logo

Kdo ima štiričlansko srce?

Kdo ima štiričlansko srce?

Strogo rečeno, štiričlansko srce je tako kot pri pticah in sesalcih, vključno s človekom. To je posledica delitve krvnega obtoka teh živali na dva kroga krvnega obtoka. Velik krog krvnega obtoka oskrbuje s krvjo neposredno telesne organe, medtem ko majhen krog služi za nasičenje krvi s kisikom v pljučih. Krokodili imajo pogojno štirikotno srce, ker kljub temu, da ima ločitev srca na dve prekati in dve atriji, ta ločitev ni popolna in če je potrebno, lahko krokodil v arterije pošilja ogljikov dioksid, bogat z vensko krvjo - ta sposobnost pomaga krokodilom pri prebavi s spodbujanjem proizvodnje želodčnega soka. Še bolj običajno je štirikotno lahko srce rib, ki poleg atrija in prekata imata dve majhni komori - venski sinus in aortni stožec.

Štiridelno krokodilsko srce.

Krokodili so edini plazilci, ki imajo tako srce.

Mimogrede, imajo v luknji med želodci majhno luknjo in kri se pogosto premeša. Zato krokodili lahko dolgo ostanejo pod vodo.

Prav tako pravijo, da imajo žabe štiričlansko srce, vendar se zdi, da to ni bilo dokazano (ne vem natančno).

Štiri-komorno srce ima takšna živa bitja na Zemlji, kot so: normalna oseba, krokodil, ptice, sesalci, štiričlansko srce ima: levi atrij in prekat, desni atrij in prekat.

V ribjih srcih so dvodelne, v dvoživkah in v večini plazilcev, tri komore, vendar imajo le ptice in sesalci štirikotne srce. Edini plazilec, ki ima srce s 4 kamerami, je krokodil. Vendar je v njem nekoliko slabša, saj preddvor ni popolnoma ločen z medpredmetnim septumom.

Žabe imajo tričrkovna srca, v njih pa sta še dve ločeni delitvi, tako da se lahko le pogojno šteje, da imajo te amfibijske komore le tri.

Verjame se, da so se prva štiričlanska srca pojavila ob zori časa v dinozavrih, nato pa se je ta lastnost v evoluciji prenesla na njihove neposredne potomce.

Človek, ki je sesalec, ima tudi štiričlansko srce.

Štiriletno srce je pri pticah in sesalcih, vključno z ljudmi.

Tudi krokodil plazilcev (plazilcev) ima takšno srce, vendar je to pogojno, saj imajo med njimi sporočila o atrijih.

Štiri komore so dve atriji, ločeni z atrijskim septumom, in dvema prekritjema, ločena pa sta tudi s septumom (interventrikularno).

Atrije komunicirajo s prekatoma z odprtinami, na katerih je na vsaki strani ventil (na desni so trije ventili, dva na levi, imenuje se tudi mitralni ventil).

Leva polovica vsebuje arterijsko kri, desno - vensko. Ni sporočila. Res je, da ima plod luknjo v medpredelnem septumu, ki običajno raste ob rojstvu ali na prvem cilju življenja. Če se to ne zgodi, se razvije srčna napaka.

Čeprav se sliši čudno, ima človek štiričlansko srce.

Ptice imajo isto srce - npr. Golob ima takšno srce.

Kot smo že omenili, je krokodil postal veseli lastniki tega pomembnega telesa.

Dejstvo je, ne glede na to, kaj srce nekoga - glavna stvar, ki jo bije in dela.

Štiri-komorno srce je sestavljeno iz desnega atrija, desnega prekata, levega atrija in levega prekata. Ptice in sesalci (vključno z ljudmi) imajo takšna srca.

Plazilci imajo tri-komorno srce, toda eden od njihovih predstavnikov, krokodil, ima že štiri-komorno srce (čeprav interaterijski septum še vedno ne loči popolnoma atrija).

Na splošno je štirikotno srce, pri pticah in sesalcih, vključno s človekom. 4-komorno srce vključuje levi atrij in prekat ter desni atrij in prekat. Edina dvoživka s 4-komornim srcem je krokodil.

Prvič, seveda, smo z vami, to je, ljudje imajo 4-komorno srce. Tudi 4-komorno srce ima ptice, sesalce, plazilce. Struktura srca vseh teh posameznikov je zelo podobna.

Pri ljudeh, krokodilih, so vse živali sesalec razred in še veliko več.

Kdo ima štiričlansko srce?

Štiridelno krokodilsko srce.

Krokodili so edini plazilci, ki imajo tako srce.

Mimogrede, imajo v luknji med želodci majhno luknjo in kri se pogosto premeša. Zato krokodili lahko dolgo ostanejo pod vodo.

Prav tako pravijo, da imajo žabe štiričlansko srce, vendar se zdi, da to ni bilo dokazano (ne vem natančno).

Strogo rečeno, štiričlansko srce je tako kot pri pticah in sesalcih, vključno s človekom. To je posledica delitve krvnega obtoka teh živali na dva kroga krvnega obtoka. Velik krog krvnega obtoka oskrbuje s krvjo neposredno telesne organe, medtem ko majhen krog služi za nasičenje krvi s kisikom v pljučih. Krokodili imajo pogojno štirikotno srce, ker kljub temu, da ima ločitev srca na dve prekati in dve atriji, ta ločitev ni popolna in če je potrebno, lahko krokodil v arterije pošilja ogljikov dioksid, bogat z vensko krvjo - ta sposobnost pomaga krokodilom pri prebavi s spodbujanjem proizvodnje želodčnega soka. Še bolj običajno je štirikotno lahko srce rib, ki poleg atrija in prekata imata dve majhni komori - venski sinus in aortni stožec.

Gene in tvorba štiričlanskega srca

Biologi so odkrili gen, spremembe, ki so privedle do evolucijskega prehoda iz tri-komornega srca v dvoživke in plazilce v štiri komoro pri pticah in živalih, kar bo pomagalo razkriti, kako so postali toplokrvni. Štiridelno srce ptic, sesalcev in krokodilov, razdeljenih na dve polovici, omogočata obstoj dveh krogov krvnega obtoka, ki služita pljučam in organizmu kot celoti. Posledično se arterijska in venska kri ne mešata, kot v tričlenskem srcu dvoživk, telo pa je bolje oskrbljeno s kisikom.

Med plazilci obstajajo različne variacije "oblikovanja" srca. Še posebej je želva v ventriklu njihovega tri-komornega srca ima septum, ki pa jih ne loči v celoti. "Srce plazilcev je bilo predmet polemik - ali ima en sam prekat ali dve prekati, ki nista popolnoma ločeni," piše študija, skupina znanstvenikov iz ZDA, Kanade in Japonske pod vodstvom Katsuko Koshiba-Takeuchija z Univerze v Kaliforniji v San Franciscu.

Opravili so primerjalno študijo rdeče-ovčje želve (Trachemys scripta elegans) in iguane - rdeče-anole (Anolis carolinensis) v smislu genetskih dejavnikov, povezanih z razvojem srca v embrionalnih fazah. Rezultati opazovanj so pokazali, da se v obeh želvah in iguanah v prvi fazi gen Tbx5 manifestira na celotni površini bodočega prekata, vendar v poznejših fazah želve ta gen deluje le v levi polovici. Pri sesalcih in pticah je ta gen povezan ravno z nastankom levega prekata.

