高中生物聯(lián)賽_脊椎動物(一)

1、一、競賽中涉及的問題 在中學(xué)動物學(xué)的教學(xué)內(nèi)容中，并沒有涉及“脊索動物”這一概念。在講完無脊椎動物的幾個門后，直接提出了“脊椎動物”的概念。這容易造成同學(xué)們對知識的不完整理解：似乎動物界就只是由脊椎動物和無脊椎動物組成的。為了準(zhǔn)確地理解動物的分類知識，適應(yīng)國際IBO競賽的要求，我們對脊索動物門的整體概況和脊椎動物比較解剖等內(nèi)容進(jìn)行了適當(dāng)?shù)匮a(bǔ)充，并且對脊椎動物各綱的進(jìn)化特征進(jìn)行了擴(kuò)展和深化。 1脊索 位于消化道背面，在胚胎發(fā)育過程中由原腸背側(cè)的一部分細(xì)胞離開腸管而形成。能起骨骼的基本作用。低等脊索動物終生具有脊索；有的類群中，脊素則僅見于幼體。高等脊索動物只在胚胎期間出現(xiàn)脊索，成長時由分節(jié)的脊柱取

2、代了。 脊索動物神經(jīng)系統(tǒng)的中樞部分呈管狀，位于身體的背 中 線 上 ， 脊 索（或脊柱）就在它的下面。背神經(jīng)管由外胚層下陷卷褶所形成，在高等種類中分化為腦和脊髓兩部分。 非脊索動物神經(jīng)系統(tǒng)的中樞部分呈索狀，位于消化管的腹面。 位于消化道前端的兩側(cè)壁上，左右成對的裂孔直接或間接與外界相通，這是咽鰓裂。它是一種呼吸器官，在低等類群中終生存在，在高等類群則只見于某些幼體和胚胎時期， 隨后完全消失。七鰓鰻寄生漏斗形口 依據(jù)形態(tài)結(jié)構(gòu)、生活習(xí)性和胚胎發(fā)育等特點，一般將脊索動物門分為尾索動物、頭索動物和脊椎動物三個亞門。1尾索動物亞門 脊索和背神經(jīng)管只存在于幼體。成體包圍在被囊中，一般為雌雄同體，異體受精。

3、代表動物如海鞘，海鞘的發(fā)育過程中出現(xiàn)逆行變態(tài)，成體失去一些重要結(jié)構(gòu)，形體變得比幼體更加簡單。l幼體經(jīng)過幾小時的自由生活后，就用身體前端的附著突起粘著在其它物體上，開始其變態(tài)。在變態(tài)過程中，海鞘幼體的尾連同內(nèi)部的脊索和尾肌逐漸萎縮，并被吸收而消失，神經(jīng)管及感覺器官也退化而殘存為一個神經(jīng)節(jié)。與此相反，咽部卻大為擴(kuò)張，鰓裂數(shù)急劇增多，同時形成圍繞咽部的圍鰓腔；附著突起也為海鞘的柄所替代。附著突起背面因生長迅速，把口孔的位置推移到另一端（背部），于是造成內(nèi)部器官的位置也隨之轉(zhuǎn)動了90180的角度。最后，由體壁分泌被囊素構(gòu)成保護(hù)身體的被囊，使它從自由生活的幼體變?yōu)闋I固著生活的柄海鞘柄海鞘經(jīng)過變態(tài)，失去了

4、一些重要的構(gòu)造，形體變得更為簡單，這種變態(tài)稱為逆行變態(tài)。 脊索、背神經(jīng)管和咽鰓裂這三個基本特征終生保留，脊索前端超出神經(jīng)管之前。代表動物是文昌魚。 脊索只在胚胎發(fā)育中出現(xiàn)，隨即為脊柱所代替。依據(jù)外形及內(nèi)部特征可分為6個綱：圓口綱、魚綱、兩棲綱、爬行納、鳥綱、哺乳綱。 1無頭類 指脊索動物中腦和感覺器官還沒有分化出來，沒有明顯的頭部的類群。2有頭類 有明顯頭部的脊索動物，即脊椎動物。3無頜類 沒有頜的脊椎動物，現(xiàn)存的類群只有圓口類。4頜口類 有頜的脊椎動物，包括魚類、兩棲類、爬行類、鳥類和哺乳類。5無羊膜類 在胚胎發(fā)育中不具羊膜的脊椎動物，包括圓口類、魚類和兩棲類。6羊膜類 在胚胎發(fā)育中具有羊膜

