为什么人没有进化出两个心脏?

有的重要内脏会有备胎,比如肺啊,肾啊什么的
有的虽然没有备胎,但是切掉一块也没大碍,比如肝脏

但是心脏这么重要的器官,为什么没有进化出备用体系呢?
虽然有不同的心房心室,不过貌似功能上都不能互相替代吧?

当然啦也不局限于人,不过不知道别的动物是否有“两个心脏”的特例……?

突然很好奇

基于大家答案的补充:如果不能有“备胎”,至少几个房室之间可以有代偿作用会比较好?

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22个答案
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Ent古生物学博士生,科学松鼠会成员

2013-06-30 13:59

假唐僧道:“不瞒陛下说,心便有几个儿,不知要的甚么色样。” 那国丈在旁指定道:“那和尚,要你的黑心。” 假唐僧道:“既如 此,快取刀来。剖开胸腹,若有黑心,谨当奉命。”那昏君欢喜相谢,即着当驾官取一把牛耳短刀,递与假僧。假僧接刀在手,解开衣服,挺起胸膛,将左手抹腹, 右手持刀,唿喇的响一声,把腹皮剖开,那里头就骨都都的滚出一堆心来。唬得文官失色,武将身麻。国丈在殿上见了道:“这是个多心的和尚!”


————————这部分是奇葩例子,不想看可以直接跳过——————————

好吧,除了孙猴子,动物界里多个心脏(至少是多个血液循环中心)的例子还真有不少。


最明显的例子是蛸亚纲的头足动物:

注射了红色丙烯颜料的鱿鱼。除了主心之外还有对称的两个鳃心。只有一室,只泵静脉血给鳃。实际上起到了人类右心房的作用。

鳃心的用途是……因为它们的血压实在是太低了Orz。Octopus dofleini 的收缩压4.5mmHg,舒张压2.96mmHg。这么低的血压怎么把血泵进去的……
几个解决办法。一是它们没有血球,而是血蓝素直接溶解在淋巴样的低粘度血液里。粘度低了,维持有效循环需要的血压也没那么高。
二是身体肌肉收缩来辅助,就像人的腿部静脉血回到心脏的办法一样。
三就是鳃心……半路加把劲。其实给鳃还是小事,关键是围心腺。鳃的话只要有血流就成,围心腺相当于人的肾,是要排泄废物的,需要加压,没有压力渗透就完不成任务。其实鳃心可能就是原始头足类的围心腺演化来的,鹦鹉螺里就没有鳃心只有发达的围心腺。


牡蛎Ostea gigas 也类似,一个主心两个辅心。它在循环里起到了奇怪的作用……

可以看到牡蛎的循环真是一团糟。没有辅心(条纹方块)的话,看架势鳃就得不到多少血了……


蚯蚓 Phylum oligochaeta 大家比较熟悉,丫有两个主动脉,还有五对儿心脏(实际上是主动脉弓)。

实际上这些主动脉弓作用是相同的,这应该是蚯蚓心脏原始的特征?


但最奇怪的是盲鳗 Myxine glutinosa ,这个东西毫无身为脊椎动物的自觉,它有……5个心脏。一个三房室主心,一对儿辅心,一个前心,一个后心……这是闹哪样啊!这么多心脏肯定也是为了配合一个低血压循环系统的,虽然我没查到它具体血压多少。

说实话,这张图我已经完全看不懂了……还是人类好TAT



此外还有一种猜测是,重龙属的恐龙(名气不很大,但它是梁龙的亲戚,想象一下梁龙的样子就差不多)也是多个心脏接力循环。


—————————————例子结束,说理开始———————————————


举了这么多例子,就能讨论多心脏的意义和不产生的原因了。


这个案例里我觉得俩角度最重要:发育(能不能产生),功能(产生了好不好用)。

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两个功能等同、完全并联的心脏从发育机制上看似乎是无法产生的。除了蚯蚓这种没成形的心脏之外,其它的动物里都没有出现这种场景。

