Człowiek — układy narządów
Człowiek — układ krążenia i serce
Plan budowy zwierząt i przystosowania
Porównywanie zwierząt wymaga wspólnych kryteriów: symetrii, liczby listków zarodkowych, rodzaju jamy ciała, segmentacji, budowy układów narządów i sposobu rozwoju.
Narządy wymiany gazowej mają dużą powierzchnię, cienką barierę i zwykle sprawny transport gazów. Sposób wydalania azotu zależy od dostępności wody: amoniak jest toksyczny, mocznik mniej toksyczny, a kwas moczowy oszczędza wodę.
U kręgowców przejście na ląd wiązało się m.in. ze zmianami kończyn, płuc, osłon ciała, zapłodnienia i rozwoju zarodka. Błony płodowe uniezależniły rozwój owodniowców od wody środowiskowej.
- Parzydełkowce są dwuwarstwowe i mają jamę chłonąco-trawiącą.
- Stawonogi mają segmentowane ciało, odnóża członowane i oskórek chitynowy.
- Szkarłupnie są wtórouste, a dorosłe zwykle wykazują symetrię promienistą.
- Ptaki i ssaki są stałocieplne, lecz cecha powstała niezależnie w obu liniach.
Podstawa programowa: XI.2.3m
Transport gazów i praca układów krążenia oraz oddechowego
Serce działa jak dwie pompy: prawa tłoczy krew do płuc, lewa do krążenia dużego. Zastawki zapewniają jednokierunkowy przepływ, a cykl serca wynika z naprzemiennych skurczów i rozkurczów przedsionków oraz komór.
Tętnice odprowadzają krew od serca i mają grube, sprężyste ściany; żyły doprowadzają krew i często mają zastawki; naczynia włosowate mają cienki śródbłonek umożliwiający wymianę.
Tlen dyfunduje zgodnie z gradientem ciśnienia parcjalnego i wiąże się z hemoglobiną. Większość CO₂ jest transportowana jako HCO₃⁻, a wentylacja jest regulowana głównie w odpowiedzi na zmiany CO₂ i pH.
- Węzeł zatokowo-przedsionkowy inicjuje rytm serca.
- Lewa komora ma grubszą ścianę, bo wytwarza wyższe ciśnienie.
- Surfaktant zmniejsza napięcie powierzchniowe pęcherzyków.
- Przesunięcie krzywej hemoglobiny ułatwia oddawanie tlenu w aktywnych tkankach.
Schemat: Transport gazów i praca układów krążenia oraz oddechowego
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: XI.2.3n
Mechanizmy ewolucji i odtwarzanie pokrewieństwa
Ewolucja populacji oznacza zmianę częstości alleli. Mutacje tworzą nowe allele, rekombinacja nowe kombinacje, dobór różnicuje sukces rozrodczy, dryf zmienia częstości losowo, a migracja przenosi allele między populacjami.
Dobór działa na fenotyp osobnika, ale skutkiem w kolejnych pokoleniach jest zmiana struktury genetycznej populacji. Dostosowanie jest względne i zależy od środowiska.
Specjacja wymaga ograniczenia przepływu genów i narastania izolacji rozrodczej. Drzewa filogenetyczne pokazują hipotezę wspólnego pochodzenia; grupę monofiletyczną tworzy przodek i wszyscy potomkowie.
p + q = 1; p² + 2pq + q² = 1
- Efekt założyciela i wąskie gardło są formami dryfu.
- Narządy homologiczne mają wspólne pochodzenie, analogiczne — podobną funkcję bez wspólnego pochodzenia struktury.
- Konwergencja tworzy podobne cechy w niezależnych liniach.
- Prawo Hardy'ego–Weinberga opisuje model populacji bez sił ewolucyjnych.
Schemat: Mechanizmy ewolucji i odtwarzanie pokrewieństwa
Kolejne etapy procesu wraz z kierunkiem zmian.
