מחד-תאיים ליונקים: התפתחות מערכות הגוף בהיבט אבולוציוני
פיזיולוגיה השוואתית בוחנת איך מערכות גוף השתנו לאורך האבולוציה, מיצורים חד-תאיים ועד יונקים. המעבר לרב-תאיות דרש חלוקת תפקידים בין תאים והתפתחות מערכות שמקשרות בין חלקי הגוף. שינוי גדול נוסף הוא המעבר מסביבה מימית לסביבה יבשתית, שהוביל להתאמות במבנה ובמנגנוני פעולה של מערכות שונות.
עיקרון חשוב להבנת השינויים הוא יחס שטח פנים לנפח. כשיצור גדל, הנפח עולה מהר יותר משטח הפנים, ולכן קשה יותר להחליף חומרים עם הסביבה דרך פני הגוף בלבד. כתוצאה מכך, ביצורים גדולים ומורכבים מתפתחות מערכות הובלה, נשימה והפרשה יעילות יותר. בבחינה חשוב לקשר בין עיקרון זה לבין הצורך במערכות פנימיות מתמחות.
מערכת ההובלה נועדה להעביר חומרים בתוך הגוף, והיא משתנה בין קבוצות כמו חרקים, דגים, דו-חיים, זוחלים, עופות ויונקים. הבדל מרכזי הוא בין מחזור דם פתוח למחזור דם סגור. במחזור פתוח הנוזל אינו זורם כל הזמן בתוך כלי דם סגורים, בעוד שבמחזור סגור הדם נשאר בתוך כלי דם וכך ההובלה יכולה להיות מדויקת ויעילה יותר.
גם מבנה הלב השתנה לאורך האבולוציה, יחד עם אופן זרימת הדם. יש מעבר ממחזור דם יחיד למחזור דם כפול, כלומר ממסלול אחד שבו הדם עובר דרך הלב פעם אחת בכל סיבוב, לשני מסלולים נפרדים יותר. שינוי זה קשור לעלייה בדרישות הגוף ולצורך לספק חמצן וחומרי מזון ביעילות. בהשוואות בין קבוצות, הדגישו את הקשר בין מבנה הלב לבין יעילות ההובלה.
מערכת הנשימה מאפשרת חילוף גזים, ובעיקר קליטת חמצן ופינוי פחמן דו-חמצני. בחרקים חילוף הגזים מתבצע באמצעות טרכאות, מערכת צינורות שמובילה אוויר לרקמות. בדגים חילוף הגזים נעשה בעזרת זימים, המתאימים לסביבה מימית. ההבדלים משקפים התאמה לסביבת החיים ולדרך שבה הגזים זמינים בה.
בדו-חיים יש חילוף גזים גם דרך עור לח, מה שמדגיש תלות בלחות סביבתית. ביונקים חילוף הגזים נעשה באמצעות ריאות, המתאימות לחיים ביבשה. בבחינה כדאי להשוות בין המנגנונים לפי הסביבה (מים/יבשה) ולפי אופן הגעת החמצן אל התאים. שימו לב שמבנה מערכת הנשימה קשור גם לדרישות האנרגיה של הגוף.
מערכת ההפרשה מסלקת פסולת ומסייעת לשמור על איזון פנימי של מים ומלחים. פסולת חנקנית יכולה להופיע כאמוניה, שתנן או חומצת שתן, והבחירה ביניהן קשורה לתנאי הסביבה ולזמינות מים. בסביבות שונות (מים מתוקים, מים מלוחים, יבשה) יש לחצים שונים על הגוף, ולכן מתפתחות התאמות שונות. בהשוואות חשוב לציין את הקשר בין סוג הפסולת החנקנית לבין חיסכון במים.
בדגים יש דגש על ויסות מים ומלחים, משום שהסביבה המימית יכולה להיות מתוקה או מלוחה. מנגנוני הוויסות מאפשרים להתמודד עם כניסה או יציאה של מים ומלחים ביחס לסביבה. ביחידות ההפרשה בכליה מופיע מושג הנפרון, שמייצג את רמת הארגון שבה מתבצעים תהליכי סינון ושמירה על חומרים. בבחינה, קשרו בין סביבת החיים לבין האתגר האוסמורגולטורי.
במערכת הרבייה יש הבדל בין הפריה חיצונית להפריה פנימית. הפריה חיצונית מתאימה יותר לסביבה מימית, שבה תאי הרבייה יכולים להיפגש מחוץ לגוף. הפריה פנימית היא התאמה חשובה לחיים ביבשה, כי היא מגינה על תאי הרבייה ועל תהליך ההפריה מפני התייבשות. בהשוואות, הדגישו כיצד הסביבה משפיעה על אסטרטגיית הרבייה.
התפתחות העובר יכולה להתרחש בתוך ביצה או בתוך רחם, ושתי האפשרויות משקפות דרכי הגנה ואספקת תנאים מתאימים לעובר. המעבר לחיים ביבשה דרש התאמות שמאפשרות התפתחות ללא תלות ישירה במים. בהקשר רחב יותר, אפשר לקשר זאת גם להבדלים בין פויקילותרמים (טמפרטורת גוף משתנה) לבין הומיאותרמים (טמפרטורת גוף יציבה), כעוד דוגמה להתאמות פיזיולוגיות. בבחינה, נסחו תשובות שמראות קשר בין מבנה, תפקוד וסביבה.