گفتار 4
تنوع گردش مواد در جانداران
گردش مواد در جانداران
در جانداران تک‌یاخته‌ای، تبادل گازها، تغذیه و دفع مواد زائد به‌طور مستقیم از سطح یاخته انجام می‌شود. نمونه‌ای از این جانداران، پارامسی است که:
گازها را از طریق انتشار از سطح یاخته مبادله می‌کند.
ورود مواد غذایی از طریق حفره دهانی صورت می‌گیرد.
واکوئول انقباضی مسئول دفع مواد زائد است (که در فصل بعد به‌تفصیل بررسی می‌شود).
در جانداران پریاخته‌ای، با افزایش تعداد یاخته‌ها، همه یاخته‌ها دیگر در تماس مستقیم با محیط بیرونی نیستند. بنابراین، وجود دستگاهی برای گردش مواد ضروری است تا:
مواد غذایی به یاخته‌ها منتقل شود.
مواد زائد از یاخته‌ها دور شود.
برخی جانداران ممکن است ساختار تنفسی ویژه نداشته باشند ولی برای انتقال مواد غذایی یا دفع، دارای سامانه‌ای ویژه باشند.
برای مثال هیدر:
فاقد ساختار تنفسی ویژه است.
اما دارای سامانه‌ای برای گردش مواد می‌باشد.
در نتیجه:
برخی جانداران، دارای سامانه گردش مواد ولی فاقد ساختار تنفسی ویژه هستند.
اما هر جانداری که ساختار تنفسی ویژه دارد، حتماً دارای دستگاه گردش مواد نیز هست.
دستگاه‌های گردش مواد در جانوران مختلف، متناسب با ساختار بدنی آن‌ها، اشکال متفاوتی یافته‌اند:
برخی دستگاه‌ها غیراختصاصی هستند و عملکردهای دیگری نیز دارند.
برخی دیگر، اختصاصی هستند و فقط گردش مواد را انجام می‌دهند.
سامانه‌های غیراختصاصی گردش مواد
سامانه گردش آب
آب از طریق سوراخ‌های متعدد دیواره بدن وارد حفره یا حفره‌هایی می‌شود. سپس از طریق سوراخ یا سوراخ‌های بزرگ‌تر خارج می‌شود. یاخته‌های یقه‌دار با تاژک خود موجب حرکت آب می‌شوند.
ویژگی‌های این سامانه بسته به گونه، ساختار و سامانه متفاوت است:
برخی دارای یک حفره مرکزی و یک سوراخ خروجی
برخی دارای چند حفره داخلی و چند سوراخ خروجی
در تمام اسفنج‌ها، چندین منفذ ورودی وجود دارد.
نوع معرفی‌شده در کتاب درسی دارای یک حفره داخلی واحد و یک منفذ خروجی است.
شکل 21 - گردش آب در بدن نوعی اسفنج
شکل 22 - شکل نوعی اسفنج
حفره گوارشی
این حفره علاوه بر گوارش، نقش گردش مواد را نیز دارد.
در هیدر: حفره گوارشی با مایعات پر شده و علاوه بر گوارش، وظیفه گردش مواد را نیز بر عهده دارد.
در پلاناریا (کرم پهن آزادزی):
دارای انشعابات وسیع در تمام بخش‌های بدن است.
حرکات بدن به جابه‌جایی مواد کمک می‌کند.
اصطلاح آزادزی اشاره به جاندارانی دارد که:
مستقل زندگی می‌کنند.
خودشان غذا را پیدا و گوارش می‌کنند.
در مقابل، کرم‌های انگلی مانند کرم کدو:
از مواد غذایی میزبان استفاده می‌کنند.
فاقد سامانه گوارشی هستند.
تفاوت حفره گوارشی در پلاناریا و هیدر:
در پلاناریا، انشعابات حفره تا نزدیکی همه یاخته‌ها امتداد دارد.
به طوری که فاصلۀ انتشار مواد تا یاخته‌ها بسیار کوتاه است.
در پلاناریا، حرکات بدن به جابه‌جایی مواد کمک می‌کند.
