Srovnávací morfologie obratlovců (viz stejnojmenný předmět – dr. Adam Konečný) • charakteristika • vznik orgánů • pokryv těla (integument) • kostra (skelet) • svalstvo • nervová soustava • smyslové orgány • trávicí soustava • dýchací soustava • cévní soustava • urogenitální soustava Fylogeneze a diverzita obratlovců 1 Charakteristika – apomorfie obratlovců • aktivní pohyb, intenzívní metabolismus • podélná polarizace (hlava, trup, ocas), •vnitřní metamerie (Hox - geny) • multiplikace shluků Hox genů (13 paralogních genů) nejčastěji 2x duplikace – tetraploidizace – 2R hyp., 3x duplikace – 6-7 shluků (Teleostei) • vícevrstevná pokožka (rohovatění - deriváty) • vnitřní kostra z chrupavek a kostí (evoluce kolagenu) • obratlovci včetně sliznatek – lebečnatí (Craniata) • obratlovci bez sliznatek - Vertebrata včetně sliznatek bez sliznatek Fylogeneze a diverzita obratlovců 2 Molecular evolution of fibrillar collagen in chordates, with implications for the evo-lution of vertebrate skeletons and chordate phylogeny. Evolution & Development, 8 (4): 370-377 Vertebrata Wada H. et al., 2006: • evoluce genů kolagenů u strunatců - 3 nezávislé klady • nezávislý vznik chordy, chrupavky a kosti Fylogeneze a diverzita obratlovců 3 • postupná redukce notochordu, nahrazení páteří z obratlů (alespoň arcualia) • lebka, končetiny s vnitřní kostrou (ichthyo-, chiropterygia) • myotomy ve tvaru W • diferencovaný mozek, kraniální nervy • uzavřená cévní soustava s autonomně tepajícím vícedílným srdcem, v krvi erytrocyty s hemoglobinem • párové ledviny mezodermálního původu • na dorzálních kořenech míšních nervů spinální ganglia proudový orgán postranní čáry s neuromasty • osmotický tlak tělních tekutin asi o třetinu nižší než mořská voda - hyperosmoregulace (u sliznatek osmokonformita) • epidermální smyslové plakody, z nich párové smyslové orgány na hlavě: čichový ústroj, inverzní komorové oko, vnitřní ucho (1,2-3 polokružné chodby) • nervová lišta (4. zárodečný list) – vytvoření hlavy Fylogeneze a diverzita obratlovců 4 • neurohumorální regulace, endokrinní žlázy, hypofýza, štítná žláza • adenohypofýza vzniká z ektodermu ústní dutiny (stomodea) • imunitní systém (postupný vznik apomorfních znaků, synapomorfie definované u recentních korunových skupin nemusely být přítomny u vymřelých kmenových skupin) Fylogeneze a diverzita obratlovců 5 ektoblast neuroektoblast nervová lišta mezoblast entoblast neurula obratlovců Vznik orgánů Fylogeneze a diverzita obratlovců 6 ektoblast neuroektoblast epidermální smyslové plakody nervové lišta (ektomezenchym) pokožka nervová trubice •prekurzory pojivových tkání (fibroblasty, chondroblasty, osteoblasty, odontoblasty, chromatoblasty); •indukce mnohovrstevného epitelu - pokožka a deriváty,,pigmentace trupu a ocasu; •dorzální kořeny míšních nervů a jejich senzorické neurony, sympatická a parasympatická ganglia, Schwannovy buňky, endokrinní žlázy, dřeň nadledvinek •senzorická ganglia hlavových nervů (V, VII, IX, X), měkká mozková plena •viscerální endoskelet lebky (žaberní oblouky), základy zubů; trabeculae cranii, přední část lebky včetně exoskeletu; rybí šupiny; hladká svalovina cév; rozdílný vývojový potenciál hlavové a trupové nervové lišty buňky nervové lišty (BNL) – 40 tkání a orgánů, mezi pokožkou a nervovou trubicí, migrace