而并联心脏的功能也很可疑。两个泵并联接入比起一个泵来说似乎没有什么功能优势,备份的意义也很有限——自然界里心脏最大的威胁是外伤,动物几乎活不到心脏病的年龄;而一旦外伤触及心脏,光大量失血就足够让你完蛋了吧?有备份也起不到多少价值。

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但是两个功能不同的串联心脏倒是发育上可以有,像鱿鱼那个一样。无非是血管局部膨胀、肌肉更发达一些。譬如主动脉窦就很有变成独立心脏的前途。

然而它在功能上也遭遇了困难。低血压的场景下它很有用。但是高血压呢?就凭它有限的收缩能力,对于人类这样一个高血压物种似乎没有存在的价值……更何况人类是双循环,肺部毛细血管已经有了右心室了。




http://www.thelancet.com/journals/lancet/article/PIIS0140-6736(05)60870-7/fulltext#bib5


http://www.biolbull.org/content/67/3/346.full.pdf


http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1546509807260029

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Taryl温顺的理科宅男

2012-05-03 17:13

如果相同器官之间不会互相影响各自效率的话(属于“被动性”的器官),生物体都会倾向于左右对称,也就是所谓两个的。对称的原因应该是重力环境下的前后左右的运动方式导致的身体构造影响和限制到了内部容纳器官的空间。(像一些不是前后左右运动的动物,比如水母之类的,则拥有着适合其上下运动方式的辐射对称的身体构造以及器官分布)
消化系统及其附带器官只有一套的原因,我觉得是因为食物的提供是有限的,进入一个消化系统多了,另一个自然就会少了,这就会造成生物内部资源的浪费,两套小系统的效率反而不如一套大系统来的高。然后在进化的前期的时候,这种多消化系统的进化分支可能就已经被迅速淘汰了。
心脏的不对称应该是类似的原因,在脊椎动物起源的时候,从脉动血管到心脏的演化过程中,可能也会出现一些进化的盲枝,比如有多个脉动中心(心脏)的生物出现,但是这样的生物却可能因为血液流动时其不同的脉动中心同步率的问题,对血液的循环速度造成不良的影响,这使得这些生物难以根据环境的需要迅速改变血液的供给情况,多心脏的效率反而远不如单心脏来的高,从而导致这样的生物也会被迅速淘汰。(头足纲拥有三个心脏,各自负责不同的血液循环,避免了干扰,而得以在进化中没有被完全淘汰。)

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散人飞面神教泛面宗信徒

2012-05-03 14:05

人也只有一个胃一根肠子。。。
如果是两个心脏的话,如果是在一套循环系统下,首先两个心脏必须保证同步跳动,否则血液会从一个心脏的心房直接被泵到另一个心脏的心房,给两个心脏之间再架一套神经控制系统?如果一个心脏漏了,或者某根动脉断了,血液流失严重,两个心脏内的血压会同时迅速下降,同时作废,肿么办?
如果是要两套血液循环系统,每个心脏都有自己的一套动脉和静脉,是并行的分布在整个人体呢,还是一心管一半各干各的呢?如果是并行分布,一旦某一套出了毛病,整个人的新陈代谢就减半了,估计也就变成废人了。如果是各管一半,那么坏了一颗心怎么办?让一半身体烂掉?肿么看都看不出好处。。。

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我忽然想起了很多年前在科幻世界上的一个小段子。。。
在未来的某一天,人类的大脑被开发得比现在多得多,于是大脑供氧不够,人类就给自己多安了一个心脏。
可是两个心脏又太浪费,于是人类又给自己多安了几条腿和手臂。。。
某天,时光机器被发明出来了,人们迫不及待地去古代观光旅游。。。
于是,关于妖怪的传说出现了~~~~

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支持者: yaodi xsclq LuciferJShieh

蚯蚓 谢谢

冗余器官涉及的系统太复杂 多一块表示你多一份负担 器官可不是电器 拔了电再插上。。。
器官脱离血液的供养会坏死的。。。。
如果环境资源少 竞争激烈。。。多的负担表示更大的生存压力 更小的存活率。。。
这个倒是可以类比两种繁衍策略。。低等动物的数量优势 基数制胜
高等动物的资源优势 更少的后代更多的资源集中。。
脱离环境说孰优孰劣没神马意义。。

