15.1: 动物王国的特征

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尽管动物界的成员非常多样化，但动物具有共同的特征，使它们与其他王国的生物区分开来。所有动物都是真核生物、多细胞生物，几乎所有动物都有专门的组织。大多数动物都是活动的，至少在生命的某些阶段是如此。动物需要食物来源才能生长和发育。所有动物都是异养的，会摄入活的或死亡的有机物。这种获取能量的形式将它们与自养生物（例如大多数通过光合作用产生自身营养的植物）和从外部消化食物的真菌区分开来。动物可能是食肉动物、食草动物、杂食动物或寄生虫（图\(\PageIndex{1}\)）。大多数动物通过性繁殖：后代经历了一系列发育阶段，这些阶段制定了坚定的身体计划，这与植物不同，在植物中，身体的确切形状尚不确定。身体计划是指动物的形状。

a 部分显示了一只嘴里有一条大鱼的熊。 b 部分显示了罐子里的一颗心。长长的线状蠕虫从心脏延伸。 — **图\(\PageIndex{1}\)：**所有从食物中获取能量的动物都是异养动物。 (a) 黑熊是一种杂食动物，既吃植物又吃动物。 (b) 心丝虫 Dirofilaria immitis 是一种寄生虫，从宿主那里获取能量。如图所示，它在蚊子中度过幼虫阶段，成虫阶段侵扰狗和其他哺乳动物的心脏。（来源 a：美国农业部森林服务局对作品的修改；来源 b：克莱德·罗宾逊对作品的修改）

复杂的组织结构

动物的标志性特征是特殊的结构，这些结构经过区分以发挥独特的功能。作为多细胞生物，大多数动物会发展出特殊的细胞，这些细胞组合成具有特殊功能的组织。组织是具有共同胚胎起源的相似细胞的集合。动物组织主要有四种类型：神经、肌肉、结缔和上皮组织。神经组织包含传递神经冲动的神经元或神经细胞。肌肉组织收缩导致各种类型的身体运动，从生物体的运动到体内运动。动物还有专门的结缔组织，可提供多种功能，包括运输和结构支持。结缔组织的例子包括血液和骨骼。结缔组织由细胞外物质分离的细胞组成，这些物质由有机和无机材料制成，例如骨骼的蛋白质和矿物质沉积物。上皮组织覆盖动物体内器官的内部和外表面以及生物体体的外表面。

概念在行动

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观看此视频，观看生物学家 E.O. Wilson 关于动物多样性重要性的演讲。

动物繁殖与发育

大多数动物都有通过减数分裂产生的二倍体（体体）细胞和少量单倍体繁殖（配子）细胞。有一些例外：例如，在蜜蜂、黄蜂和蚂蚁中，雄性是单倍体，因为它是由未受精的卵发育而成的。大多数动物都经过有性繁殖，而许多动物也有无性繁殖的机制。

有性生殖和胚胎发育

几乎所有动物都能够通过性繁殖；对许多人来说，这是唯一可能的繁殖方式。这将动物与真菌、原生生物和细菌区分开来，在真菌、原生生物和细菌中，无性繁殖是常见的或排他性的。在有性生殖过程中，一个物种的雄配子和雌配子在一个称为受精的过程中结合在一起。通常，小而运动的雄性精子会传播到大得多的无柄雌卵中。精子的形式多种多样，包括带有鞭毛或变形虫细胞的细胞，以促进活力。配子核的受精和融合会产生合子。施肥可以是内部的，尤其是在陆地动物身上，也可以是外部施肥，这在许多水生物种中很常见。

受精后，随着细胞的分裂和分化，随之而来的是发育顺序。许多正在开发的事件是在相关动物物种群中共享的，而这些事件是科学家对高级动物群体进行分类的主要方法之一。在发育过程中，动物细胞分化并形成组织，决定其未来的形态和生理学。在许多动物中，例如哺乳动物，幼体与成年人相似。其他动物，例如某些昆虫和两栖动物，会经历完全的变态，个体进入一个或多个幼虫阶段。对于这些动物，幼体和成年动物的饮食不同，有时还有栖息地。在其他物种中，会出现不完全变态的过程，在这个过程中，幼体与成年人有些相似，经历了一系列被臼齿（皮肤脱落）隔开的阶段，直到它们达到最终的成虫形态。

