Wie hat sich das Herz-Kreislauf-System entwickelt?

Während andere die Gesamtaspekte Ihrer Frage angesprochen haben, wäre es meiner Meinung nach nützlich, sich die Einzelheiten anzusehen.

Schauen Sie sich das Herz (oder genauer gesagt die Herzen ) des Regenwurms an:

Sie sind nichts weiter als Venen, um die sich einige Pumpmuskeln wickeln. Es scheint fast zu weit hergeholt, sie Herzen zu nennen, sie sind so anders geformt als das, was wir uns unter einem eigentlichen Herzen vorstellen.

Beachten Sie auch die Lungen des Regenwurms, oder besser gesagt, deren Fehlen. Es hat keine! Warum nicht? Es braucht sie nicht. Über die Osmose bekommt er genügend Sauerstoff durch seine Haut. Nur größere Organismen benötigen spezielle Systeme, um Sauerstoff aus der Umgebung zu konzentrieren.

Der Wurm hat also ein einfacheres System (kein Kammerherz, keine Lunge), das funktioniert.

Alle Wirbeltiere stammen von einem gemeinsamen Vorfahren ab, der diesem Regenwurm sehr ähnlich war. Es hatte einfache Herzen und keine Lungen. Sie können die Entwicklung des menschlichen Herzens durch das Fischherz verfolgen:

Das ist ein ausgeklügelteres Pumpgefäß mit zwei Kammern.

Amphibien entwickelten sich aus Fischen, Reptilien aus Amphibien und Säugetiere aus Reptilien. In diesem Diagramm werden Sie feststellen, dass das Herz in jedem Fall raffinierter und effizienter wird:

Dies sollte Ihnen also eine gute Vorstellung von der Entwicklung des menschlichen Herzens von einem einfacheren, funktionierenden System geben. Ich werde mir nicht die Zeit nehmen, die Entwicklung von Blutgefäßen oder Lungen darzustellen; Vielleicht wird es jemand anderes tun, oder Sie können sie selbst googeln, die Informationen sind leicht verfügbar. Aber sie folgen alle dem gleichen Muster: allmähliche, inkrementelle Verbesserungen an funktionierenden, einfacheren Systemen.

Diese Art von Frage wurde in einem Buch mit dem Titel „Darwin's Black Box“ von Michael Behe ​​aufgeworfen, der Biochemieprofessor in den USA ist – er nennt dies „ irreduzible Komplexität “ (IC). Zum Beispiel das Blutgerinnungs-Kaskadensystem, bei dem es eine große Anzahl von Komponenten gibt, die alle scheinbar für den Prozess unerlässlich sind.

Nun muss ich sagen, dass ich die Idee, dass dies ein Problem ist, gelinde gesagt, sehr wenig überzeugend finde. Es ist jedoch eine vernünftige Frage zu stellen; Wie entsteht ein System voneinander abhängiger Elemente, wenn wir davon ausgehen, dass sich kein Teil allmählich ändern kann, ohne dass das gesamte System zusammenbricht?

Dabei gibt es – mindestens – zwei große Probleme. Erstens hat sich die Annahme, dass man an einem solchen System nichts ändern kann, meist als falsch herausgestellt. Zweitens würden sich Systeme offensichtlich aus anderen, einfacheren Systemen entwickeln, die genauso effektiv sind.

Angenommen, ich beginne mit drei Elementen in meinem System (zum Beispiel drei Proteinen). Sie sind alle unerlässlich , da jeder den anderen benötigt, um richtig zu funktionieren. Jetzt führe ich ein weiteres Protein in das System ein und mache es nur von einem der vorhandenen Proteine ​​abhängig . Ist dieses System IC? Nein, wir können das neue Protein entfernen und das Ganze funktioniert immer noch. Allmählich machen wir die anderen Teile des Systems von dem neuen Protein abhängig und plötzlich haben wir ein „IC“-System.

