Cuộc sống trờn cạn rất khỏc với đời sống dưới nước và cần cú cỏc giải phỏp hiệu quả cho nhiều vấn đề khỏc nhau. Mục tiờu này khỏi quỏt những vấn đề quan trọng nhất trong số cỏc vấn đề này và trỡnh bày cỏc cỏch mà cỏc nhúm cú dõy sống đó vượt qua như thế nào trong quỏ trỡnh tiến hoỏ.
a. Trao đổi khớ
Mang là cơ quan hụ hấp hỡnh lụng chim thớch hợp trong mụi trường nước, nhưng khi cỏ rời khỏi nước, cỏc sợi mang dớnh lại vơi nhau làm cho diện tớch bề mặt cú khả năng trao đổi khớ giảm đi rất nhiều. Mặt khỏc, ở trờn cạn oxy rất ớt hoà tan vào trong khụng khớ, ớt 30 lần so với trong nước, nờn cơ chế thở bằng khớ trời đối với cỏc sinh vật ở cạn đũi hỏi phỏt triển cấu tạo phổi gồm nhiều tỳi phế nang chứa đầy khớ. Cấu tạo đầu tiờn cú khả năng thở bằng khớ trời đó được tiến hoỏ ở cỏc loài trong số cỏc cỏ xương cổ xưa và chỉ là cỏc tỳi đơn giản phỏt triển từ hầu. Cỏc tỳi này chứa đầy khớ và cho phộp cỏ sống được trong cỏc điều kiện nước tự đọng và trong mựa khụ cạn của cỏc ao. Cỏ phổi hiện đại cũng cú kiểu sống tương tự, nhưng ở cỏ xương khỏc, cỏc tỳi này được biến đổi thành búng bơi cú chức năng thăng bằng và thuỷ tĩnh.
b. Nõng đỡ
Nước là mụi trường đậm đặc, giỳp cho việc nõng đỡ cỏc sinh vật sống trong đú. Cỏc sinh vật ở cạn ớt cú được sự nõng đỡ từ khụng khớ và cần phải cú bộ xương khoẻ hơn và cú cỏc cơ chế vận động khỏc nhau vỡ vậy chỳng phỏt triển chi 5 ngún. Bước cơ bản trong quỏ trỡnh tiến hoỏ xảy ra khi cỏ vậy tay, lớp Crossopterygii bao gồm cả cỏ phổi, chỳng sử dụng võy như một bộ phận nõng đỡ. Đầu tiờn, cú lẽ cỏc võy này được sử dụng để bơi trong thuỷ vực nước cạn hoặc qua cỏc khoảng cỏch ngắn từ ao này sang ao khỏc, nhưng đó cú nhiều ưu thế cho việc chiếm cứ trờn cạn, kể cả trỏnh thoỏt vật ăn thịt và khai thỏc được nhiều nguồn thức ăn hơn. Cỏc động vật lưỡng cư nguyờn thủy khụng khỏc mấy với cỏ võy tay (hỡnh 2.21), trừ việc chỳng cú cỏc xương chi tự do và đai chi phỏt triển hơn. Sự sắp xếp cỏc xương này gần như khụng thay đổi ở tất cả cỏc động vật cú xương sống, mặc dự cỏc chi cũng được biến đổi để thớch hợp với nhiều mục đớch khỏc nhau, nhưđi, chạy, nhảy đào bới, bắt mồi, bơi, bay, cầm nắm...
c. Sự mất nước
Do phụ ra trong khụng khớ nờn dẫn tới sự mất nước qua cỏc cơ quan hụ hấp và từ bề mặt toàn bộ cơ thể. Da của lưỡng cưẩm ướt và dễ thấm qua, mặc dự dịch nhầy tiết ra từ cỏc tuyến da cú thể giảm sự mất nước ở mức độ nào đú. Trao đổi khớ được thực hiện một phần qua da và qua màng nhầy ở xoang miệng cũng như qua phổi đó làm cho sự mất nước là khụng thể trỏnh khỏi trong điều kiện khụ. Kết quả là, hầu hết động vật lưỡng cưđều phõn bố hạn chếở cỏc sinh cảnh ẩm ướt. Bũ sỏt, chim và động vật cú vỳ cú lớp da bề mặt khụng thấm qua được và cỏc cơ quan bài tiết trao đổi khớ của chỳng được được biến đổi để giữ nước, làm cho cỏc nhúm này thớch nghi hoàn thiện hơn với đời sống trờn cạn.
41
Hình 2.21. Bộ x−ơng cá vây tay và l−ỡng c− nguyên thuỷ
d. Sinh sản
Lưỡng cư thụ tinh ngoài, giai đoạn ấu trựng sống ở nước và phải quay trở lại nước để sinh sản. ấu trựng thường dễ bị hại bởi vật dữ và đó phỏt triển nhiều cơ chếđặc biệt để tự bảo vệđược tốt hơn. Chẳng hạn nhưở trường hợp cúc mang trứng, con cỏi mang trờn lưng nú cỏc trứng đó được thụ tinh. Trứng dớnh vào da và da phỏt triển rất nhanh bao kớn trứng hoàn toàn. Sự phỏt triển của ấu trựng diễn ra bờn trong da và sau cựng, cúc con thoỏt ra ngoài. Thụ tinh trong và trứng được bao bọc bởi vỏ trứng đó giỳp cho bũ sỏt tỏch khỏi mụi trường nước chiếm cứ cỏc mụi trường khụ cạn hơn nhiều. Sự thụ tinh trong và sự phỏt triển của con non bờn trong cơ thể mẹở thỳ lại càng tiến bộ hơn nhiều.
e. Cõn bằng nội mụi
Cỏc sinh cảnh trờn cạn biến thiờn hơn nhiều so với mụi trường sống ở nước, đặc biệt là liờn quan nhiều đến nhiệt độ. Cỏc động vật cú xương sống trờn cạn đó thớch nghi với sự biến thiờn này theo cỏc cỏch khỏc nhau. Bũ sỏt là bọn biến nhiệt và phải điều chỉnh nhiệt độ cơ thể của nú bằng tập tớnh. Vào lỳc sỏng sớm, chỳng nằm phơi nắng để thu nhiệt, cũn vào lỳc giữa trưa, chỳng lại nằm nghỉ trong búng rõm. Chim và động vật cú vỳ là cỏc động vật đồng nhiệt, nghĩa là chỳng tạo ra nhiệt ngay chớnh bờn trong cỏc mụ của chỳng và duy trỡ nhiệt độ cơ thể khụng thay đổi, khụng lệ thuộc vào nhiệt độ mụi trường bờn ngoài. Điều này tạo ra cỏc điều kiện tối ưu cho hoạt động của enzym và khả năng vụ cựng lớn cho sự chuyờn mụn hoỏ mụ và cỏc cơ quan. Để hỗ trợ tốt cho những thay đổi lớn trong phương thức sống hoạt động tớch cực trong quỏ trỡnh tồn tại và phỏt triển, cỏc cơ quan cảm giỏc phức tạp, cỏc cơ chế tinh vi về hormon và điều khiển của hệ thần kinh đều rất cần thiết. Cỏc hệ cơ quan này tiến bộ nhất ở động vật cú vỳ giỳp cho chỳng phỏt triển đa dạng và chiếm lĩnh mọi mụi trường sống mà đỉnh cao nhất là con người.