5、的脊椎動物，包括爬行類、鳥類和哺乳類。1魚類的外部形態(tài)（1）體型類型 紡錘形：特點是頭尾軸長，背腹軸較短，左右輪最短。 側(cè)扁形：特點是頭尾軸短，左右軸更短，背腹軸相對顯著增加。 扁平形：特點是背腹軸特別短，左右軸特別長。 棍棒形：其特點是頭尾軸特別長，背腹軸和左右軸很短。 魚類的鰭可分為兩類：一類是偶鰭，包括胸鰭和腹鰭各一對；另一類是奇鰭，包括背鰭、臀鰭和尾鰭。偶鰭的功能是維持身體平衡，改變運動方向和撥水劃行的作用。背鰭和臀鰭的主要功能是防止魚左右傾斜和搖擺。尾鰭有推進(jìn)平衡和轉(zhuǎn)向的作用。尾鰭類型有原形尾、歪形屋和正形尾等三種。 鱗片是由皮膚中的真皮衍生出來的，鱗片大致分為三類。 盾鱗：軟骨魚類

6、特有的鱗片，由表皮和真皮聯(lián)合生成。從脊椎動物牙齒的發(fā)生和構(gòu)造來看，它和牙齒應(yīng)該是同源器官。 硬鱗：這是硬骨魚中最原始的鱗片，由真皮演化來的，見于鱘魚和雀鱔等。 骨鱗：大多數(shù)硬骨魚的鱗片，也是由真皮演化來的，覆瓦狀的排列分布于體表，有利于增加軀體的靈活性。 側(cè)線鱗有規(guī)律地排列形成一條線紋就叫側(cè)線。魚類的側(cè)線器官是重要的感覺裝置，能感受低頻振動，判斷水流及周圍環(huán)境情況。 l（1）身體呈紡錘形，無頸部，在游泳時大大減少阻力。l（2）體表有鱗片，皮膚富有粘液腺，其分泌的粘液，能減輕游泳時皮膚與水間的摩擦力。這種粘液腺是單細(xì)胞的。l（3）用鰓呼吸，浸潤在水中的鰓能夠完成氣體交換。l（4）用鰭運動，魚類出

7、現(xiàn)成對附肢提高了動物的活動能力。l（5）與陸生種類不同，無眼瞼、無淚腺、無唾液腺。（1）皮膚 由表皮層和真皮組成。表皮層有單細(xì)胞腺，分泌粘液于體表，減輕阻力，保護(hù)身體。（2）骨骼 魚類出現(xiàn)了上下頜，是脊椎動物進(jìn)化史上的重大轉(zhuǎn)折點。椎體為雙凹椎，有了脊柱，脊柱的功能是支持身體保護(hù)脊髓和主要血管，脊柱分化程度很低，分為軀干椎和尾椎。附肢骨與脊柱不連接。 l（3）肌肉 肌肉分化程度不高，由肌節(jié)組成，肌節(jié)之間有肌隔聯(lián)系，分節(jié)現(xiàn)象明顯。有些種類的發(fā)電器官是由肌肉轉(zhuǎn)變而來的，如電鰩、電鰻等；有些種類的發(fā)電器官由真皮腺轉(zhuǎn)化來的，如電鲇。(4)鰓 鰓是魚類適應(yīng)水中生活的一個重要結(jié)構(gòu)。軟骨魚類和硬骨魚類的鰓具有

