CZWORONOGI: EWOLUCJA, CHARAKTERYSTYKA, KLASYFIKACJA - BIOLOGIA - 2025

Te czworonogi (Tetrapoda po grecku „cztery nogi”) obejmują zwierzęta z czterema kończynami, chociaż niektórzy członkowie stracili je . Jej obecnymi przedstawicielami są płazy, zauropsydy i ssaki.

Grupa ta wyewoluowała około 400 milionów lat temu, w okresie dewonu, z ryb płetwiastych. Zapis kopalny zawiera szereg wymarłych przedstawicieli, którzy dają początek przejściu z wody na ląd.

Źródło: nie podano autora do odczytu maszynowego. Założono Mateuszica ~ commonswiki (na podstawie roszczeń dotyczących praw autorskich). , za pośrednictwem Wikimedia Commons

Ta zmiana środowiska doprowadziła głównie do rozwoju adaptacji do poruszania się, oddychania, reprodukcji i regulacji temperatury.

Pochodzenie i ewolucja

Według dowodów pierwsze czworonogi pojawiły się pod koniec dewonu, około 400 milionów lat temu. Tak więc kolonizacja środowisk lądowych nastąpiła, gdy wielki kontynent Pangea został podzielony na dwie części: Laurazję i Gondwanę.

Uważa się, że pierwsze czworonogi to formy wodne, które mogą używać swoich raczkujących kończyn do poruszania się po ziemi i poruszania się po płytkich wodach.

Wydarzenie to zapoczątkowało rozległe promieniowanie, które zapoczątkowało całkowicie ziemskie formy i kończyny, które zapewniały wystarczające wsparcie, aby umożliwić ziemskie poruszanie się.

Skąd się biorą czworonogi?

Członkowie czworonogów wywodzą się ze starożytnej formy wodnej. Chociaż płetwy ryb nie wydają się być blisko spokrewnione ze stawowymi kończynami czworonogów, głębsze spojrzenie uwidacznia związki homologiczne.

Na przykład skamieniały Eusthenopteron ma przedramię zbudowane z kości ramiennej, po której znajdują się dwie kości, promień i łokieć. Elementy te są wyraźnie homologiczne z kończynami współczesnych czworonogów. W ten sam sposób wspólne elementy są rozpoznawane na nadgarstku.

Spekuluje się, że Eusthenopteron może rozpryskiwać się płetwami na dnie środowiska wodnego. Jednak nie mógł „chodzić” jak płaz (taki wniosek jest oparty na anatomii skamieniałości).

Inna skamieniałość, Tiktaalik, wydaje się pasować między formą przejściową między rybą płetwiastą a czworonogami. Ten organizm prawdopodobnie zamieszkiwał płytkie wody.

Dobrze uformowane kończyny są widoczne w skamielinach Acanthostega i Ichthyostega. Jednak przedstawiciele pierwszego rodzaju nie wydają się być wystarczająco silni, aby utrzymać pełną wagę zwierzęcia. Natomiast Ichthyostega wydaje się być w stanie poruszać się - choć niezgrabnie - w całkowicie ziemskim środowisku.

Przystosowania do życia na lądzie

Wilk meksykański szary

Przemieszczenie pierwszych czworonogów ze środowiska wodnego do lądowego wiąże się z szeregiem radykalnych zmian warunków, jakie te zwierzęta musiały eksploatować. Różnice między wodą a lądem są więcej niż oczywiste, jak na przykład stężenie tlenu.

Pierwsze tetrapody musiały rozwiązać szereg problemów, między innymi: jak poruszać się w środowisku o niższym zagęszczeniu, jak oddychać, jak rozmnażać się poza wodą, i wreszcie, jak radzić sobie z fluktuacjami środowiskowymi, które nie czy są obecne w wodzie, np. wahania temperatury?

Poniżej opiszemy, w jaki sposób czworonogi rozwiązały te trudności, analizując adaptacje, które pozwoliły im skutecznie kolonizować ekosystemy lądowe:

Lokomocja na ziemi

Kameleon

Woda to gęste środowisko, które zapewnia wystarczające wsparcie dla ruchu. Jednak środowisko lądowe jest mniej gęste i wymaga specjalistycznych struktur do przemieszczania się.