To pomeni, da se gen Tbx5 v procesu evolucije postopoma začne oblikovati strukturo štirikoričnega srca. Da bi potrdili to hipotezo, so znanstveniki izvedli poskus na miših, pri katerih je bil gen Tbx5 izklopljen. Posledica tega je, da je porazdelitev med prekati v miših izginila, oblikovano je bilo trikomorno srce, podobno srcu plazilcev.

Kdo ima enodomno, dvodelno, tri-komorno, štirikomerno srce?

Dvoživke in plazilci imajo že dva kroga krvnega obtoka in njihovo srce je trikotno (pojavi se interatrijski septum). Edini sodobni plazilec, ki ima podrejeni (medpredelni septum ne loči povsem prednikov), pa je že štirikamerno srce krokodil. Menijo, da se je prvič štirikamerno srce pojavilo pri dinozavrih in primitivnih sesalcih. Neposredni potomci dinozavrov - ptic in potomcev primitivnih sesalcev - sodobnih sesalcev so v prihodnosti podedovali to strukturo srca.

Srce vseh hrbtov nujno ima srčno vrečko (perikard), ventilsko napravo. V srcih mehkužcev so lahko tudi ventili, perikard, ki v prebavilih pokriva zadnje črevo. Pri žuželkah in drugih členonožcih se lahko organi cirkulacijskega sistema v obliki peristaltičnih razširitev velikih žil imenujejo srca. Pri hrbtih je srce neparni organ. V mehkužcih in členonožcih se količina lahko razlikuje. Pojem "srce" ne velja za črve itd.
Srce sesalcev in ptic

Dešifrira se molekularni mehanizem za preoblikovanje tri-komornega srca v štiri-komorno srce.

Najpomembnejši evolucijski dogodek je bil pojav štiričlanskega srca pri pticah in sesalcih, zaradi česar so lahko te živali postale toplokrvne. Podrobna študija razvoja srca v zarodkih kuščarjev in želv ter primerjava z razpoložljivimi podatki o dvoživkah, pticah in sesalcih je pokazala, da so ključno vlogo pri preoblikovanju trikomornega srca v štiristopenjsko igrali spremembe v regulacijskem genu Tbx5, ki deluje v prvotni enoktočnici. Če je Tbx5 ekspresivna (deluje) enakomerno po celem klicu, je srce trikotno, če je le na levi strani - štiriletno.

Pojav vretenčarjev na kopnem je bil povezan z razvojem pljučnega dihanja, ki je zahtevalo radikalno prestrukturiranje obtočnega sistema. V ribah-dihanje škrge, en krog krvnega obtoka, in srce, oziroma, dvodelni (sestavljen iz enega atrija in enega ventrikla). V kopenskih vretenčarjih je tri- ali štirimočna srca in dva kroga krvnega obtoka. Ena izmed njih (majhna) prenaša kri skozi pljuča, kjer je nasičena s kisikom; nato se kri vrne v srce in vstopi v levi atrij. Velik krog usmerja kisik-bogato (arterijsko) kri v vse druge organe, kjer odda kisik in se vrne v srce skozi žile v desni atrij.

Pri živalih s tričrkovnim srcem, kri iz obeh atrij vstopi v en sam prekat, od koder nato potuje v pljuča in v vse druge organe. Hkrati se arterijska kri v različni meri zmeša z vensko kri. Pri živalih s štirimočnim srcem med embrionalnim razvojem se posamezna prekata najprej razdeli v septum v levo in desno polovico. Posledično sta oba kroga cirkulacije popolnoma ločena: venska kri vstopi le v desni prekat in od tam odhaja v pljuča, arterijska kri gre le v levi ventrikel in od tam gre v vse druge organe.

Oblikovanje štiri-komornega srca in popolna ločitev krvnih obtokov je bil nujen predpogoj za razvoj toplokrvnosti pri sesalcih in pticah. Tkiva toplokrvnih živali zaužijejo veliko kisika, zato potrebujejo »čisto« arterijsko kri, ki je maksimalno nasičena s kisikom, in ne mešane arterijsko-venske krvi, s katero so zadovoljni hladnokrvni vretenčarji s trikomornim srcem.

Za dvoživke in večino plazilcev je značilno trikomorno srce, čeprav imajo slednji delno ločitev prekata na dva dela (razvija se nepopoln intraventrikularni septum). Sedanje štiričlansko srce se je razvijalo neodvisno v treh evolucijskih linijah: pri krokodilih, pticah in sesalcih. To velja za enega najvidnejših primerov konvergentne (ali vzporedne) evolucije (glej: Aromorfoze in vzporedna evolucija; Paralelizmi in homološka variabilnost).

Velika skupina raziskovalcev iz Združenih držav Amerike, Kanade in Japonske, ki so objavili svoje rezultate v zadnji številki revije Nature, so se odločili, da ugotovijo molekularno genetsko osnovo te pomembne aromorfoze.

Avtorji so podrobno proučevali razvoj srca v dveh zarodkih plazilcev - rdeče-ovčjo želvjo Trachemys scripta in anolisnemu kuščarju (Anolis carolinensis). Za reševanje problema so zanimivi plazilci (razen krokodilov), saj je struktura njihovega srca v mnogih pogledih vmes med značilnimi tri-komornimi (kot so dvoživke) in pravimi štirimi komorami, kot so krokodili, ptice in živali. Medtem, po mnenju avtorjev članka, 100 let nihče ni resno preučil embrionalnega razvoja srca plazilcev.

Študije, opravljene na drugih vretenčarjih, še vedno niso dale dokončnega odgovora na vprašanje, katere genetske spremembe so povzročile nastanek štiričlanskega srca med evolucijo. Ugotovljeno je bilo, da regulatorni gen Tbx5, kodirni protein, transkripcijski regulator (glej transkripcijske faktorje), deluje drugače (izraženo) v razvijajočem se srcu dvoživk in toplokrvnih. Pri prvem je enakomerno izražen v celotnem prihodnjem ventriklu, pri čemer je njegov izraz največji v levem delu anlage, od koder se kasneje oblikuje levi prekat in minimalno na desni. Ugotovljeno je bilo tudi, da zmanjšanje aktivnosti Tbx5 vodi do napak v razvoju septuma med prekati. Ta dejstva so avtorjem omogočila, da so predlagali, da bi spremembe v aktivnosti gena Tbx5 lahko igrale vlogo pri razvoju štiričlanskega srca.

Med razvojem srca kuščarja se v ventriklu razvije mišični valj, ki deloma loči iztok ventrikula iz njegove glavne votline. Nekateri avtorji so ta valjak interpretirali kot strukturo, homologno medgastrični porazdelitvi vretenčarjev s štiričlanskim srcem. Avtorji obravnavanega članka na podlagi proučevanja rasti valja in njegove fine strukture zavračajo to interpretacijo. Pozorni so na dejstvo, da se v trenutku razvoja srca piščančjega zarodka na kratko pojavi ista blazina - skupaj z resničnim septumom.

