Позвоночные | |
---|---|
Разнообразие: осетр ( Actinopterygii ), слон ( Tetrapoda ), акула ( Chondrichthyes ) и минога ( Agnatha ). | |
Научная классификация | |
Домен: | Эукариоты |
Королевство: | Анималия |
Супертип: | Вторичноротые |
Тип: | Хордовые |
Клад : | Обонятельные |
Подтип: | Позвоночные JB. Ламарк , 1801 г. [2] |
Инфрафилы | |
Синонимы | |
Оссеа Батч, 1788 [2] |
Позвоночные ( / ˈ v ɜːr t ə b r ɪ t s , - ˌ b r eɪ t s / ) [3] — животные с позвоночником (позвоночником или позвоночником) и черепом (черепом). Позвоночник окружает и защищает спинной мозг , а череп защищает головной мозг .
Позвоночные составляют подтип Vertebrata с приблизительно 65 000 видов, безусловно, самую большую группу в типе Chordata . Позвоночные включают млекопитающих , птиц , земноводных и различные классы рыб и рептилий . Рыбы включают бесчелюстных Agnatha и челюстных Gnathostomata . Челюстные рыбы включают как хрящевых рыб , так и костных рыб . К костным рыбам относятся лопастеперые рыбы , которые дали начало четвероногим , животным с четырьмя конечностями. Несмотря на свой успех, позвоночные по-прежнему составляют менее пяти процентов всех описанных видов животных .
Первые позвоночные появились во время кембрийского взрыва около 518 миллионов лет назад. Челюстные позвоночные появились в ордовике , за ними в девоне последовали костные рыбы . Первые амфибии появились на суше в каменноугольном периоде . Во время триаса появились млекопитающие и динозавры , последние дали начало птицам в юрском периоде . Современные виды примерно поровну разделены между рыбами всех видов и четвероногими. Популяции многих видов резко сократились с 1970 года из-за изменения землепользования , чрезмерной эксплуатации природных ресурсов , изменения климата , загрязнения и воздействия инвазивных видов .
Позвоночные относятся к хордовым , типу, характеризующемуся пятью синапоморфиями (уникальными характеристиками): а именно хордой , полым нервным тяжем вдоль спины , эндостилем (часто в виде щитовидной железы) и жабрами глотки , расположенными парами. Позвоночные разделяют эти характеристики с другими хордовыми. [4]
Позвоночные отличаются от всех других животных, включая других хордовых, множественными синапоморфиями: а именно позвоночным столбом, черепом из костей или хрящей, большим мозгом, разделенным на 3 или более отделов, мускулистым сердцем с несколькими камерами; внутренним ухом с полукружными каналами ; органами чувств, включая глаза, уши и нос; и органами пищеварения, включая кишечник, печень, поджелудочную железу и желудок. [5]
Позвоночные (и другие хордовые) принадлежат к Bilateria , группе животных с зеркально-симметричными телами. [6] Они передвигаются, как правило, плавая, используя мышцы вдоль спины, поддерживаемые прочной, но гибкой скелетной структурой, позвоночником или позвоночным столбом . [7] Название «позвоночный» происходит от латинского vertebratus , «сочлененный», [8] от vertebra , «сустав», в свою очередь, от латинского vertere , «поворачивать». [9]
У эмбрионов позвоночных все еще есть хорда; у взрослых особей, за исключением бесчелюстных рыб, есть позвоночный столб, состоящий из кости или хряща . [7] У эмбрионов позвоночных есть глоточные дуги ; у взрослых рыб они поддерживают жабры , а у взрослых четвероногих они развиваются в другие структуры. [10] [11]
У эмбриона слой клеток вдоль спины сворачивается и сливается в полую нервную трубку . [12] Это развивается в спинной мозг , а на его переднем конце — в головной мозг . [12] Мозг получает информацию о мире через нервы, которые передают сигналы от органов чувств в коже и теле. [13] Поскольку предки позвоночных обычно двигались вперед, передняя часть тела сталкивалась со стимулами раньше, чем остальная часть тела, что способствовало цефализации , эволюции головы, содержащей органы чувств и мозг для обработки сенсорной информации. [14]
Позвоночные имеют трубчатую кишку , которая простирается от рта до ануса . Позвоночник обычно продолжается за анус, образуя удлиненный хвост . [15] [16] [17]
Предковые позвоночные и большинство современных видов являются водными и осуществляют газообмен в своих жабрах. Жабры представляют собой тонко разветвленные структуры, которые приближают кровь к воде. Они расположены сразу за головой и поддерживаются хрящевыми или костными жаберными дугами . [18] У челюстных позвоночных первая пара жаберных дуг превратилась в челюсти. [19] У земноводных и некоторых примитивных костистых рыб личинки имеют внешние жабры , ответвляющиеся от жаберных дуг. [20] Кислород переносится из жабр в тело кровью , а углекислый газ возвращается в жабры в замкнутой кровеносной системе , приводимой в движение камерным сердцем . [21] Четвероногие утратили жабры своих предков - рыб; они адаптировали плавательный пузырь (который рыбы используют для плавучести) в легкие, чтобы дышать воздухом, и кровеносная система соответствующим образом адаптировалась. [22] В то же время они приспособили костные плавники лопастепёрых рыб в две пары ходильных ног , переносящих вес тела через плечевой и тазовый пояса . [22]
