Учебный проект "Эволюция систем хордовых"

Муниципальное общеобразовательное учреждение

Шаранчинская средняя общеобразовательная школа

Проект

ЭВОЛЮЦИЯ СИСТЕМ ХОРДОВЫХ

Автор проекта:

Безъязыкова Елизавета Александровна,

ученица 7 класса

Руководитель проекта:

Маркова Лариса Николаевна,

учитель биологии

Шаранча

2019 год

Введение

В этом году по биологии мы изучаем животных. На Земле существует более миллиона видов животных, и они чрезвычайно разнообразны. Есть простейшие, организм которых состоит из одной клетки. Так же на Земле существуют многоклеточные организмы, к которым относятся животные типа Хордовые. Тип Хордовые – один из крупнейших по числу видов в царстве животных. В нём около 50 тысяч современных видов. В процессе изучения животных типа Хордовые мне стало интересно, как меняется строение систем органов у данных животных. Поэтому я выбрала тему проекта «Эволюция систем хордовых».

Проблема проекта: В курсе биологии за 7 класс мы изучаем особенности строения и развития типов, классов животных по отдельности. При этом сложно бывает представить, какие в процессе эволюции наблюдаются изменения в их системах органов. Для лучшего понимания материала по биологии необходимо проследить эволюцию систем органов на примере хордовых животных.

Объект исследования: Системы органов животных типа Хордовые

Предмет исследования: Изменения систем органов хордовых в процессе эволюции.

Цель работы: Изучить особенности эволюции систем хордовых.

Задачи:

1. Изучить научную литературу и интернет ресурсы по данной теме.

2. Сравнить строение систем органов разных классов типа Хордовые.

3. Обобщить полученные знания и сделать выводы.

Гипотеза: В процессе эволюции животных типа Хордовые системы их органов развивались, становясь более сложными.

Методы исследования:

1. Изучение информации и литературы по данной теме.

2. Обработка информации.

3. Оформление информации.

Эволюция систем хордовых

Эволюция скелета

У всех хордовых скелет внутренний. Он растет вместе с животным и у большинства образован костями, хрящами и сухожилиями.

Скелет состоит из следующих частей: осевого скелета, скелета конечностей и черепа. Осевой скелет низших хордовых, например, ланцетника, представляет собой вытянутый, упругий стержень – хорду. Она расположена на спинной стороне и тянется от головы до хвоста. У более высокоорганизованных хордовых животных – рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и млекопитающих – достаточно хорошо развит позвоночник, состоящий из хрящевых и костных позвонков.

Хорда сохраняется в течении всей жизни лишь у некоторых видов рыб, например у белуги, осетра. У большинства рыб остаток хорды сохраняется между телами позвонков. Позвоночник рыб состоит из двух отделов: туловищного и хвостового.

У Земноводных в связи с водно-наземным образом жизни осевой скелет усложнился и представлен шейным отделом, состоящим из одного позвонка, туловищным – из семи позвонков с рёбрами, оканчивающимися свободно. Крестцовый отдел состоит из одного позвонка с прикреплёнными к нему костями таза. Хвостатые амфибии имеют несколько позвонков в хвостовом отделе.

Позвоночник пресмыкающихся имеет пять отделов – шейный, грудной, поясничный, крестцовый, хвостовой. В шейном отделе позвонки соединены подвижно. Они обеспечивают подвижность головы – необходимое условие наземного существования. Грудные и поясничные позвонки несут рёбра. У некоторых пресмыкающихся рёбра соединяются с грудиной, образуя грудную клетку, которая защищает внутренние органы и обеспечивает лучшее поступление воздуха в легкие. Крестцовый отдел состоит из двух позвонков. Хвостовой отдел достаточно хорошо развит, число позвонков в нем различно. У змей все отделы позвоночника, кроме хвостового, несут ребра, концы которых заканчиваются свободно, что позволяет змеям заглатывать крупную добычу.

Позвоночник птиц имеет пять отделов, как и у пресмыкающихся. В шейном отделе от 9 до 25 позвонков, соединенных подвижно. Сросшиеся грудные позвонки и ребра, соединенные с грудиной, образуют грудную клетку. Грудина многих птиц имеет особый выступ – киль, к которому прикрепляются грудные мышцы, активно работающие при полете. Конечный грудной позвонок, поясничные, крестцовые и первый хвостовой позвонки срослись, создав мощный крестец, служащий для опоры задних конечностей. Это повышает прочность скелета, что особенно важно в связи с приспособлением к полету. Кости птиц легкие, многие из них полые внутри.

Позвоночник млекопитающих также состоит из пяти отделов – шейного, грудного, поясничного, крестцового и хвостового.