Podatki, ki so jih pridobili avtorji, kažejo, da se v kuščarju ne oblikujejo nobene strukture, homologne sedanjem interventrikularnemu septumu. Želva, nasprotno, tvori nepopolno pregrado (skupaj z manj razvitim mišičnim valjem). Nastanek te pregradne stene v želvi se začne veliko kasneje kot pri piščancu. Kljub temu se izkaže, da je srce kuščarke bolj “primitivno” kot želvo. Srce želve je vmes med tipičnimi tri-komornimi (kot so dvoživke in kuščarji) in štiristopenjskimi, kot so krokodili in toplokrvni. To je v nasprotju s splošno sprejetimi idejami o evoluciji in klasifikaciji plazilcev. Na podlagi anatomskih značilnosti želv se je tradicionalno obravnavala kot najbolj primitivna (bazalna) skupina med sodobnimi plazilci. Vendar pa je primerjalna analiza DNK, ki so jo izvedli številni raziskovalci, večkrat trdno poudarjala bližino želv za arhosurje (skupino krokodilov, dinozavrov in ptic) in bolj osnovni položaj luskavcev (kuščarjev in kač). Struktura srca potrjuje to novo evolucijsko shemo (glej sliko).

Avtorji so proučevali izražanje več regulatornih genov v razvoju srca želve in kuščarice, vključno z genom Tbx5. Pri pticah in sesalcih, že v zelo zgodnjih fazah embriogeneze, se v ventrikularnem budru oblikuje oster gradient izražanja tega gena (izraz se hitro zmanjšuje z leve proti desni). Izkazalo se je, da se v zgodnjih fazah kuščarice in želvice gen Tbx5 izraža na enak način kot v žabici, to je enakomerno po celotnem prihodnjem ventriklu. Pri kuščarju to stanje traja do konca embriogeneze, v poznih fazah želve pa se oblikuje izrazni gradient - v bistvu enak kot pri piščancu, vendar le manj izrazit. Z drugimi besedami, v desnem delu ventrikla se genska aktivnost postopoma zmanjšuje, v levem pa ostane visoka. Tako, glede na vzorec izraza gena Tbx5, tudi želva zavzema vmesni položaj med kuščarjem in piščancem.

Znano je, da je protein, ki ga kodira gen Tbx5, regulativen - uravnava aktivnost mnogih drugih genov. Na podlagi pridobljenih podatkov je bilo naravno pričakovati, da razvoj prekatov in zavihka interventrikularnega septuma nadzira gen Tbx5. Pred tem je bilo dokazano, da zmanjšanje aktivnosti Tbx5 v mišjih zarodkih vodi do napak v razvoju prekatov. To pa ni bilo dovolj, da bi upoštevali »vodilno« vlogo Tbx5 pri oblikovanju štiričlanskega srca.

Za bolj prepričljive dokaze so avtorji uporabili več linij genetsko modificiranih miši, v katerih bi se lahko v času embrionalnega razvoja gen na Tbx5 na zahtevo eksperimenta izklopil v enem ali drugem delu srčne klice.

Izkazalo se je, da če izklopite gen v celotnem prekatu, se kalček niti ne razdeli na dve polovici: iz nje se razvije ena sama komora, brez kakršnih koli sledi interventrikularnega septuma. Prav tako se ne oblikujejo značilne morfološke značilnosti, po katerih se desno prekanje lahko loči od leve, ne glede na prisotnost septuma. Z drugimi besedami, dobimo mišje zarodke s trikomornim srcem! Takšni zarodki umrejo 12. dan embrionalnega razvoja.

Naslednji poskus je bil, da je bil gen Tbx5 izključen le na desni strani prekata. Tako je bil koncentracijski gradient regulacijskega proteina, ki ga kodira ta gen, močno premaknjen v levo. Načeloma je bilo mogoče pričakovati, da se bo v takšni situaciji interventrikularni septum začel oblikovati bolj v levo kot bi moral biti. Toda to se ni zgodilo: pregrada se sploh ni začela oblikovati, temveč je bila razdeljena na levi in ​​desni del glede na druge morfološke značilnosti. To pomeni, da gradient izražanja Tbx5 ni edini dejavnik, ki nadzoruje razvoj štiričlanskega srca.

V drugem poskusu so avtorji uspeli zagotoviti, da je bil gen Tbx5 enakomerno izražen po klicih komore mišjega zarodka, približno enako kot v žabji ali kuščarju. To je ponovno pripeljalo do razvoja mišjih zarodkov s trikomornim srcem.

Dobljeni rezultati kažejo, da bi lahko spremembe v delovanju regulatornega gena Tbx5 resnično igrale pomembno vlogo pri razvoju štiričlanskega srca, te spremembe pa so se zgodile vzporedno in neodvisno pri sesalcih in arhaurjih (krokodili in ptice). Tako je študija še enkrat potrdila, da imajo spremembe v genu - regulatorji individualnega razvoja - ključno vlogo pri razvoju živali.

Seveda bi bilo še bolj zanimivo oblikovati takšne gensko spremenjene kuščarje ali želve, v katerih bi se Tbx5 izražal tako kot pri miših in piščancih, to je na močni levi strani prekata, na desni strani pa je šibka in videla, če ni t srce bolj kot štiri-komorni. Vendar to še vedno ni tehnično izvedljivo: genski inženiring plazilcev doslej še ni napredoval.

Kdo ima štiričlansko srce

Pri ribah je srce dvodomno, sestavljeno je iz enega atrija in enega prekata. En krog krvnega obtoka: venska kri iz srca gre v škrge, tam postane arterijska, gre v vse organe telesa, postane venska in se vrne v srce.

Pri dvoživkah (žabah in newtsih) je srce trikotno in je sestavljeno iz enega prekata in dveh atrij. Dva kroga krvnega obtoka:

  • Velik krog: iz prekata pretvori mešana kri v vse organe telesa, postane venska, vrne v desni atrij.
  • Majhen krog: iz ventrikla mešana kri gre v pljuča, postane arterijska, vrne se v levi atrij.
  • Iz atrijske krvi vstopi v prekat, se meša.
Trije prostori (manifestacija pljučnega kroga krvnega obtoka) so prispevali k spustu dvoživk.

Pri plazilcih (kuščarjih, kačah, želvah) je krvni obtok enak kot pri dvoživkah, v ventriklu se pojavi nepopoln septum, ki deloma loči kri: pljuča prejmejo veno venozo, možgani so najbolj arterijski in vsi drugi organi so mešani. Krokodili imajo štiri-komorno srce, mešanje krvi poteka v arterijah.

Pri sesalcih in pticah je obtočni sistem enak kot pri ljudeh.