Позвоночные животные различаются по размеру от самых маленьких видов лягушек , таких как Brachycephalus pulex , с минимальной длиной от носа до анального отверстия у взрослой особи 6,45 миллиметра (0,254 дюйма) [23] до синего кита , длина которого достигает 33 м (108 футов), а вес — около 150 тонн. [24]
Молекулярные маркеры, известные как консервативные сигнатурные индели в белковых последовательностях, были идентифицированы и обеспечивают отличительные критерии для подтипа позвоночных. [25] Пять молекулярных маркеров являются исключительно общими для всех позвоночных и надежно отличают их от всех других животных; они включают фактор удлинения синтеза белка-2 , эукариотический фактор инициации трансляции 3 , аденозинкиназу и белок, связанный с убиквитиновой карбоксильно-терминальной гидролазой ). [25] Специфическая связь между позвоночными и оболочниками подтверждается двумя молекулярными маркерами, белками Rrp44 (связанными с экзосомным комплексом ) и сериновой C-пальмитоилтрансферазой . Они являются исключительно общими для видов из этих двух подтипов, но не для цефалохордовых. [25]
Позвоночные возникли во время кембрийского взрыва в начале палеозоя, который привел к росту разнообразия животных. Самые ранние известные позвоночные относятся к биоте Чэнцзян [27] и жили около 518 миллионов лет назад. [1] К ним относятся Haikouichthys , Myllokunmingia , [27] Zhongjianichthys , [26] и, вероятно, Yunnanozoon . [28] В отличие от других животных кембрия, эти группы имели базовый план тела позвоночных: хорда, рудиментарные позвонки и хорошо выраженные голова и хвост, но у них отсутствовали челюсти. [29] Группа позвоночных с неопределенной филогенией, небольшие угревидные конодонты , известны по микроископаемым парным зубным сегментам с конца кембрия до конца триаса. [30] Зоологи спорят о том, минерализовались ли зубы первыми, учитывая твердые зубы мягкотелых конодонтов, а затем кости, или наоборот, но, по-видимому, минерализованный скелет появился первым. [31]
Первые челюстные позвоночные , возможно, появились в конце ордовика (~445 млн лет назад) и стали обычным явлением в девонский период , часто известный как «век рыб». [33] Две группы костистых рыб , Actinopterygii и Sarcopterygii , эволюционировали и стали обычным явлением. [34] К середине девона линия sarcopterygii с жабрами и легкими для дыхания воздухом, приспособленная к жизни в болотистых водоемах, использовала свои мускулистые парные плавники для передвижения по суше. [35] Плавники, уже обладающие костями и суставами, эволюционировали в две пары ходильных ног. [36] Они утвердились как амфибии , наземные четвероногие , в следующем геологическом периоде, каменноугольном . [37] Группа позвоночных, амниоты , с мембранами вокруг эмбриона , позволяющими ему выживать на суше, ответвилась от земноводных четвероногих в каменноугольном периоде. [38]
В начале мезозоя все крупные группы позвоночных были опустошены после крупнейшего массового вымирания в истории Земли . Последующая фаза восстановления ознаменовалась появлением многих новых групп позвоночных, которые существуют и по сей день, и это время было описано как зарождение современных экосистем. На континентах появились предки современных лиссамфибий , черепах , крокодилов , ящериц и млекопитающих, а также динозавры , которые позже в мезозое дали начало птицам. В морях эволюционировали различные группы морских рептилий, а также новые группы рыб. [38] В конце мезозоя еще одно вымирание истребило динозавров (кроме птиц) и многие другие группы позвоночных. [39]
Кайнозой , текущая эра, иногда называется «Эпохой млекопитающих» из- за доминирования этой группы в наземной среде. Плацентарные млекопитающие в основном занимали Северное полушарие, а сумчатые — Южное. [40] [41]
В 1811 году Жан-Батист Ламарк определил позвоночных как таксономическую группу [2] , тип , отличный от беспозвоночных, которых он изучал. [42] Он описал их как состоящих из четырех классов, а именно рыб, рептилий, птиц и млекопитающих, [43] но рассматривал головохордовых и оболочников как моллюсков . [42] В 1866 году Эрнст Геккель назвал и своих «Craniata» (позвоночные), и своих «Acrania» (головохордовые) «Vertebrata». [42] В 1877 году Рэй Ланкестер сгруппировал краниатов, цефалохордовых и «Urochordates (оболочников) как «позвоночных». [42] В 1880–1881 годах Фрэнсис Мейтленд Бальфур поместил позвоночных в подтип внутри хордовых. [42] В 2018 году Наоки Ири и его коллеги предложили сделать позвоночных полноценным типом. [42]
Традиционная эволюционная таксономия группирует существующих позвоночных в семь классов, основанных на традиционных интерпретациях общих анатомических и физиологических признаков. Общепринятая классификация перечисляет три класса рыб и четыре класса четвероногих . [44] Это игнорирует некоторые естественные связи между группами. Например, птицы происходят от группы рептилий, поэтому « Reptilia », исключая « Aves », не является естественной группой ; она описывается как парафилетическая . [45] [46]
Кроме них, существуют два класса вымерших панцирных рыб: Placodermi и Acanthodii , оба парафилетические.