Mit anderen Worten, das „Problem“ liegt darin, sich vorzustellen, dass man aus dem Nichts zu einer vollständig funktionierenden Mausefalle werden muss. Wahrscheinlicher erscheint, dass Elemente eines Systems eines nach dem anderen geändert werden und dass sich das System durch eine Reihe von Zuständen entwickelt, in denen man auf ein Element zeigen und behaupten könnte, es sei wesentlich.

Ein letzter Punkt ist, dass kein mehrzelliger Organismus in einem Schritt vollständig geboren wird. Die Prozesse, die ein Embryo durchläuft, ähneln konzeptionell (wenn auch nicht genau ) der Evolution, da sich verschiedene Organe zu unterschiedlichen Zeiten entwickeln können oder einfachere Versionen davon, die als einfacheres System zusammenarbeiten können.

Um dies etwas weniger abstrakt zu machen, betrachten Sie das Regenwurmbeispiel in der obersten Antwort. Es hat nur ein einfaches Herz und Blutgefäße - es scheint nicht so schwierig zu sein, daher einige Lungen hinzuzufügen. Hier ist ein triviales Diagramm:

Die Linien hier sind Wechselwirkungen zwischen den Organen – das Herz pumpt Blut durch die Gefäße und die Lungen (falls vorhanden) versorgen das Blut mit Sauerstoff. Wir entwickeln uns vom einfacheren System (1) zum komplexeren System (2), indem wir einfach ein weiteres Element hinzufügen.

Die Schwierigkeit bei einigen Systemen besteht jedoch darin, dass die Wechselwirkungen zwischen den Teilen Abhängigkeiten sind. Ein sehr einfaches Beispiel könnten Proteine ​​sein, die andere Proteine ​​aktivieren/deaktivieren (z. B. durch Phosphorylierung). Dann könnten wir theoretisch eine Situation wie diese bekommen:

Hier sieht das endgültige System (4) so ​​aus, als wäre es „nicht reduzierbar“ komplex, da Sie keines von (A, B, C, D) entfernen können, ohne den Kreislauf zu unterbrechen. Bei jedem Schritt haben wir jedoch nur eine Abhängigkeit hinzugefügt oder entfernt. Dies zeigt auch die Bedeutung der Redundanz in biologischen Systemen. Wenn Sie entweder C oder D aus System (3) ausschalten, funktioniert es immer noch.

Das ist eine gute Frage, aber sie hat einen enormen Umfang, da Sie über die Entwicklung von Millionen verschiedener lebender Tiere über Hunderte von Millionen von Jahren sprechen, von denen keines noch am Leben ist, also müssen wir Schlussfolgerungen ziehen, basierend auf was wir beobachten in ihren überlebenden Nachkommen.

Das heißt, wenn Sie lernen möchten, wie "Zwischen"-Körpersysteme (z. B. nicht ganz Lunge, nicht ganz Herz, nicht ganz Gehirn) Körpersysteme funktionieren könnten, müssen Sie zuerst etwas über die Biologie vieler lernen andere Tiere. Nicht alle Tiere haben Lungen oder Herzen oder Nervensysteme. Nicht alle Tiere haben Blut.

Genauer gesagt ist der Schlüsselfaktor jedoch, dass mehrere hundert Millionen Jahre eine wirklich, wirklich, wirklich lange Zeit sind. Es ist eine so lange Zeit, dass sie weit außerhalb jedes typischen menschlichen Verständnisses liegt. Betrachten Sie die Gesamtheit Ihrer bisherigen Lebenserfahrung und alles, was Sie gesehen haben, als sich verändert hat. Im Vergleich dazu, wie lange der Evolutionsprozess in Gang war, lag Ihre Lebensspanne in der Größenordnung von einer Millisekunde eines Tages.

