為什麼心臟會被進化出來?有哪些脊椎動物沒有心臟?

因為發現頭足動物和環節動物沒有心臟一樣可以生存。


頭足動物和環節動物都有心臟。當然,早期的動物心臟是遠沒有人類心臟這樣複雜和高效的。

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廣義的「心臟」(哪怕只是一根規律搏動的血管)總是作為循環系統的泵而存在,是必然組成。循環系統將氧合後的血液輸送到全身各處,將交換氧後的血液帶回氧合器官,不管血液如何氧合,有循環系統的動物就必須要有心臟提供動力,不管是開管式還是閉管式循環。在漫漫歷史長河中,隨著生境的變化,動物有過許多種呼吸器官,也就對應不同的氧合方式,但「心臟」的意義始終如一。

循環系統出現於最早的三胚層真體腔動物——環節動物(當代代表:蚯蚓)。在環節動物及更後面的動物中,真體腔越來越發達,從前那些動物體內的腔隙幾乎都被真體腔及其附屬結構填充,真體腔形成過程中殘留的囊胚腔形成血管系統,血液在血管中循環(很多動物有部分血液沒有血管包裹,直接流經組織間隙,稱為開管式循環)。血液在血管中流動需要動力,於是血管就特化出一個區域,這個區域有較豐富的肌肉組織,並且有自主節律的支配,能有規律有幅度的搏動,使血液流動起來。

典型的環節動物有背血管和腹血管兩條主幹,在某些體節有環狀血管將背腹血管連通,並且具有搏動能力,是循環的動力,我們就將這些結構稱為「心臟」。不同動物的心臟形態甚至數量都有很大差異,整個循環系統結構都完全不同,但歸根結底,真正的循環系統必然有兩大要素:管道和動力,這個動力就來自於「心臟」。

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所有脊椎動物都有心臟,按照進化水平越發完善,大體說是這樣的情況:

  • 魚類:單心室單心房,完全混合血;
  • 兩棲類:單心室雙心房,不完全雙循環;
  • 爬行類:雙心室雙心房,但心室間不完全分隔;
  • 鳥類:雙心室雙心房,完全分隔的四腔心,完全雙循環;
  • 哺乳類: 雙心室雙心房,完全分隔的四腔心,完全雙循環。

對於脊椎動物,心臟的發育和呼吸系統的發育是相輔相成的,魚類沒有肺,血液路經鰓氧合,只有一套循環系統,到兩棲類出現了初步的肺,直至鳥類和哺乳類完善的肺,逐漸就有了獨立的肺循環,心臟才出現了完善的分隔,將動脈血和靜脈血完全分開。

至於魚類如何獲得這樣的結構,要追溯到文昌魚這一類。文昌魚不是魚類,有脊索而無脊椎,屬於脊椎動物的祖先的那一類,介於脊椎動物和無脊椎動物之間。文昌魚嚴格說沒有專門的心臟,但有一段大動脈能強有力地搏動,驅動血液的循環,算是脊索動物心臟的雛形,也是廣義上的「心臟」了。
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想了解動物進化的問題可以找一本動物生物學的教科書來看,以縱覽整個動物界乃至整個生物系統的視角來理解各種「為什麼」的問題,甚是有趣。


來補充點邊角料:

  • 為什麼從真體腔動物開始出現了心臟?

從體腔的出現說起吧。沒有循環系統的動物主要依靠擴散作用,在體表直接與環境進行物質交換。沒有體腔的動物除了消化道之外幾乎是實心的(很拙劣的說法= =),皮肉不算太厚個頭也不大,表面積與體積的比值比較小,所以體表的物質交換也能滿足生理需求。
直到出現了體腔(暫不討論真假體腔之分),位於體壁與消化道之間。這個空腔有什麼用處呢?
它使消化道的蠕動不再依賴於體壁肌肉的運動——否則每次吃完飯就是集體扭腰促消化時間;為內臟提供了充足的空間,允許更複雜的結構出現;也能儲存生殖細胞、養分或者代謝廢物(身上多了幾個口袋的感覺);體腔中如果充滿水,還能利用水的壓力支撐身體(水骨骼),對有些動物(如蚯蚓)很重要。
而體腔帶來的麻煩之一就是使內部器官與體表的距離大大增加,如果繼續依賴擴散作用效率會很低下。剩下的故事就是@Luxenius 所講的了~

  • 頭足動物與環節動物的心臟

是的,它們都有心臟。頭足動物的心臟還特別發達,因為它們運動能力很強(很難想像鸚鵡螺也在這一綱吧),肌肉對氧的需求量大。章魚、烏賊、魷魚都有三個心臟,血液被左右兩個心臟泵入鰓部,再由中央的心臟送往全身。
確實有些人認為環節動物沒有心臟,因為它們的心臟其實是膨大的血管。不同種類的蚯蚓中,心臟(通常叫「動脈弓」)的數量從1個到5個不等。
另外提醒一點:這兩個分類不是並列的,環節動物單立一門,而頭足綱隸屬於軟體動物門。


不行最近玩彈幕玩的太不務正業了快來回答一下本專業的問題ˊ_&>ˋ

結尾彩蛋預告。

在進化程度到真體腔出現之前的動物都是沒有循環系統的,直到環節動物出現才有了廣義上的心臟。
不好意思各位,本大小姐又犯懶了,湊合看一下

軟體動物門出現開管式循環

軟體動物門之後循環系統出現大的分支,一類是節肢動物門的開管式循環

一類是如上面各位大佬說的脊索動物門坐上生物進化快車後從文昌魚的開管式循環一路狂飆到兩室兩廳啊呸兩房兩室的人類心臟

我靠這破書竟然沒有人的心臟我去換一本

我靠我突然發現還有棘皮動物門的圍血系統!媽蛋進化好煩老娘不寫了你們自己看上面答案去!

至於後一個問題,生物分類里其實沒有所謂的脊椎動物這個門類ˊ_&>ˋ脊椎動物亞門裡高級的物種動脈弓進化出了心臟,低等兩棲類動脈不分化,可能這也是長壽的原因之一。

注,評論歡迎來續。


補充下 上面的 爬行類裡面的鱷魚是雙循環,而且結構比哺乳動物和鳥類更複雜,其右心室與肺動脈交界處有開關,可以選擇血液是進入肺部還是回到主動脈,這種結構利於鱷魚的水下生活。


血液循環系統的進化比較特殊,並不是直接的靠優勝劣汰進化,而是間接的,即血液循環系統落後也不一定導致生物更不適應環境而死亡。

血液循環系統是個配套系統,動物的肌肉越發達,體型越大,神經系統越集中和發達(神經系統也非常耗能),那麼就需要越發達的血液循環系統來供能,假如供血不足,必然會導致新物種死亡,被淘汰,最終倖存下來的就是肌肉,神經發達且循環系統也發達的動物,以及肌肉,神經不發達且循環系統也不發達但足夠供能的動物。


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