Skip to main content
Global

27.2：用于对动物进行分类的特征

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    203103

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    培养技能

    • 解释支持基本动物分类的动物身体计划之间的差异
    • 比较和对比 protostomes 和 deuterostomes 的胚胎发育

    科学家们已经制定了一种分类方案，对动物界的所有成员进行分类，尽管管理动物分类的大多数 “规则” 都有例外（图\(\PageIndex{1}\)）。 动物主要根据形态和发育特征（例如身体计划）进行分类。 真动物的身体计划最突出的特征之一是它们在形态上是对称的。 这意味着它们在身体部位的分布沿轴线保持平衡。 其他特征包括发育过程中形成的组织层数量、体内腔的存在与否，以及胚胎发育的其他特征，例如口腔和肛门的起源。

    艺术连接

    由后生动物或动物组成的系统发育树分支成没有组织的副动物和具有特殊组织的 eumetazoans。 Parazoans 包括 Porifera 或海绵。 Eumetazoans 分支为 Radiata、具有径向对称性的双倍体动物和具有双向对称性的三倍体动物 Bilateria。 Radiata 包括刺胞动物和 ctenophores（梳状果冻）。 Bilateria 分支为没有体腔的 Acoela 以及拥有体腔的 Protostomia 和 Deuterostomia。 Deuterostomes 包括弦和棘皮动物。 Protostomia 分支为 Lophotrochozoa 和 Ecdysozoa。 Ecdysozoa 包括节肢动物和线虫或蚯蚓。 Lophotrochozoa 包括软体动物、Annelida、Brachopoda、Ectoprocta、Rotifera 和 Platyhelminthes。
    图\(\PageIndex{1}\)：动物的系统发育树基于形态学、化石和遗传证据。

    以下陈述中哪一项是错误的？

    1. Eumetazoans 有专门的组织，而 parazoans 没有。
    2. Lophotrochozoa 和 Ecdysozoa 都是 Bilataria。
    3. Acoela 和 Cnidaria 都具有径向对称性。
    4. 节肢动物与线虫的关系比与环节动物的关系更为密切。

    基于身体对称性的动物表征

    在非常基本的分类层面上，真正的动物可以根据其身体计划的对称性在很大程度上分为三组：径向对称、双边对称和不对称。 不对称是 Parazoa 的独特特征（图\(\PageIndex{2}\)）。 只有少数动物群显示出径向对称性。 所有类型的对称性都非常适合满足特定动物生活方式的独特需求。

    径向对称性是指身体部位围绕中心轴排列，如水杯或馅饼所示。 它导致动物有顶部和底部表面，但没有左侧和右侧，或者正面或背面。 径向对称动物的两半可以说是有嘴或 “口腔面” 的一面，以及没有嘴的一面（“腹部”）。 这种对称性标志着 phyla Ctenophora 和 Cnidaria 中动物的身体计划，包括水母和成年海葵（图 27.2.2）。 径向对称性使这些海洋生物（可能久坐不动或只能缓慢移动或漂浮）能够从各个方向平等地体验环境。

    a 部分显示了几块海绵，它们在海底形成不规则、颠簸、斑点。 b 部分显示了一只水母，其触角长而细长，从柔韧的圆盘形身体中散发出来。 c 部分显示了一只海葵坐在海底，触手粗大，从杯状的身体向上辐射。 d 部分显示了一只带有两个对称翅膀的黑蝴蝶。
    图\(\PageIndex{2}\)：（a）海绵是不对称的。 （b）水母和（c）海葵是径向对称的，（d）蝴蝶是双边对称的。 （来源 a：安德鲁·特纳对作品的修改；来源 b：罗伯特·弗莱伯格对作品的修改；来源 c：Samuel Chow 对作品的修改；来源 d：Cory Zanker 对作品的修改）