شکل 23 - حفره گوارشی و انشعابات آن در پلاناریا
مقایسهٔ نقش حفره گوارشی در هیدر و پلاناریا
ویژگی | هیدر | پلاناریا |
پر شدن با مایعات | بله | خیر |
نحوه انتقال مواد | از طریق مایعات | از طریق انشعابات وسیعه و کمک حرکات بدن |
گستردگی انشعابات | - | انشعابات وسیع در تمام بخش‌های بدن |
کمک حرکات بدن به جابجایی مواد | خیر | بله |
سامانه‌های اختصاصی گردش مواد
در جانوران پیچیده‌تر، دستگاه اختصاصی گردش مواد شامل مایعی ویژه برای جابه‌جایی مواد است.
۱. سامانه گردش باز
مایع همولنف توسط قلب به درون حفره‌های بدن پمپ می‌شود. این مایع، عملکرد خون، لنف و مایع میان‌بافتی را هم‌زمان انجام می‌دهد.
ویژگی‌ها:
فاقد مویرگ است.
همولنف مستقیماً در فضای میان یاخته‌ها جریان می‌یابد.
در بندپایانی مثل ملخ، پروانه مونارک و شته وجود دارد.
۲. سامانه گردش بسته
ساده‌ترین شکل در کرم‌های حلقوی مانند کرم خاکی دیده می‌شود.
ویژگی‌ها در کرم خاکی:
مویرگ‌ها در کنار یاخته‌ها قرار دارند.
تبادل مواد از طریق آب میان‌بافتی انجام می‌شود.
شکل 24 - مقایسۀ سامانه گردش باز و بسته در کرم خاکی و ملخ
مقایسهٔ سامانه‌های گردش باز و بسته
ویژگی | سامانه گردش باز | سامانه گردش بسته |
مایع گردشی | همولنف | خون + لنف + مایع میان‌بافتی |
نحوه پمپاژ | قلب به حفره‌های بدن | قلب به رگ‌های خونی |
وجود مویرگ | فاقد مویرگ | دارای مویرگ |
مسیر جریان | مستقیم در فضای میان یاخته‌ها | در رگ‌ها و سپس تبادل از طریق مایع میان‌بافتی |
مثال | بندپایان (ملخ، پروانه مونارک، شته) | کرم‌های حلقوی (کرم خاکی) |
سامانه گردشی در مهره‌داران
همه مهره‌داران دارای سامانه گردشی اختصاصی و بسته هستند.
بسته به نوع مهره‌دار، گردش خون در آن‌ها به یکی از دو صورت زیر است:
گردش خون ساده
گردش خون مضاعف
مقایسه انواع سامانه گردشی در مهره‌داران
ویژگی | گردش خون ساده | گردش خون مضاعف |
تعداد عبور خون از قلب | یک‌بار | دو بار |
تعداد پمپ‌های قلب | یک پمپ (دو حفره) | دو پمپ مجزا |
فشار خون | کمتر | بیشتر |
کاربرد | انتقال مستقیم و سریع خون اکسیژن‌دار به تمام اندام‌ها | پمپاژ خون به شش‌ها و اندام‌ها با فشار مناسب |
نمونه جانوران | ماهی‌ها، نوزاد دوزیستان | دوزیستان بالغ، خزندگان، پرندگان، پستانداران |
گردش ساده (در ماهی‌ها و نوزاد دوزیستان)
خون در طی گردش در بدن فقط یک‌بار از قلب عبور می‌کند.
قلب دو حفره‌ای است: دهلیز و بطن
فرایند گردش مواد در بدن ماهی و دوزیستان به این صورت است:
خون وارد دهلیز و سپس بطن می‌شود.
بطن، خون را به سمت آبشش‌ها می‌فرستد.
تبادل گازها در آبشش‌ها انجام می‌شود.
خون اکسیژن‌دار از طریق سرخرگ پشتی به سمت اندام‌های بدن می‌رود.
خون برگشتی از طریق سیاهرگ شکمی به قلب بازمی‌گردد.