Были разработаны и другие способы классификации позвоночных, в частности, с акцентом на филогению ранних амфибий и рептилий. Пример, основанный на работе MJ Benton в 2004 году [47] , приведен здесь († = вымершие ):
Хотя эта традиционная таксономия упорядочена, большинство групп являются парафилетическими, что означает, что структура неточно отражает естественную эволюционную группировку. [47] Например, потомки первых рептилий включают современных рептилий, млекопитающих и птиц; бесчелюстные дали начало челюстным позвоночным; костистые рыбы дали начало наземным позвоночным ; группа амфибий, лабиринтодонты , дала начало рептилиям ( традиционно включающим млекопитающеподобных синапсидов), которые, в свою очередь, дали начало млекопитающим и птицам. Большинство ученых, работающих с позвоночными, используют классификацию, основанную исключительно на филогении, организованную по их известной эволюционной истории. [42]
Ближайшие родственники позвоночных были предметом споров на протяжении многих лет. Когда-то считалось, что Cephalochordata был сестринским таксоном Vertebrata. Эта группа, Notochordata, была принята как сестринская для Tunicata . [48] С 2006 года анализ показал, что оболочники + позвоночные образуют кладу, Olfactores, с Cephalochordata в качестве его сестры ( гипотеза Olfactores ), как показано на следующем филогенетическом дереве . [49] [50] [25]
Хордовые |
| ||||||||||||
Внутренняя филогения позвоночных показана на следующем дереве. [51]
Позвоночные |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(позвоночник) |
Размещение миксин среди позвоночных было спорным. Отсутствие у них надлежащих позвонков (среди других характеристик бесчелюстных миног и челюстных позвоночных) привело к тому, что филогенетический анализ, основанный на морфологии , поместил их за пределы Vertebrata. [52] Молекулярные данные , однако, указывают на то, что они являются позвоночными, будучи наиболее тесно связанными с миногами. [53] [54] Более старая точка зрения заключается в том, что они являются сестринской группой позвоночных в общем таксоне Craniata. [55] В 2019 году Тецуто Мияшита и его коллеги примирили два типа анализа, поддержав гипотезу круглоротых , используя только морфологические данные. [56]
| |||||||||||||||||||||||||||||||
Описанные и существующие виды позвоночных разделены примерно поровну, но нефилогенетически между нететраподами "рыбами" и тетраподами. В следующей таблице перечислено количество описанных существующих видов для каждого класса позвоночных , как оценено в Красном списке угрожаемых видов МСОП , 2014.3. [57] Парафилетические группы показаны в кавычках.
Группы позвоночных | Изображение | Сорт | Предполагаемое количество описанных видов [57] [58] | Групповые итоги [57] | ||
---|---|---|---|---|---|---|
У ананиот отсутствует амниотическая мембрана , поэтому им необходимо размножаться в воде. | Без челюсти | "Рыба" | Миксина (миксина) | 78 | >32,900 | |
Гипероартия (миноги) | 40 | |||||
Челюсть | Хрящевые рыбы | >1100 | ||||
Актиноптеригии | >32,000 | |||||
" Саркоптеригии " | 8 | |||||
Четвероногие | Амфибии | 7,302 | 33,278 | |||
У амниот амниотическая мембрана , приспособленная к размножению на суше. | " Рептилии " | 10,711 | ||||
Млекопитающие | 5,513 | |||||
Авес (птицы) | 10,425 | |||||
Всего описано видов | 66,178 |
По оценкам МСОП, описано 1 305 075 существующих видов беспозвоночных [57] , что означает, что менее 5% описанных видов животных в мире являются позвоночными. [59]
Индекс живой планеты , отслеживающий 16 704 популяций 4005 видов позвоночных, показывает снижение на 60% в период с 1970 по 2014 год. [60] С 1970 года численность пресноводных видов сократилась на 83%, а численность тропических видов в Южной и Центральной Америке сократилась на 89%. [61] Авторы отмечают, что «средняя тенденция изменения популяции не является средним значением общего числа потерянных животных». [61] По данным WWF , это может привести к шестому крупному вымиранию . [62] Пять основных причин потери биоразнообразия — это изменение землепользования , чрезмерная эксплуатация природных ресурсов , изменение климата , загрязнение и инвазивные виды . [63]
Поэтому нужно было что-то сделать с термином "Reptilia". Он больше не мог рассматриваться для обозначения естественной (монофилетической) группы, не включая птиц, а только для обозначения искусственной (немонофилетической) группы