无性繁殖

与有性生殖不同，无性繁殖产生的后代在基因上彼此相同，也与父母相同。许多动物物种，尤其是那些没有骨干的动物物种，甚至是一些鱼类、两栖动物和爬行动物，都能够进行无性繁殖。除了偶尔出现相同的双胞胎外，鸟类和哺乳动物不存在无性繁殖。固定水生动物最常见的无性繁殖形式包括萌芽和碎裂，在这种情况下，亲本个体的一部分可以分离并成长为新的个体。相比之下，在某些无脊椎动物和稀有脊椎动物中发现的一种无性繁殖形式被称为单性生殖（或 “处女初生”），在这种形式中，未受精的卵会发育成新的后代。

动物的分类特征

根据形态和发育特征（例如身体计划）对动物进行分类。除海绵外，动物的身体平面图是对称的。这意味着它们在身体部位的分布沿轴线保持平衡。有助于动物分类的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。

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 Protostomia 和 Deuterostomia，它们具有体腔。 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、Nemertea（包括丝带虫）、Rotifera 和 Platyhelminthes（包括扁虫）。 — **图\(\PageIndex{2}\)：**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？

Eumetazoa 有专门的组织，而 Parazoa 没有。
acoelomates 和 pseudocoelomates 都有体腔。
根据该图，和弦与棘皮动物的关系比与轮虫的关系更为密切。
有些动物具有径向对称性，有些动物具有双向对称性。

身体对称性

动物的形态可能不对称、径向或双侧（图\(\PageIndex{3}\)）。非对称动物是指没有图案或对称性的动物；不对称动物的一个例子是海绵（图\(\PageIndex{3}\) a）。具有径向对称性的生物体（图\(\PageIndex{3}\) b）具有纵向（向上和向下）的方向：沿着这个向上向下轴切割的任何平面都会产生大致镜像的一半。具有径向对称性的生物的一个例子是海葵。

插图 a 显示了一块不对称的海绵，其身体呈管状，一侧生长。插图 b 显示了一只海葵，其身体呈管状，径向对称。触手从管子的顶部生长。相隔 120 度的三个垂直平面解剖了身体。每架飞机一侧的身体的一半是另一侧身体的镜像。图 c 显示了一只身材双向对称的山羊。一架飞机从前向后穿过山羊的中间，将尸体解剖成左右两半，它们是彼此的镜像。山羊的顶部被定义为背部，底部被定义为腹侧。山羊的前部被定义为前部，背部被定义为后部。 — **图\(\PageIndex{3}\)：**动物表现出不同类型的身体对称性。 (a) 海绵是不对称的，没有对称平面；（b）海葵具有径向对称性，有多个对称平面；（c）山羊具有双向对称性，有一个对称平面。

图\(\PageIndex{3}\) c 使用山羊说明了双向对称性。山羊也有上下两侧，但它们并不对称。从前向后切割的垂直平面将动物分成大致镜像的左右两侧。具有双侧对称性的动物还有 “头部” 和 “尾巴”（前后部）以及背部和下侧（背侧与腹侧）。

概念在行动

观看此视频，快速了解不同类型的身体对称性。

组织层

大多数动物物种在胚胎发育过程中都会经历早期组织的分层。这些层被称为细菌层。每层都发展成一组特定的组织和器官。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。具有双侧对称性的动物会形成三个生殖层：内层（内胚层）、外层（外胚层）和中间层（中胚层）。有三个细菌层的动物被称为三倍细胞。

