动物呼吸系统的演化

我们知道，几乎所有的动物都要从水环境或直接从空气中获取O2，同时释放生物氧化代谢产生的CO2，整个过程就是呼吸。那么这一节，我们要讲的是动物呼吸系统的演化，也就是从单细胞的原生动物到高等的哺乳动物，它们的整个呼吸系统是如何演变的：首先，我们来看原生动物，它是单细胞生物，所以只能靠细胞膜的表膜通过扩散作用得到O2，排除CO2。然后到多细胞海绵动物，2胚层腔肠动物，最原始的3胚层扁形动物，再到线虫动物，环节动物，由于这些动物个体小、扩散距离短，通过扩散就能满足气体交换的需要，因此，它们都是在体表进行呼吸，即皮肤呼吸。从软体动物开始出现了真正的鳃，水生种类用鳃呼吸，陆生种类用肺直接摄取空气中的氧，这个肺是外套膜内一定区域微血管密集形成的网。节肢动物的呼吸器官就形式多样了，小型节肢动物是靠体表进行气体交换，如水生剑水蚤（zao）、陆生蚜虫；水生种类用鳃（虾、蟹）或书鳃（鲎hou）；陆生种类用书肺（蜘蛛）或气管（昆虫），昆虫的气管是体壁的内陷物，它的外端有气门和外界相通，内端在动物体内不断延伸，一再分支，直接与细胞接触，从而把氧气直接供应给组织。棘皮动物的呼吸系统不是很发达，主要通过皮鳃和管足完成。那么软体动物的鳃结构、肺结构也好，昆虫的气管结构也好，它们都没有呼吸的动力，气体交换都是靠扩散作用进行。接下来，我们再来看脊椎动物呼吸系统的情况：首先是水生动物，先来看圆口纲的七鳃鳗，顾名思义，即体表有七个外鳃孔；到软骨鱼一般有五对鳃裂直接裸露在外面；然后到硬骨鱼，出现了覆在鳃裂外面的鳃盖，它只有一个外鳃孔，即水从口进来，然后从外鳃孔出去，而软骨鱼呢，水从口进来，再从每一个鳃裂出去，这是他们的区别之一；那么另外一个区别呢？就是软骨鱼的鳃间隔很发达，尤其是板鳃亚纲，可以直接达到体表，那么到了硬骨鱼，鳃间隔退化，鳃丝直接着生在鳃弓上面。为了更直观地认识鳃的演化，我们画个简单的模式图：这里是消化道，外面是皮肤，中间是肌肉层，中胚层。消化道向外突起，一直到皮肤这里打通，这就是七鳃鳗的一个鳃了，然后再打通一个，类似地，它就有七个鳃囊形，这是它的内鳃孔、鳃囊、外鳃孔，鳃丝着生在这上面，那中间这个部分叫什么呢？对，是鳃间隔；然后到了硬骨鱼呢，鳃间隔退化，鳃丝直接着生在鳃弓上。为了看得更清楚一些，我们画另一个侧面的图，这是鳃弓，这是鳃间隔，上面着生鳃丝。中华鲟呢，鳃间隔退化不完全，还残余一点鳃间隔，鳃丝是这样着生的，然后到硬骨鱼，鳃间隔完全退化，鳃丝直接着生在鳃弓上面。这就是水生动物鳃的演变情况。到了陆生脊椎动物，都是用肺进行气体交换，我们从四个方面来看一下肺的演变：第一， 肺的吸氧面积逐渐扩大两栖动物的肺是囊状的肺，里面分隔很少，它皮肤的表面积比肺的表面积要大，比例约为3：2，也就是说，皮肤呼吸的氧占了很大一部分；爬行动物的肺呈海绵状，呼吸面积进一步扩大；鸟类的肺是通透的气管系统，有复杂的支气管和微支气管，因此，鸟类的肺的吸氧面积是非常大的；到了哺乳动物，气管系统不再是通透的，它的盲端是肺泡，肺泡有上亿个，所以哺乳动物肺的吸氧面积充分扩大，吸氧面积的逐渐扩大和动物新陈代谢的逐渐提高有关系。第二，呼吸结构、功能日趋完善两栖动物是靠口咽腔底部升降来决定空气进出，这种呼吸方式为咽式呼吸；到爬行动物出现了胸廓，通过肋间肌的收缩改变胸腔体积，从而产生呼吸运动，称为胸式呼吸；鸟类出现了双重呼吸，这是鸟类适应飞翔生活的一种特有呼吸方式，它是由于薄（bao）膜气囊的出现，使鸟类飞行过程中，吸气和呼气的时候都能进行气体交换；然后到了哺乳动物，胸廓出现了横膈膜、膈肌，膈肌收缩产生的呼吸运动为腹式呼吸，静止时，主要进行的是腹式呼吸，运动时，肋间肌也会收缩，从而呼吸加强，所以哺乳动物是胸腹式呼吸。第三，呼吸道和消化道逐渐分开我们知道，鱼类，它的呼吸道和消化道是没有分开的，它只有外鼻孔；到了两栖类，呼吸道和消化道在口腔处交叉，并且有了内鼻孔；接着爬行类、鸟类、哺乳类形成次生腭，内鼻孔后移，呼吸道和消化道完全分开。第四，呼吸道分化日趋完善爬行动物首次出现支气管，进一步分化成左右支气管，到鸟类直接分化成三级支气管、微支气管进行气体交换