующие организмы способны запасать энергию солнечных лучей, гетеротрофные организмы используют энергию химических связей пищи. В любом случае жизнь любого живого существа – это непрерывный обмен веществом и энергией с окружающей средой. То есть любое живое существо по определению – это открытая система.

Пауки

Пауков тоже вряд ли можно назвать вегетарианцами. Они хищники и питаются, в основном, насекомыми. Хотя исключением можно назвать паука-скакуна, поедающего зеленые части акаций. Все остальные виды предпочитают животную пищу, и для них свойственно наружное пищеварение.

Многие из этих членистоногих плетут паутину, в которую попадаются разные летающие насекомые. Запутавшись в ловушке, жертва начинает трепыхаться, чем выдает себя.

Паук сразу чувствует это, благодаря вибрациям паутины, и, как правило, упаковывает жертву в кокон, а затем впрыскивает внутрь пищеварительный сок. Он делает ткани жертвы мягкими, и в конце концов превращает их в жидкость, которую паук и выпивает по истечении времени.

Можно сказать, что пауки предпочитают внешнее пищеварение, так как у них нет зубов, а их рот очень маленький для заглатывания, даже у тех, кто питается птицами. Чтобы впрыснуть яд, у этих хищников есть специальные крючья-челюсти или хелицеры. Например, вонзаясь ними в хитиновый панцирь жука, паук выделяет пищеварительный сок, выпивает переваренные ткани, затем опять впрыскивает яд и так до тех пор, пока весь жук не будет переварен.

Половая система

Половая система млекопитающих

Половая система формируется в мезодерме. Представлена у животных половыми железами, производящими половые клетки, и протоками, через которые они выводятся. Основная функция половой системы – размножение, которое обеспечивает беспрерывную последовательность поколений.

У низших беспозвоночных – губок и большинства кишечнополостных – характерно отсутствие половых органов, выводных протоков. Половые клетки формируются среди экто- или энтодермальных клеток. Сквозь разрывы стенок тела они выходят наружу. Мужские и женские половые клетки образуются на одном организме. У плоских червей формируется сложная система выводных протоков. Половые клетки образуются в трубчатых или гроздевидных половых железах в одном организме. У круглых червей и членистоногих появляется разделение полов. Усложняется строение половой системы. Женские половые клетки имеют большое количество питательных веществ и защитных оболочек. Кольчатые черви преимущественно гермафродиты.

Хордовые – разнополые. У низших хордовых строение половой системы сходно, половой диморфизм почти не выражен. У рыб яичник преимущественно непарный, семенники – парные, оплодотворение – внешнее. У хвостатых амфибий оплодотворение внутреннее, у бесхвостых – внешнее.

У всех высших позвоночных оплодотворение внутреннее. У пресмыкающихся левый яичник развит меньше правого. У птиц развивается только левый яичник. У самцов млекопитающих развивается сложная система дополнительных желез. Семенники некоторых видов находятся в брюшной полости, но у большинства видов они выходят наружу и лежат в мошонке.