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。

Coelom 的存在与否

Triploblasts 可能会形成源自中胚层的体内腔，称为 coelom（pr. see-lōm）。这个上皮内衬的腔是一个空间，通常充满液体，位于消化系统和体壁之间。它容纳肾脏和脾脏等器官，并包含循环系统。没有发育 coelom 的 Triploblasts 被称为 acoelomates，尽管它们有肠腔，但它们的中胚层区域完全充满了组织。 acoelomates 的例子包括扁虫。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。蚯蚓、蜗牛、昆虫、海星和脊椎动物等动物都是 eucoelomates。第三组 triploblasts 的体腔部分来自中胚层，部分来自内胚层组织。这些动物被称为 pseudocoelomates。蚯蚓，就是伪腔虫的例子。关于 pseudocoelomates 之间关系的新数据表明，这些 phyla 并不密切相关，因此 pseudocoelom 的进化肯定发生过不止一次（图\(\PageIndex{2}\)）。真正的 coelomates 可以根据其早期胚胎发育的特征来进一步表征。

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，两端都是锥形的。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，pseudocoelom 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 acoelomates、eucoelomates 或 pseudocoelomates。 Eucoelomates 在中胚层内有一个体腔，叫做 coelom，里面衬着中胚层组织。 Pseudocoelomates 有类似的体腔，但它衬有中胚层和内胚层组织。（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）

Protostomes 和 Deuterostomes

双边对称的 triploblastic eucoelomates 可以根据其早期胚胎发育的差异将其分为两组。原生体包括节肢动物、软体动物和环节动物等门类。 Deuterostomes 包括弦和棘皮动物。这两组被命名为首先出现消化腔开口的来源：口腔或肛门。 protostome 这个词来自希腊语，意思是 “嘴第一”，而 deuterostome 起源于意思是 “嘴巴第二” 的单词（在本例中，肛门首先发育）。这种差异反映了一种叫做 blastopore（图\(\PageIndex{6}\)）的结构的命运，它变成了原生体中的嘴巴，在 deuterostomes 中变成了肛门。 protostomes 和 deuterostomes 的其他发育特征有所不同，包括 coelom 的形成模式和胚胎的早期细胞分裂。

章节摘要

动物构成了多样化的生物王国。尽管动物的复杂性从简单的海绵到人类不等，但大多数动物都具有某些共同特征。动物是真核、多细胞、异养生物，它们会摄取食物，通常会发展成具有固定身体计划的活动生物。动物界的大多数成员都有分化组织，分为四大类：神经、肌肉、结缔和上皮，这些组织专门用于发挥不同的功能。大多数动物通过性繁殖，导致整个动物界的发育顺序相对相似。

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。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。有体腔的动物可能是 coelomates 或 pseudocoelomates，这取决于哪个组织会产生 coelom。根据许多发育特征，Coelomates 进一步分为两组，分别是 protostomes 和 deuterostomes。

艺术连接

图\(\PageIndex{2}\)：以下陈述中哪一项是错误的？

答：Eumetazoa 有专门的组织，而 Parazoa 没有。
B. acoelomates 和 pseudocoelomates 都有体腔。
根据该图，C. Chordates 与棘皮动物的关系比与轮虫的关系更为密切。
D. 有些动物具有径向对称性，有些动物具有双向对称性。

回答: B

词汇表

acoelomate: 没有体腔

不对称的: 没有对称平面

双边对称: 一种对称性，其中只有一个对称平面会产生两个镜像边

身体计划: 生物体的形状和对称性

coelom: 源自中胚层胚胎组织的内衬体腔

deuterostome: 描述了一种动物，其中 blastopore 发育成肛门，第二个开口发育到嘴里

diPloblast: 一种由两个胚胎生殖层发育而成的动物

eucoelomate: 描述体腔完全衬有中胚层组织的动物

细菌层: 在胚胎发育过程中形成的细胞集合，将产生未来的身体组织

protostome: 描述了一种动物，其中口腔在胚胎发育过程中首先发育，第二个开口发育成肛门

pseudocoelomate: 一种动物的 coelom 没有像 eucoelomate 动物那样完全衬有来自中胚层的组织

径向对称: 一种具有多个对称平面的对称性，它们都在穿过生物体中心的轴线上交叉

triploblat: 一种由三个细菌层发育而成的动物

贡献者和归因

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