    双侧对称性涉及通过矢状平面将动物分开，从而产生两张镜像，左右两半，例如蝴蝶（图\(\PageIndex{2}\)）、螃蟹或人体的镜像。 具有双侧对称性的动物有 “头” 和 “尾巴”（前后对比）、正面和背面（背侧与腹侧）以及左右两侧（图\(\PageIndex{3}\)）。 除了具有径向对称性的动物外，所有真正的动物都是双边对称的。 允许形成前端和后端（头部和尾部）的双侧对称性的演变促进了一种叫做 cephalization 的现象，即在动物的前端集合有组织的神经系统。 与最适合静止或有限运动生活方式的径向对称相比，双向对称允许流线型和定向运动。 用进化的术语来说，这种简单的对称形式促进了主动机动性，提高了资源寻求和捕食者与猎物关系的复杂性。

    插图显示了一个女人的尸体被解剖成飞机。 日冕平面将正面和背面分开。 身体的正面是腹侧，身体的背面是背侧。 上半身被定义为颅骨，下半身被定义为尾部。 矢状平面从一侧到另一侧解剖身体。 内侧线穿过身体的中心。 内侧线左侧和右侧的区域被定义为横向区域。 身体靠近内侧线的部位位于近端，而较远的部位位于远端。
    图\(\PageIndex{3}\)：双边对称的人体可以分为平面。

    phylum Echinodermata 中的动物（例如海星、沙币和海胆）在成年时表现出径向对称性，但它们的幼虫阶段表现出双侧对称性。 这被称为二次径向对称。 据信它们是由双边对称的动物进化而来的；因此，它们被归类为双边对称动物。

    链接到学习

    观看此视频，快速了解不同类型的身体对称性。

    基于胚胎发育特征的动物特征

    大多数动物物种在胚胎发育过程中都会将组织分离成生殖层。 回想一下，这些细菌层是在胃化过程中形成的，它们是预先确定要发育成动物的特殊组织和器官的。 动物会形成两个或三个胚胎细菌层（图\(\PageIndex{4}\)）。 表现出径向对称性的动物会形成两个生殖层，一个是内层（内胚层），另一个是外层（外胚层）。 这些动物被称为 diploblasts。 Diploblasts 在内胚层和外胚层之间有一层非活层。 更复杂的动物（具有双侧对称性的动物）会形成三个组织层：内层（内胚层）、外层（外胚层）和中间层（中胚层）。 具有三个组织层的动物被称为三倍细胞。

    艺术连接

    左图显示了 diploblast 的两个胚胎生殖层。 内层是内胚层，外层是外胚层。 夹在内胚层和外胚层之间的是一个非生命层。 右图显示了三倍体细胞的三个胚胎生殖层。 像 diploblast 一样，triploblast 有内部内胚层和外部外胚层。 夹在这两层之间的是活的中胚层。
    图\(\PageIndex{4}\)：在胚胎发育过程中，diploblast 会形成两个胚胎生殖层：外胚层和内胚层。 Triploblasts 在内胚层和外胚层之间形成第三层——中胚层。

    以下关于 diploblasts 和 triploblasts 的陈述中哪一项是错误的？

    1. 表现出径向对称性的动物是双倍细胞。
    2. 表现出双侧对称性的动物是三倍细胞。
    3. 内胚层产生消化道和呼吸道的内膜。
    4. 中胚层产生中枢神经系统。

    三个细菌层中的每一个都经过编程，以产生特定的身体组织和器官。 内胚层产生消化道内膜（包括胃、肠、肝和胰腺），以及呼吸道的气管、支气管和肺部内膜以及其他一些结构。 外胚层发展成体表面、中枢神经系统和其他一些结构的外部上皮覆盖物。 中胚层是第三个生殖层；它在 triploblasts 的内胚层和外胚层之间形成。 这种生殖层产生所有肌肉组织（包括心脏组织和肠道肌肉）、骨骼和血细胞等结缔组织以及大多数其他内脏器官，例如肾脏和脾脏。

