即使是最簡單的動物也極其複雜。像鳥類和哺乳動物這樣的高階脊椎動物是由許多相互聯絡、相互依賴的移動部分組成的,非生物學家很難跟蹤它們。下面是大多數高等動物共有的12個器官系統。
1. 呼吸系統
所有的細胞都需要氧氣,而氧氣是從有機化合物中提取能量的關鍵成分。動物透過呼吸系統從環境中獲取氧氣。陸生脊椎動物的肺從空氣中收集氧氣,海洋脊椎動物的鰓從水中過濾氧氣,無脊椎動物的外骨骼促進氧氣(從水或空氣)自由擴散到它們的身體。動物的呼吸系統也會排出二氧化碳,這是一種代謝過程中的廢物,如果在體內積累,將是致命的。
2. 迴圈系統
脊椎動物透過迴圈系統為細胞提供氧氣,迴圈系統是由動脈、靜脈和毛細血管組成的網路,將含氧血細胞運送到身體的每個細胞。高等動物的迴圈系統是由心臟提供動力的,心臟是一團稠密的肌肉,在生物的一生中會跳動數百萬次。
無脊椎動物的迴圈系統要原始得多;基本上,它們的血液在它們小得多的體腔中自由地擴散。
3.神經系統
神經系統使動物能夠傳送、接收和處理神經和感覺衝動,以及運動肌肉。在脊椎動物中,這個系統可以分為三個主要部分:中樞神經系統(包括大腦和脊髓)、外周神經系統(從脊髓分支出來的較小的神經,將神經訊號傳遞到遠處的肌肉和腺體)和自主神經系統(控制心跳和消化等非自願活動)。
哺乳動物擁有最先進的神經系統,而無脊椎動物的神經系統則更為原始。
4.消化系統
動物需要將所吃的食物分解成基本成分,以促進新陳代謝。無脊椎動物的消化系統很簡單——一端進,另一端出(如蠕蟲或昆蟲)。但是所有的脊椎動物都有嘴巴、喉嚨、胃、腸、肛門或洩殖腔的某種組合,以及能夠分泌消化酶的器官(如肝臟和胰腺)。像牛這樣的反芻哺乳動物有四個胃來有效消化纖維植物。
5. 內分泌系統
在高等動物中,內分泌系統由腺體(如甲狀腺和胸腺)和這些腺體分泌的激素組成,影響或控制身體的各種功能(包括新陳代謝、生長和生殖)。
從脊椎動物的其他器官系統中完全梳理出內分泌系統是很困難的。例如,睪丸和卵巢(兩者都與生殖系統密切相關)在技術上都是腺體。還有胰腺,它是消化系統的重要組成部分。
6. 生殖系統
從進化的角度來看,生殖系統可以說是最重要的器官系統,它使動物能夠繁殖後代。無脊椎動物表現出各種各樣的繁殖行為,但最重要的是,在這個過程的某個時刻,雌性產生卵子,雄性使卵子受精,要麼在體內,要麼在體外。
所有的脊椎動物——從魚類到爬行動物再到人類——都有性腺,性腺是產生精子(雄性)和卵子(雌性)的成對器官。大多數高等脊椎動物的雄性都有陰莖,而雌性則有陰道、分泌乳汁的乳頭和胎兒妊娠的子宮。
7. 淋巴系統
淋巴系統與迴圈系統密切相關,由遍佈全身的淋巴結網路組成,它們分泌並迴圈一種被稱為淋巴的透明液體(它幾乎與血液相同,除了它缺少紅細胞和含有略多的白細胞)。
淋巴系統只存在於高等脊椎動物中,它有兩個主要功能:維持血液中的血漿成分供給迴圈系統和維持免疫系統。在低等脊椎動物和無脊椎動物中,血液和淋巴通常合併在一起,而不是由兩個獨立的系統處理。
8. 肌肉系統
肌肉是允許動物運動和控制它們運動的組織。有三個主要元件的肌肉系統:骨骼肌(這使高等脊椎動物走路、跑步、游泳,和手抓東西或爪子),平滑肌(參與呼吸和消化,不受意識控制),和心臟或心臟肌肉(動力迴圈系統)。
一些無脊椎動物,比如海綿,完全沒有肌肉組織,但由於上皮細胞的收縮,它們仍然可以活動。
9. 免疫系統
在所有列出的系統中,免疫系統可能是最複雜和技術最先進的系統,它負責將動物的本地組織與異物和病原體(如病毒、細菌和寄生蟲)區分開來。它還負責調動免疫反應,人體藉此製造各種細胞、蛋白質和酶來摧毀入侵者。
免疫系統的主要載體是淋巴系統。這兩種系統都或多或少地只存在於脊椎動物身上,而它們在哺乳動物身上是最先進的。
10. 骨骼(支撐)系統
高等動物是由數以萬億計的分化細胞組成的,因此需要某種方式來保持其結構的完整性。許多無脊椎動物(如昆蟲和甲殼類動物)的身體外有一層由幾丁質和其他堅硬的蛋白質組成的外骨骼。鯊魚和鰩魚是由軟骨連線在一起的。脊椎動物依靠由骨骼和各種有機組織組成的內部骨骼支撐。許多無脊椎動物完全沒有外骨骼或內骨骼。想想軟體水母、海綿和蠕蟲。
11. 泌尿系統
所有陸生脊椎動物都會產生氨,這是消化過程的副產品。在哺乳動物和兩棲動物中,氨被腎臟轉化為尿素,與水混合,以尿液的形式排出體外。
有趣的是,鳥類和爬行動物會將固體尿素和其他排洩物一起分泌出來。嚴格來說,這些動物有泌尿系統,但它們不產生液體尿液。魚無需先將氨轉化為尿素,就直接將氨排出體外。
12. 面板系統
面板系統包括面板和覆蓋面板的結構或生長物(鳥類的羽毛、魚類的鱗片、哺乳動物的毛髮等),以及爪子、指甲、蹄等。最明顯的面板系統的功能是保護動物免受危險的環境,但它也是不可或缺的溫度調節(塗層的頭髮或羽毛有助於保持身體內部熱量),防止食肉動物(的厚殼的烏龜艱難的零食鱷魚),能感覺到疼痛和壓力,在人類體內,甚至能產生重要的生物化學物質,比如維生素D。