8、不同的特點：軟骨魚類的鰓比較原始，鰓裂開口于體外，鰓隔發(fā)達(dá)，每側(cè)具有四個全鰓、一個半鰓；硬骨魚類的鰓裂外側(cè)有鰓蓋保護(hù)，鰓隔退化，每側(cè)有四個全鰓。l（5）鰾 鰾是胚胎發(fā)育時從消化管區(qū)分出來的突起，充滿氣體。有一室、二室或多室之分。鰾具有輔助呼吸的功能，還有通過鰾內(nèi)氣體的變化改變鰾的體積，使得魚體上浮或下沉的作用。此外還能輔助聽覺，適應(yīng)水中的壓力。l（6）循環(huán) 循環(huán)系統(tǒng)主要由心臟和血管組成。魚類循環(huán)系統(tǒng)的特點是：心臟具有兩腔，即一心房、一心室，心臟中的血是缺氧血，血行屬于單循環(huán)；心臟很小，血流的速度也很慢，這與代謝活動較低的水生生活方式有關(guān)；魚類心臟的位置較其他脊椎動物更向前移，很接近頭部，腹面有

9、肩帶保護(hù)。l（7）排泄 魚類的腎臟屬于中腎。腎臟除了有泌尿的功能之外，還有一個重要的特點，就是調(diào)節(jié)體內(nèi)的水分，使之保持恒定。l（8）神經(jīng)和感覺 腦雖有明顯的五部，但大腦所占的比例還很小，且硬骨魚類的大腦背面還只是上皮組織，沒有神經(jīng)細(xì)胞；魚的晶狀體呈圓球形，沒有彈性，其曲度又不能改變，只能靠晶體后方的鐮狀突起來調(diào)節(jié)晶體和視網(wǎng)膜之間的距離，所以魚類是近視的；大多數(shù)魚類沒有眼瞼，因此魚眼經(jīng)常張開，不能關(guān)閉；魚類只有內(nèi)耳。l（9）生殖 魚類的生殖器官主要由生殖腺和生殖導(dǎo)管兩部分組成，生殖腺一般都成對，左右對稱。都是雌、雄異體，體外受精，體外發(fā)育。l（1）軟骨魚系（綱） 終年保留軟骨，鰓裂直接露于體外，

10、絕大多數(shù)種類鰓間隔發(fā)達(dá)；身體被盾鱗，歪形尾；雄體有特殊的交接器，體內(nèi)受精。l板鰓亞綱：主要特征包括口大，5個鰓裂直接通于體外，眼后有一上噴水孔。主要類群有鯊目和鰩目。l全頭亞綱：主要的特征是頭大而側(cè)扁，頭側(cè)有4對鰓裂，由鰓蓋掩蓋；無鱗，尾部尖，如黑線銀鮫。l（2）硬骨魚系（綱） 硬骨魚類具替代性硬骨和膜性硬骨；體多被骨鱗；鰓隔退化，鰓裂不直接開口體外；有鰾或肺；體外受精，雄性無鰭腳，屬于正尾形。l肺魚亞綱：體呈紡錘形、硬骨不發(fā)達(dá)，終生殘存有脊索，鰾能執(zhí)行肺的功能，有內(nèi)鼻孔?，F(xiàn)存的種類主要有澳洲肺魚、美洲肺魚非洲肺魚。l總鰭亞綱：偶鰭為帶鱗的肉葉，其內(nèi)部骨骼的排列與陸生脊椎動物肢骨的排列極為相似

11、。有內(nèi)鼻孔，鰾能行氣呼吸。這也是古老的魚類，矛尾魚是保留到今天的總鰭魚，是動物界珍貴的“活化石”之一。l輻鰭亞綱：多數(shù)種類具骨鱗，骨骼幾乎全是硬骨，各鰭由真皮性輻射鰭條支持，無內(nèi)鼻孔。包括的種類很多，占現(xiàn)代魚總數(shù)的90%以上。輻射鰭條l1兩棲綱對陸生環(huán)境的初步適應(yīng)l（1）兩棲動物皮膚輕微角質(zhì)化，能防止體內(nèi)水分的蒸發(fā)，較適應(yīng)干燥的陸棲環(huán)境。l（2）從空氣中獲得氧氣，上陸后可直接獲得氧氣，用肺進(jìn)行呼吸。l（3）循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)一步完善，有體循環(huán)和肺循環(huán)，心臟由二心房一心室組成。l（4）出現(xiàn)五趾型肢，兩棲類發(fā)展了五趾型四肢，前肢活動范圍增大。l（5）神經(jīng)系統(tǒng)的進(jìn)一步適應(yīng)，兩棲類大腦體積增大，分左右兩個半球