Einfachere Formulare, die für einfachere Anforderungen entwickelt wurden. Nehmen Sie zum Beispiel Planarien, die dünn und klein genug sind, um ihre Sauerstoffversorgung durch Diffusion direkt durch ihre Oberfläche zu erhalten. Stellen Sie sich nun ein etwas größeres Tier vor, das ein etwas ausgefeilteres System benötigt, um seine inneren Regionen gut mit Sauerstoff zu versorgen. Ein Muskel mit einem abweichenden, autonomen Zucken würde ausreichen, um mehr sauerstoffreiche Flüssigkeiten durch den Körper zu rühren/zirkulieren. Darüber hinaus ist jeder kleine Zufall, der dies erleichtert (z. B. einige Zellen binden sich etwas besser an Sauerstoff, der Muskel zuckt etwas stärker oder regelmäßiger usw.), eine andere Form, die dem, was wir heute sehen, näher kommt.

Eine gute Frage, in der Tat, und nicht leicht zu beantworten (oder zu verstehen). Ich gebe eine sehr vereinfachte Antwort. Denken Sie daran, dass die Prozesse, die ich beschreiben werde, WIRKLICH komplex sind.

Sie müssen lange vor Blut, Gehirn usw. denken. Vor Milliarden von Jahren wurden auf dem Planeten organische Moleküle gebildet. Diese organischen Moleküle begannen sich zu „vereinigen“. Millionen Jahre später entstanden einfache Zellen, die noch nicht einmal einen Zellkern hatten. Einige Millionen Jahre später begannen sich Zellen mit Zellkern zu bilden. Später begannen sich diese Zellen zu aggregieren und verwandelten sich in Kolonien einzelliger Individuen. Mit der Zeit verwandelten sich diese Kolonien in mehrzellige Individuen, wobei jedoch alle Zellen einander gleich waren. Danach begannen Zellen in einem Organismus, sich in einige Funktionen zu differenzieren (zum Beispiel Verdauungs- und Nervenfunktionen). Langsam wurden komplexere Organismen gebildet, da die Zellen, die diese Organismen bildeten, sich zu differenzieren begannen und verschiedene Arten von Geweben bildeten, die im Laufe von Millionen von Jahren zu immer komplexeren Organismen entwickelt. Denken Sie zum Beispiel an Nesseltiere. Sie sind sehr „einfache“ (ich verwende „einfach“ stellvertretend für „nicht komplex“) Wesen. Sie haben kein Kreislaufsystem. In letzteren Gruppen entwickelte sich ein Kreislaufsystem: Das erste, "einfache" Kreislaufsystem trat bei Nematoden auf (wenn ich mich nicht irre). Aber es war wirklich "einfach". Mit der Zeit begannen aufgrund verschiedener evolutionärer Drücke andere, komplexere Kreislaufsysteme zu entstehen. Dasselbe gilt für jede Art von Zelle, Gewebe oder Organ, die man sich in jedem Organismus vorstellen kann: In letzteren Gruppen entwickelte sich ein Kreislaufsystem: Das erste, "einfache" Kreislaufsystem trat bei Nematoden auf (wenn ich mich nicht irre). Aber es war wirklich "einfach". Mit der Zeit begannen aufgrund verschiedener evolutionärer Drücke andere, komplexere Kreislaufsysteme zu entstehen. Dasselbe gilt für jede Art von Zelle, Gewebe oder Organ, die man sich in jedem Organismus vorstellen kann: In letzteren Gruppen entwickelte sich ein Kreislaufsystem: Das erste, "einfache" Kreislaufsystem trat bei Nematoden auf (wenn ich mich nicht irre). Aber es war wirklich "einfach". Mit der Zeit begannen aufgrund verschiedener evolutionärer Drücke andere, komplexere Kreislaufsysteme zu entstehen. Dasselbe gilt für jede Art von Zelle, Gewebe oder Organ, die man sich in jedem Organismus vorstellen kann:Komplexe Organismen sind das Ergebnis von Millionen von Jahren einfacherer Organismen, die in wirklich kleinen Schritten komplexere Organismen hervorbrachten.

Ich hoffe, Sie verstehen, was ich zu sagen versuche. Um all dies wirklich zu begreifen, muss man viel Evolution studieren, weil es für uns ein schwer zu verstehendes Konzept ist.