ganglia senzorických hlavových nervů, oční čočky, čichové a sluchové váčky, proudový orgán škára, svalovina, somatický endoskelet, močopohlavní, cévní s. mezoblast (dermatom, myotom, sklerotom, nefrotom a gonotom) trávicí trubice a žlázy, žábra a plíceentoblast Fylogeneze a diverzita obratlovců 7 „Agnatha“ = bezčelistní: vymřelé skupiny („Ostracodermi“ = štítnatci) + Cyclostomata = kruhoústí (mihule a sliznatky) Gnathostomata = čelistnatci Primárně vodní: Placodermi = pancířnatci Chondrichthyes = paryby Osteognathostomata Actinopterygii = paprskoploutví (bichiři, chrupavčití, kostlíni, kaprouni, kostnatí) Sarcopterygii = svaloploutví latimérie, dvojdyšní, „Rhipidistia“ – starobylé ryby Tetrapoda = čtvernožci Raní tetrapodi a Lissamphibia = obojživelníci Gymnophiona (Apoda) – červoři (beznozí) Caudata = ocasatí Anura = žáby Primárně suchozemští: Amniota = blanatí „Reptilia“ = plazi („Sauria“=ještěři, Ophidia=hadi) Aves = ptáci Mammalia = savci Fylogeneze a diverzita obratlovců 8 kůže vícevrstevná pokožka (epidermis) z ektoblastu škára (corium, dermis) z mezoblastu (dermatom) a z buněk neurální lišty 1. Pokryv těla (integument) Fylogeneze a diverzita obratlovců 9 a) plakoidní (dentin + enameloid) (Chondrichthyes) - zuby „AGNATHA“: nahá kostěné štítky („Ostracodermi“) - druhotně nahá (mihule) kostěné desky (Placodermi) - kostěné šupinyGNATHOSTOMATA: Šupiny: Primárně vodní obratlovci Acelulární kost (aspidin) – lamelární + vaskulární Odontody = dentin + „sklovina“ Fylogeneze a diverzita obratlovců 10 trend - ztenčování v kůži jen slizové buňky (mihule, ryby) d) leptoidní (elasmoidní) (lamelární acelulární kost, Teleostei) a) cykloidní b) ktenoidní c) ganoidní (lamelární a vaskulární kost, redukce kosminu; email = ganoin z ektoblastu, Chondrostei, bichiři, kaprouni a kostlíni) vaskulární kostvaskulární kost b) kosmoidní (lamelární kost = izopedin, vaskulární kost, dentin=kosmin, enameloid=vitrodentin z mezoblastu; Sarcopterygii) BNL – osteoblasty (kost) a odontoblasty (zubovina) kosmoidní ganoidní Fylogeneze a diverzita obratlovců 11 Primárně suchozemští obratlovci dermatoskelet (krycí kosti) („krytolebci“) - nahá (rec. Lissamphibia) rohovatění pokožky rohovinné deriváty (krunýře, štítky, šupiny) - ochrana před ztrátou vody AMNIOTA: peří srst („Reptilia“) tepelná izolace mnohobuněčné kožní žlázy (z ektoblastu): Lissamphibia (max.) Amniota –„plazi“ „plazi“, Avesredukce diferenciace Mammalia Fylogeneze a diverzita obratlovců 12 A) notochord (entoblast) B) chrupavka a kost (mezoblast, BNL) Notochord zachován primárně u: „Agnatha“, Placodermi, Acanthodii, Sarcopterygii sekundárně (pedomorfóza?) u: Acipenseriformes Notochord zaškrcován rozvojem těl obratlů: redukce až úplné vymizení: Chondrichthyes, Actinopterygii, Lissamphibia, Amniota („Reptilia“, Mammalia, Aves) OSIFIKACE: • endesmální (desmogenní, dermální) přeměna vaziva v kost (dermatoskelet z krycích kostí) • endochondrální nebo perichondrální (chondrogenní) náhrada chrupavky za kost (endoskelet z náhradních kostí) EXOSKELET ENDOSKELET Acelulární kost (aspidin) – celulární kost 2. Kostra (skelet) Fylogeneze a diverzita obratlovců 13 EXOSKELET (kostěný): pancíře, krunýře, rybí šupiny, krycí kosti lebky, část pásma přední končetiny (cleithrum, clavicula) ENDOSKELET (chrupavčitý nebo