12、，有大腦皮層雛形。l兩棲動物獲得了一系列陸生生活的特征，但還不完善，具體表現(xiàn)在：l（1）皮膚仍依賴于濕潤的環(huán)境。l（2）心臟只有一個心室，血液中混合血高。l（3）肺發(fā)育不完善，以皮膚作輔助呼吸器官。l（4）體外受精，幼體水中發(fā)育，胚胎沒有羊膜。l（1）皮膚 兩棲動物的皮膚由表皮和真皮構(gòu)成，表皮角質(zhì)層不發(fā)達(dá)。皮膚含有大量的腺體和血管，有呼吸功能。粘液腺為多細(xì)胞腺體，與魚類的單細(xì)胞腺不同，粘液腺分泌的粘液使皮膚經(jīng)常保持濕潤。除粘液腺外，還有一種毒腺。l（2）骨骼 兩棲類的脊柱比魚類的脊柱有較大的分化，由頸椎、軀干椎、薦椎和尾椎所組成。頸椎的分化與兩棲類上陸后頭部進(jìn)行靈活轉(zhuǎn)動有關(guān)。薦椎的分化，使腰帶

13、與脊柱連接，從而后肢獲得了牢固的支持。兩棲類已具有陸棲脊椎動物附肢的結(jié)構(gòu)特點。頭部具有兩個枕髁，具有耳柱骨。l（3）呼吸 兩棲類成體用肺和皮膚呼吸。兩棲類具一對囊狀的肺，是陸地脊椎動物的重要特征。不過結(jié)構(gòu)還十分簡單，肺的內(nèi)壁僅有少數(shù)皺褶，呼吸表面積不大。兩棲類由于不具肋骨和胸廓。肺呼吸是采用特殊的咽式呼吸完成。 兩棲類這種借助于口咽腔底部的上下動作來完成呼吸的方式是和風(fēng)箱吹氣有著同樣的原理。l（4）循環(huán) 肺呼吸導(dǎo)致雙循環(huán)的出現(xiàn)，雙循環(huán)提高了血循環(huán)的壓力和速度。不完善的雙循環(huán)和體動脈內(nèi)含有混合血液，是兩棲類的特征。心臟由靜脈竇、心房、心室和動脈圓錐四部分組成。左心房接受富氧血，右心房接受缺氧血。

14、 l（5）生殖 雄蛙的生殖腺有一對睪丸，產(chǎn)生精子；腎管有輸精和輸尿的功能。雌性具一對輸卵管、子宮。雌性的輸卵管和輸尿管是分開的。 l（6）消化系統(tǒng)的分化較魚類復(fù)雜 兩棲類的消化道包括口、口咽腔、食道、胃、小腸（十二指腸回腸）、大腸（即直腸）、泄殖腔、泄殖腔孔以及消化腺。兩棲類的牙齒與魚類相似，無咀嚼功能，舌根位于口咽腔前端底部，舌向后折疊，舌尖可向外迅速翻出捕捉食物。有獨立的肝臟和胰臟。肝臟分泌的膽汁流入膽囊，經(jīng)膽管入十二指腸，胰臟位于十二指腸與腸系膜上。l1視覺器官：蛙類的視覺器官具有一系列與陸棲生活方式相適應(yīng)的特征。視覺范圍較為廣闊，既能近視又能遠(yuǎn)觀，且在白晝與夜晚均能視物。眼球角膜凸出，

15、水晶體近似圓球而稍扁平（蛙和蟾蜍比有尾兩棲類更為扁平些），晶體與角膜之間相距較遠(yuǎn)，適于觀看較遠(yuǎn)的物體。蛙類具有可活動的下眼瞼和潤滑眼的眼腺。蛙的上眼瞼不能活動，蛙眼的閉合不是靠上眼瞼下垂，而是靠眼球的下陷，從而使下眼瞼與瞬膜上推以蓋住眼球。2聽覺器官：脊椎動物由水生到陸生，在感覺器官中，聽覺器官的改造最為深刻。兩棲類的內(nèi)耳結(jié)構(gòu)與魚近似，但已有瓶狀囊，這是一個從球狀囊后壁分化出來的結(jié)構(gòu)，有感受音波的功能。這樣，兩棲類的內(nèi)耳除有平衡覺外，還具有聽覺功能。兩棲類除具內(nèi)耳外，還首次出現(xiàn)了中耳。兩棲類還沒有形成外耳，鼓膜就露在外面，和頭部皮膚位于一個平面上。l3嗅覺器宮：蛙有一對鼻囊，它們借外鼻孔與外界