Testi

26-01. Štiridelno srce
A) aligator
B) želve
C) kače
D) kuščarji

26-02. Pri živalih, katera sistematična skupina ima dvokomorno srce?
A) žuželke
B) Flatworms
C) Dvoživke
D) Ribe

26-03. Kateri znak označuje obtočni sistem v ribah?
A) srce je napolnjeno samo z vensko kri
B) obstajata dva kroga krvnega obtoka.
B) trilamno srce
D) transformacija arterijske krvi v vensko se pojavi v krvni žili hrbtenice

26-04. Nastanek dvoživk v procesu evolucije tričlanskega srca je privedel do tega, da so se celice njihovega telesa začele oskrbovati s krvjo.
A) venske
B) arterijsko
B) mešano
D) bogata s kisikom

26-05. Pojav trikomornega srca pri dvoživkah je prispeval
A) njihovo pristajanje
B) dihanje kože
B) povečanje velikosti telesa
D) razvoj njihovih ličink v vodi

26-06. Ali imajo predstavniki katerih od zgornjih razredov tetiv eno kroženje krvi?
A) ptice
B) ribe
C) sesalci
D) plazilci

26-07. V procesu evolucije je pojav drugega kroga krvnega obtoka pri živalih povzročil nastanek
A) dihalno dihanje
B) pljučno dihanje
B) dihanje sapnika
D) dihanje po telesu

26-08. Ali so presoje o krožnem sistemu rib pravilne?
1. Ribe imajo dvodomno srce, vsebuje vensko kri.
2. V ribjih škrgah se venska kri obogati s kisikom in pretvori v arterijsko kri.
A) samo 1 je res
B) samo 2 je res
C) obe sodbi sta resnični
D) obe sodbi sta napačni

26-09. Ali so sodbe o obtočnem sistemu dvoživk pravilne?
1. Srce dvoživk je sestavljeno iz dveh komor.
2. Venska kri iz organov in tkiv se zbira v žilah in vstopa v desni atrij, nato pa v prekat.
A) samo 1 je res
B) samo 2 je res
C) obe sodbi sta resnični
D) obe sodbi sta napačni

Katere živali imajo tri-komorno srce

Zaradi evolucije so se izboljšali vsi organi živih bitij, vključno s cirkulacijskim sistemom. Srce je glavni organ sistema, ki je odgovoren za pretok krvi skozi krvne žile.

Najenostavnejša bitja in organizmi nimajo tega organa. Najprimitivnejše srce se pojavlja v črvi, ki jo predstavlja samo en prekat. Dvokomorno srce se prvič razvije v ribah in lamelatnih cepljenjih.

Videz tri-komornega srca je olajšal nastanek bitja na kopnem. Ima veliko več prednosti pred prejšnjimi, vendar še vedno ni popolna. Organ je sestavljen iz prekata in dveh atrij. Poleg tega imajo živali s trikomornim srcem dva kroga krvnega obtoka.

Kdo je lastnik tri-komornega srca?

  • dvoživke ali dvoživke (žabe, krastače, žabe, salamandri);
  • plazilci (kače, želve, kuščarji, krokodili).

Upoštevati bi morali tudi strukturo krokodilskega srca. Septum ventrikla je votel in s tem tvori štiristočno komoro srce. Ker pa je v pregradi luknja v središču, srce krokodila ni popolna štiri komora, kot pri pticah, sesalcih in ljudeh.

Kako je tričlansko srce postalo štiri-komorno

Pojav vretenčarjev na kopnem je bil povezan z razvojem pljučnega dihanja, ki je zahtevalo radikalno prestrukturiranje obtočnega sistema. V ribah-dihanje škrge, en krog krvnega obtoka, in srce, oziroma, dvodelni (sestavljen iz enega atrija in enega ventrikla). V kopenskih vretenčarjih je tri- ali štirimočna srca in dva kroga krvnega obtoka. Eden od njih (majhen) prenaša kri skozi pljuča, kjer je nasičen s kisikom. Nato se kri vrne v srce in vstopi v levi atrij. Velik krog usmerja kisik-bogato (arterijsko) kri v vse druge organe, kjer odda kisik in se vrne v srce skozi žile v desni atrij.

Pri živalih s tričrkovnim srcem, kri iz obeh atrij vstopi v en sam prekat, od koder nato potuje v pljuča in v vse druge organe. Hkrati se arterijska kri zmeša z vensko kri. Pri živalih s štiristočno komoro srca se v razvoju razvijajo samo eni ventrikli s septumom v levo in desno polovico. Posledično sta dva kroga krvnega obtoka popolnoma ločena: kri s kisikom, slaba, vstopi iz desnega atrija v desni prekat in od tam odhaja v pljuča, nasičena s kisikom iz levega atrija le v levi prekat in od tam gre v vse druge organe.

Oblikovanje štiričlanskega srca je bil nujen predpogoj za razvoj toplokrvnosti pri sesalcih in pticah. Toplokrvna tkiva porabijo veliko kisika, zato potrebujejo »čisto« arterijsko kri, najbolj nasičeno s kisikom. Mešana arterijsko-venska kri je lahko zadovoljena s hladnokrvnimi vretenčarji s trikomornim srcem. Za dvoživke in večino plazilcev je značilno trikomorno srce, čeprav imajo slednje delno ločitev prekata na dva dela (razvije se nepopoln intra-ventrikularni septum). Sedanje štiričlansko srce se je razvijalo neodvisno v treh evolucijskih linijah: pri krokodilih, pticah in sesalcih. To je jasen primer vzporednega razvoja.

Biologi iz ZDA, Kanade in Japonske so uspeli delno dešifrirati molekularno genetsko osnovo tega velikega evolucijskega dogodka (Koshiba-Takeuchi et al., 2009). Ključno vlogo pri tem so imele spremembe v genu Tbx5. Ta gen, ki kodira regulatorno beljakovino, se v razvijajočem se srcu različno izraža pri dvoživkah (Xenopus-ov žabji žabji) in toplokrvnih (piščančjih in mišjih) srcih. V prvem je enakomerno izražen v prihodnjem ventriklu, v slednjem pa je njegova izraznost maksimalna v levem delu anlage (v bodoči levi prekati) in minimalna na desni. Kaj pa plazilci?

Ugotovljeno je bilo, da je pri plazilcih - kuščarjih in želvah - v zgodnjih embrionalnih fazah gen Tbx5 izražen na enak način kot v žabici, to je enakomerno po celotnem prihodnjem ventriklu. V kuščarju je vse ostalo do konca razvoja. Podobno kot žaba, kuščar ne tvori ničesar podobnega septumu (vsaj delnemu) med prekati.

Kar zadeva želvo, se v poznih fazah oblikuje izrazni gradient - enako kot pri piščancu, le manj izrazit. Z drugimi besedami, v desnem delu ventrikla se genska aktivnost postopoma zmanjšuje, v levem pa ostane visoka. Tako je po naravi izraza Tbx5 želva vmes med kuščarjem in piščancem. Enako lahko rečemo o strukturi srca. Želva oblikuje nepopolno pregrado med prekati, vendar v poznejših fazah kot pri piščancu. Srce želve je vmes med tipičnimi tremi komorami (kot so dvoživke in kuščarji) in štirimi komori, kot so krokodili in toplokrvni.

Da bi potrdili vodilno vlogo gena Tbx5 v razvoju srca, so bili eksperimenti izvedeni z modificiranimi mišmi. Pri teh miših je bilo mogoče, na zahtevo eksperimentatorja, izklopiti gen Tbx5 v enem ali drugem delu srčne klice. Izkazalo se je, da če izklopite gen v celotnem prekatu, se kalček ne začne niti razdeliti na dve polovici: iz nje se razvije ena sama komora, brez sledov septuma. Pridobite mišje zarodke s trikomornim srcem! Takšni zarodki umrejo 12. dan embrionalnega razvoja.

