动物多样性的进化《普通生物学》

动物多样性的进化 一、动物种系的发生 1．动物的定义 动物是指一类真核的、多细胞的、没有细胞壁的异养生物。 2．动物的特征 （1）多细胞； （2）异养； （3）无细胞壁； （4）靠吞食获得营养素； （5）有肌细胞和控制它们的神经细胞，使动物能自由运动； （6）进行有性生殖，有复杂的胚胎发育过程。 图32-1　动物界的系统树 3．动物进化的标志 （1）出现真正的组织； （2）出现体型对称性，包括辐射对称和两侧对称； （3）出现体腔，即动物体内充满体液的空间，使内部器官能独立生长和自由活动； （4）出现分节，使动物身体的运动更加灵活，而不同部位的体节会出现功能上的分工； （5）出现后口，在真体腔动物中大部分口是由原肠胚的胚孔发展而成的，即原口，但另一部分动物的胚孔发展成肛门，而原肠的另一端发育成口，即后口。 二、无脊椎动物多样性的进化 1．多孔动物（海绵动物）的特点 （1）都营固着生活，绝大多数生活在海洋中； （2）体壁由皮层和胃层两层细胞构成； （3）没有神经细胞和其他的细胞之间的协调机制，可以视为一个原生动物的群体； （4）成体没有运动能力，呼吸、摄食、排泄、生殖等生理功能都要依靠进出身体的水流来实现； （5）无性生殖方式有出芽生殖和形成芽球；有性生殖时精子随水流排出，与其他个体的卵细胞结合。 2．刺胞动物的特点 （1）身体出现了固定的辐射对称体制，有水螅型和水母型两种基本形态； （2）开始出现了组织分化； （3）体壁由外胚层、内胚层和两层细胞之问的中胶层构成，体壁围绕消化循环腔； （4）胶层中的神经细胞彼此互相联络成网状，称为网状神经系统； （5）绝大多数为群体，生活在海洋中，少数生活在淡水中，为单体。 3．扁形动物的特点 （1）身体形成了两侧对称的体制，通常背腹扁平； （2）都有外胚层、内胚层和中胚层3个胚层，外胚层形成的表皮和中胚层形成的肌肉共同形成了体壁，在体壁和消化管之间没有体腔，身体出现了器官系统； （3）出现了消化系统，包括口、咽、肠，但无肛门； （4）出现了原始的排泄系统； （5）出现了原始的中枢神经系统，神经系统的前端形成了脑，从脑发出背、腹、侧3对神经索； （6）出现了眼点、接受化学刺激的耳突等多种感觉器官； （7）大多数扁形动物是寄生生活的种类，也有自由生活的种类； （8）呼吸靠体表借扩散作用从水中获得氧和排出CO2，内寄生生活的种类可以进行厌氧呼吸。 4．线虫动物的特点 （1）线虫动物为假体腔动物，假腔体动物的特点有： ①假体腔动物与无体腔的扁形动物相比，肠道与体壁之间有了空腔，腔内充满了体腔液，使得腔内的物质出现了简单的流动循环，可以更有效地输送营养物质和代谢产物； ②体壁有了中胚层形成的肌肉层，运动能力加强； ③都有完整的消化管； ④排泄系统仍然原始，没有循环系统和呼吸器官； ⑤体表有角质层，广泛分布在海洋、淡水和潮湿的土壤中。 （2）线虫其他特点 自由生活的线虫，借体表吸收氧和排出二氧化碳，寄生的线虫可进行厌氧呼吸。 5．软体动物的特点 （1）两侧对称，具有3个胚层和真体腔，属于原口动物； （2）出现了所有的器官系统，而且都相当发达； （3）身体是软的，但身体外面通常包着硬壳，有些种类的壳则转化到体内； （4）靠外套膜、外套腔中体壁的突起形成的鳃，或外套膜形成的“肺”进行呼吸； （5）身体可分为头、足、内脏团和外套膜四个部分。 6．环节动物的特点 （1）身体出现了分节，身体除头部外各体节基本相同，一些内部器官也依体节重复排列，这种分节方式称为同律分布； （2）出现了由体壁向外伸出扁平突起的疣足，一般每个体节一对； （3）身体两侧对称，具有3个胚层； （4）有发达的真体腔和闭管式的循环系统； （5）身体腹部有链状神经系统，神经系统由脑（即一对咽上神经节）、一对咽下神经节、连接脑和咽下神经节的围咽神经环以及两条并行的腹神经索组成，腹神经索在每个体节形成一对神经节，成为纵贯全身的链状神经系统； （6）排泄器官与软体动物的类似，多数环节动物的排泄系统为后肾； （7）消化管已经出现由中胚层形成的肌肉层，可以使肠道蠕动，增强消化能力； （8）游走生活的环节动物多为肉食性，隐居的多为腐食性，蛭类有吸盘，多数种类为吸血的半寄生种类。 