Pierwszy problem został rozwiązany wraz z rozwojem członków, którzy umożliwili przemieszczanie się zwierząt w środowisku lądowym i to dało nazwę grupie. Czworonogi mają kościsty szkielet wewnętrzny, który tworzy cztery kończyny zbudowane na planie pentadaktylii (pięć palców).

Dowody sugerują, że kończyny czworonoga wyewoluowały z płetw ryb, wraz z modyfikacjami mięśni, które je otaczają, pozwalając zwierzęciu podnieść się z ziemi i efektywnie chodzić.

Wymiana gazowa

Jeśli wyobrazimy sobie przejście z wody na ląd, najbardziej intuicyjnym problemem jest kwestia oddychania. W środowiskach lądowych stężenie tlenu jest około 20 razy wyższe niż w wodzie.

Zwierzęta wodne mają skrzela, które bardzo dobrze działają w wodzie. Jednak w środowiskach lądowych struktury te zapadają się i nie są w stanie pośredniczyć w wymianie gazowej - bez względu na to, jak obficie tlen jest na Ziemi.

Z tego powodu żywe czworonogi posiadają narządy wewnętrzne odpowiedzialne za pośrednictwo w procesach oddechowych. Narządy te znane są jako płuca i są przystosowane do życia na Ziemi.

Z drugiej strony niektóre płazy mogą pośredniczyć w wymianie gazowej, wykorzystując skórę jako jedyny narząd oddechowy, który jest bardzo cienki i wilgotny. W przeciwieństwie do powłok stworzonych przez gady, ptaki i ssaki, które działają ochronnie i pozwalają im żyć w suchym środowisku, zapobiegając potencjalnemu wysychaniu.

Ptaki i gady wykazują dodatkowe przystosowania, aby zapobiec wysuszeniu. Obejmują one wytwarzanie odpadów półstałych z kwasem moczowym jako odpadami azotowymi. Ta funkcja zmniejsza utratę wody.

Reprodukcja

Od przodków rozmnażanie jest zjawiskiem związanym ze środowiskami wodnymi. W rzeczywistości płazy nadal są zależne od wody, aby się rozmnażać. Ich jaja kosztują z membraną, która jest przepuszczalna dla wody i która szybko wysycha, jeśli zostanie wystawiona na działanie suchego środowiska.

Ponadto jaja płazów nie przekształcają się w miniaturową wersję postaci dorosłej. Rozwój następuje poprzez metamorfozę, w wyniku której z jaja powstaje larwa, która w większości przypadków jest przystosowana do życia w wodzie i wykazuje zewnętrzne skrzela.

W przeciwieństwie do pozostałych grup czworonogów - gadów, ptaków i ssaków - wyewoluował szereg błon chroniących jajo. Ta adaptacja eliminuje zależność rozmnażania od środowiska wodnego. W ten sposób wspomniane grupy mają całkowicie ziemskie cykle życia (z określonymi wyjątkami).

Różnice środowiskowe

Ekosystemy wodne są stosunkowo stałe pod względem cech środowiskowych, zwłaszcza temperatury. Nie dzieje się tak na Ziemi, gdzie temperatury zmieniają się w ciągu dnia i przez cały rok.

Czworonogi rozwiązały ten problem na dwa różne sposoby. W przypadku ptaków i ssaków endotermia była zbieżna. Proces ten pozwala na utrzymanie stabilnej temperatury otoczenia dzięki pewnym mechanizmom fizjologicznym.

Ta cecha pozwala ptakom i ssakom kolonizować środowiska o bardzo niskich temperaturach.

Gady i płazy rozwiązały problem w inny sposób. Regulacja temperatury nie ma charakteru wewnętrznego i zależy od adaptacji behawioralnej lub etologicznej w celu utrzymania odpowiedniej temperatury.

Charakterystyka ogólna

Słoń azjatycki

Takson Tetrapoda charakteryzuje się obecnością czterech kończyn, chociaż niektórzy jego członkowie mają je zredukowane lub nieobecne (np. Węże, kątnice i wieloryby).

Formalnie czworonogi są definiowane przez obecność quiridium, dobrze zdefiniowanej muskularnej kończyny z palcami w części końcowej.

Definicja tej grupy była przedmiotem szerokiej debaty wśród ekspertów. Niektórzy autorzy wątpią, że cechy „kończyny z palcami” są wystarczające do określenia wszystkich czworonogów.