V drugem poskusu so avtorji uspeli zagotoviti, da je gen Tbx5 enakomerno izražen po klicih komore mišjega zarodka - tako kot v žabici in kuščarju. To je ponovno pripeljalo do razvoja mišjih zarodkov s trikomornim srcem.

Seveda bi bilo še bolj zanimivo konstruirati takšne gensko spremenjene kuščarje ali želve, v katerih bi Tbx5 izražal tako kot pri miših in piščancih, tj. Močno na levi strani prekata, šibko na desni strani in videli, če iz tega srca je bolj kot štiri-komorni. Vendar to še ni izvedljivo: genski inženiring plazilcev doslej še ni napredoval.

Jasno je, da je evolucija ustvarila toplokrvnost in vse, kar zagotavlja to transformacijo (srce, krvni obtok, obleka, izločilni sistem itd.), Uporabila preprosta orodja: čim manj potrebnih nastavitev, tem bolje. In če se lahko tričlansko srce v enem koraku spremeni v štiri komoro, potem ni razloga, da ga ne bi izkoristili.

Podvajanje genov

MULTIFUNKCIONALNI GENI - OSNOVE EVOLUCIJSKIH INOVACIJ.

Zamisel, da je podvajanje genov najpomembnejši vir evolucijskih inovacij, je že v tridesetih letih prejšnjega stoletja izrazila izjemna biologinja John Haldane (Haldane, 1933). Danes o tem ni dvoma. Ideja je preprosta. Pojav »ekstra« kopije gena v genomu odpira svobodo za evolucijsko eksperimentiranje. Mutacije, ki se pojavijo v eni od dveh kopij in oslabijo prvotno funkcijo gena, ne bodo izločene z izbiro, ker obstaja druga kopija, ki ostaja enaka funkcionalnost. Izbira odpravlja samo tiste mutacije, ki zmanjšujejo telesno pripravljenost, zato je potrebno, da se obe kopiji gena takoj pokvarita. Zato je verjetno, da bo ena od kopij ostala bolj ali manj nespremenjena, druga pa bo začela prosto kopičiti naključne mutacije. Najverjetneje bo ta spreminjajoča se kopija brezupno poškodovana ali popolnoma izgubljena. Vendar obstaja možnost, da bodo nekatere mutacije v spreminjajočo se kopijo dodale novo uporabno lastnost. Dovolj je, da je bila ta lastnost sprva izražena v najmanjši meri. Izbor bo "izkoristil" prednost, ki se je pojavila, in začela optimizirati gen za novo funkcijo.

Ta način razvijajoče se inovacije imenujemo neofunkcionalizacija. Ena od kopij podvojenega gena ostane pod delovanjem čistilne selekcije, ne spremeni in ohrani staro funkcijo, druga kopija pa pridobi novo. Seveda bo v večini primerov nova funkcija povezana z izvirno: to bo določena variacija na stari temi (ne pozabite, da smo v 1. poglavju govorili o težavah pri prehodu iz ene višine kondicije v drugo?)

Pogosto se zgodi, da beljakovina, ki jo optimizira izbira za eno samo funkcijo, lahko opravlja tudi druge funkcije, ki so sekundarne ali popolnoma nepotrebne za telo z nizko učinkovitostjo, preprosto kot stranski učinek. Na primer, večina encimov, specializiranih za delo z enim substratom, lahko malo deluje z drugimi molekulami, podobnimi glavnemu substratu. Lahko rečemo o takšnih encimih, da so predhodno prilagojeni pridobitvi nove funkcije. Če se razmere spremenijo na tak način, da se ta dodatna funkcija izkaže za uporabno, se lahko beljakovina specializira - spremeni svoj hobi v glavno delo (Conant, Wolfe, 2008). Poleg tega bo še posebej enostavno narediti, če se gen proteina nehote podvrže podvajanju. Dejansko lahko v tem primeru ena od kopij gena ohrani staro specializacijo, druga pa se lahko optimizira za izvedbo nove funkcije. To se imenuje subfunkcionalizacija ali preprosto ločevanje funkcij.

Če je glavna funkcija beljakovine še vedno koristna, je koristna tudi dodatna funkcija (»hobi«) in ločitev funkcij se ne zgodi, ker gen ni podvojen? V tem primeru bo izbor optimiziral beljakovino za izvajanje obeh funkcij hkrati. To je najpogostejša stvar: mnogi geni dejansko ne opravljajo ene, ampak več uporabnih funkcij v telesu (zaradi enostavnosti bomo govorili o primeru, ko obstajata dve funkciji). Tak gen je v stanju prilagodljivega konflikta. Če se v njem pojavi mutacija, ki izboljša zmogljivost ene od funkcij, bo to koristno le, če druga funkcija ne trpi zaradi tega. Posledično gen uravnoteži obe smeri optimizacije in njegova struktura predstavlja kompromis med nasprotujočimi se selekcijskimi zahtevami. Jasno je, da v takšni situaciji nobena od obeh funkcij ne more biti popolna. Pri takšnih genih lahko podvajanje postane »dolgo pričakovano osvoboditev« iz notranjega konflikta. Če se multifunkcionalni gen dokončno podvoji, bodo kopije, ki so nastale, verjetno delile funkcije med seboj in hitro optimizirane v različnih smereh. Takšen je vzorec izogibanja prilagodljivemu konfliktu.

Klasični primeri nastanka novih genov s podvajanjem

Kristali so beljakovine očesne leče. Topnost v vodi, preglednost in stabilnost (dolg rok trajanja) - skoraj edina obvezna zahteva za izbor beljakovin v kristalin. Zato so verjetno različne vrste kristalin pri živalih večkrat nastajale iz najrazličnejših "improviziranih materialov". Na primer, delta-kristali ptic in plazilcev so se pojavili s podvajanjem in subfunkcionalizacijo iz encima argininosukcinat-lijaze, tau-kristalinov iz enolaze, SIII-kristalin iz glutation-S-transferaze, zeta-kristaliničnega iz kinon oksidoreduktaze. Nekateri kristali so celo ohranili svojo encimsko aktivnost: takšni proteini lahko delujejo kot kristali v leči in v drugih tkivih kot encimi ali šaperoni [70]. Tako je epsilon-kristaliničen v pticah hkrati encim laktat dehidrogenaza (Wistow, Piatigorsky, 1987; True, Carroll, 2002). Podvojitev genov in subfunkcionalizacija ju pogosto osvobodita takšne kombinacije. Na primer, pri ljudeh kristalni alfa-B združuje funkcije kristaliničnega in chaperonea, medtem ko se v cebrici pojavljajo ustrezni podvoji gena, pri čemer se ena kopija (alfa-B1) osredotoča na optično funkcijo v kristalni leči, druga pa na funkcijo nadzorne leče, druga pa (alfa B2). v drugih tkivih (Smith et al., 2006).