16、相通，借內(nèi)鼻孔與口咽腔相通，因而蛙的鼻腔不僅是嗅覺器官，而且還是空氣進(jìn)出的通道，這也是陸生脊椎動物的共同特征。另外，蛙具有犁鼻器，或稱賈氏器，為位于鼻腔腹內(nèi)側(cè)壁的一對盲囊，其內(nèi)壁襯以嗅粘膜，是一種化學(xué)感受器，能感知進(jìn)入口腔的空氣或物體的化學(xué)性質(zhì)。犁鼻器見于多數(shù)陸棲四足類。l兩棲綱包括無足目、有尾目和無尾目三個目。全世界有兩棲動物2800余種。l（1）無足類 這是原始的一類，又是營鉆穴居生活的特化類型。體呈蠕蟲狀，無四肢。魚螈為本目代表，主要產(chǎn)于亞洲熱帶地區(qū)，近年來在我國云南省西雙版納采獲。l（2）有尾目 這是更適合于水中生活的較低等的一目，多數(shù)種類終生生活在水中，一部分種類變態(tài)后，離開水到潮濕

17、地上生活。體長形，有四肢或僅有前肢，尾終生存在。幼體用鰓呼吸，成體用肺呼吸，也有一些種類終生有鰓而缺少肺。大鯢、蠑螈都屬于本目。大鯢蠑螈娃娃魚l（3）無尾目 這是現(xiàn)代兩棲類中較為高等、種類最多、分布最廣的一目。成體無尾，有發(fā)達(dá)的四肢，后肢強(qiáng)大，適于跳躍或游泳，通常營水陸兩棲生活，但生殖時必須回到水中。我國發(fā)現(xiàn)的種類有黑斑蛙、金線蛙、林蛙、雨蛙、樹蛙、蟾蜍（俗稱癩蛤?。┑?。 l1爬行綱的主要特征l（1）羊膜卵 爬行動物都產(chǎn)大型的羊膜卵，羊膜卵的出現(xiàn)對脊椎動物完全擺脫水環(huán)境，對成功登陸產(chǎn)生重大影響。羊膜卵的特點是，在胚胎發(fā)育過程中，發(fā)生三層胚膜包圍胚胎：外層稱絨毛膜，內(nèi)層稱羊膜，另有尿囊膜（見右上

18、圖）。 l羊膜腔中充滿著液體，稱羊水。羊膜卵外包石灰質(zhì)的硬殼或不透水的韌性纖維質(zhì)卵膜。能防止卵的變形、損傷和水分蒸發(fā)，防止細(xì)菌侵入。卵殼具通氣性，不影響胚胎的氣體交換。卵具卵黃，保證胚胎發(fā)育的養(yǎng)料。 l（2）外形 爬行類是適應(yīng)于陸棲生活的類群，具有四足動物的基本形態(tài)。體表被覆角質(zhì)鱗片，指（趾）端具爪是其在外形上與兩棲類的根本區(qū)別。蜥蜴和鱷的體型可做典型代表。蜥蜴四肢較兩棲類強(qiáng)健，頸部外觀明顯，尾發(fā)達(dá)。某些類群適應(yīng)于穴居及水棲生活，在外表上有較大的特化。l（3）皮膚 皮膚角質(zhì)化程度加深，被有角質(zhì)鱗片或角質(zhì)盾片。角質(zhì)鱗（如蜥蜴、蛇）是由表皮細(xì)胞角質(zhì)化形成的，骨質(zhì)甲（龜、鱉）是由真皮組織形成的。體表

