问题

动物在发展进化中,产生最晚的系统是什么(A排泄,B呼吸,C循环,D运动)?

回答
在生命的漫长演进过程中,动物们为了适应不断变化的环境,发展出了形形色色的系统。从最基础的维持生命活动到复杂的高效运作,每一个系统的出现都标志着生命一次重要的飞跃。那么,在排泄、呼吸、循环和运动这几个关键系统中,哪一个的产生是最晚的呢?

要想弄清楚这个问题,我们得把时间的长河拉得很长很长,回到生命的最初。

首先,我们来看看 A 排泄。排泄,简单来说,就是生物体排出体内代谢产生的废物和多余物质的过程。最简单的生命形式,比如单细胞生物,它们排出废物可能就是通过细胞膜的扩散作用,或者直接将废物留在细胞外。这可以说是最原始、最基础的“排泄”形式,可以说从生命诞生初期就伴随着。即使是后来发展出的复杂生物体,其基本的排泄机制也是在早期就形成的,比如通过体表散失代谢产物。所以,排泄系统可以说是出现得非常早。

接下来是 B 呼吸。呼吸,最根本的目的是获取能量,维持生命活动。最早的生命形式可能通过简单的化学反应就能获得能量,或者直接利用环境中的有机物。随着环境的变化和生命形式的复杂化,直接获取能量变得越来越困难,需要更有效的能量生产方式。氧气在地球演化过程中扮演了至关重要的角色。当含有氧气的环境出现后,能够利用氧气进行高效能量代谢的生物就获得了巨大的优势。因此,有氧呼吸这个过程,以及与之相关的气体交换的机制,是在生命演化过程中逐渐发展成熟的。从最初可能是一些厌氧生物利用简单的代谢途径,到后来能够利用氧气产生更多能量的复杂呼吸系统,这个过程也经历了一个漫长的演化。但相较于某些更高级的功能,可以说呼吸系统的出现也并非“最晚”。

再来看 C 循环。循环系统,主要负责将营养物质、氧气输送到身体各处,并将代谢废物运送到排泄器官。对于非常简单的动物,比如没有体腔或者体腔非常简单的生物,物质运输可能主要依靠扩散作用,或者通过体液的流动就能满足需求。但随着生物体体积的增大,细胞数量的增多,仅仅依靠扩散作用已经无法满足体内物质运输的需求了。这就催生了循环系统的出现和发展。最早的循环系统可能比较简单,比如管状的心脏和不完全的血管系统。而像哺乳动物这样拥有高度发达的、封闭的循环系统,其复杂性和效率是经过了漫长的演化才达到的。

最后,我们聚焦到 D 运动。运动,是指生物体改变自身位置或姿态的能力。最原始的生命形式,可能只是随波逐流,或者进行一些简单的趋避运动,比如朝向食物或远离危险。而有目的地、定向的、高效的运动,例如爬行、行走、奔跑、游泳甚至飞翔,需要高度协调的肌肉、骨骼、神经系统等共同作用。肌肉的收缩和舒张,骨骼的支撑和杠杆作用,以及神经系统的精确控制,这些都是复杂且精巧的“运动系统”的组成部分。为了在复杂的环境中寻找食物、躲避捕食者、进行繁殖活动,动物们发展出了越来越精妙的运动能力。尤其是一些需要跨越较大距离、或者需要在复杂地形中移动的动物,它们的运动系统变得尤为重要。

综合来看,运动系统的产生和发展,尤其是那些高度专业化和复杂的运动机制,可以说是在动物演化过程中出现得相对较晚的系统。这是因为,要实现高效的运动,需要整合并优化多个其他基础系统的功能,比如循环系统提供能量和氧气,呼吸系统进行气体交换,甚至神经系统的高级控制。

举个例子,如果你观察早期地球的生命,你会发现它们大多是浮游的,或者生活在固定的基质上。能够主动、快速、有力地移动以追逐猎物或者逃离捕食者的能力,是在动物演化到一定阶段,对生存环境提出更高要求后才变得至关重要,并因此催生了更复杂的运动系统的演化。相比之下,维持生命所必需的呼吸和循环系统,以及排出体内废物的排泄系统,可以说是生命存在的基础,它们的出现往往比精巧的运动能力要早。

因此,从演化的时间线上来说,D 运动 系统的产生,特别是那些能够支持复杂行为和高效率移动的运动系统,往往是动物在发展进化中,相对最晚出现、也是最能体现其适应性进化的系统之一。

网友意见

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这就是个玩弄定义的题目,意思不大。

首先问“系统”的话,那么默认的是细胞-组织-器官-系统这个序列,故而扯单细胞生物属于离题。而一个结构复杂到什么程度才可以称为“系统”?“系统”可以只含一个或一种器官吗?海绵的水沟系统算不算“系统”?

