ТЕТРАПОДЫ: ЭВОЛЮЦИЯ, ХАРАКТЕРИСТИКА, КЛАССИФИКАЦИЯ - БИОЛОГИЯ - 2026

В тетрапод (Tetrapoda в переводе с греческого «четыре ноги») включают животных с четырьмя конечностями, хотя некоторые члены потеряли их . Его нынешние представители - амфибии, зауропсиды и млекопитающие.

Эта группа образовалась около 400 миллионов лет назад, в девонский период, из рыб с лопастными плавниками. В летописи окаменелостей есть ряд вымерших представителей, которые дали начало переходу от воды к суше.

Источник: Машиночитаемый автор не предоставлен. Предполагается, что Mateuszica ~ commonswiki (на основании заявлений об авторских правах). , через Wikimedia Commons

Это изменение среды привело к развитию адаптаций, главным образом, к движению, дыханию, размножению и регулированию температуры.

Происхождение и эволюция

Согласно имеющимся данным, первые четвероногие появляются в конце девона, около 400 миллионов лет назад. Таким образом, колонизация земной среды произошла, когда большой континент Пангея был разделен на два: Лавразию и Гондвану.

Считается, что первые четвероногие были водными формами, которые могли использовать свои молодые конечности, чтобы перемещаться по земле и перемещаться на мелководье.

Это событие ознаменовало начало обширной радиации, которая возникла полностью в земных формах и с конечностями, которые обеспечивали достаточную поддержку, чтобы позволить наземное передвижение.

Откуда берутся четвероногие?

Члены четвероногих произошли от древней водной формы. Хотя плавники рыб, по-видимому, не очень связаны с суставными конечностями четвероногих, более глубокий взгляд проясняет гомологичные отношения.

Например, у ископаемого Eusthenopteron есть предплечье, состоящее из плечевой кости, за которой следуют две кости: лучевая и локтевая. Эти элементы явно гомологичны конечностям современных четвероногих. Таким же образом распознаются общие элементы на запястье.

Предполагается, что Eusthenopteron может плескаться плавниками на дно водной среды. Однако он не мог «ходить», как земноводные (этот вывод сделан благодаря анатомии окаменелостей).

Другая окаменелость, тиктаалик, кажется, соответствует переходной форме между рыбами с лопастными плавниками и четвероногими. Вероятно, этот организм обитал на мелководье.

Хорошо сформированные конечности очевидны в окаменелостях Acanthostega и Ichthyostega. Однако представители первого рода не кажутся достаточно сильными, чтобы выдержать полный вес животного. Напротив, ихтиостега, похоже, может передвигаться, хотя и неуклюже, в полностью земной среде.

Адаптации для жизни на суше

Мексиканский серый волк

Перемещение первых четвероногих из водной среды в наземную включает в себя серию радикальных изменений условий, в которых эти животные должны были эксплуатироваться. Различия между водой и землей более чем очевидны, например, по концентрации кислорода.

Первые четвероногие должны были решить ряд проблем, в том числе: как передвигаться в среде с более низкой плотностью? Как дышать? Как размножаться вне воды? И, наконец, как справляться с колебаниями в окружающей среде, которые не работали. они присутствуют в воде, например колебания температуры?

Ниже мы расскажем, как четвероногие решили эти трудности, проанализировав адаптации, которые позволили им эффективно колонизировать наземные экосистемы:

Передвижение по земле

Хамелеон

Вода - это плотная среда, которая обеспечивает достаточную поддержку для передвижения. Однако земная среда менее плотная и требует специальных структур для передвижения.

Первая проблема была решена с появлением членов, которые позволяли перемещаться животным по земной среде, и это дало название группе. Тетрапод имеет костный эндоскелет, который образует четыре конечности, построенные по схеме пентадактилии (пять пальцев).

Данные свидетельствуют о том, что конечности четвероногих произошли из плавников рыб, а также были внесены изменения в окружающие их мышцы, что позволило животному подниматься с земли и эффективно ходить.

Газообмен

Если представить себе переход от воды к суше, наиболее интуитивно понятной проблемой является дыхание. В земной среде концентрация кислорода примерно в 20 раз выше, чем в воде.

У водных животных есть жабры, которые очень хорошо работают в воде. Однако в земной среде эти структуры разрушаются и не могут обеспечивать газообмен - независимо от того, насколько много кислорода на Земле.

По этой причине у современных четвероногих есть внутренние органы, отвечающие за процессы дыхания. Эти органы известны как легкие и являются приспособлениями для земной жизни.

Некоторые амфибии, с другой стороны, могут опосредовать газообмен, используя свою кожу в качестве единственного дыхательного органа, который очень тонкий и влажный. В отличие от покровов рептилий, птиц и млекопитающих, которые являются защитными и позволяют им жить в сухой среде, предотвращая возможное высыхание.

Птицы и рептилии обладают дополнительной адаптацией, предотвращающей высыхание. Они состоят из производства полутвердых отходов с мочевой кислотой в качестве азотных отходов. Эта функция снижает потери воды.

репродукция

Изначально воспроизводство - это явление, связанное с водной средой. Фактически, земноводные по-прежнему зависят от воды для размножения. Их яйца имеют проницаемую для воды мембрану, которая быстро высыхает в сухой среде.

Также яйца амфибий не развиваются в миниатюрную версию взрослой формы. Развитие происходит путем метаморфоза, когда из яйца рождается личинка, которая в большинстве случаев приспособлена к водной жизни и демонстрирует внешние жабры.