19、干燥，缺少腺體，比較堅硬，能有效防止體內(nèi)水分的散失。爬行類動物的真皮內(nèi)含有各種色素細(xì)胞，由于色素細(xì)胞的變化，使動物的體色與周圍環(huán)境適應(yīng)。l（4）呼吸 爬行動物既沒有鰓，也不用皮膚呼吸，它的肺比兩棲動物的發(fā)達(dá)。肺臟一對，外觀似海綿狀。具有喉頭和以軟骨環(huán)支持的長氣管。肺的內(nèi)壁有復(fù)雜的間隔，把內(nèi)腔分隔成蜂窩狀小室，可以擴(kuò)大與空氣接觸的面積。l（5）骨骼和肌肉 爬行類骨骼系統(tǒng)發(fā)育良好，適應(yīng)于陸生。主要表現(xiàn)在脊柱分區(qū)明顯、頸椎有寰椎和樞椎的分化，提高了頭部及軀體的運動性能。軀干部具有發(fā)達(dá)的肋骨和胸骨，加強(qiáng)了對內(nèi)臟的保護(hù)并協(xié)同呼吸動作的完成，頭骨骨化良好，很多種類具有顳窩和眶間隔。具單一枕骨踝。肌肉進(jìn)一步

20、分化，出現(xiàn)肋間肌，協(xié)同完成呼吸運動，皮膚肌有控制鱗片活動的作用。l（6）循環(huán)和排泄 爬行類的心臟由兩個心房，一個心室組成，心室內(nèi)有不完全的隔膜。血液循環(huán)為不完全的雙循環(huán)。l后腎成為爬行類與所有羊膜動物的主要排泄器官，后腎形成的尿液經(jīng)后腎導(dǎo)管輸至泄殖腔后排出。l（7）神經(jīng)與感覺 大腦半球比較發(fā)達(dá)，出現(xiàn)新腦皮，腦神經(jīng)12對。聽覺器官有了進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn)外耳道。l現(xiàn)存的爬行動物，全世界有5700多種，主要分布于熱帶和亞熱帶，溫帶較少，寒帶更少，它們分屬于四個目：l（1）喙頭目 喙頭目是爬行綱中最古老的類群之一，大多生存在中生代。主要特征是嘴長似鳥喙，頂眼發(fā)達(dá)，端生齒，無鼓膜、鼓室；雄性無交配器官?，F(xiàn)

21、今僅殘存一種喙頭蜥（楔齒蜥）。它的外形和大蜥蜴相似，長可達(dá)75厘米。其分布只限于新西蘭東北部一些小島上，被喻為“活化石”。 端生齒，著生在頜骨的頂面，如蛇；側(cè)生齒，著生在頜骨邊緣的內(nèi)側(cè)，如蜥蜴；槽生齒，著生在頜骨的齒槽內(nèi)，如鱷。其中以槽生齒最為牢固，哺乳類的牙齒皆屬此種類型。牙齒依形狀的相同或相異可分為同型齒和異型齒。絕大多數(shù)爬行類的牙齒均呈一致的圓錐形，屬于同型齒。這類牙齒的機(jī)能只是咬捕食物而不咀嚼食物，實際上，絕大多數(shù)爬行動物是把食物整個吞咽下去而并不咀嚼。某些古代爬行類，如獸齒目的一些種類，牙齒屬于異型齒，有了門齒、犬齒和臼齒的分化，由這一支發(fā)展出哺乳動物。l（2）龜鱉目 這是爬行綱中最為特化的一類，它的身體寬短，以硬殼保護(hù)身體。殼的內(nèi)層為骨質(zhì)板，外層為角質(zhì)甲（如龜）或為軟的表皮（如鱉）。一般營水棲生活（淡水或海水），少數(shù)營陸地生活，但產(chǎn)卵都在陸上，常見的種類有龜、鱉和海龜?shù)取｝數(shù)纳頻（3）有鱗目 這是現(xiàn)代爬行動物中數(shù)量最大、種類最多的一個目，分為蜥蜴亞目和蛇亞目。l蜥蜴亞目：大多數(shù)種類的前后肢都發(fā)達(dá)，眼發(fā)達(dá)有可動眼瞼；具外耳道。例如石龍子、壁虎。非洲和馬達(dá)加斯加島產(chǎn)的避役，它的皮膚能隨環(huán)境的變化而迅速變色，俗稱變色龍。l蛇亞目：是較為特化的一支，犁鼻器發(fā)達(dá)，適于用腹部爬行，體呈圓筒形，無四肢和胸骨（僅蟒蛇有后肢的殘余），腰帶可能存留，但肩帶不一定存在。蛇能吞食比它