Скелеты парных конечностей позвоночных животных имеют сходное строение. Передние конечности состоят из плеча, предплечья, кисти. Задние конечности состоят из бедра, голени, кисти. Плечевая кость передней конечности прикрепляется к грудной клетке с помощью пояса передних конечностей, у некоторых животных он состоит из ключицы и лопаток, у других только из лопатки, так как ключицы отсутствуют. При помощи пояса задних конечностей, состоящего из тазовых костей, сросшихся с крестцовым отделом позвоночника, задние конечности прикрепляются к позвоночнику.

Череп состоит из мозгового и лицевого отделов. В мозговом отделе располагается головной мозг.

Несмотря на значительные различия в строении опорно-двигательных структур у разных животных, их скелеты выполняют сходные функции: опоры тела, защиты внутренних органов, перемещение тела в пространстве.

Эволюция дыхательной системы у хордовых животных.

Всем животным организмам необходим кислород, без которого не смогут осуществляться процессы жизнедеятельности.

Система органов дыхания ланцетника представлена жаберными щелями, пронизывающими стенку переднего отдела кишечника – глотку. У ланцетника жаберные щели скрыты под кожей и открываются в околожаберную полость. У рыб под жаберными крышками располагаются жабры, состоящие из жаберных дуг с жаберными лепестками, обильно пронизанными кровеносными сосудами.

У наземных позвоночных органами дыхания являются легкие. Они представляют собой тонкостенные полые мешки, стенки которых оплетены густой сетью капилляров. Земноводные дышат с помощью простых легких и слизистой кожи. Пресмыкающиеся дышат более сложными легкими. В легких появляются выросты и легочные перегородки, что увеличивает их внутреннюю поверхность.

У птиц в связи с приспособлением к полету газообмен протекает наиболее сложно. Легкие птиц представляют собой плотные губчатые тела. Входя в них, бронхи ветвятся, часть ответвлений доходит до множества мелких полостей, стенки которых пронизаны мельчайшими капиллярами кровеносной системы. Другая часть бронхов проходит через легкие и за их пределами образует большие тонкостенные воздушные мешки. Они располагаются между внутренними органами, проникают в полые кости, между мышцами под кожу.

При вдохе часть воздуха, поступающего в мешки, так быстро проходит через легкие, что количество кислорода в нем уменьшается незначительно. При выдохе этот богатый кислородом воздух, проходя из воздушных мешков через легкие, вторично отдает кислород – такое явление получило название двойное дыхание. При полете интенсивность дыхания увеличивается в 15 и более раз.

Млекопитающие также обладают совершенной системой органов дыхания. Она состоит из трахеи, бронхов и легких. По трахеи и бронхам воздух проходит в легкие, где осуществляется газообмен. Легкие губчатые. В легких бронхи ветвятся. По ним воздух попадает в легочные пузырьки – альвеолы, которые оплетены густой сетью капилляров. Вентиляцию легких обеспечивает диафрагма, мышца отделяющая брюшную полость от грудной, а также межреберные мышцы. Вдох сопровождается увеличением объема грудной клетки, выдох приводит к ее уменьшению.

Таким образом, эволюция органов дыхания у позвоночных шла по пути увеличения площади легочных перегородок, участвующих в газообмене, совершенствования транспортных систем доставки кислорода к клеткам, и развития систем, обеспечивающих вентиляцию органов дыхания.

Пищеварительная система хордовых

Пищеварительная система позвоночных животных начинается ротовым отверстием. Ротовая полость имеет челюсти с различными приспособлениями для удержания и умерщвления добычи у хищных животных, для ощипывания корма – у травоядных, перетирания или измельчения – у всеядных, склевывания – у зерноядных и насекомоядных птиц, разрывания – у хищных птиц, отцеживания – у водоплавающих птиц и некоторых китообразных.

За ротовым отверстием следует глотка, пищевод, желудок тонкая и толстая кишка с анальным отверстием, открывающимся либо наружу, либо в специальное образование – клоаку, как у круглоротых, некоторых рыб, земноводных, пресмыкающихся, птиц и яйцекладущих млекопитающих.

У рыб имеются однотипные зубы либо костные пластинки, служащие для удержания добычи. У земноводных на подвижных челюстях расположены очень маленькие зубы, есть язык. В связи с наземным образом жизни у земноводных развиваются слюнные железы, смахивающие добычу слюной.

Некоторые пресмыкающиеся помимо мелких зубов имеют ядовитые зубы. Ядовитые зубы змей сообщаются с ядовитыми железами, развившимися из слюнных желез. В кишечнике, на границы тонкого и толстого отделов, возникают зачатки слепой кишки.

В пищеварительной системе птиц наблюдаются изменения, связанные с полетом. Исчезают зубы. Появляется роговой клюв, в пищеводе обособляется зоб, желудок подразделен на два отдела – железистый, в котором осуществляется химическая переработка пищи и мускулистый, в нем происходит механическое измельчение. Длина тонкого отдела кишечника увеличивается, толстого – укорачивается.

