stringtranslate.com

Цефализация

Омар сильно цефализован: у него глаза , усики , многочисленные ротовые органы , клешни и мозг (внутри бронированного экзоскелета ), все это сосредоточено в головной части животного.

Цефализация — эволюционная тенденция у животных , при которой на протяжении многих поколений специальные органы чувств и нервные ганглии концентрируются в ростральном конце тела, где находится рот , что часто приводит к увеличению головы . Это связано с направлением движения животного и двусторонней симметрией , а цефализация нервной системы привела к формированию функционально централизованного мозга у трех групп билатеральных животных, а именно у членистоногих , головоногих моллюсков и позвоночных ( краниатов ).

Животные без двусторонней симметрии

Cnidaria , такие как радиально-симметричные Hydrozoa , демонстрируют некоторую степень цефализации. Anthomedusae имеют головной конец с ртом, фоторецепторными клетками и концентрацией нервных клеток. [1]

Билатерия

Идеализированный план тела билатерального животного . С цилиндрическим телом и направлением движения вперед животное имеет головной и хвостовой концы, что благоприятствует цефализации путем естественного отбора . Органы чувств и рот образуют основу головы.

Цефализация является характерной чертой билатерий , большой группы, включающей большинство типов животных. [2] Они обладают способностью двигаться, используя мышцы, и планом тела с передней частью, которая первой сталкивается со стимулами, когда животное движется вперед, и, соответственно, эволюционировала, чтобы содержать многие органы чувств тела, способные обнаруживать свет, химические вещества и гравитацию. Часто также существует набор нервных клеток, способных обрабатывать информацию от этих органов чувств, образуя мозг в нескольких типах и один или несколько ганглиев в других. [3]

Ацела

Acoela — базальные билатерии, часть Xenacoelomorpha . Это небольшие и простые животные, у которых на головном конце находится немного больше нервных клеток , чем в других местах, и они не образуют четкого и компактного мозга. Это представляет собой раннюю стадию цефализации. [4]

Плоские черви

Желтососочковый плоский червь Thysanozoon nigropapillosum несколько цефализован, с отчетливым головным концом (справа), на котором имеются псевдощупальца и глазное пятно.

Platyhelminthes (плоские черви ) имеют более сложную нервную систему, чем Acoela, и слегка цефализованы, например, имеют глазное пятно над мозгом, около переднего конца. [4]

Сложные активные тела

Философ Майкл Трестман отметил, что три типа билатерий, а именно членистоногие, моллюски в форме головоногих и хордовые, отличались наличием «сложных активных тел», чего не было у бескишечных и плоских червей. Любое такое животное, будь то хищник или добыча, должно знать свое окружение — чтобы поймать свою добычу или уклониться от хищников. Эти группы как раз те, которые наиболее сильно цефализованы. [5] [6] Однако эти группы не являются близкородственными: на самом деле они представляют собой широко разделенные ветви билатерий, как показано на филогенетическом дереве ; их родословные разделились сотни миллионов лет назад. Другие (менее цефализованные) типы не показаны для ясности. [7] [8] [9]


Членистоногие

У членистоногих цефализация прогрессировала с постепенным включением сегментов туловища в область головы. Это было выгодно, поскольку позволяло эволюционировать более эффективным ротовым частям для захвата и переработки пищи. Насекомые сильно цефализованы, их мозг состоит из трех слитых ганглиев, прикрепленных к брюшному нервному тяжу, который, в свою очередь, имеет пару ганглиев в каждом сегменте грудной клетки и брюшной полости. Голова насекомого представляет собой сложную структуру, состоящую из нескольких сегментов, жестко слитых вместе, и оснащенную как простыми, так и сложными глазами , а также множественными придатками, включая сенсорные антенны и сложные ротовые части (максиллы и мандибулы). [4]

У головоногих моллюсков, таких как эта каракатица, есть развитые глаза-«камеры» .

Головоногие

Головоногие моллюски, включая осьминогов , кальмаров , каракатиц и наутилусов, являются наиболее умными и высокоцефальными беспозвоночными, с хорошо развитыми чувствами, включая продвинутые «камерные» глаза и большой мозг. [10] [11]

Позвоночные

Мозг акулы и человека иллюстрирует ускоряющуюся цефализацию, поскольку его части увеличиваются и меняют форму.

