中山大学 生命科学学院

动物学研究室 苗素英副教授

miaosy@sysu.edu.cn

8生物体结构和功能的统一 —— 以脊椎动物的生活为例

8.1 脊椎动物的分类和演化

8.2 鱼类对水生生活的适应

8.3 动物从水生到陆生的适应

8.4 鸟类对飞翔生活的适应

脊索动物门 Chordata

尾索动物亚门 Urochordata

头索动物亚门 Cephalochordata

脊椎动物亚门 Vertebrata

圆口纲 Cyclostomata

鱼 纲 Pisces

两栖纲 Amphibia

爬行纲 Reptilia

鸟 纲 Aves

哺乳纲 Mammalia

脊索动物门 Chordata

尾索动物亚门 Urochordata

头索动物亚门 Cephalochordata

脊椎动物亚门 Vertebrata

圆口纲 Cyclostomata

鱼 纲 Pisces

两栖纲 Amphibia

爬行纲 Reptilia

鸟 纲 Aves

哺乳纲 Mammalia

脊

椎

动

物

的

分

类

脊 椎

动

物

的

分

类

脊椎动物各大类群的演化关系

怎样快速游泳？

怎样浮在水中？

怎样呼吸水中的氧气？

怎样调节身体的渗透平衡？

怎样在水中繁殖？

怎样在水中藏匿？

• 肌肉：具肌隔，分节呈锯齿状排列的躯干部肌肉是游泳前进的主要动力。

• 皮肤：皮肤分泌的黏液，减轻水流的摩擦力。

• 运动方式

• 气体交换面积大• 壁薄• 丰富的毛细血管• 逆流循环

鳃 弓

鳃 耙鳃 丝

鳃小片

硬骨鱼的渗透调节

淡水鱼类：肾脏排水

吸盐细胞吸盐

食物摄取盐分

海水鱼类：吞入海水

泌盐细胞排盐

血液中保持 2% 的尿素

软骨鱼的渗透调节

卵生——体外受精，体外发育

卵胎生体内、外受精，体内发育。

鱼类的繁殖

海龙目 海龙

一種在台灣海域珊瑚礁區常見的比目魚，豹紋 (Bothus pantherinus)

鱼类在水中藏匿鱼类在水中藏匿淡水鱼类、珊瑚礁鱼类等

• 从水生到陆生面临的困难有哪些？• 怎样通过身体结构的逐步完善来克服困难？

1 ）在陆地上支持体重并完成运动

2 ）呼吸空气中的氧气

3 ）防止体内水分的蒸发

4 ）在陆地繁殖

5 ）维持体内生理生化活动所必须的 温度条件

6 ）适应陆地生活的感官和完善的神经系统

两栖类、爬行类、鸟类、哺乳类

对陆生生活的逐步适应

1 ）怎样在陆地支撑体重并产生运动？

2 ）怎样呼吸空气中的氧气？

3 ）怎样防止体内水分蒸发？

4 ）怎样在陆地上繁殖？

5 ）怎样在陆地上维持新陈代谢所需温度身体温度？

6 ）感官和神经系统怎样适应陆地环境？

在陆地上运动

在陆地上防水分蒸发

两栖动物在水中繁殖

在陆地上繁殖

在陆地上保持新陈代谢所需温度

鱼类 两栖类和爬行类 鸟类和哺乳类

协调复杂的机能活动和适应多变的环境条件的神经系统

大脑和小脑的体积增大，神经细胞层加厚，表面出现沟回。

两栖动物的听觉器官

哺乳动物的听觉器官

• 前肢特化为飞翔器官——翼；

• 具流线型外廓，纺锤型体形、被覆羽毛；

• 颈长而灵活，后肢强大，弥补前肢变翼后的不便；

• 躯干结实，尾骨退化，有利于飞行的稳定。

2 、皮肤2 、皮肤• 薄而松的皮肤，便于飞翔时肌肉的剧烈运动；• 表皮衍生物——羽毛，其着生方式有利于飞翔，

构成飞翔器官的一部分，

使外廓更呈流线型，减少飞行时的阻力。

3 、骨 骼3 、骨 骼

• 骨骼轻而坚固，具充满空气的腔隙和坚固的横梁；• 前肢特化为翼；• 具有龙骨突起，以增加飞翔肌肉（胸肌）的固着面；• 牢固的胸廓，尤其是肋骨；• 骨骼的愈合和尾骨的退化，使躯体重心集中于中央，有助于在飞翔中保持平衡；• V 形叉骨等

4 、肌肉4 、肌肉

• 背部肌肉退化，胸部肌肉发达，有利于飞行中保持重心稳定。

胸大肌：翼下搧

胸小肌：翼上扬

5 、消化5 、消化

• 牙退化，认为是减轻体重的适应• 直肠短，不储存粪便，且有吸收水分的能力，有助于减少失水及飞行中的负荷• 消化力强，消化迅速，是鸟类活动性强，新陈代谢旺盛的物质基础

一般鸟类的每天摄食量为体重的 10-30% ，有的达 200% ；

一般经 1.5 小时即可通过消化道，有的仅需 30 分钟。

6 、呼吸6 、呼吸

• 气囊式呼吸系统结构和独特的呼吸方式——双重呼吸，与飞翔生活所需的高氧消耗相适应。

• 气囊除帮助呼吸外，还可减轻身体比重，减少飞翔是肌肉间和内脏间的摩擦，还是快速热代谢的冷却系统。

• 肺的结构为管道系统。

双重呼吸双重呼吸

在鸟类连续的呼吸过程中，每一次吸气和呼气，肺内总有连续不断的富含氧气的气体通过，进行气体交换，这种呼吸方式称为双重呼吸。

7 、循环 7 、循环

循环系统适应了鸟类旺盛的气体、营养物质及废物代谢水平

• 完全的双循环• 心脏容量大• 心跳频率高• 动脉压高• 血液循环迅速

心脏占体重 % 心博次数 /min

蛙 0.57 22

人 0.42 72

鸽 1.71 135-244

金丝雀 1.68 514

蜂鸟 2.37 615

8 、泄殖系统8 、泄殖系统

排泄：排泄尿酸，减少失水

肾小管和泄殖腔有重吸收水分的能力，减少水分损失

无膀胱，不储尿，以减轻体重

生殖：生殖腺活动的季节性，是对飞翔生活的适应

9 、神经系统和感觉器官9 、神经系统和感觉器官

• 纹状体发达，是鸟类复杂活动和学习的中枢• 小脑相对发达，是运动协调和平衡中枢

• 鸟类的感官

视觉器官特别发达，听觉次之，嗅觉退化。与飞翔生活相适应。

双重调节：改变晶状体的形状

改变晶状体与角膜的距离

改变角膜的屈度

• 鱼类的形态结构是怎样适应水生生活的 ？• 鸟类为什么能够飞翔？• 脊椎动物从水生到陆生的演化过程中，身体结构和功能上有哪些主要适应性变化？• 你能举出其它的例子来说明生物体的结构和功能的统一吗？