Млекопитающие обладают наиболее сложной пищеварительной системой. В зависимости от функций захватывания, удержания, разрывания или пережевывания пищи меняется и строение зубов. Развиваются резцы, клыки, коренные зубы. Их число и форма постоянны для особей одного вида. У грызунов верхние резцы растут всю жизнь. В стенках желудка позвоночных имеются пищеварительные железы. Есть печень и поджелудочная железа. Кишечник делится на несколько отделов. Длина толстого кишечника увеличивается, у некоторых птиц и млекопитающих развивается слепая кишка, в которой происходит переваривание растительной пищи, клетчатки.

Кровеносная система

У рыб система замкнутых кровеносных сосудов, по которым течет кровь, образует круг кровообращения. Сердце рыб двухкамерное, состоит из предсердия и желудочка. Оно расположено в передней части тела на брюшной стороне. От желудочка сердца отходит крупный кровеносный сосуд – аорта. Она разветвляется на артерии, по которым кровь течет к жабрам. В жабрах разветвление кровеносных сосудов заканчивается густой сетью мельчайших капилляров. Кровь в капиллярах обогащается кислородом и превращается в артериальную. Артерии разносят ее по всему организму. В органах и тканях артериальная кровь отдает питательные вещества и кислород, насыщается углекислым газом и становится венозной. По венам венозная кровь возвращается к сердцу и поступает в предсердие. Из предсердия сердца кровь проталкивается в желудочек, из желудочка – в аорту.

У земноводных и пресмыкающихся сердце становится трехкамерным и состоит из двух предсердий и одного желудочка. Кровь течет по двум кругам кровообращения – большому и малому. Большой круг кровообращения связан со всеми внутренними органами, от которого кровь поступает в правое предсердие. Насыщенная углекислым газом кровь считается венозной. Малый круг кровообращения связан с легкими. В них кровь обогащается кислородом и становится артериальной. От легких артериальная кровь поступает в левое предсердие. Сокращение предсердий выталкивает кровь в желудочек, где артериальная и венозная кровь частично смешиваются.

У пресмыкающихся в желудочке сердца образуется перегородка, которая не полностью делит его на две половинки. У крокодилов в желудочке сердца перегородка полностью делит его на две камеры, и сердце становится четырехкамерным.

У птиц и млекопитающих кровь течет по двум кругам кровообращения – большому и малому. Сердце четырехкамерное и состоит из двух предсердий и двух желудочков. Артериальная и венозная кровь не смешиваются. Кровеносные сосуды большого круга кровообращения начинаются от левого желудочка. По ним течет артериальная кровь ко всем органам. Она собирается в вены и впадает в правое предсердие. Кровеносные сосуды малого круга кровообращения начинаются от правого желудочка и сообщаются с легкими. В них кровь становится артериальной и возвращается в левое предсердие.

Таким образом, эволюция системы кровообращения шла по пути создания высокоспециализированной кровеносной системы, обеспечивающей всем клеткам тела необходимые для жизни условия.

Выделительная система

Выделительная система позвоночных животных представлена двумя почками. От каждой почки отходит по одному мочеточнику, который открывается в мочевой пузырь. Он открывается особым отверстием наружу. Почки состоят из многочисленных почечных канальцев, пронизанных густой сетью капилляров. В почках жидкие продукты жизнедеятельности из крови поступают в почечные канальцы, затем транспортируются по выделительной системе наружу.

Рыбы имеют две почки красно-бурого цвета, расположенные в полости тела между плавательным пузырем и позвоночником, два мочеточника, а у некоторых рыб есть мочевой пузырь. Его непарный канал открывается отверстием, расположенный чуть позади анального.

У земноводных продолговатые красно-бурого цвета находятся в полости тела справа и слева от позвоночника. Моча от почек оттекает по двум мочеточникам вначале в расширенную часть задней кишки – клоаку. Оттуда поступает в мочевой пузырь. По мере наполнения мочевого пузыря жидкостью стенки его сокращаются и выталкивают ее вновь в клоаку, а из нее она удаляется наружу. У пресмыкающихся почки располагаются в области тазовых костей. У ящериц и черепах есть мочевой пузырь.

Птицы обладают довольно крупными почками. От них отходят парные мочеточники, открывающиеся в клоаку. Моча в органах выделения не накапливается, а из клоаки моментально выводится наружу.

У млекопитающих жидкие продукты жизнедеятельности удаляются из крови двумя бобовидными почками, находящимися в поясничной области по бокам от позвоночника. Моча из почек стекает по двум мочеточникам в мочевой пузырь, а из него по мочеиспускательному каналу периодически выбрасывается наружу.

