The Unique Morphofunctional Structure of the Reptilian Heart
- Authors: Cherlin V.A.1
-
Affiliations:
- Dagestan State University
- Issue: Vol 144, No 2 (2024)
- Pages: 202-213
- Section: Articles
- Submitted: 02.02.2025
- Published: 10.09.2024
- URL: https://rjpbr.com/0042-1324/article/view/653209
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0042132424020079
- EDN: https://elibrary.ru/RHDNVO
- ID: 653209
Cite item
Full Text
Abstract
The paper analyzes the evolution of the thermoenergetic statuses of vertebrates and the associated evolutionary development of their heart. The analysis shows that in most modern lepidosaurs and turtles, the heart is not completely, conditionally five-chambered: it has two atria and one ventricle, in which two incomplete septas divide it into three functional chambers. In some of them, these two septas were modified in evolution so that they turned into one with vertical and horizontal elements, as a result of which the heart became functionally four-chambered, with improved separation of arterial and venous blood flows. Crocodiles have a fully morphologically four-chambered heart. But the hearts of all reptiles, both recent and extinct, perform two opposite functions in parallel – the separation of arterial and venous blood flows and at the same time their regulated mixing. To do this, there are special morphological and physiological mechanisms in their hearts. Such a strange functional duality in the work of the reptilian heart aims to regulate the metabolism level by controlling the amount of carbon dioxide entering the blood flow: increasing the amount of CO2 in the blood flow reduces the metabolic rate, reducing its amount increase metabolism. Mixed blood in reptiles’ blood flow is not an immature, primitive state, but a physiological necessity. Moreover, this method of regulating of metabolic rate is most adequate to the initial, ancestral thermoenergetic state in reptiles, because basal terrestrial tetrapods and most ancient reptiles were meso- and even tachymetabolic, i.e. almost or completely warm-blooded, endothermic animals. It was just these endothermic animals that needed such type of metabolism regulation. As a result, all recent reptiles have a complex morphophysiological organization of the heart, which was functionally more suitable for their almost warm-blooded ancestors. Recent reptiles use part of their ancestral properties as an adaptation to new environmental conditions, new environmental requirements, and their new morphophysiological state. This unique organization of the heart is characteristic of all modern and extinct reptiles, and, importantly, it is characteristic exclusively for reptiles due to their original endothermic state.
Full Text

About the authors
V. A. Cherlin
Dagestan State University
Author for correspondence.
Email: cherlin51@mail.ru
Russian Federation, Makhachkala
References
- Дзержинский Ф.Я., Васильев Б.Д., Малахов В.В. Зоология позвоночных. М.: Академия, 2013. 464 с.
- Иорданский Н.Н. Сердце // Т. 30. БРЭ. М.: БРЭ, 2015. https://bigenc.ru/c/serdtse-3745cf/?v=6124844. Дата обращения: 30.07.2023.
- Полежаев Н.Н., Шимкевич В.М. Курс зоологии позвоночных. Вып. 1. СПб.: Тип. А.С. Суворина, 1891. 194 с.
- Рюмин А.В. Значение температуры в онтогенезе и филогенезе животных // Успехи соврем. биол. 1940. Т. 12 (3). С. 504–515.
- Татаринов Л.П. Очерки по эволюции рептилий. Архозавры и зверообразные / Тр. ПИН РАН. Т. 291. М.: ГЕОС, 2009. 377 с.
- Черлин В.А. Интенсивность окисления митохондрий печени разных классов позвоночных животных при различных температурах // Тез. науч. сообщ. IV съезда физиологов Узбекистана (Ташкент, 9– 11 ноября 1988). Ташкент: Фан, 1988. С. 140–141.
- Черлин В.А. Стабилизация высокой температуры тела в эволюции позвоночных животных // Успехи соврем. биол. 1990. Т. 109 (3). С. 440–452.
- Черлин В.А. Рептилии: температура и экология. Saarbrücken: LAP, 2014. 452 с.
- Черлин В.А. Значение изменений интенсивности сопряженного и несопряженного дыхания митохондрий в эволюции позвоночных животных // Успехи соврем. биол. 2017. Т. 137 (5). С. 479–497.
- Черлин В.А. Гипотеза о механизмах эволюционного процесса и его канализации на примере позвоночных животных. 1. Эволюция, связанная с высокой температурой тела // Успехи соврем. биол. 2021а. Т. 141 (1). С. 78–104.
- Черлин В.А. Гипотеза о механизмах эволюционного процесса и его канализации на примере позвоночных животных. 2. Некоторые механизмы эволюционного процесса у позвоночных // Успехи соврем. биол. 2021б. Т. 141 (2). С. 189–208.
- Черлин В.А. Эволюция термобиологических статусов у позвоночных животных. 1. Температуры тела вымерших и современных рептилий // Журн. общ. биол. 2021в. Т. 82 (6). С. 445–458.
- Черлин В.А. Эволюция термобиологических статусов у позвоночных животных. 2. Развитие отношений с температурой у позвоночных животных // Журн. общ. биол. 2021г. Т. 82 (6). С. 459–477.
- Черлин В.А. Значение низких температур в жизнедеятельности рептилий и проблема активности при низких температурах // Теоретические и практические аспекты действия естественной и искусственной гипотермии на организм / Тез. докл. Всерос. науч. конф. (Махачкала, 1–3 октября 2021 г.). Махачкала: ДГУ, 2021д. С. 88–89.
- Черлин В.А. Новый взгляд на механизмы, пути и формы эволюции у позвоночных животных // Эволюционная и функциональна морфология позвоночных / Мат. II Всерос. конф. шк. молод. уч. памяти Феликса Яновича Дзержинского (Москва, 6–9 октября 2022 г.). М.: КМК, 2022а. С. 334–342.