    Coelom 的存在与否

    对具有三个生殖层（triploblasts）的动物进行进一步细分会将可能形成源自中胚层的体腔（称为腔体）的动物与不产生中胚层的体腔的动物分离。 这个上皮细胞衬里的 coelomic 腔代表一个空间，通常充满液体，位于内脏器官和体壁之间。 它容纳许多器官，例如消化系统、肾脏、生殖器官和心脏，并包含循环系统。 在某些动物中，例如哺乳动物，腔室中称为胸膜腔的部分为呼吸过程中肺部膨胀提供了空间。 coelom 的演变与许多功能优势有关。 首先，coelom 为主要器官系统提供缓冲和减震作用。 置于腔室内的器官可以自由生长和移动，从而促进最佳的器官发育和放置。 coelom 还为气体和营养素的扩散提供空间，以及身体灵活性，促进动物活力的改善。

    没有发育 coelom 的 Triploblasts 被称为 acoelomates，它们的中胚层区域完全充满了组织，尽管它们还有肠腔。 acoelomates 的例子包括 phylum Platyhelminthes 中的动物，也被称为扁虫。 拥有真正的 coelom 的动物被称为 eucoelomates（或 coelomates）（图\(\PageIndex{5}\)）。 真正的 coelom 完全存在于中胚层细菌层内，由上皮膜衬里。 这种膜还排列在腔室内的器官，将它们连接并保持在适当的位置，同时允许它们自由运动。 环节动物、软体动物、节肢动物、棘皮动物和弦动物都是 eucoelomates。 第三组 triploblasts 的腔室略有不同，部分来自中胚层，部分来自两层之间的内胚层。 尽管它们仍然起作用，但它们被认为是假的 coeloms，这些动物被称为 pseudocoelomates。 phylum Nematoda（蚯蚓）就是伪科洛玛动物的一个例子。 真正的 coelomates 可以根据其早期胚胎发育的某些特征进一步表征。

    a 部分显示了包括扁虫在内的 acoelomates 的身体计划。 Acoelomates 有一个中央消化腔。 消化腔外有三个组织层：内部内胚层、中央中胚层和外部外胚层。 照片显示了一只游泳扁虫，它看起来像一条褶边的黑色和粉红丝带。 b 部分显示了 eucoelomates 的身体计划，包括环节动物、软体动物、节肢动物、棘皮动物和弦动物。 Eucoelomates 的组织层与 acoelomates 相同，但是中胚层中存在一个叫做 coelom 的空腔。 coelom 分为两个对称的部分，由两个中胚层辐条隔开。 照片显示了一个被称为红虫的游泳环状动物。 红虫有一个管状体，两端逐渐变细。 许多附属物从两侧辐射出来。 c 部分显示了伪腔动物的身体计划，其中包括蚯蚓。 像 acoelomates 和 eucoelomates 一样，pseudocoelomates 有内胚层、中胚层和外胚层。 但是，在 pseudocoelomates 中，pseudocoelum 将内胚层与中胚层分开。 这张照片显示的是蚯蚓，或线虫，其身体呈管状。
    图\(\PageIndex{5}\)：Triploblasts 可能是 (a) acoelomates、(b) eucoelomates 或 (c) pseudocoelomates。 Acoelomates 没有体腔。 Eucoelomates 在中胚层内有一个体腔，叫做 coelom，内衬中胚层。 Pseudocoelomates 也有体腔，但它夹在内胚层和中胚层之间。 （来源 a：Jan Derk 对作品的修改；来源 b：NOAA 对作品的修改；来源 c：美国农业部、ARS 对作品的修改）

    口腔的胚胎发育

    双边对称的 triblostic eucoelomates 可以根据其早期胚胎发育的差异进一步分为两组。 原生动物包括节肢动物、软体动物和环节动物。 Deuterostomes 包括更复杂的动物，例如弦动物，但也包括一些简单的动物，例如棘皮动物。 这两组是根据最先出现的消化腔开口来分开的：口腔还是肛门。 protostome 这个词来自希腊语，意思是 “嘴第一”，而 deuterostome 起源于 “第二张嘴” 这个词（在本例中，肛门先发育）。 口腔或肛门由一种叫做 blastopore 的结构发育而成（图\(\PageIndex{6}\)）。 blastopore 是在胃化初始阶段形成的凹痕。 在后期阶段，会形成第二个开口，这两个开口最终会产生嘴巴和肛门（图\(\PageIndex{6}\)）。 长期以来，人们一直认为 blastopore 会发育成原生体的嘴巴，第二个开口发育成肛门；deuterostomes 的情况恰恰相反。 但是，最近的证据质疑了这种关于原生体 blastopore 发展的观点，该理论仍在争论中。