Эволюция систем выделения шла в направлении создания специализированных органов, обеспечивающих выведение из организма образующихся в процессе жизнедеятельности опасных, а иногда просто ядовитых веществ.

Нервная система

Нервная система позвоночных животных состоит из спинного и головного мозга, а также отходящих от них нервов. Головной мозг имеет пять отделов: передний, промежуточный, средний, продолговатый и мозжечок. Продолговатый мозг переходит в спинной.

Нервная система рыб представлена головным и спинным мозгом с отходящим от них многочисленными нервами, ведущими к внешним и внутренним органам.

Нервная система земноводных в связи с полуводным – полуназемным образом жизни характеризуется более сложным строением по сравнению с нервной системой рыб. В головном мозге имеются те же пять отделов, но значительного развития достигает передний мозг. Из органов чувств хорошо развиты зрение, обоняние.

Нервная система пресмыкающихся в связи с активным наземным существованием претерпевает дальнейшее усложнение. Значительно развиваются все отделы головного мозга, увеличивается и становится выпуклым мозжечок. Совершенствование нервной системы отразилось на развитие органов чувств.

Нервная система птиц в связи с полетом характеризуется более сложным строением. Дальнейшего развития достигают большие полушария переднего мозга и зрительные доли, средний мозг, более развит мозжечок. Совершенствуются органы чувств.

Наивысшего развития достигает нервная система млекопитающих. Значительные размеры приобретает кора головного мозга. Она содержит борозды и извилины. Большое количество извилин в коре переднего мозга определяет более сложное поведение животных. Значительного развития достигают средний мозг и мозжечок.

Развитие нервной системы привело к значительному усложнению всех ее отделов. Поведение животных становится более сложным и многоплановым. В основе всех реакций организма на раздражения лежит рефлекс.

Рефлексы бывают врожденными и приобретенными. Последовательность рефлекторных действий, закрепленная наследственно, называется инстинктом. Например, строительство норы, гнезда, логова, кормление детенышей.

Чем выше организация животного, тем больше у него возможностей для выбора ответной реакции. Выбор зависит от анализа данной ситуации, а это возможно только при наличии развитого головного мозга и особенно коры переднего мозга.

Половая система

Хордовые – в основном раздельнополые организмы.

У самок и самцов ланцетника (семенники и яичн6ики) парные. Располагаются в стенках околожаберной полости и не имеют половых протоков. Оплодотворение наружное.

У рыб яйцеклетки и сперматозоиды развиваются в яичниках и семенниках, расположенных в полости тела. Для их выхода существует специальное половое отверстие. Оплодотворение у большинства рыб наружное, но некоторые рыбы с внутренним оплодотворением и живорождением.

Половые органы земноводных парные, у самцов – семенники продолговатой формы, у самок – зернистые яичники, располагающиеся в полости тела. Половые клетки выносятся в клоаку. У бесхвостых земноводных оплодотворение наружное, а у хвостатых – внутреннее.

Половые органы у пресмыкающихся и у земноводных сходны. Оплодотворение происходит внутри организма самки. Для спаривания есть специальные органы. Откладываемые яйца снабжены большим количеством желтка и защищены кожистой оболочкой или скорлупой.

Половые органы птиц лежат в брюшной полости. У самцов – бобовидные семенники и семяпроводы открываются в клоаку. У самки обычно развит левый яичник и непарный длинный яйцевод. Яйца в яичнике формируются не одновременно. Оплодотворение яиц происходит в верхней части яйцевода, где они покрываются белковой оболочкой, а в нижней – известковой оболочкой.

Половая система млекопитающих характеризуется наибольшей сложностью. Органы размножения находятся в полости тела. У самцов – два семенника, два семяпровода и совокупительный орган. У самок – два яичника, два яйцевода, матка и влагалище. Яйцеклетка, созревшая в яичнике, оплодотворяется сперматозоидом в верхних отделах яйцевода. Продвигаясь, она превращается в многоклеточный зародыш и попадает в матку. Зародыш в матке защищен и получает от матери питание через плаценту – специальный орган, осуществляющий связь между матерью и зародышем в период его внутриутробного развития. В матке происходит формирование детеныша. Млекопитающие рождают живых детенышей.

Таким образом, эволюция органов размножения шла по пути появления специализированных желез живорождения; органов для развития зародыша внутри материнского организма; сокращения численности детенышей в процессе размножения.

Заключение

В процессе работы над проектом я изучила особенности эволюции систем хордовых. Сравнивая строение органов разных классов я пришла к выводу, что действительно в процессе эволюции органы хордовых развивались. Моя гипотеза подтвердилась.

Литература:

1. Константинов В.М. Биология : 7 класс : учебник для учащихся общеобразовательных организаций : Вентана-Граф, 2017.

2. Латюшин В.В., Шапкин В.А. Биология. Животные: Учеб. для 7 кл. – М.: Дрофа, 2001.