Še posebej pogosto se kristali tvorijo iz encimov glikolize - biokemičnega procesa, v katerem celica shranjuje energijo, delitev glukoze brez uporabe kisika. Dejstvo je, da se pri razvoju zarodka leča oblikuje iz celic, ki niso sposobne dihanja kisika: te celice lahko pridobivajo energijo samo z glikolizo. Zato so popolnoma polnjene z glikolitičnimi encimi. Toda naravna selekcija je velik oportunist in oportunist, ustvarja prilagoditve ne od tega, kaj je bolje, ampak od tistega, ki je na prvem mestu.

Pri privabljanju spremljevalcev za vlogo kristalin je logika približno enaka - oportunistična. Spremljevalci so odgovorni za stabilnost strukture drugih beljakovin in gladke učinke stresnih dejavnikov, pa naj gre za mutacije ali temperaturna nihanja. Objektiv je v določenem smislu oblikovan v "stresnih" pogojih (brez dihanja kisika), njegova vsebina pa mora biti zelo odporna na vsak stres: leča mora ohraniti svojo transparentnost in lomne lastnosti svetlobe skozi celotno življenje organizma, v visokih svetlobnih pogojih, brez pomoči. od zunaj, brez krvnih žil, brez živcev. Zato je prisotnost spremljevalcev v oblikovalni leči prilagajanje precej logično. No, ker so že tam, kaj ni material za razvoj novih kristalin?

Beljakovinski antifrizi antarktičnih rib. Nototenske ribe so najbolj raznolika in množična skupina rib v hladnih antarktičnih morjih. Uspeh nototenije je povezan s prisotnostjo neverjetnih beljakovin proti zmrzovanju v njihovi krvi. Te beljakovine se pridružijo nastajajočim kristalom ledu in jim ne omogočajo rasti, kar jim omogoča, da živijo pri izredno nizkih temperaturah (slano morsko vodo zamrzne pri -1,9 ° C, kri običajnih morskih rib pri –0,7... −0,1 ° C). Presenetljivo, antifriz nototenyh izvira iz beljakovin, katerih funkcija nima nič opraviti z zaščito pred zmrzovanjem. Njihov prednik je bil tripsin, encim trebušne slinavke, ki razgrajuje beljakovine v prebavnem traktu. Vsi antifrizni geni (jih je več) so zelo podobni drug drugemu in so se jasno pojavili pri zaporednih podvajanjih iz enega genskega porekla, ki je nastal iz dvojnika gena, ki kodira tripsinogen (protein, iz katerega se nato proizvaja encim tripsin). Začetek in konec antifriznih genov sta ostala enaka kot pri genu tripsina, na sredini pa je bil ponavljajoč (ojačan) devet nukleotidni fragment iz srednjega dela gena tripsina, ki kodira tri aminokisline: treonin-alanin-alanin. Ta ponavljajoči se aminokislinski motiv tvori hrbtenico molekule proti zmrzovanju. Sodeč po indikacijah molekularne ure, se je podvojitev prvotnega gena tripsina in pojav prvega antifriza zgodil pred 5-14 milijoni let. To približno sovpada s časom ostrega ohlajanja na Antarktiki (10–14 Ma) in z nastopom hitrega adaptivnega sevanja rib Nototenium (Chen et al., 1997).

En predstavnik nototenije, antarktične zobate ribe Dissostichus mawsoni, je zaznal beljakovinsko vmesno snov med tripsinom in značilnim antifrizom: v njem so ostali fragmenti prvotnega tripsina, ki so jih izgubili preostali antifrizi. Ta beljakovina je resnična molekularna "prehodna oblika".

Nekateri arktični ribe v času prilagajanja na življenje v ledeni vodi so se pojavili tudi beljakovine proti zmrzovanju, druge pa. Antifriz trska spominja v svoji strukturi antifriz nototenivyh, vendar nima nič skupnega s tripsinom. Izvor antifriza za trske še ni pojasnjen, jasno je le, da je bila neodvisna pridobitev. Druge arktične ribe imajo svoj edinstven antifriz, ki nastane iz drugih beljakovin - lektinov in apolipoproteinov (True, Carroll, 2002).

Pojav specializirane ribonukleaze (encima, ki razgrajuje RNA) pri opicah, ki se hranijo z listi. V Kolobinsu - opici starega sveta se je razvil poseben del želodca, kjer simbiotične bakterije prebavljajo neužitno živalsko pulpo [71]. Sam opica se dejansko hrani s temi bakterijami in v njih, kot v vseh hitro rastočih bakterijskih populacijah, obstaja veliko RNA.

Za prebavo bakterijske RNA potrebujejo kolobini encim - RNazo, ki je sposoben delovati v kislem okolju. Predniki kolobina niso imeli takšnega encima. Vendar so imeli, tako kot vsi opice, še eno RNazo (RNase1), ki je delovala v alkalnem mediju in sposobna razcepiti dvoverižno RNA. To je eden od mehanizmov protivirusne zaščite, ki ni povezan s prebavo.

V povezavi s prehodom na prehrano simbiotičnih bakterij je kolobin razvil novo RNazo, RNase1B. Proizvaja se v trebušni slinavki in vstopa v tanko črevo. V črevesju kolobinov je v nasprotju z drugimi opicami okolje kislo in ne alkalno. Novi encim odlično prebavi bakterijsko RNA, vendar ne more nevtralizirati dvoverižne virusne RNA.

Gen Rnase1B se je pojavil kot posledica podvajanja prvotnega gena RNase1. Po kopiranju je ena od kopij obdržala staro funkcijo, druga kopija pa novo. Hkrati se je na prvi izvod odzval čiščenje, drugo pa je bilo pozitivno, kar je privedlo do konsolidacije devetih pomembnih zamenjav. Eksperimenti so pokazali, da vsaka od teh devetih substitucij zmanjšuje učinkovitost izvajanja prvotne funkcije - delitev dvoverižne RNA. Zato je bilo za razvoj nove funkcije potrebno podvajanje: če Kolobin ni imel »rezervne« kopije gena, ki bi še naprej izvajal staro funkcijo, bi selekcija komaj uspela popraviti teh devet mutacij (Zhang et al., 2002).

Mlečne beljakovine ščurka Diploptera punctata. Ti živorodni ščurki hranijo svoje mlade potomce s posebnimi beljakovinami, ki so nastale s podvajanjem in neofunkcionalizacijo iz lipokalina - zunajceličnih proteinov, odgovornih za prenos malih hidrofobnih molekul (lipidi, steroidi, retinoidi itd.) (Williford et al., 2004). Očitno je iz istega lipokalina prednikov v drugi ščurki, Leucophaea maderae, obstajal afrodiziak protein, s katerim so moški privabili samice (Korchi et al., 1999).

Ali je v praksi mogoče razlikovati neofunkcionalizacijo od izogibanja adaptivnim konfliktom? Teoretično ne bi smelo biti tako težko. V prvem primeru je ena kopija gena podvržena čistilni (negativni) selekciji in še naprej izvaja prvotno funkcijo, druga kopija pa je podvržena pozitivni selekciji. Razpravljali smo o tem, kako določiti, katera vrsta selekcije je delovala na gen v 2. poglavju. V drugem primeru sta obe kopiji podvrženi pozitivni selekciji in povečanje učinkovitosti izvajanja obeh funkcij.