kostěný): A) somatický (ze sklerotomu somitů) obratle, chrupavčité neurocranium, část kostěného neurocrania, costae, sternum, část pásma přední končetiny (scapula, procoracoid atd.), celé pásmo zadní končetiny, celá kostra volných končetin B) viscerální (ze splanchnopleury a BNL) žaberní oblouky, viscerocranium, sluchové kůstky A B Fylogeneze a diverzita obratlovců 14 Obratle: vznik kolem chordy ze sklerotomu, vývoj nejednotný • oblouky (arcualia) dorzální (neurální, neurapofýzy) ventrální (hemální) • tělo Osní skelet - vertebrae, costae, sternum nejstarší částí neurální oblouky (mihule), vznikající těla obratlů postupně zaškrcují chordu (paryby a ryby) Fylogeneze a diverzita obratlovců 15 Typy obratlů podle tvaru těl:  amficélní (Chondrichthyes, Actinopterygii)  procélní (Anura, „Reptilia“)  opistocélní (Caudata)  platycélní (acélní, amfiplatní) (Mammalia)  heterocélní (Aves) Fylogeneze a diverzita obratlovců 16 Žebra: dorzálně připojena na těla a processi transversi obratlů A) dolní - v blízkosti myosept na somatopleuře, výztuha stěny coelomu, u vodních čelistnatců B) horní - v septum horizontale, suchozemští obratlovci a některé ryby metamerie (vodní čelistnatci) redukce (jen hrudní) („Sauria“, Aves, Mammalia) vymizení (Anura, Apoda) sekundární metamerie (Ophidia) Sternum: Anura – „Sauria“ - Aves (+crista sterni) - Mammalia (manubrium, corpus, processus xiphoideus) chybí: Caudata, Ophidia u suchozemských obratlovců B A Fylogeneze a diverzita obratlovců 17 CRANIUM neurocranium viscerocranium 1. neurocranium A. ENDOSKELET (somatický) • chrupavčité neurocranium : párové chrupavky praechordalia (trabeculae cranii), parachordalia srůst - bazální ploténka Lebka Fylogeneze a diverzita obratlovců 18 • kostěné neurocranium : v komplexu sphenoidale (lebeční báze) spodina lebeční: ethmosphenoidale, praesphenoid, basisphenoid + basioccipitale vertikální stěny: turbinalia, orbitosphenoid, alisphenoid, exoccipitale pololebka (mihule) kompaktní lebka (paryby): regio - occipitalis (chondrocranium) otica orbitalis ethmoidalis Fylogeneze a diverzita obratlovců 19 dolní: mandibulare - articulare - malleus 1. (1) – čelistní (Otx gen a Dlx geny) 2. viscerocranium ENDOSKELET (viscerální) – z ektomezenchymu nervové lišty, chrupavčitý, kostěný EXOSKELET (dermální) - jen kostěný žaberní oblouky (9): 0. (2) – praemandibulární ? horní (?): palatoquadratum - quadratum - incus horní: hyomandibulare - columella - stapes dolní: hyoideum-rohy jazylky-jiné části jazylky 3. opora žaber (vodní) - části jazylky (Tetrapoda) 4.-6. opora žaber (vodní) - chrupavky hrtanu (Tetrapoda) 7. opora žaber (Chondrichthyes) až vymizení (Tetrapoda) horní čelist: praemaxillare, maxillare dolní čelist: dentale (mandibula), angulare 2. (1) – jazylkový (Hox a2 gen) Fylogeneze a diverzita obratlovců 20 původ sluchových kůstek savců (Gaupp - Reichertova teorie) Fylogeneze a diverzita obratlovců 21 žralok Fylogeneze a diverzita obratlovců 22 Připojení viscerocrania k neurocraniu primární autostylie (euautostylie) hyostylie sekundární autostylie (metautostylie) amphistylie Fylogeneze a diverzita obratlovců 23 pinnae ventrales (V) pectorales (P) B) párové pinna caudalis (C) dorsalis (D) analis (A) A) nepárové „Agnatha“ Gnathostomata nepárový ploutevní lem - chrupavčité paprsky vodní obratlovci - ichthyopterygia (ploutve) fixace v trupu: pterygiophory (D, A), páteř (C) volná končetina: paprsky ceratotrichia - lepidotrichia - camptotrichia (Chondrichthyes) (Actinopterygii) (Dipnoi) fixace v trupu: pásma (přední - lopatkové, zadní - pánevní) volná končetina: basalia - radialia - paprsky Kostra končetin Fylogeneze a diverzita obratlovců 24 pinna caudalis heterocerkní homocerkní difycerkní Fylogeneze a diverzita obratlovců 25 heterocerkní difycerkní urostyl hypuralia homocerkní Fylogeneze a diverzita obratlovců 26 Vznik párových ploutví metapleurová teorie: rozpad párového ploutevního lemu (metapleur) Fylogeneze a diverzita obratlovců 27 pinnae pectorales pásmo: Chondrichthyes volná končetina: pinnae ventrales coracoscapulare = scapulocoracoid (k lebeční bázi) basalia, radialia ceratotrichia ischiopubicum (k páteři) = puboischiadicum Fylogeneze a diverzita obratlovců 28 basalia, radialia lepidotrichia (camptotrichia) pinnae pectorales pásmo: Sarcopterygii (archipterygium) volná končetina: pinnae ventrales pelvis (ilium, pubis)scapulocoracoid („Rhipidistia“) scapula + coracoid (Dipnoi) clavicula, (interclavicula) komplex cleithrum biseriální uniseriální uniseriální Fylogeneze a diverzita obratlovců 29 pinnae pectorales pásmo: Actinopterygii volná končetina: pinnae ventrales basipterygiumscapulocoracoid clavicula (jen u starobylých) komplex cleithrum jen zkrácená radialia prodloužená lepidotrichia jen prodloužená lepidotrichia Fylogeneze a diverzita obratlovců 30 přední pásmo: Tetrapoda volná končetina: zadní scapula + procoracoid + (meta)coracoid (jen u ptakořitných) clavicula, (interclavicula, cleithrum) pelvis (ilium, ischium, pubis) stylopodium: zeugopodium: autopodium: humerus ulna + radius carpalia (12) metacarpalia (5) digiti (5?) 2-3-4-5-3 femur tibia + fibula tarsalia (12) metatarsalia (5) digiti (5?) 2-3-4-5-4 Suchozemští obratlovci - chiropterygia Fylogeneze a diverzita obratlovců 31 Vznik chiropterygií čtvernožců (Tetrapoda) přeměnou uniseriálního archipterygia ryb „Rhipidistia“ Fylogeneze a diverzita obratlovců 32 Fylogeneze a diverzita obratlovců 33 přední(anterior) Tetrapoda zadní (posterior) Fylogeneze a diverzita obratlovců 34 35 Vznik končetin Fylogeneze a diverzita obratlovců 36 Fylogeneze a diverzita obratlovců Tetrapoda – chiropterygium Apikální ektodermální lišta (AEL) – prodloužení končetin – působení Hox Ablace AEL – vyvíjí se jen humerus Eliminace – vývoj jen humerus, radius a ulna (ne prsty) Inaktivace Hox genů (experimentálně) – nejznámější Sonic hedgehog gen (Shh) Hedgehog gen – podle podoby s larvou Drosophily, která má po mutaci genu hh ostnité bříško jako ježek 37 Apendikulární pupen – podoba pingpongové pálky Vymizení buněčných oblastí – vznik meziprstních prostor Programovaná buněčná smrt - apoptóza Řízeno Hox geny (11-13) a Hedgehog geny (3 geny) (hh) - signalizační proteiny pro vznik prstů Fylogeneze a diverzita obratlovců Vznik prstů Prsty tetrapodů jsou novotvary, jiné struktury než lepidotrichie 20 mil. let po lepidotrichiích somatická svalovina - příčně pruhovaná, z myotomu somitů Metamerie (vodní) - boční sval - myomery a myosepta - epaxiální a hypaxiální část, septum horizontale Rozpad bočního svalu (suchozemští) Aves myotom viscerální svalovina - ze splanchnopleury, hladká útrobní, srdeční