Напротив, остальные группы четвероногих - рептилии, птицы и млекопитающие - развили серию мембран, защищающих яйцо. Эта адаптация устраняет зависимость воспроизводства от водной среды. Таким образом, указанные группы имеют полностью земные жизненные циклы (за их конкретными исключениями).

Вариации окружающей среды

Водные экосистемы относительно постоянны с точки зрения их экологических характеристик, особенно температуры. Этого не происходит на Земле, где температура колеблется в течение дня и в течение года.

Четвероногие решили эту проблему двумя разными способами. Эндотермия конвергентно развивалась у птиц и млекопитающих. Этот процесс позволяет поддерживать стабильную температуру окружающей среды благодаря определенным физиологическим механизмам.

Эта характеристика позволяет птицам и млекопитающим заселять среду с очень низкими температурами.

Рептилии и амфибии решили проблему по-другому. Регулирование температуры не является внутренним и зависит от поведенческих или этологических адаптаций для поддержания адекватной температуры.

Общие характеристики

Азиатский слон

Таксон Tetrapoda характеризуется наличием четырех конечностей, хотя у некоторых его представителей они уменьшены или отсутствуют (например, у змей, червей и китов).

Формально четвероногие определяются наличием quiridium, хорошо выраженной мускулистой конечности с пальцами в конечной части.

Определение этой группы было предметом широких дискуссий среди экспертов. Некоторые авторы сомневаются, что признака «конечности с пальцами» достаточно для определения всех четвероногих.

Ниже мы опишем наиболее выдающиеся характеристики живых представителей группы: амфибий, рептилий, птиц и млекопитающих.

Таксономия

• Сверхкоролевство: эукариоты.
• Царство животных.
• Подцарство: Эуметазоа.
• Сверхфильный: дейтеростомия.
• Край: хордовые.
• Подтип: позвоночные.
• Инфрафилум: Gnathostomata.
• Суперкласс: Тетрапода.

классификация

Исторически четвероногие подразделяются на четыре класса: амфибии, рептилии, авы и млекопитающие.

Земноводные

Амфибии - это животные с четырьмя конечностями, хотя в некоторых группах они могут теряться. Кожа мягкая и водопроницаемая. Их жизненный цикл включает стадии водных личинок, а взрослые стадии живут в наземных средах.

Они могут дышать легкими, а в некоторых случаях - через кожу. Примеры земноводных - лягушки, жабы, саламандры и менее известные цецилии.

Рептилии

У рептилий, как и у земноводных, обычно четыре конечности, но в некоторых группах они были уменьшены или потеряны. Кожа толстая, с чешуей. Дыхание происходит через легкие. Яйца имеют покров, благодаря чему размножение не зависит от воды.

Рептилии включают черепах, ящериц и им подобных, змей, туатаров, крокодилов и ныне вымерших динозавров.

В свете кладизма рептилии не являются естественной группой, поскольку они парафилетики. Последний термин относится к группам, которые не содержат всех потомков последнего общего предка. В случае рептилий группа, которая не учитывается, - это класс Aves.

Птицы

Наиболее отличительной особенностью птиц является превращение их верхних конечностей в специализированные конструкции для полета. Покровы покрыты разными типами перьев.

У них есть легкие как структуры для газообмена, и они были модифицированы так, чтобы полет был эффективным - помните, что полет - чрезвычайно сложная деятельность с точки зрения метаболизма. Кроме того, они могут регулировать температуру своего тела (эндотермы).

Млекопитающие

Млекопитающие составляют очень разнородный класс с точки зрения формы и образа жизни его членов. Им удалось колонизировать наземные, водные и даже воздушные среды.

Для них характерно прежде всего наличие молочных желез и волос. У большинства млекопитающих четыре конечности, хотя у некоторых групп они сильно сокращены, как в случае водных форм (китообразные).

Как и птицы, они являются эндотермическими организмами, хотя эта характеристика была развита обеими группами независимо.

Подавляющее большинство из них живородящие, что означает, что они рождают активных детенышей, а не откладывают яйца.

Ссылки

1. Клак, Дж. А. (2012). Набирает обороты: происхождение и эволюция четвероногих. Издательство Индианского университета.
2. Кертис, Х., и Барнс, Н.С. (1994). Приглашение в биологию. Macmillan.
3. Холл, Б.К. (ред.). (2012). Гомология: иерархическая основа сравнительной биологии. Академическая пресса.
4. Хикман, С.П., Робертс, Л.С., Ларсон, А., Обер, В.К., и Гаррисон, К. (2001). Интегральные принципы зоологии. МакГроу - Хилл.
5. Кардонг, К.В. (2006). Позвоночные животные: сравнительная анатомия, функции, эволюция. McGraw-Hill.
6. Кент, М. (2000). Продвинутая биология. Издательство Оксфордского университета.
7. Лосос, Дж. Б. (2013). Принстонский гид по эволюции. Издательство Принстонского университета.
8. Niedwiedzki, G., Szrek, P., Narkiewicz, K., Narkiewicz, M., & Ahlberg, PE (2010). Следы тетрапод раннего среднего девона в Польше. Природа, 463 (7277), 43.
9. Витт, LJ, и Колдуэлл, JP (2013). Герпетология: вводная биология амфибий и рептилий. Академическая пресса.