    protostomes 和 deuterostomes 之间的另一个区别是 coelom 的形成方法，从胃阶段开始。 大多数原生体的 coelom 是通过一种叫做 schizocoely 的过程形成的，这意味着在发育过程中，中胚层的固体块会分裂并形成腔室的空心开口。 Deuterostomes 的不同之处在于，它们的 coelom 是通过一种叫做 enterocoely 的过程形成的。 在这里，中胚层发育成从内胚层组织中挤出的袋子。 这些袋子最终融合形成了中胚层，然后产生了 coelom。

    protostomes 和 deuterostomes 之间最早的区别是合子经历的分裂类型。 原生体经历螺旋分裂，这意味着胚胎一极的细胞相对于另一极的细胞旋转，因此错位。 这是由于乳沟的倾斜角度。 Deuterostomes 经历径向分裂，分裂轴要么平行要么垂直于极轴，要么导致两极之间的细胞对齐。

    该插图比较了原生体和 deuterostomes 的发展。 在 protostomes 和 deuterostomes 中，类似于空心细胞球的胃都含有一种叫做 blastopore 的凹痕。 在 protostomes 中，胃内形成两层圆形的中胚层，里面装有 coelom 腔。 随着原生体的发育，中胚层会生长并与胃细胞层融合。 blastopore 变成了嘴巴，第二个开口在嘴对面形成，变成了肛门。 在 deuterostomes 中，blastopore 中的两组胃细胞向内生长形成中胚层。 随着 deuterostome 的发育，中胚层会挤掉并融合，形成第二个体腔。 在这个阶段，deuterostome 的身体计划看起来与原生石的身体计划非常相似，但是 blastopore 变成了肛门，第二个开口变成了嘴巴。
    图\(\PageIndex{6}\)：Eucoelomates 可根据其早期胚胎发育分为两组。 在 protostomes 中，中胚层的一部分在一种叫做 schizocoely 的过程中分离形成腔室。 在 deuterostomes 中，中胚层在一个叫做 enterocoely 的过程中挤出来形成 coelom。 长期以来，人们一直认为 blastopore 会在 protostomes 中发育成口腔，在 deuterostomes 中发展成肛门，但最近的证据挑战了这种信念。

    protostomes 和 deuterostomes 中的乳沟类型之间还有第二个区别。 除了螺旋分裂外，原生体还会经历确定的分裂。 这意味着，即使在这个早期阶段，每个胚胎细胞的发育命运也已经确定。 细胞没有能力发育成任何类型的细胞。 相比之下，deuterostomes 会经历不确定的分裂，在这种分裂中，尚未预先确定细胞会发展成特定的细胞类型。 这些细胞被称为未分化细胞。 deuterostomes 的这种特征反映在熟悉的胚胎干细胞的存在上，这些干细胞能够发育成任何类型的细胞，直到它们的命运在后期发育阶段被编程出来。

    进化连接：Coelom 的演变

    动物分类的第一步是检查动物的身体。 研究身体部位不仅可以告诉我们有关器官的作用，还可以告诉我们物种可能是如何进化的。 其中一种用于动物分类的结构是 coelom。 腔室是在早期胚胎发育过程中形成的体腔。 coelom 允许对身体部位进行分隔，这样不同的器官系统就可以进化，营养运输成为可能。 此外，由于 coelom 是一个充满液体的空腔，它可以保护器官免受冲击和压缩。 简单的动物，例如蠕虫和水母，没有 coelom。 所有脊椎动物都有一个 coelom 可以帮助它们进化复杂的器官系统。