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支持者: yaodi Robot_V1 nasdaq

因为一个心脏已经足够了。
像乌贼这种另有两个鳃心的……其实严格来说它们不太算心脏的说…
不看无脊,就脊椎动物来看的话,从鱼类一直往上,循环系统的演变是一个很连贯的过程,自然而然就到一颗了,如果硬要两颗的话……放在哪都很突兀…
还有神经系统也是,也是向集中发展的…

另外,心脏被保护地很严实的,自然状态下不太容易受外伤的…

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支持者: Robot_V1 Almsev

进化确保的不是个体的长寿,而是物种的长寿(传递基因),一套系统就足以传宗接,没必要备份。很多器官有两个,并非备份,而是另有用途,比如眼(耳)是为了立体视觉(听觉),其他(例如肺)是为了对称性,肺如果呆一边,那呼吸动力就会浪费一般。

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氯倍他索皮肤病与性病学博士,自然科学控

2013-07-01 16:26
支持者: 镜中之音 yaodi

人类的心血管系统作为一个整体,存在多个心脏的价值不大,前面很多人已经提到了,如果遇到出血或心脏受伤,即便有备份心脏也无济于事。
另外,对比单循环的低等动物,人类维持肺循环和体循环的左右心室,也可以认为是融合在一起的两个心脏啊。
最后,人类的心脏也是有部分的功能储备的,比如当人体剧烈活动的时候,可以通过提高心率和每博输出血量来增加心脏泵血能力。当人体长期遭遇缺氧、高血压等情况下,心肌也可以逐渐肥厚,增强泵血能力(当然也有副作用)。另外,当维持心脏起跳的窦房结功能衰竭的时候,心肌中的房室结、浦肯野纤维网等潜在起搏点也会接替窦房结的功能,保证心脏仍能以较低的频率搏动,保证循环系统不至于瘫痪,虽然实际意义并不大。

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支持者: yaodi

章鱼就有三个心脏:)
我猜测多于一个的器官的优势不是为了当备胎。自然环境中没有外科手术,狗即使只伤了一片肺叶,估计也就等于是挂了。所以,心脏即使重要,也没有进化一个备份出来。
至于肺为什么有两个,等待其他高人解释

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支持者: yaodi

看到一楼答案,让我想到了ATS:长俩心脏,跟主动静脉之间可以自动切换,一个工作,另一个休息,而不能同时工作。这样的话,一个心脏工作除了为身体其他供血以外,还要多供另一个心脏血液,这样器官的利用率有所下降,并且自动切换这也多了一个“故障点”。话又说回来了,若是一个人老死(器官功能衰竭死亡)的话,我感觉心脏还是比其他器官长寿一些的。

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Kevin L航空动力工程师

2013-07-02 13:50
支持者: Robot_V1

长两个心脏,不如长一个更大的心脏来的效率高。

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心脏属于高耗能器官吧,多心脏在热量紧缺的环境下不适应

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辰也静金融学,法学

2013-07-01 13:53

觉得楼主是看了《门第》,小丁说“肾没有用为什么长两个?!备胎啊?!心那么重要怎么只长一个啊!”
看后我也纳闷来着。。。

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两个心脏那不得要有权限问题,谁得权限高啊

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心脏耗能太大,而且多了也没好处。

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忽然就想到战锤40K了...星际战士的改造里面就有这个环节 第三个肺 第二个心脏 罗兰体 外骨骼 等等之类的,很棒的设定 但是人家是为了跟星际间各种怪物以及堕落的邪神军队作战才把自己改的这么牛逼,在神皇的带领下人家有这个资源去改造自己....

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事实上没有备份,你刺穿你一半肺你也得死。

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人类是双循环,实际上也可以看做是把两个串联的心脏焊到一块了吧

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司马道子信息导向系统设计师,插画师

2013-07-02 18:08

长两个心脏,地球就变成加利弗雷了

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