- Черлин В.А. Отношения с температурой как один из важнейших факторов, направляющих эволюцию позвоночных животных // Современные проблемы биологической эволюции / Мат. IV Междунар. конф. к 875-летию Москвы и 115-летию со дня основания Государственного Дарвиновского музея (Москва, 17–20 октября 2022 г.). М.: ГДМ, 2022б. С. 357–359.
- Черлин В.А. Преадаптивность несократительного термогенеза в эволюции теплокровности у позвоночных // Успехи соврем. биол. 2023. Т. 143 (4). С. 375–392.
- Черлин В.А. Связь между эктотермией и эндотермией в эволюции позвоночных животных // Журн. общ. биол. 2024а. (в печати).
- Черлин В.А. Функциональные направления развития сердца позвоночных животных в связи с эволюцией их термоэнергетического статуса // Журн. общ. биол. 2024б. (в печати).
- Шахпоронов В.В. Механизм разделения крови в сердце амфибий // Эволюционная и функциональная морфология позвоночных / Мат. Всерос. конф. шк. молод. уч. памяти Феликса Яновича Дзержинского (Мос. обл., 28 сентября – 2 октября 2017 г.). М: КМК, 2017. С. 296–303.
- Шмальгаузен И.И. Основы сравнительной анатомии позвоночных животных. М.: Советская наука, 1947. 540 с.
- Benton M.J. The origin of endothermy in synapsids and archosaurs and arms races in the Triassic // Gondwana Res. 2020. V. 100. P. 261–289.
- Bernard A., Lécuyer C., Vincent P. et al. Regulation of body temperature by some mesozoic marine reptiles // Science. 2010. V. 328 (5984). P. 1379–1382.
- Boas J.E.V. Ein Beitrag zur Morphologie der Nägel, Krallen, Hufe und Klaunen der Saugetiere // Morph. Jahb. 1884. Bd. 9.
- Bogan J. Ophidian Cardiology – a review // J. Herpetol. Med. Surg. 2017. V. 27 (1–2). P. 62–77.
- Cubo J., Sena M.V.A., Aubier P. et al. Were Notosuchia (Pseudosuchia: Crocodylomorpha) warm-bloоded? A paleohistological analysis suggests ectothermy // Biol. J. Linn. Soc. 2020. V. 131 (1). P. 154–162.
- Estefa J., Klembara J., Tafforeau P., Sanches S. Limb-bone development of seymouriamorphs: implications for the evolution of growth strategy in stem amniotes // Front. Earth Sci. 2020. V. 8. P. 97. https://doi.org/10.3389/feart.2020.00097
- Faure-Brac M.G., Cubo J. Were the synapsids primitively endotherms? A palaeohistological approach using phylogenetic eigenvector maps // Philos. Trans. R. Soc. Lond. B Biol. Sci. 2020. V. 375. P. 20190138.
- Grigg G., Nowack J., Bicudo J.E.P.W. et al. Whole-body endothermy: ancient, homologous and widespread among the ancestors of mammals, birds and crocodylians // Biol. Rev. Camb. Philos. Soc. 2022. V. 97. P. 766–801.
- Harrell T.L., Pérez‐Huerta A., Suarez C.A. Endothermic mosasaurs? Possible thermoregulation of late Cretaceous mosasaurs (Reptilia, Squamata) indicated by stable oxygen isotopes in fossil bioapatite in comparison with coeval marine fish and pelagic seabirds // Palaeontology. 2016. V. 59 (3). P. 351– 363.
- Ishimatsu A. Evolution of the cardiorespiratory system in air-breathing fishes // Aqua-BioSci. Monogr. 2012. V. 5 (1). P. 1–28.
- Jensen B., Moorman A.F.M., Wang T. Structure and function of the hearts of lizards and snakes // Biol. Rev. 2014. V. 89. P. 302–336.
- Jollie M. Chordate morphology. N.Y.: Reinhold Publ. Corp., 1962. 478 p.
- Kargdong K.V. Vertebrates. Comparative anatomy, function, evolution. N.Y.: McGraw-Hill, 2012. 794 р.
- Legendre L.J., Guenard G., Botha-Brink J., Cubo J. Palaeohistological evidence for ancestral high metabolic rate in archosaurs // Syst. Biol. 2016. V. 65. P. 989–996.
- Meek R., Jolley E. Body temperatures of the common toad, Bufo bufo, in the Vendee, France // Herpetol. Bull. 2006. V. 95. P. 21–24.
- Pearson O.P., Brandford D.F. Thermoregulation of lizards and toad at high altitudes in Peru // Copeia. 1976. V. 1. P. 155–170.
- Schoch R., Sues H.-D. A Middle Triassic stem-turtle and the evolution of the turtle body plan // Nature. 2015. V. 523 (7562). P. 584–587.
- Seymour R.S., Bennett-Stamper C.L., Johnston S.D. et al. Evidence for endothermic ancestors of crocodiles at the stem of archosaur evolution // Physiol. Biochem. Zool. 2004. V. 77. P. 1051–1067.
- Starck J.M. Functional morphology and patterns of blood flow in the heart of Python regius // J. Morphol. 2009. V. 270 (6). P. 673–687.
- Whitney M.R., Otoo B.K.A., Angielczyk K.D., Pierce S.E. Fossil bone histology reveals ancient origins for rapid juvenile growth in tetrapods // Commun. Biol. 2022. V. 5 (1). P. 1280.
Supplementary files