Poniżej opiszemy najwybitniejsze cechy żyjących przedstawicieli tej grupy: płazów, gadów, ptaków i ssaków.

Taksonomia

• Superkingdom: Eukaryota.
• Królestwo Animalia.
• Subkingdom: Eumetazoa.
• Superphilous: Deuterostomy.
• Krawędź: Chordata.
• Podtyp: Vertebrata.
• Infraphylum: Gnathostomata.
• Nadklasa: Tetrapoda.

Klasyfikacja

Historycznie rzecz biorąc, czworonogi podzielono na cztery klasy: płazy, gady, ptaki i ssaki.

Płazy

Płazy to zwierzęta z czterema kończynami, chociaż w niektórych grupach mogą zostać utracone. Skóra jest miękka i przepuszczalna dla wody. Ich cykl życiowy obejmuje stadia larw wodnych, a stadia dorosłe żyją w środowiskach lądowych.

Mogą oddychać przez płuca, a niektóre wyjątki robią to przez skórę. Przykładami płazów są żaby, ropuchy, salamandry i mniej znane rodziny caecilians.

Gady

Gady, podobnie jak płazy, mają zwykle cztery kończyny, ale w niektórych grupach zostały one zredukowane lub utracone. Skóra jest gruba i mają łuski. Oddychanie odbywa się przez płuca. Jaja mają osłonę, dzięki czemu rozmnażanie jest niezależne od wody.

Gady obejmują żółwie, jaszczurki i tym podobne, węże, hatterie, krokodyle i wymarłe dinozaury.

W świetle kladyzmu gady nie są grupą naturalną, ponieważ są parafiletyczne. Ten ostatni termin odnosi się do grup, które nie zawierają wszystkich potomków ostatniego wspólnego przodka. W przypadku gadów pominiętą grupą jest klasa Aves.

Ptaki

Najbardziej charakterystyczną cechą ptaków jest modyfikacja kończyn górnych w wyspecjalizowane konstrukcje do lotu. Skórę pokrywają różne rodzaje piór.

Mają płuca jako struktury do wymiany gazowej, które zostały zmodyfikowane tak, aby lot był sprawny - pamiętaj, że lot jest niezwykle wymagającą czynnością z metabolicznego punktu widzenia. Ponadto potrafią regulować temperaturę ciała (endotermy).

Ssaki

Ssaki stanowią bardzo niejednorodną klasę pod względem formy i sposobu życia jej członków. Udało im się skolonizować środowiska lądowe, wodne, a nawet powietrzne.

Charakteryzują się przede wszystkim obecnością gruczołów mlecznych i włosów. Większość ssaków ma cztery kończyny, choć w niektórych grupach są one silnie zredukowane, jak w przypadku form wodnych (walenie).

Podobnie jak ptaki, są organizmami endotermicznymi, chociaż ta cecha została opracowana przez obie grupy niezależnie.

Zdecydowana większość jest żyworodna, co oznacza, że ​​rodzą aktywne młode, a nie składają jaja.

Bibliografia

1. Clack, JA (2012). Zdobywanie gruntu: pochodzenie i ewolucja czworonogów. Indiana University Press.
2. Curtis, H. i Barnes, NS (1994). Zaproszenie na biologię. Macmillan.
3. Hall, BK (red.). (2012). Homologia: Hierarchiczne podstawy biologii porównawczej. Academic Press.
4. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC i Garrison, C. (2001). Zintegrowane zasady zoologii. McGraw - Hill.
5. Kardong, KV (2006). Kręgowce: anatomia porównawcza, funkcja, ewolucja. McGraw-Hill.
6. Kent, M. (2000). Zaawansowana biologia. Oxford University Press.
7. Losos, JB (2013). Przewodnik po ewolucji Princeton. Princeton University Press.
8. Niedźwiedzki, G., Szrek, P., Narkiewicz, K., Narkiewicz, M., & Ahlberg, PE (2010). Tory czworonogów z okresu wczesnego środkowego dewonu Polski. Naturę, 463 (7277), 43.
9. Vitt, LJ i Caldwell, JP (2013). Herpetologia: wprowadzenie do biologii płazów i gadów. Prasa akademicka.