مزیت این فرایند انتقال یک‌باره خون اکسیژن‌دار به تمام اندام‌ها است.
شکل ۲۵ - گردش خون ماهی - خون همۀ بدن از طریق سیاهرگ شکمی به دهلیز و سپس به بطن وارد می‌شود. انقباض بطن، خون را از طریق سرخرگ شکمی به آبشش‌ها می‌فرستد. پس از تبادل گازهای تنفسی، خون از طریق سرخرگ پشتی به تمام بدن و پس از تبادل مویرگی با یاخته‌های بدن وارد سیاهرگ شکمی می‌شود و به قلب برمی‌گردد. قبل از دهلیز، سینوس سیاهرگی و بعد از بطن، مخروط سرخرگی قرار دارد.
گردش مضاعف (از دوزیستان به بعد)
خون در طی هر بار گردش در بدن، دو بار از قلب عبور می‌کند.
قلب مانند دو پمپ مجزا عمل می‌کند:
یکی برای تبادل گاز در شش‌ها (فشار کمتر)
دیگری برای پمپاژ خون به اندام‌ها (فشار بیشتر)
در دوزیستان بالغ:
قلب سه حفره‌ای است: دو دهلیز و یک بطن
تنفس پوستی دارند ← تبادل گاز از طریق پوست نیز انجام می‌شود.
در نوزاد دوزیستان:
قلب دو حفره‌ای است.
تنفس آبششی دارند ← گردش ساده
در طی بلوغ:
آبشش‌ها از بین می‌روند، شش‌ها رشد می‌کنند.
دهلیز دوم اضافه می‌شود ← گردش خون مضاعف
شکل ۲۶ - قلب در انواع مهره‌داران: پستاندار، قلب چهار حفره‌ای، گردش خون مضاعف
شکل ۲۶ - قلب در انواع مهره‌داران: دوزیست، قلب سه حفره‌ای، گردش خون مضاعف
شکل ۲۶ - قلب در انواع مهره‌داران: ماهی، قلب دو حفره‌ای، گردش خون ساده
تغییرات قلب و گردش خون در دوزیستان
مرحله رشد | تعداد حفره‌های قلب | نوع تنفس | نوع گردش خون | تغییرات اصلی |
نوزادی | دو حفره (دهلیز و بطن) | آبششی | ساده | - |
بلوغ | سه حفره (دو دهلیز و یک بطن) | ششی و پوستی | مضاعف | حذف آبشش‌ها، رشد شش‌ها، اضافه شدن دهلیز دوم |
قلب و سامانه‌های گردشی در پرندگان و پستانداران
در پرندگان، پستانداران و برخی خزندگان مانند کروکودیل‌ها:
بطن‌های قلب کاملاً از هم جدا شده‌اند.
این جدایی به حفظ فشار خون مستقل در هر بخش کمک می‌کند.
فشار خون بالا در این جانوران برای رساندن سریع‌تر مواد غذایی و خون غنی از اکسیژن به بافت‌ها، به‌ویژه در جانورانی با نیاز انرژی بالا مانند پرندگان، از اهمیت زیادی برخوردار است.
در برخی خزندگان، مانند کروکودیل‌ها، جدایی بین بطن‌ها کامل است، اما در برخی دیگر از خزندگان این دیواره ناقص است. در نتیجه، حفظ فشار خون در گردش مضاعف در این جانوران دشوارتر می‌شود. برخی خزندگان دارای قلب چهارحفره‌ای هستند، اما دیواره‌ی بین بطن‌های آن‌ها کامل نیست.
مقایسه قلب و سامانه گردشی در مهره‌داران پیشرفته
گروه جانوری | جدایی بطن‌ها | تعداد حفره قلب | تأثیر بر فشار خون |
پرندگان و پستانداران | کامل | چهار (دو دهلیز، دو بطن) | حفظ فشار مستقل و بالا |
کروکودیل‌ها | کامل | چهار (دو دهلیز، دو بطن) | حفظ فشار مستقل و بالا |
سایر خزندگان | ناقص | چهار (دو دهلیز، دو بطن) | دشواری در حفظ فشار خون |