试从呼吸、循环系统、附肢结构、生殖方式、皮肤角度比较探讨脊椎动物从水生到陆生的进化趋势

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1、皮肤的演变

脊椎动物的皮肤由表皮和真皮构成 。鱼类的表皮和真皮较薄 , 没有角质层 , 因为不存在保存水分的问题 。但鱼类有丰富的单细胞粘液腺分泌粘液 , 使体表粘滑 , 这样可减少游动时的阻力 。两栖类在幼体时期 , 皮肤的结构与鱼类相似 。但成体蛙类最表层的细胞角质化为薄的角质层 , 只能部分阻止体 内水分的散失 。两栖动物的皮肤还具有大量的多细胞粘液腺 , 使皮肤湿润并防止皮肤过量吸水 。爬行动物 的 皮 肤 干 燥 而 缺 乏 腺 体 ( 除 鳄 、龟 外) , 皮肤 已 高 度 角 质 化 , 可 使 皮 肤 的 通 透 性 大 大 有效的阻止体内水分的散失 。因此 , 爬行动物已完全适应了陆地的生活 。

2、呼吸系统的演变

水生脊椎动物的呼吸以水为媒介, 呼吸器官主要是鳃 。从圆口类的鳃囊 , 水流由外鳃孔进出 , 发展到鱼类的鳃 , 水流自口腔吸入 , 经鳃裂排出 。结果鳃内流动的血液与鳃外流过的水进行气体交换。

两栖动物的幼体时期 , 在水中仍用鳃呼吸 。两栖动物的成体登陆后出现了肺呼吸 , 从此 , 脊椎动物登陆后的呼吸以空气为媒介 。两栖类靠口腔底部的颤动升降 , 使空气从外鼻孔进入口腔 , 并由口腔粘膜进行气体交换 , 故称为口咽式呼吸 。经过口底多次升降后 , 关闭外鼻孔 , 压迫空气进入肺脏 , 气体交换在空气与肺内的血液间进行 。因为两栖动 物 登 陆 不 久 , 肺 的结 构 比 较 简 单 , 呼 吸 功 能 不 完善 , 所以 , 还要靠皮肤进行辅助呼吸 。

爬行动物的肺形似囊状 , 内部具有复杂的间隔 , 使之分割成无数蜂窝状的小室 , 使呼吸表面积加大 , 单位体积的呼吸表面积比两栖动物的大为扩展 , 出现了依靠肋间肌的收缩使胸廓扩大和小的胸腹式呼吸 。从此发展成为完善的肺呼吸 , 以完全适应陆地生活 。

3、循环系统的演变

呼吸系统由于呼吸媒介的改变而演变 , 相应的引起了循环系统结构的演变 。心脏结构的演变是从圆口类和鱼类的一心房一心室 , 到两栖类和爬行类的二心房一心室 , 到栖类的完整到爬行类的趋于退化 。这种退化的实质就是进化。血液循环的方式也随着心脏结构的演变而发生相应的

变化 。鱼类和无尾两栖类幼体这类用鳃呼吸的动物 , 其血液循环方式为单循环 , 进出心脏的血全为缺氧血 。无尾两栖类成体和爬行类动物的血液循环方式为不完全双循环 ,其特点是心室的出现和不完全的分隔 , 因此 , 这类动物的心室和血管内的含氧血与缺氧血是相混合的 , 也叫混血双

循环 。鸟类和哺乳类动物的心脏结构完整 , 左右房室被间隔完全分隔开 , 含氧血与缺氧血不相混合 , 这种血液循环方式为完全双循环 。

4、附肢结构演变

脊椎动物的骨骼由中轴骨和附肢骨构成 , 具有维持体形 、支撑体重和保护内部器官的作用 。

水生脊椎动物由于水的浮力作用 , 不需要支撑身体重量的骨架 ,所以鱼类没有支持体重的附肢和荐骨 ,腰带与脊柱不相连 。由于鱼类的眼长 在 身 体 的 两 侧 , 有 360 度 的 视野 ,不需要头部的转动 ,所以无颈椎 ,头骨与肩带相连 。登陆后的脊椎动物 , 由于头部需要灵活转动而演变出了颈椎和两个枕骨髁 。因支撑身体重量和运动的需要 , 演变出了荐骨和附肢 , 肩带不与头骨相连而与脊柱相连 , 腰带与脊柱上的荐骨相连 。两栖动物只有一节颈椎 , 一节荐骨 , 附肢 为 五 趾 型 ,但常有愈合现象 , 以适应水陆两栖生活 。爬行动物具有多个颈椎 , 可以使头部运动灵活 。肩带与两栖类相似 , 但更为 坚 强 。肋 骨 和 胸 椎 相 连 构 成 胸 廓 ,以保护心 、肺等器官 。荐椎增加为两节 , 腰带结构中出现耻坐孔 , 既减轻重量 , 又不减弱支持力 。附肢为典型的五趾型 , 趾端具角质爪 。以上结构更适应快速运动和觅食的需要 。