然后多细胞动物里有的结构具备多项功能,比如海绵的水沟系统和腔肠动物的消化循环腔,你可以说它们既是消化系统又是呼吸系统还是循环系统,也可以说它们既不是消化系统又不是呼吸系统也不是循环系统。更无聊的例子也有,比如要是我问你人体的排泄系统包括哪些结构,你如果只答泌尿系统的那一串就得扣分了——因为皮肤可排盐排水排尿素、肺可排二氧化碳、肠可排盐排水、肝可排胆红素、泪腺可排盐排水。你如果问我这题怎么答,那我只能说:本题问法就不对,说到人体时我们一般不讲排泄系统而讲泌尿系统,但是会说某些器官有排泄功能。

最后,动物的定义是啥?打算按几域几界来分?按照细一些的分法,现存所有动物的最近共同祖先大概率有非特化的、可以处理多项任务的结构,于是此题本身就可以是错的——这几个“系统”对于“动物”而言完全可以是“早已有之,无所谓先后”。

真正重要的是动物具体有什么样的结构、这些结构通过什么机制执行什么样的功能,在分类啊定义啊这种地方纠缠属于浪费时间。考试实在要考的话,复习时看看标准答案然后硬背就行了。本题如果改成“以下器官中哪个最早产生?A、原肾管。B、鳃。C、心。D、皮肤肌肉囊。”那还能答出个大概来。

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从理论上推测,这四个里最晚的应当是循环系统

这项知识对你认识或改造这个世界没有功用。如果不是考试题,那么你不用管它。如果是考试题,那么你去背答案就行。

循环系统的基本功能是克服扩散的限制,可能晚于呼吸系统。靠扩散支持代谢的“没有呼吸系统的生物”不需要循环系统去运输什么东西,简单地将少量气体导入组织的原始呼吸系统不需要循环系统搭配。化石证据也如此。

我国现行教科书称排泄系统出现于扁形动物,那问题很大。现存肾管动物的最后共同祖先至少有 6.5 亿年历史,那大概是排泄系统的最短历史。运动系统早于排泄系统。

血管可能是在 6 亿多年前的两侧对称动物身上首次出现的,那还不构成系统。

某些我国现行教科书称循环系统在环节动物中首次出现,独立的呼吸器官在软体动物中首次出现,完整的呼吸系统在节肢动物中首次出现。

环节动物的最早已知化石有约 5.18 亿年历史[1]。出土于中国云南帽天山澄江动物化石群的海生节肢动物 Fuxianhuia protensa 的化石拥有心脏和复杂的循环系统,显示循环系统至少有 5.2 亿年历史。这让某些我国现行教科书的主张显得不可信。

软体动物的最早已知化石有约 5.4 亿年历史,5.55 亿年前的一些化石(例如金伯利虫)算不算软体动物还有争议。无论分类地位如何,金伯利虫似乎有呼吸器官或者呼吸系统[2],没有循环系统[3]

节肢动物的最早已知化石有约 5.41 亿年历史[4],不太有希望带着循环系统超越金伯利虫。

由于呼吸系统很容易单独起源,看起来“独立的呼吸器官”也未必就早于“完整的呼吸系统”。

某些我国现行教科书还主张消化系统、神经系统、生殖系统在扁形动物中首次出现,内分泌系统在脊索动物中首次出现,这是十分不可能的。我国大学的普通动物学教科书会讨论无脊椎动物的内分泌系统。

参考

  1. ^ https://doi.org/10.4202%2Fapp.2008.0110
  2. ^ https://evolutionnews.org/2020/09/reconstructing-kimberella-the-disputed-anatomy-in-detail/
  3. ^ https://www.monash.edu/__data/assets/pdf_file/0010/75673/fedonkin2.pdf
  4. ^ https://doi.org/10.1016%2Fj.gr.2013.05.007

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