Động vật có cột sống

Động vật có cột sống (danh pháp khoa học: Vertebrata) là một nhánh của động vật có dây sống, đặc trưng với cấu trúc cột sống hoặc xương sống. Hiện đã có khoảng 57.739 loài động vật có cột sống được mô tả. Chúng đã bắt đầu tiến hóa vào khoảng 530 triệu năm trước, trong giai đoạn bùng nổ kỷ Cambri, với Myllokunmingia là động vật có xương sống đầu tiên được biết đến. Cột sống được cấu thành từ các xương sống, và Vertebrata là nhánh lớn nhất trong động vật có dây sống, bao gồm cá, lưỡng cư, bò sát, chim và động vật có vú (bao gồm cả con người). Phân ngành này có hệ cơ bắp đôi, và hệ thần kinh trung ương phần lớn nằm trong cột sống. Những đặc điểm khác của động vật có cột sống là sự hiện diện của cột sống và khung xương bên trong.

Khung xương bên trong của động vật có xương sống được hình thành từ sụn hoặc xương, đôi khi là cả hai. Đây là cấu trúc đầu tiên mà động vật có xương sống phát triển, với chức năng chính là lưu trữ phốtphat và bảo vệ cơ thể. Khung xương này cung cấp sự hỗ trợ cho các cơ quan nội tạng và cho phép động vật có xương sống phát triển kích thước lớn hơn so với động vật không xương sống. Hầu hết động vật có xương sống có một hộp sọ, cột sống và hai cặp chi, mặc dù ở một số loài như rắn và cá voi, một hoặc cả hai cặp chi này có thể không còn hiện diện.

Hộp sọ đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ các cơ quan quan trọng như não, mắt và tai, đồng thời hỗ trợ sự phát triển của các phản xạ cao cấp giúp động vật có xương sống thích nghi với môi trường.

Cột sống và các chi cùng với nhau hỗ trợ cấu trúc cơ thể của động vật có xương sống, giúp chúng di chuyển một cách linh hoạt. Các cơ gắn liền với xương hoặc sụn tạo ra các chuyển động này. Hình dạng cơ thể của động vật có xương sống được hình thành bởi các cơ bắp, và lớp da bên ngoài còn có thể tạo ra các lớp bảo vệ như vảy hay lông vũ.

Thân của động vật có xương sống là một khoang chứa các cơ quan nội tạng, bao gồm tim và hệ hô hấp. Tim thường nằm dưới mang hoặc giữa các lá phổi trong khoang thân.

Hệ thần kinh trung ương của động vật có xương sống bao gồm não và tủy sống, cả hai đều có cấu trúc rỗng. Ở những động vật có xương sống bậc thấp, não chủ yếu điều khiển các thụ quan, trong khi ở những loài cao hơn, não bộ lớn hơn và có khả năng trao đổi thông tin giữa các bộ phận não hiệu quả hơn. Các dây thần kinh từ tủy sống mở rộng ra lớp da, nội tạng và cơ bắp, với một số dây thần kinh kết nối trực tiếp với não bộ, đặc biệt là từ tai và phổi.

Nguồn gốc của động vật có xương sống có thể được truy ngược về Myllokunmingia trong kỷ Cambri cách đây khoảng 530 triệu năm. Các loài cá không quai hàm với mai như lớp Ostracodermi (kỷ Silur cách đây 444-409 triệu năm) và động vật răng nón (lớp Conodonta), nhóm động vật có xương sống giống lươn với nhiều cặp răng bằng xương, là những đại diện cổ xưa của nhóm này.

Phân loại

Phân loại truyền thống

Phân loại truyền thống chia động vật có xương sống thành 7 lớp dựa trên các đặc điểm giải phẫu và sinh lý học. Đây là hệ thống phân loại phổ biến nhất được sử dụng trong sách giáo khoa, mô tả tóm tắt và tài liệu khoa học phổ thông.