5、生殖的适应

生殖是保证物种生存 、繁衍的最重要和最基本的生理功能 。绝大多数脊椎动物为雌雄异体 ,生殖系统由生殖腺 、生殖导管和一些附属腺体构成 。生殖方式为有性生殖 。水生脊椎 动 物 在 水 中 进 行 体 外 受 精 , 雄 性 无 交 配 器官 , 因而成活率很低 , 鱼类繁殖就需要产生大量的卵 。两栖类产卵数有所减少 , 是因为卵外包被胶质膜 , 这是适应水中繁殖的进步性结构 。陆地繁殖的动物为体内受精 , 爬行类和鸟类为卵生 ,大多数为体外发育 。爬行动物 , 雄性具有交配器官 , 产生羊膜卵 。卵大而数量少 , 卵外包有一层石灰质的硬壳或不透水的纤维质卵膜 , 能防止水分蒸发 、避免机械损伤和减少细菌的侵袭 , 卵壳仍能透气 。卵中有大量的卵黄可以供胚胎发育所需的营养 , 胚胎位于充满液体的羊膜腔中 , 彻底摆脱了脊椎动物个体发育中对水的依赖 , 完全适应了陆生 , 是脊椎动物进化史上的一大飞跃 。鸟类 , 雄性无交配器官 。雌鸟绝大多数右侧的卵巢和输卵管消失 , 与飞翔相适应 。

随着时代的发展 , 环境条件的变更 , 脊椎动物的身体结构和功能也相应的发生演变 。从最早的脊椎动物圆口类(无颌类) , 以后依次出现鱼类 、两栖类 、爬行类 、鸟类和哺乳类 。由此说明脊椎动物身体结构是在漫长的时间里 ,由水生到陆生 、由简单到复杂 、由低等到高等 , 按一定的顺序不断地发展和进化的 。这种变化的本质在于生物体结构和功能的矛盾所决定 。

试用进化的观点分析比较脊椎动物各纲在脑的结构和功能上的主要差别。

鱼类，两栖类，爬行类，鸟类、哺乳类。

在地球上最早出现的是古代的鱼类，并逐渐进化为原始的两栖类，古两栖类又进化为爬行类，某些爬行类又进化为原始的鸟类和哺乳类．所以脊椎动物进化的大致历程是：原始鱼类→原始两栖类→原始爬行类→原始鸟类和哺乳类

答案：脊椎动物脑的进化趋势是：①脑的5部分分化渐为明显；②脑的整体性弯曲渐为明显；③脑的机能最高中枢由中脑向大脑皮层化转移，大脑日益发达，小脑越来越重要，中脑则相对变小，重要性也逐渐降低。

圆口纲动物的背神经管分化为脑和脊髓，脑初步分化为大脑、间脑、中脑、小脑和延脑5部分，但依次排列在一个平面上。鱼类的脑结构较圆口类发达，明显分为5部分，即大脑、间脑、中脑、小脑和延脑。其中软骨鱼类的大脑较硬骨鱼类发达，脑顶部已出现神经物质。大脑的主要部分是纹状体，以感嗅为主。由于在水中活跃运动，调节肌肉运动的中枢小脑非常发达。两栖类脑的5部分分化不高，仍处于同一平面上，但神经物质开始向大脑顶部转移，即原脑皮出现。中脑仍是神经系统的最高中枢。爬行类的大脑开始有新脑皮出现，由于纹状体增大而使大脑体积增大，但中脑视叶仍为高级中枢。鸟类的脑较爬行类发达，但新脑皮的发展程度仍停留在爬行类水平上。小脑很发达且体积大；大脑的纹状体极为发达，而使大脑体积增大。纹状体是鸟类复杂的本能行为(求偶、营巢、孵卵、育雏等)和学习行为的中枢。哺乳类神经系统高度发达，大脑尤其发达，新脑皮高度发展，大脑表面形成沟回，极大地增加了脑皮面积；神经元数量大增，两半球间出现横向神经纤维胼胝体。脑的机能皮层化，大脑成为强大的高级神经活动中枢。中脑成为次要的视、听反射中枢。间脑成为感觉传导的中继站、调节植物性神经中枢。小脑发达，首次出现小脑半球，有完善的协调动作和姿势的功能。延脑仍是许多维持生命活动的重要神经中枢所在地。

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