7．节肢动物的特点 （1）是无脊椎动物中唯一真正适应陆生的动物； （2）身体分节是异律分节，即不同的体节在一定程度上愈合，形成头部、胸部、腹部等形态不同的体区，完成不同的生理机能。节肢动物有带关节的附肢，附肢形成了口器、触角及各种类型的足； （3）体腔是混合体腔形式，血液与体液混合在一起，循环系统是开管式； （4）身体表面有几丁质的外骨骼，分为上表皮、外表皮和内表皮3层，生长过程中有蜕皮现象； （5）水生种类的节肢动物一般用鳃呼吸或用书鳃呼吸，陆生的种类则用书肺或气管进行呼吸，气管是节肢动物特有的呼吸器官； （6）多数节肢动物发育过程中有变态现象，昆虫中主要有3种变态形式： ①无变态 幼虫和成虫相比除身体较小和性器官未成熟外，没有更多的差别，且发育为成虫后仍蜕皮生长； ②不完全变态 可为渐变态和半变态两种： a．渐变态 除翅和生殖腺未发育外，幼虫形态与成虫差别不大，生活环境和习性也相同，称为若虫。 b．半变态 幼虫的形态和习性与成虫不同，生活环境也不一样，称为稚虫。 ③完全变态 幼虫形态与成虫差别很大，还有一个不取食不活动的蛹期。 8．棘皮动物的特点 （1）棘皮动物的早期胚胎发育与脊椎动物类似，属于后口动物； （2）幼虫期是两侧对称的，成体为五辐射对称； （3）具有内骨骼，起源于中胚层，是由许多钙质的骨片组成，骨片形成了棘、刺等结构突出于体表； （4）有由部分真体腔形成的水管系统控制管足的运动； （5）神经系统包括一个中央神经环及其通到五条腕的辐神经； （6）既有肉食性的，也有植食性的，全部生活在海洋中。 三、脊索动物多样性的进化 1．脊索动物的定义 脊索动物是指凡有脊索，或在演化过程中脊索退化，为脊椎所取代的所有动物。 2．脊索动物的分类 脊索动物分为原索动物和脊椎动物，也可分为尾索动物、头索动物和脊椎动物三个亚门。 图32-2　脊索动物的系统树 3．脊索动物的特征 （1）脊索动物都具有脊索 ①脊索定义 脊索是指在动物背部，位于消化管和神经管之间的一条由中胚层产生的棒状结缔组织，存在于所有脊索动物中。 ②脊索存在时间 a．所有脊索动物的胚胎期都有脊索，在低等脊索动物中起支撑身体的作用，终生保留； b．高等的成体脊索动物（脊椎动物亚门）的脊索或部分保留，或退化并被分节的骨质脊柱所取代。 （2）脊索动物都具有背神经管 背神经管是位于脊索背面的中空管状的中枢神经系统，在脊椎动物中背神经管分化为前端膨大的脑和脑后的脊髓。 （3）脊索动物都具有鳃裂 ①鳃裂 鳃裂是指发生在咽部，即消化管前段两侧一系列成对的裂缝，是低等脊索动物的呼吸器官。 ②鳃裂存在时间 a．终身存在：尾索动物亚门、头索动物亚门和低等脊椎动物亚门的圆口纲、鱼类的鳃裂终生存在； b．胚胎期存在：其他脊椎动物。 （4）次要特征 脊索动物还有尾在肛门之后、循环系统为闭管式、心脏位于身体腹面等特征。 4．无上下颌是低等脊索动物（原索动物）的特征 原索动物无真正的头和脑，即无头类，包括尾索动物亚门、头索动物亚门。 （1）尾索动物的主要特征 ①脊索仅存在幼体尾部； ②幼体经变态至成体后营固着生活； ③成体后部脊索退化，只保留鳃裂。 （2）头索动物的主要特征 ①脊索纵贯全身并伸到身体最前端； ②仍然保留一些原始和特化的结构，如无头、无成对附肢、无心脏、无集中的肾、具特化的口器等； ③头索动物中的圆口动物出现雏形的脊椎骨，即在脊索背面每一个体节出现了两对小的软骨弧片。  5．