    没有 coelom 的动物被称为 acoelomates。 扁虫和绦虫就是 acoelomates 的例子。 他们依靠被动扩散来将营养物质运送到全身。 此外，acoelomates 的内脏器官无法受到保护，免受压碎。

    拥有真正的 coelom 的动物被称为 eucoelomates；所有脊椎动物都是 eucoelomates。 coelom 在胚胎发育过程中从中胚层进化而来。 腹腔包含胃、肝、胆囊和其他消化器官。 另一类基于体腔的无脊椎动物是 pseudocoelomates。 这些动物有一个假腔，没有完全由中胚层排列。 例子包括线虫寄生虫和小蠕虫。 这些动物被认为是从 coelomates 进化而来的，可能由于基因突变而失去了形成 coelom 的能力。 因此，早期胚胎发育的这一步骤（腔室的形成）对动物界的各种物种产生了巨大的进化影响。

    摘要

    动物界中的生物是根据其身体形态和发育进行分类的。 真正的动物分为具有径向对称性和双侧对称性的动物。 通常，较简单且通常不运动的动物表现出径向对称性。 具有径向对称性的动物通常还以发育两个胚胎生殖层为特征，即内胚层和外胚层，而具有双侧对称性的动物通常以发育第三个胚胎生殖层，即中胚层为特征。 具有三个细菌层（称为三倍细胞）的动物的进一步特征是存在或不存在称为腔室的体腔。 coelom 的存在有很多好处，拥有 coelom 的动物可以被称为真正的 coelomates 或 pseudocoelomates，具体取决于哪个组织会产生 coelom。 根据许多发育特征，包括合子裂解和 coelom 形成方法的差异，Coelomates 进一步分为两组之一，分别称为原生体和 deuterostomes。

    艺术联系

    图\(\PageIndex{1}\)：以下陈述中哪一项是错误的？

    1. Eumetazoans 有专门的组织，而 parazoans 没有。
    2. Lophotrochozoa 和 Ecdysozoa 都是 Bilataria。
    3. Acoela 和 Cnidaria 都具有径向对称性。
    4. 节肢动物与线虫的关系比与环节动物的关系更为密切。
    回答

    C

    图\(\PageIndex{4}\)：以下关于 diploblasts 和 triploblasts 的陈述中哪一项是错误的？

    1. 表现出径向对称性的动物是双倍细胞。
    2. 表现出双侧对称性的动物是三倍细胞。
    3. 内胚层产生消化道和呼吸道的内膜。
    4. 中胚层产生中枢神经系统。
    回答

    D

    词汇表

    acoelomate
    没有体腔的动物
    双边对称性
    一种对称性，其中只有一个对称平面，因此动物的左半部分和右半部分是镜像
    blastopore
    胃化过程中形成的凹痕，在胃肠阶段很明显
    coelom
    内衬体腔
    确定分裂
    每个胚胎细胞的发育组织命运已经确定
    deuterostome
    blastopore 发育成肛门，第二个开口发育到口腔中
    diPloblast
    由两个细菌层发育而成的动物
    肠胃的
    deuterostomes 的中胚层是从内皮组织中挤出来的袋子发育而成的，袋子里装的空腔变成 coelom
    eucoelomate
    体腔内完全衬有中胚层组织的动物
    不确定的分裂
    尚未预先确定生殖细胞或 “干细胞” 会发展成特定细胞类型的早期发育阶段
    protostome
    blastopore 发育成原生体的嘴巴，第二个开口发展成肛门
    pseudocoelomate
    体腔位于中胚层和内胚层之间的动物
    径向分裂
    分裂轴平行或垂直于极轴，导致两极之间的细胞对齐
    径向对称
    一种对称类型，具有多个对称平面，身体部位（射线）围绕中心盘排列
    schizocoely
    在 protostomes 的发育过程中，一团固体的中胚层会分裂并形成腔室的空心开口
    螺旋分裂
    胚胎一极的细胞相对于另一极的细胞旋转或错位
    triploblat
    由三个细菌层发育而成的动物