Da bi testirali te teorije v praksi, so se biologi naučili šele pred kratkim. Na primer, leta 2008 je genetika z univerze Duke (ZDA) uporabila ta merila za podvojeni gen za encime v ipomoei, rod rastlin iz družine konvolucij (Des Marais, Rausher, 2008). Encim se imenuje dihidroflavonol-4-reduktaza (DFR). Obnavlja različne flavonoide in jih spreminja v rdeče, vijolične in modre antocijanove pigmente. To je prvotna funkcija tega encima, ki ga izvaja v skoraj vseh cvetočih rastlinah. Poleg tega encim katalizira nekatere druge kemijske reakcije in celoten obseg njegovih zmogljivosti še ni določen.

V Ipomoei in več njenih bližnjih sorodnikih je gen DFR prisoten v obliki treh kopij, ki so blizu drug drugemu (DFR-A, DFR-B, DFR-C). Druge genske združbe imajo samo eno kopijo. Vse konvoluule z trojnim DFR genom tvorijo klado, tj. Skupino, ki izvira iz enega skupnega prednika in vključuje vse njene potomce. V začetnih fazah razvoja te skupine je gen doživel dve zaporedni tandemski podvajanji. Najprej sta se pojavili dve kopiji, od katerih je ena postala gen DFR-B, druga pa je bila ponovno podvojena in spremenjena v DFR-A in DFR-C.

Kar zadeva razmerje sinonimnih in pomembnih substitucij, so avtorji ugotovili, da je bil po prvem podvajanju gen, ki se je kasneje razdelil na DFR-A in DFR-C, pod vplivom pozitivne selekcije. Hitro je zabeležil pomembne substitucije, tj. Prišlo je do prilagodljivega razvoja. Pri genu DRF-B se zdi, da se hitrost fiksiranja pomembnih substitucij v njej po podvajanju ni povečala. Zdi se, da to zagovarja neofunkcionalizacijo, kar pomeni, da je gen DRF-B ohranil prvotno funkcijo, DFR-A in DFR-C pa sta pridobila novo. Vendar pa je na tej stopnji še zgodaj, da bi lahko sklepali, ker so pomembne prilagoditvene spremembe lahko posledica zelo majhnega števila pomembnih nadomestkov. Načeloma lahko celo posamezna substitucija aminokislin spremeni lastnosti beljakovin.

Da bi natančno ugotovili, ali se je prilagoditveni razvoj gena DFR-B zgodil po podvajanju, je bilo treba eksperimentalno raziskati lastnosti proteina, ki ga kodira. Prav to so storili avtorji. Študirali so katalitično aktivnost DFR-A, DFR-B in DFR-C Ipomoea beljakovin, kot tudi originalno različico DFR proteina drugih obsojencev. Vse beljakovine smo testirali na sposobnost obnovitve petih različnih substratov (snovi iz skupine flavonoidov).

Izkazalo se je, da protein Ipomoea DFR-B deluje učinkovito z vseh petih substratov. Originalna beljakovina DFR obvladuje vse slabše. Nazadnje, DFR-A in DFR-C nimata nobene katalitične aktivnosti do teh petih substratov.

Tako se beljakovina DFR-B po podvajanju bolje spopade s svojo glavno funkcijo - obnovo flavonoidov - kot pred podvajanjem. In to kljub dejstvu, da je bilo po podvajanju malo smiselnih zamenjav. Izkazalo se je, da je ena sama zamenjava na ključnem položaju dramatično povečala učinkovitost encima. Zgodba se je izkazala za precej detektivsko.

Večina cvetočih rastlin v položaju 133 v DFR proteinu je aminokislina asparagin (Asn133), ki igra pomembno vlogo pri "postavitvi" substrata z encimom. DFR proteini z Asn133 učinkovito regenerirajo flavonoide. V oddaljenih prednikih plazilcev (v skupnem predniku Passelove barve in encijana) je bil ta zelo pomemben asparagin nadomeščen z asparaginsko kislino (Asp133). To je privedlo do poslabšanja funkcije "flavonoida" encima. Zakaj tako škodljiva mutacija ni bila izbrana? Očitno je, da se je takrat DFR protein v tej evolucijski liniji (tj. Predniki cvetenja semena in encijana) pojavil kot nova dodatna funkcija. Izbor je začel optimizirati beljakovine v dveh smereh hkrati, zamenjava asparagina z asparaginsko kislino na 133. mestu pa je bila posledica kompromisa - neposredne posledice adaptivnega konflikta. Kaj je ta dodatna funkcija, žal, ni mogla ugotoviti. Vendar se je sprememba pojavila na področju beljakovin, ki je odgovoren za vezavo substrata, kar pomeni, da gre za delo z nekaterimi novimi substrati.

Od takrat se je morala večina sort semena in encijana zadovoljiti z "kompromisno" varianto proteina DFR. Toda med predniki Ipomoee se je gen DFR podvojil, obstaja edinstvena priložnost za pobeg iz prilagodljivega konflikta in delitev funkcij med beljakovinami. In predniki Ipomoee niso zamudili te priložnosti. Po podvajanju je protein DFR-B izkopal asparagin v 133. položaju. To je dramatično povečalo katalitično aktivnost proti flavonoidom. Učinkovitost encima je spet postala visoka, kot pri oddaljenih prednikih, pri katerih encim še ni imel dodatne funkcije. In za to je bila zadostna ena sama aminokislinska substitucija (zato analiza razmerja med pomembnimi in sinonimnimi substitucijami ni pokazala nobenih sledi pozitivne selekcije v genu DFR-B).

Kaj se je zgodilo z genoma DFR-A in DFR-C? Očitno so popolnoma opustili staro funkcijo (delo z flavonoidi) in se posvetili implementaciji nove. Če je bila nadomestitev asparagina z asparaginsko kislino kompromisna rešitev, ki je nekako združila obe funkciji v isti beljakovini, potem se lahko domneva, da je v DFR-A in DFR-C asparaginska kislina nadomeščena z nečim drugim, ne pa z asparaginom. To se je zgodilo. Pri različnih vrstah ipomeja v beljakovini DFR-A je 133. mesto zasedeno z različnimi aminokislinami, pri beljakovinah DFR-C pa vedno obstaja izolevcin, ki beljakovini odvzema sposobnost za delo z flavonoidi.

Čeprav je v tej študiji ostala moteča »luknja«, ni bilo mogoče ugotoviti, kakšna je nova funkcija beljakovin DRF, vendar pa rezultati kažejo, da je prišlo prav do odhoda iz adaptivnega konflikta in ne neofunkcionalizacije. Gen DRF je postal bifunkcionalen že dolgo pred podvajanjem. Podvajanje je omogočilo razdelitev funkcij med kopijami, odstranitev prilagoditvenega konflikta in optimizacijo vsakega gena za izvajanje ene funkcije.

Avtorji na koncu prispevka podajajo pomembno pripombo. Poudarjajo, da je v primeru odstopanja od prilagodljivega konflikta v primerjavi z neofunkcionalizacijo večja verjetnost ohranitve „ekstra“ kopij gena po podvajanju. Konec koncev, če je podvojeni gen opravil dve funkciji še pred podvajanjem, se lahko proces ločevanja funkcij začne z različnimi mutacijami v obeh kopijah. Naključne mutacije bodo verjetno nekoliko povečale eno od obstoječih funkcij beljakovine, kot pa ustvariti popolnoma novo.