有颌并适应水生生活的鱼类 鱼类是身体呈流线型、具鳞片、用鳃呼吸、出现上下颌的水生脊椎动物，可以分为软骨鱼纲和硬骨鱼纲两大类。 鱼类的主要特征： （1）出现能咬合的上下颌，上下颌的出现不仅能主动摄食，也可用于攻击、防御、求偶、营巢等活动； （2）有成对的附肢（偶鳍）； （3）骨骼由软骨或硬骨构成； （4）脊柱取代了脊索成为身体的主要支持结构； （5）身体分为头、躯干和尾，体表被鳞，表皮内具有大量单细胞黏液腺，分泌的黏液可以减少身体在水中运动的阻力； （6）以鳔或脂肪调节身体相对密度获得在水中的浮力，靠躯干分节的肌节的收缩传递和尾部的摆动获得向前的推进力； （7）靠鳃呼吸，鳃中有丰富的毛细血管分布； （8）鱼类已经演化为主动捕食，出现真正的牙齿，也出现了食管、胃、肠的分化。软骨鱼类有胰和发达的肝，而大多数硬骨鱼类的肝和胰组织混合在一起称为肝胰脏。 6．从水生向陆生转变的过渡动物——两栖动物 两栖动物从外部形态到内部结构已经初步完成了由水栖向陆生的转变，但是仍然不能完全脱离水环境而生存。 两栖动物的主要特征： （1）皮肤有大量黏液腺保持体表湿润，同时表皮有轻微角质化，防止了体内水分的丧失； （2）同时存在肺呼吸、鳃呼吸、皮肤呼吸等多种呼吸方式。幼体主要以鳃呼吸，成体主要以肺呼吸； （3）心脏中心房出现了分隔，但是血液中的多氧血和缺氧血不能完全分开，血液循环为不完全双循环，新陈代谢率较低，体温随环境而变化； （4）脊柱初步分化分为颈椎、躯干椎、荐椎、尾椎4部分，并演化出典型的五趾（指）型四肢，有利于在陆地上运动； （5）神经系统发育仍处于较低水平，有了适应陆生的各种感觉器官，但幼体仍然保留结构和功能与鱼类相似的侧线，有的种类甚至保留至成体； （6）排泄器官对陆生适应尚不完善，在陆地上时，肾小管重吸收水分的能力不强所以不能长时间离开水； （7）繁殖时受精卵的发育必须在水中进行。 7．适应陆生生活的变温动物——爬行动物 爬行动物真正适应了陆地生活。爬行动物的主要特征： （1）表皮高度角质化，形成角质鳞片，可以防止体内水分蒸发； （2）骨骼系统得到加强，脊柱进一步分化为颈椎、胸椎、腰椎、荐椎和尾椎5部分，其中颈椎数目增多，使动物颈部增长，头部更加灵活； （3）出现了由胸椎、肋骨、胸骨围成的胸廓，既保护了内脏，也增强了肺的呼吸； （4）具有典型的五趾（指）型四肢，趾（指）端具爪，同时荐椎承重的增加使动物在陆地运动能力加强； （5）爬行类血液循环仍为不完全双循环，心脏包括完全分隔的两个心房和一个心室，但心室分隔不完全，因此血液彼此混合的程度较两柄类低； （6）爬行动物排泄的最终产物为几乎不溶于水的尿酸，以保存体内的水分； （7）适应了多种环境，但是体温仍然随环境温度发生变化； （8）爬行动物出现了羊膜卵这种繁殖方式，使爬行类在繁殖期完全摆脱了水的束缚。 8．适应飞翔的恒温动物——鸟类 鸟类是全身长羽毛适于飞行的恒温脊椎动物，飞行器官是前肢演变成的翅膀，符合空气动力学原理，飞行的动力则来自胸部肌肉的强有力的收缩。 鸟类的主要特征： （1）身体长成流线型，可以减少飞行阻力； （2）头部有角质喙而口中无牙齿，可以减轻头部重量，有利于控制飞行姿势； （3）雌鸟的生殖系统减少一个卵巢，可减轻全身重量； （4）全身骨骼都是蜂窝状结构； （5）鸟类的肺是由多极分支形成的复杂网状管道系统构成，丰富的毛细血管密布在微支气管周围，此外鸟类还有4对半气囊，辅助呼吸，满足了鸟类飞翔时的高耗氧量，称为高效的双重呼吸系统； （6）消化系统的消化能力很强，消化速度快； （7）排泄物主要为尿酸，排泄器官重吸收水分的功能较强，尿中水分很少，排泄物随粪便随时排出； （8）鸟的心脏完全地分为左、右心房和左、右心室，多氧血和缺氧血在心脏内得以完全分开，体温的恒定使它们活跃于各种气候和季节中； （9）鸟类具有敏锐的视力，良好的听力，以及非常复杂的繁殖和社会行为。 9．高等脊椎动物——