Ewolucja układu oddechowego u kręgowców

Kręgowce są podtypem zwierząt należącym do typu strunowców, charakteryzują się wyraźną symetrią dwuboczną i zaznaczoną w wielu miejscach metameryzacją ciała.
W szkielecie kręgowców występują chrzęstne i kostne elementy szkieletowe, wyróżnia się szkielet osiowy, czaszkę i szkielet odnóży.
Zaliczamy do nich :
Ryby (Pisces) są to kręgowce wodne;
- Płazy (Amphibia), gromada kręgowców obejmująca 3 rzędy: płazy ogonowe, płazy beznogie i płazy ogoniaste;
- Gady - należą do nich cztery rzędy: żółwie, krokodyle, hatterie i gady łuskonośne, które dzielą się na dwa podrzędy: jaszczurki i węże;
- Ptaki (Aves), w układzie systematycznym zaliczane są jako gromada zwierząt stałocieplnych;
- Ssaki (Mammalia), zwierzęta tworzące najwyżej uorganizowaną gromadę podtypu kręgowców (Vertebrata), typu strunowców.
Przodkowie kręgowców (bezżuchwowiec pancerny, ryby pancerne) w okresie kambru przeszli do wód słonawych, a następnie słodkich, ponieważ tam konkurencja pokarmowa i presja drapieżników była mniejsza. Rozwinęły się płetwy, pięcioczęściowy mózg, sprawny system oddechowy i krążenia.

BEZŻUCHOWCE
Współczesne bezżuchwowce (to właśnie one uważane są za przodków wszystkich kręgowców) reprezentowane są przez kręgouste (np. minoga) charakteryzujące się systemem oddychowym poprzez szpary skrzelowe - brzusznej części gardzieli - tworzą workowate uwypuklenia, które przebijają się na zewnątrz po bokach ciała. Uwypuklenia te, zwane listwami skrzelowymi, tworzą workowate skrzela. Minóg posiada 7 par skrzeli.

RYBY
Stanowią najliczniejszą gromadę kręgowców , która szybko osiągnęła przewagę nad bezżuchwowcami.
Aparat oddechowy: brak dróg oddechowych a ich rolę pełni przełyk.
Wymiana gazowa odbywa się w blaszkowatych skrzelach (u ryb dwudysznych w płucach). U niektórych przez jelito, pęcherz pławny lub skórę.
Ruchy oddechowe odbywają się z udziałem pokryw skrzelowych.

PŁAZY
Są to zwierzęta wodno-lądowe, a ich \"wyjście na ląd\" najprawdopodobniej w dewonie to ważny i długotrwały proces zmiany warunków bytowania. Najważniejszy do rozwiązania problem - oddychanie tlenem zawartym w powietrzu.
Rozwinięcie dróg oddechowych - w warunkach lądowych skrzela są całkowicie nieprzydatne (blaszki skrzelowe wysychają i zlepiają się). Rozwiązaniem okazały się powierzchnie oddechowe \"schowane\" we wnętrzu ciała - stąd u kręgowców lądowych płucodyszność: płuca parzyste, cienkościenne worki. U płazów beznogich funkcjonuje tylko jedno płuco. Ruchy oddechowe z udziałem jamy gębowo-gardzielowej.
U form larwalnych zewnętrzne lub wewnętrzne skrzela.
Wymiana gazowa odbywa się także przez skórę.

GADY
Pierwsze kręgowce, które skutecznie opanowały wszystkie zasadnicze typy środowisk.
To stara grupa wykazująca progresywne cechy ewolucji .
Usprawnienie wymiany gazowej było konsekwencją całkowitej redukcji oddychania skórnego.
Powierzchnia oddechowa płuc gadów uległa zwiększeniu, usprawnieniu uległ także mechanizm wentylacji płuc - powstała bowiem klatka piersiowa.
W połączeniu ze sprawniejszym systemem krążenia zapewniło to lepsze zaopatrzenie tkanek w tlen, a co za tym idzie - szybsze tempo metabolizmu.
Są zwierzętami płucodysznymi. Płuca podzielone są na komory pęcherzykowe. Nazywane są płucami gąbczastymi, gdyż zbudowane są z gęsto skupionych przewodów powietrznych i naczyń krwionośnych.
U form zaawansowanych do płuc prowadzą oskrzela powstałe z rozgałęzienia tchawicy. Przewietrzanie płuc następuje dzięki rytmicznym ruchom klatki piersiowej. Możliwe jest to dzięki elastyczności klatki oraz istnieniu mięśni międzyżebrowych i brzusznych.
Żółwie wodne oddychają jelitowo (silnie ukrwiona ściana kloaki).
U niektórych węży występuje tylko jedno płuco.

PTAKI
Pochodzenie ptaków jest bardzo złożonym zagadnieniem, ponieważ różnią się one wyraźnie od innych kręgowców. Zostało stwierdzone, że mają najsprawniejszy układ oddechowy w świecie zwierząt.
Układ oddechowy u ptaków składa się z płuc i worków powietrznych, które wnikają do kości długich . Worków jest zwykle 9 (4 parzyste i 1 nieparzysty) oraz dzielą się na przednie i tylne, a ponadto połączone są z płucami w funkcjonalną całość , która nie ma zdolności do aktywnej zmiany objętości. Dopiero ucisk mięśni szkieletowych na worki zmienia ich objętość i wymusza przepływ powietrza przez płuca.
Podstawą systemu są niewielkie, mało elastyczne płuca o relatywnie bardzo dużej powierzchni czynnej.
Dodatkowo ruchy skrzydeł są zsynchronizowane z wdechami i wydechami. Uniesienie skrzydeł powoduje wdech, a opuszczenie wydech. Zarówno podczas wdechu, jak i wydechu strumień powietrza przepływa przez płuca od tyłu ku przodowi i zjawisko to nazwane zostało podwójnym oddychaniem.
Worki powietrzne pełnią również inne funkcje:
- zmniejszają ciężar właściwy ptaka,
- są rezerwuarem powietrza,
- ogrzewają zimne i schładzają gorące powietrze,
- nawilżają powietrze,
- chronią przed przegrzaniem w czasie lotu.

SSAKI
Początkowo grupa ta ewoluowała bardzo wolno. Kenozoik nazywany jest erą ssaków. Po ustąpieniu wielkich gadów to właśnie ta grupa kręgowców szybko rozpowszechniała się na lądach, a w pewnym momencie opanowała także środowisko wodne.
Układ oddechowy ssaków silnie nawiązuje do ich gadzich przodków.
Ssaki są zwierzętami płucodysznymi. Płuca muszą pokrywać niemal całe zapotrzebowanie organizmu na tlen. Oddychanie przez powłoki ciała ma mocno ograniczony charakter. Istotne różnice wynikają zaś z endotermii ssaków - utrzymywania stałej temperatury ciała, która wymaga wysokiego poziomu metabolizmu.
Modyfikacja i zmiana układu oddechowego szły w kierunku: zwiększenia powierzchni wymiany gazowej oraz usprawnienia mechaniki wentylacji płuc.
Podstawą jest tutaj bardzo rozgałęzione drzewo oskrzelowe i oskrzelików. Płuca są duże, pęcherzykowate. Drogi oddechowe ssaków zapewniają wysoką sprawność wentylacji.
Wentylacja płuc ssaków opiera się na rytmicznych ruchach klatki piersiowej. Tylko u ssaków oddychanie wspomaga dodatkowa błona mięśniowa, czyli przepona .