sval branchiální svalovina – z BNL, příčně pruhovaná žaberní (pohyb čelistí, žvýkací a mimické svaly savců) kožní svalovina - z dermatomu (čepýření peří, ježení srsti) 3. Svalstvo 38 Fylogeneze a diverzita obratlovců NS = CNS + periferní nervstvo mozek mícha míšní hlavové (10, 12) vegetativní systém: sympaticus a parasympaticus A) 2 váčky 1. Prosencephalon 2. Rhombencephalon (7 rhombomer – NL, hlava, Hox geny) B) 3 váčky 1. Prosencephalon 3. Mesencephalon 2. Rhombencephalon pallium striatum Šedá hmota: bazální ganglia – subpallium (striatum, septum) kůra (cortex) - pallium C+D) 5 částí 4. Telencephalon 5. Diencephalon 3. Mesencephalon 6. Metencephalon (cerebellum) pons Varoli 7. Myelencephalon Otx Emx Pax Hox 4. Nervová soustava Mozek - encephalon 39 Fylogeneze a diverzita obratlovců Fylogeneze šedé hmoty konc. mozku dvojdyšní Pallium: - mediální - dorzální - laterální Subpallium: - striatum - septum obojživelníci bazální čelistnatci mihule paryby „plazi“ ptáci savci dorzální komorový hřeben (plazi a ptáci) – stereoskopické vidění hippocampus savců – sensorické funkce, explorační chování, krátkodobá paměť piriform – laterální pallium savců, olfaktorické informace septum – limbický systém, strach, úzkost, sociální a emoční chování (amygdala) striatum – koordinace pohybu 40 Fylogeneze a diverzita obratlovců Chondrichthyes Teleostei Amphibia Reptilia Aves Mammalia „Agnatha“ - diencephalon Teleostei - mesencephalon ostatní - telencephalon 41 Fylogeneze a diverzita obratlovců šedá hmota míšníbílá hmota míšní Mícha – medulla spinalis 42 Fylogeneze a diverzita obratlovců truncus sympaticus (sympatický kmen) mícha (medulla spinalis) sympaticus parasympaticus Vegetativní nervstvo 43 Fylogeneze a diverzita obratlovců Hlavové (mozkové) nervy 44 Fylogeneze a diverzita obratlovců • kožní receptory (exteroreceptory) • chuťové pupeny a pohárky Volná nervová zakončení - bolest; Merkelovy terčky (sek.) - dotek Tělíska - Meissner, Pacini, Herbst - hmat; Krause, Rufini - chlad, teplo Smyslové buňky: primární a sekundární Receptory: a) extero-, proprio-, entero-; b) chemo-, mechano-, radio- (foto-, termo-) 5. Smysly 45 Kys. glutamová, glutamát Fylogeneze a diverzita obratlovců • zrak - inverzní komorové oko sklivec (corpus vitreum) sítnice (11 vrstev) (retina) cévnatka (chorioidea) bělima (sclera) 1. bělima (+ rohovka), 2. cévnatka (+ duhovka, pupilla), 3. sítnice; přední a zadní komora, čočka (lens), řasnatý val (corpus ciliare) 46 Fylogeneze a diverzita obratlovců • zrak - akomodace klid zaostřování - akomodace na blízko na dálkumihule a kostnaté ryby m. retractor lentis na dálku na blízkoparyby,starobylé ryby, obojživelníci m. protractor lentis na dálku na blízkoAmniota - plazi, ptáci, savci 47 Fylogeneze a diverzita obratlovců • proudový orgán - neuromasty u ryb na bocích - postranní čára 48 Fylogeneze a diverzita obratlovců • sluchově rovnovážný orgán - ucho A. vnitřní ucho - kostěný (perilymfa) a blanitý labyrint (endolymfa); vestibulární aparát (U,S, DS)+ sluch (lagena - cochlea) B. střední ucho - středoušní dutina, tympanum, sluchové kůstky (1-columella, 3 - malleus, incus, stapes), oválné a kruhové okénko, Eustachova trubice C. vnější ucho - zevní zvukovod, boltec 49 Fylogeneze a diverzita obratlovců • sluchově rovnovážný orgán - ucho