Iz teh položajev je lažje razumeti rezultate drugih študij, vključno s podatki o dveh polnih genomskih podvajanjih, ki so se zgodila ob zori razvoja vretenčarjev.

Enciklopedija medicinskih napak

Spodbujanje priljubljenih napačnih predstav o moderni osebi.

Srce

Nekateri ljudje verjamejo, da se velikost človekovega srca lahko določi glede na velikost njegove pesti - pravijo, da se ujemajo. Pravzaprav je srce veliko večja pest.

Če merimo s pestmi, bo njena velikost približno dve leti in pol. Srce ima približno tretjina prsnega koša.

Pomoč

Pri majhnih organizmih ni težav pri dostavi hranil in odstranjevanju presnovnih produktov iz telesa (dovolj je hitrost difuzije). Ker pa se velikost poveča, je treba zagotoviti vedno večje potrebe telesa v postopkih pridobivanja energije in hrane ter odstranjevanja zaužitega. Zato imajo primitivni organizmi že tako imenovana "srca", ki zagotavljajo potrebne funkcije. Nadalje, kot pri vseh homolognih (podobnih) organih, se zmanjša število predelkov na dva (pri ljudeh, na primer, dva za vsak obtok).

Paleontološke najdbe nam omogočajo, da rečemo, da imajo primitivne hrbte že nekakšno srce. Vendar pa je pri ribah zabeleženo celo telo. Obstaja dvokomorsko srce, ventilska naprava in srčna vrečka.

Dvoživke in plazilci imajo že dva kroga krvnega obtoka in njihovo srce je trikotno (pojavi se interatrijski septum). Edini sodobni plazilec, ki ima podrejeni (medpredelni septum ne loči povsem prednikov), pa je že štirikamerno srce krokodil. Menijo, da se je prvič štirikamerno srce pojavilo pri dinozavrih in primitivnih sesalcih. Kasneje so neposredni potomci dinozavrov podedovali to strukturo srca - ptice in potomce primitivnih sesalcev - to so sodobni sesalci.

Srce vseh hrbtov nujno ima srčno vrečko (perikard), ventilsko napravo. V srcih mehkužcev so lahko tudi ventili, perikard, ki v prebavilih pokriva zadnje črevo. Pri žuželkah in drugih členonožcih se lahko organi cirkulacijskega sistema v obliki peristaltičnih razširitev velikih žil imenujejo srca. Pri hrbtih je srce neparni organ. V mehkužcih in členonožcih se količina lahko razlikuje. Pojem "srce" ne velja za črve itd.

Biologi so ugotovili, kako pri ljudeh nastajajo napake srca

Biologom je uspelo najti ključno beljakovino, ki srce zarodka spremeni iz tri komore v štiri komoro. Po mnenju znanstvenikov bo njihovo odkritje pomagalo ljudem preprečiti razvoj številnih srčnih nenormalnosti.

Zakaj človek potrebuje štiričlansko srce

Samo pri pticah in sesalcih, vključno z ljudmi, srce sestavljajo štiri komore - levi in ​​desni atrij ter dve prekati. Takšna struktura omogoča ločevanje kislinske arterijske in kisikove venske krvi. En tok, z vensko kri, se pošlje v pljuča, drugi - z arterijsko oskrbo celotnega telesa. Z energetskega vidika je taka cirkulacija čim bolj koristna. Zato, po mnenju znanstvenikov, zahvaljujoč štirimočnemu srcu, so se živali naučile vzdrževati stalno telesno temperaturo. Za razliko od toplokrvnih v hladnokrvnih, na primer, dvoživkah, je srce trikotno. Pri plazilcih je situacija bolj zapletena. So posebna skupina. Dejstvo je, da so njihove komore ločene s septumom, v njej pa je luknja. Kot štiričlansko srce, vendar ne čisto. Manjka en del: filmska particija, ki pokriva interventrikularno odprtino in ustvari popolno izolacijo levega in desnega prekata. Takšna filmska particija se je pojavila pri pticah in sesalcih veliko kasneje.

Kako nastane particija

Ko se je ta particija pojavila, je odkrila velika skupina ameriških, kanadskih in japonskih znanstvenikov, ki jih je vodil dr. Benoit G. Bruneau iz Inštituta za kardiovaskularne bolezni Gladstone. Avtorji so ugotovili, da se delitev začne oblikovati, če je število transkripcijskih faktorjev proteinov Tbx5, ki vežejo DNA in sprožijo transkripcijo genov, odgovornih za sintezo kardiomiocitov, neenakomerno porazdeljeno v obeh prekatih. Kjer se število Tbx5 začne zmanjševati, in particija se oblikuje.

Srh želve in kuščarice

Dr. Bruno in njegovi sodelavci so proučevali razvoj srca v zarodkih rdeče-ušene želve (Trachemus scripa elegans) in kuščarice Caroline Anolis (Anolis carolinensis). »Za nas je bilo pomembno, da vidimo, kako se oblikuje interventrikularni septum v zarodkih te in drugih vrst. V želvi, v kateri se šele začenja oblikovati štirikamerno srce, in v kuščarja s trikomornim srcem, «pojasnjujejo znanstveniki.

Izkazalo se je, da je protein Tbx5 neenakomerno porazdeljen v želvi. Koncentracija tega proteina se je zmanjšala, čeprav zelo postopoma, od leve proti desni strani prekata. Tudi pri kuščarjih je bila vsebnost Tbx5 na splošno enaka v celotnem prekatu, zato ni bilo potrebe po pojavu septuma. »Na podlagi tega smo se odločili, da je pojav interventrikularnega septuma povezan z različnimi koncentracijami Tbx5,« pravijo znanstveniki.

Miške s hladno želvo

Poskus je bil uspešen. Preostalo je le razumeti, ali je koncentracija Tbx5 v resnici vzrok, in pojav septuma je posledica ali pa je zgolj naključje. Bruno in njegovi sodelavci so spremenili DNK miši, tako da je raven Tbx5 v njih sovpadala z nivojem Tbx5 v želvi. Tako so se miši rodile s trikomornim srcem želv - brez filma, ki bi pokrival interventrikularno odprtino. Na žalost so vse miši umrle skoraj takoj po rojstvu. Toda zahvaljujoč tej izkušnji so znanstveniki lahko razumeli, da porazdelitev ravni transkripcijskega faktorja resnično vodi v nastanek septuma, ki pokriva ventrikularno odprtino.

Srčne nepravilnosti lahko zdravimo s Tbx5

“To, kar smo odkrili, je pomemben korak v razumevanju evolucije srca. Razumevanje, kako je nastal interventrikularni septum, nam bo omogočilo, da gremo še dlje. In da bi ugotovili, kako se pri ljudeh pojavijo prirojene napake, zakaj se v nekaterih zarodkih ne oblikuje interventrikularni septum in kako lahko vplivamo na ta proces, “pravijo avtorji.

Več podrobnosti o delu znanstvenikov najdete v zadnji številki revije Nature.