Podstawa programowa: XI.2.3o
Najczęstsze błędy
„Bardziej złożony organizm jest zawsze ewolucyjnie młodszy i lepszy”
Poprawnie: Ewolucja nie tworzy drabiny postępu; współczesne grupy są przystosowane do różnych nisz.
„Podobna funkcja narządów zawsze świadczy o homologii”
Poprawnie: Narządy analogiczne mogą pełnić podobną funkcję, mimo niezależnego pochodzenia.
„Tętnice zawsze prowadzą krew utlenowaną”
Poprawnie: Tętnice prowadzą krew od serca; tętnica płucna przenosi krew odtlenowaną.
„Oddychanie przyspiesza głównie przy spadku O₂”
Poprawnie: U zdrowego człowieka silnym bodźcem jest wzrost CO₂ i spadek pH płynu mózgowo-rdzeniowego.
Zadania z odpowiedziami
1. Przystosowanie ptaków do lotu
Wykaż związek budowy układu oddechowego ptaka z dużym zapotrzebowaniem energetycznym lotu.
- 1.Wskaż worki powietrzne i przepływ przez płuca.
- 2.Podkreśl ciągłość wentylacji powierzchni wymiany.
- 3.Połącz z intensywnym oddychaniem tlenowym.
Odpowiedź
Jednokierunkowy przepływ powietrza przez płuca i działanie worków powietrznych utrzymują wydajną wymianę także podczas wydechu, wspierając wysokie tempo metabolizmu mięśni lotu.
2. Grubość ściany lewej komory
Wyjaśnij, dlaczego lewa komora ma grubszą warstwę mięśnia niż prawa.
- 1.Porównaj opór krążenia dużego i płucnego.
- 2.Wskaż wymagane ciśnienie.
- 3.Połącz z siłą skurczu i masą mięśnia.
Odpowiedź
Lewa komora tłoczy krew przez całe ciało i musi pokonać większy opór, dlatego wytwarza wyższe ciśnienie i ma grubszą ścianę mięśniową.
3. Częstość nosicieli
W populacji w równowadze częstość recesywnej choroby aa wynosi 0,01. Oblicz częstość heterozygot.
- 1.Ustal q²=0,01.
- 2.Oblicz q i p.
- 3.Oblicz 2pq.
Odpowiedź
q=0,1, p=0,9, więc częstość heterozygot 2pq=2×0,9×0,1=0,18, czyli 18%.
Podsumowanie
- Parzydełkowce są dwuwarstwowe i mają jamę chłonąco-trawiącą.
- Stawonogi mają segmentowane ciało, odnóża członowane i oskórek chitynowy.
- Porównywanie zwierząt wymaga wspólnych kryteriów: symetrii, liczby listków zarodkowych, rodzaju jamy ciała, segmentacji, budowy układów narządów i sposobu rozwoju.
- Węzeł zatokowo-przedsionkowy inicjuje rytm serca.
- Lewa komora ma grubszą ścianę, bo wytwarza wyższe ciśnienie.
- Serce działa jak dwie pompy: prawa tłoczy krew do płuc, lewa do krążenia dużego. Zastawki zapewniają jednokierunkowy przepływ, a cykl serca wynika z naprzemiennych skurczów i rozkurczów przedsionków oraz komór.
- Efekt założyciela i wąskie gardło są formami dryfu.
Słownik pojęć
- Wtóroustość
- Rozwój, w którym pragęba przekształca się zwykle w odbyt.
- Homologia
- Podobieństwo wynikające ze wspólnego pochodzenia ewolucyjnego.
- Owodniowce
- Kręgowce, których zarodek rozwija się z błonami płodowymi.
- Ciśnienie parcjalne
- Udział danego gazu w całkowitym ciśnieniu mieszaniny.
- Surfaktant
- Substancja zmniejszająca napięcie powierzchniowe pęcherzyków płucnych.
- Automatyzm serca
- Zdolność serca do samodzielnego generowania pobudzeń.
- Dostosowanie
- Względny sukces reprodukcyjny genotypu w danym środowisku.
- Dryf genetyczny
- Losowa zmiana częstości alleli, szczególnie silna w małych populacjach.