utriculus (U) sacculus (S) lagena (L) - cochlea ducti semicirculares (2, 3), ampullae A. vnitřní ucho Statické receptory: maculae U, S, L Kinetické receptory: cristae d. semicircularii Akustické receptory: maculae L - papilla basilaris (+ macula amphibiorum) Cortiho orgán statokonie - drobné, statolity (3 otolity) - velké 50 Fylogeneze a diverzita obratlovců • sluchově rovnovážný orgán - ucho A. vnitřní ucho Akustické receptory: maculae L - papilla basilaris (+ macula amphibiorum) Cortiho orgán 51 Fylogeneze a diverzita obratlovců A) mihule B) žralok C) okoun D) skokan E) holub F) králík ústní dutina hltan jícen žaludek střevo 6. Trávicí soustava 52 Fylogeneze a diverzita obratlovců mihule žralok bahník spirální řasa 53 Fylogeneze a diverzita obratlovců okoun skokan leguán pylorické výběžky - prodlužování střeva (střevní kličky) - diferenciace (tenké a tlusté střevo)54 Fylogeneze a diverzita obratlovců kur složený žaludek přežvýkavců bachor čepec kniha sléz = žaludek vole (ingluvies), žlaznatý (proventriculus) - svalnatý žaludek (ventriculus) - postventriculus 55 Fylogeneze a diverzita obratlovců • žábry mihule žralok kostnatá ryba žaberní váčky žaberní přepážky žaberní oblouky, skřele 7. Dýchací soustava 56 Fylogeneze a diverzita obratlovců • žábry paryby ryby 57 Fylogeneze a diverzita obratlovců • plícní vaky, plíce • plynový měchýř ductus pneumaticus Physostomi ovál a červené těleso Physoclisti 58 Fylogeneze a diverzita obratlovců • plíce pták mesobronchus dorsibronchi ventrobronchi parabronchi vzdušné vaky 59 Fylogeneze a diverzita obratlovců mihule paryby kostnaté ryby dvojdyšní ocasatí žáby želvy krokodýli ptáci savci • sinus venosus • předsíň (1, 2) • komora (1, 2) (ne)úplná mezikomorová přepážka • conus arteriosus nebo bulbus arteriosus (jen mihule, kaprouni a kostnaté ryby) Srdce 8. Cévní soustava 60 Fylogeneze a diverzita obratlovců • nefron Malpighiho tělísko = glomerulus + Bowmannův váček 9. Urogenitální soustava 61 Fylogeneze a diverzita obratlovců (opisthonefros, mesonefros, metanefros) • nefron vnější glomerulus (holonefros, pronefros) vnitřní glomerulus 62 Fylogeneze a diverzita obratlovců • moč Amotelní (amoniak) - kostnaté ryby Ureotelní (močovina) -paryby, latimérie, bahníci, žáby, savci (Henleova klička) Urikotelní - (kyselina močová) - plazi, ptáci paprskoploutvé ryby paryby, latimérie sliznatky plazi, ptáci bahníci, žáby savci 63 Fylogeneze a diverzita obratlovců Holo ~ Pro ~ Opisto ~ Meta ~ Meso ~ metamerie, vnější glomerulus koncentrace, vnitřní glomerulus Holonefros – minohy a larvy červořů Pronefros – přední ledvina mihulí, kostnatých ryb a pulců Opistonefros – ledvina dospělých „Anamnií“ Mesonefros – ledvina embryí Amniot Metanefros – ledvina dospělých Amniot • ledviny - nefros 64 Fylogeneze a diverzita obratlovců prim. = primární močovod, resp. chámovod (Wolfova chodba), příp. chámomočovod (žáby), chámovod (paryby, ocasatí) Skupina Typ ledviny (~ nefros) Močové cesty Pohlavní cesty holo~ pro~ opisto~ meso~ meta~ prim. sekund. prim. sekund. minohy mihule paryby ryby prim. ryby kostnaté larvy červořů larvy ostatních ocasatí o. žáby embrya amniot amniota 65 Fylogeneze a diverzita obratlovců • opisthonefros • varle „ANAMNIA“ Amphibia Chondrichthyes Sarcopterygii Actinopterygii 66 Fylogeneze a diverzita obratlovců