• Phân ngành Vertebrata
  • Lớp Agnatha (cá không hàm)
  • Lớp Chondrichthyes (cá sụn)
  • Lớp Osteichthyes (cá xương)
  • Lớp Amphibia (động vật lưỡng cư)
  • Lớp Reptilia (động vật bò sát)
  • Lớp Aves (chim)
  • Lớp Mammalia (động vật có vú)

Hệ thống phân loại truyền thống tạo ra các nhóm cận ngành, nghĩa là không tất cả các nhóm đều bao gồm tất cả các thế hệ từ một tổ tiên chung. Ví dụ, từ tổ tiên của bò sát đầu tiên đã phát sinh cả chim và thú, nhưng chúng lại được phân loại vào các lớp khác nhau, khiến lớp bò sát trở thành một nhóm cận ngành.

Một số nhà nghiên cứu áp dụng phương pháp phân loại theo phát sinh chủng loài để sắp xếp các nhóm động vật có xương sống dựa trên lịch sử phát triển và tiến hóa của chúng, đôi khi bỏ qua các phân loại truyền thống về giải phẫu và sinh lý học. Hệ thống phân loại dưới đây theo Janvier (1981, 1997), Shu và cộng sự (2003), và Benton (2004).

• Phân ngành Vertebrata
  • Liên lớp Agnatha hay Cephalaspidomorphi (bao gồm cá mút đá và các loài cá không hàm khác, tổ tiên của động vật có xương sống hiện đại)
  • Phân thứ ngành Gnathostomata (động vật có quai hàm)
    • • Lớp Placodermi † (cá da phiến thuộc đại Cổ sinh)
      • Lớp Chondrichthyes (cá sụn)
      • Lớp Acanthodii † (cá mập gai thuộc đại Cổ sinh)
    • Siêu lớp Osteichthyes (cá xương)
      • Lớp Actinopterygii (cá vây tia)
      • Lớp Sarcopterygii (cá vây thùy)
    • Siêu lớp Tetrapoda (động vật bốn chi)
      • Lớp Amphibia (động vật lưỡng cư, tổ tiên của Amniota (động vật có màng ối)).
      • Lớp Synapsida † (nhóm giống như bò sát, tổ tiên của động vật có vú, đôi khi được phân loại vào lớp Reptilia)
      • Lớp Mammalia (động vật có vú)
      • Lớp Reptilia (bò sát, tổ tiên của chim)
      • Lớp Aves (chim)

Hầu hết các lớp ở đây không phải là các đơn vị phân loại hoàn chỉnh: Từ Agnatha phát triển thành động vật có quai hàm; từ cá xương sinh ra động vật trên cạn (Tetrapoda); từ động vật lưỡng cư truyền thống phát sinh ra bò sát (theo truyền thống gộp cả bò sát và thú), và từ bò sát đã phát sinh chim và thú.

Phát sinh chủng loài

Trong phân loại học phát sinh chủng loài, mối quan hệ giữa các nhóm động vật thường được thể hiện dưới dạng 'cây phát sinh chủng loài' với các nhánh phân cấp. Các nhóm được xác định dựa trên mối liên hệ tiến hóa của chúng, thay vì chỉ dựa vào các đặc điểm hình thái như cột sống. Cây phát sinh này thường được kết hợp với các phương pháp phân loại truyền thống, và gọi là phân loại học tiến hóa.

Biểu đồ nhánh tiến hóa dưới đây được xây dựng theo nghiên cứu của Philippe Janvier và các cộng sự, thuộc dự án Tree of Life Web Project

Quá trình tiến hóa

Sự chuyển mình từ môi trường nước ra đất liền:

Từ cá hoàn toàn sống dưới nước -> Cá có vây chân -> Lưỡng cư cổ đại -> Bò sát nguyên thủy -> Chim nguyên thủy -> Thú cổ đại -> Người tiền sử -> Người hiện đại.