Цефализация у позвоночных , группы, которая включает млекопитающих , птиц , рептилий , земноводных и рыб , была тщательно изучена. [4] Головы позвоночных представляют собой сложные структуры с различными органами чувств (зрение глазами камерного типа, обоняние ноздрями, вкус вкусовыми сосочками , равновесие и слух слуховыми пузырьками ); большой многодольчатый мозг (состоящий как минимум из трех частей); и позднее, у челюстных , зубы и, у четвероногих , язык (зубы, подобные кератиновым структурам, и язык возникли независимо у бесчелюстных миног ). Головохордовые, такие как Branchiostoma (ланцетник, небольшое рыбоподобное животное с очень небольшой цефализацией), тесно связаны с позвоночными, но не имеют этих структур. В 1980-х годах новая гипотеза головы предполагала, что голова позвоночных является эволюционным новшеством, возникшим в результате появления нервного гребня и черепных плакод (утолщенных участков эктодермы ), что приводит к формированию всех чувств за пределами мозга. [12] [13] Однако в 2014 году было обнаружено, что временная личиночная ткань ланцетника практически неотличима от хряща, полученного из нервного гребня (позже кости у челюстных), который образует череп позвоночных , что предполагает, что сохранение этой ткани и ее распространение на все пространство головы может быть жизнеспособным эволюционным путем к формированию головы позвоночных. [14] У продвинутых позвоночных мозг становится все более сложным . [4]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Satterlie, Richard (февраль 2017). «Cnidarian Neurobiology». В Byrne, John H (ред.). The Oxford Handbook of Invertebrate Neurobiology . Том 1. Oxford University Press. стр. 184–218. doi :10.1093/oxfordhb/9780190456757.013.7. ISBN 9780190456757. Глазки, расположенные у основания множества щупалец, представляют собой один вход для системы B, тогда как нейроны системы O являются непосредственно светочувствительными. Многие гидромедузы имеют глазки разного уровня сложности (Singla, 1974). Кроме того, другие маргинальные сенсорные структуры, связанные с внешним нервным кольцом, включают статоцисты (Singla, 1975) и механорецепторы, такие как тактильные гребни Aglantha, которые расположены у оснований щупалец и могут активировать схему спасательного плавания (Arkett & Mackie, 1988; Mackie, 2004b).
  2. ^ "Тенденции эволюции". Музей палеонтологии Калифорнийского университета . Получено 10 января 2019 г.
  3. ^ Бруска, Ричард К. (2016). Введение в Bilateria и Phylum Xenacoelomorpha | Триплобластия и двусторонняя симметрия открывают новые возможности для радиации животных (PDF) . Sinauer Associates. стр. 345–372. ISBN 978-1605353753. {{cite book}}: |work=проигнорировано ( помощь )
  4. ^ abcde Çabej, Nelson (2013). Rise of the Animal Kingdom and Epigenic Mechanisms of Evolution . Elsevier. С. 239–298. ISBN 978-0-12-401667-5. {{cite book}}: |work=проигнорировано ( помощь )
  5. ^ Трестман, Майкл (апрель 2013 г.). «Кембрийский взрыв и истоки воплощенного познания» (PDF) . Биологическая теория . 8 (1): 80–92. doi :10.1007/s13752-013-0102-6. S2CID  84629416.
  6. ^ Годфри-Смит, Питер (2017). Другие умы: осьминог и эволюция разумной жизни. HarperCollins Publishers. стр. 38. ISBN 978-0-00-822628-2.
  7. ^ Петерсон, Кевин Дж.; Коттон, Джеймс А.; Гелинг, Джеймс Г.; Пизани, Давиде (27 апреля 2008 г.). «Эдиакарское возникновение билатерий: соответствие между генетическими и геологическими ископаемыми записями». Философские труды Лондонского королевского общества B: Биологические науки . 363 (1496): 1435–1443. doi :10.1098/rstb.2007.2233. PMC 2614224. PMID  18192191 . 
  8. ^ Лора Вегенер Парфри ; Дэниел Дж. Г. Лар; Эндрю Х. Нолл ; Лора А. Кац (16 августа 2011 г.). «Оценка сроков ранней эукариотической диверсификации с помощью мультигенных молекулярных часов» (PDF) . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (33): 13624–9. Bibcode : 2011PNAS..10813624P. doi : 10.1073/PNAS.1110633108. ISSN  0027-8424. PMC 3158185. PMID 21810989.  Wikidata Q24614721  . 
  9. ^ "Повышение стандарта калибровки ископаемых". База данных калибровки ископаемых . Получено 3 марта 2018 г.
  10. ^ Tricarico, E.; Amodio, P.; Ponte, G.; Fiorito, G. (2014). «Познание и распознавание у головоногого моллюска Octopus vulgaris : координация взаимодействия с окружающей средой и особями того же вида». В Witzany, G. (ред.). Биокоммуникация животных . Springer. стр. 337–349. ISBN 978-94-007-7413-1.
  11. ^ Соломон, Элдра; Берг, Линда; Мартин, Диана В. (2010). Биология. Cengage Learning. стр. 884. ISBN 978-1-133-17032-7.
  12. ^ Ганс, К.; Норткатт, Р. Г. (1983). «Нервный гребень и происхождение позвоночных: новая голова». Science . 220 (4594): 268–273. Bibcode :1983Sci...220..268G. doi :10.1126/science.220.4594.268. PMID  17732898. S2CID  39290007.
  13. ^ Диого, Р.; и др. (2015). «Новое сердце для новой головы в кардиофарингеальной эволюции позвоночных». Nature . 520 (7548): 466–73. Bibcode :2015Natur.520..466D. doi :10.1038/nature14435. PMC 4851342 . PMID  25903628. 
  14. ^ Jandzik, D.; Garnett, AT; Square, TA; Cattell, MV; Yu, JK; Medeiros, DM (26 февраля 2015 г.). «Эволюция новой головы позвоночных путем кооптации древней скелетной ткани хордовых». Nature . 518 (7540): 534–537. Bibcode :2015Natur.518..534J. doi :10.1038/nature14000. PMID  25487155. S2CID  4449267. Для краткого обзора см.: "Эволюция: как позвоночные получили голову". Исследования. Природа (статья). 516 (7530): 171. 11 декабря 2014 г.