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단세포생물과 작은 다세포생물들에서는 때때로 단순확산만으로도 산소와 이산화탄소가 세포막을 가로지를 수 있다.

또한 원형질환류(→ 세포질유동)라는 세포질의 흐름이 당·지방·단백질과 같은 큰 입자들을 세포의 다른 부분으로 전달한다. 그러나 더 복잡한 생물체에서는 모든 조직에 알맞은 순환이 일어날 수 있도록 특수한 체계가 발달해 있다(순환계).

해면류·해파리·히드라와 같은 자포동물들은 체내에 있는 틈을 통해서 주위 매질로부터 물을 순환시킨다.

물과 접해 있는 세포들은 물로부터 직접 먹이와 산소를 취하게 되며, 이러한 먹이들은 대개 확산을 통해 다른 세포로 전달된다. 순환구조가 기관화되어 있지 않은 편형동물에서는 양분을 포함하고 있는 체액이 그 동물의 구성세포들 사이의 공간을 수동적으로 움직이면서 조직을 적신다.

산소는 동물 표면에서 외부환경으로부터 직접 받아들인다.

절지동물이나 대부분의 연체동물과 같은 몇몇 무척추동물의 심장은 하나 이상의 내체강(腔)으로 열려 있는 원시적인 혈관망으로 혈액을 내보내는 개방순환계를 가지는데 내체강에서 혈액이 동물의 모든 조직을 적신다. 그런 다음 혈액은 여러 수집관이나 내체강을 통해 심장으로 돌아간다. 몇몇 무척추동물의 심장은 혈관을 따라 나 있는 근육질의 불룩한 주머니에 불과하고, 곤충의 날개나 더듬이처럼 길고 넓은 부속지의 시작 부분에 부속주머니 같은 심장이 있는 경우도 있다.

진정순환계를 가진 무척추동물은 척추동물처럼 폐쇄순환계를 가지고 있다. 폐쇄순환계에서는 혈액이 혈관망 내에 있다. 산소가 포화되어 있는 혈액은 심장에서 동맥을 통해 운반되어 나가고 산소가 없는 혈액은 정맥을 통해서 심장으로 돌아간다. 대부분 척추동물에서는 심장에서 나온 대동맥이 점점 가는 혈관으로 갈라져서 결국에는 모세혈관이라는 현미경적 혈관망을 이루는데 이 혈관들의 벽을 통해 영양분과 노폐물의 교환이 일어난다. 그 다음 모세혈관들은 정맥으로 합쳐진다.

모든 척추동물의 배(胚)는 기본순환계가 같다.

이런 배의 순환계에서는 정맥혈이 정맥과 심장에 있는 4개의 방 가운데 첫번째인 정맥동을 통해 심장 중앙부로 돌아간다. 그런 다음 혈액은 차례로 심방과 심실, 심장팽대를 거쳐서 큰 동맥인 대동맥을 통해 동맥계로 흘러간다. 심실은 혈액을 몸 전체로 전달하는 중요한 근육펌프이다. 동맥들은 심장에서 나온 혈류를 흡수하도록 돕는 만무늬근과 탄성섬유들로 되어 있다는 점에서 정맥과 다르다. 척추동물의 성체에서는 기본순환계의 모델이 점차적으로 변형되어간다.

어류들은 호흡에 필요한 가스를 아가미로 교환하고 대부분의 경우 배 시기의 순환계를 그대로 유지한다. 어류에서는 배 시기의 미분화한 4개의 방으로 된 심장이 남아 있다.

어류의 전(全)순환계는 일렬로 배열되어 있다. 심장은 환원된 혈액을 아가미로 보내 거기서 혈액을 산화시킨 뒤 전신으로 내보낸다. 상어를 제외한 대부분의 어류들은 부레(부레에서 폐가 발달함)가 발달해 있는데 그것으로 부력을 조절하며 때로는 산소를 저장하기도 한다.

지금의 폐어류(肺魚類)들은 부레로부터 산소의 흡수력을 증가시키는 혈관계를 지니고 있다. 폐어류의 호흡기관은 부레로부터 진화된 것이다. 심방이 분리되어 있어서 오른쪽은 온몸을 돌고 오는 환원된 혈액을 받아들이고, 왼쪽에서는 부레에서 오는 산화된 혈액을 받아들인다. 따라서 폐어류는 산화된 혈액을 체조직으로 운반하고 환원된 혈액을 심장으로 돌려보내는 체순환과, 환원된 혈액을 부레로 내보내고 산화된 혈액을 심장으로 돌려보내는 폐순환의 이중순환계를 가진다.

폐어류처럼 양서류의 성체도 이중순환계를 가진다.

양서류의 심장은 심방이 벽으로 분리되어 있지만 심실은 완전히 물리적으로 분리되지 않아서 3부분으로 나누어져 있는 셈이고 폐순환과 체순환이 섞여 일어난다. 그러나 대부분의 양서류 성체는 폐뿐만 아니라 습한 피부를 통해서도 산소와 이산화탄소를 교환하기 때문에 폐순환과 체순환 모두가 일어나는 셈이다. 결과적으로 심장에서 혈액이 섞여도 별 문제가 없다.

파충류는 가스 교환을 완전히 폐에만 의존하기 때문에 양서류보다 더 완전하게 폐순환과 체순환이 분리되어 있다.

파충류의 심장에 있는 정맥동은 비교적 작고 심방은 완전히 분리되어 있으며 심실의 일부분에 근육벽이 뻗어 있다. 이 부분의 벽은 좌심방으로부터 나온 산화된 혈액이 우심방으로부터 나온 환원된 혈액과 섞이지 않도록 해준다. 동맥원추는 없어지고 그 자리에 심실로부터 폐동맥, 좌우 몸통으로 직접 연결되는 3개의 혈관이 있다. 근육의 일시적인 닫힘은 환원된 혈액을 폐로 통하는 심실의 한 부분으로 보내고 거기서 다시 폐동맥으로 들어가 폐에 이르게 한다.

조류와 포유류의 심장은 심방과 심실로 완전히 분리되어 있다. 동맥원추는 없고 2개의 혈관만이 심장에서 나온다. 그중 하나는 좌심실에서 나오는 대동맥으로 신선한 혈액을 전신에 내보낸다. 우심실에는 소모된 혈액을 산화시키기 위해 폐로 보내는 폐동맥이 연결되어 있다. 정맥동 역시 없어져서 혈액이 심방으로 직접 돌아간다.

전신을 돌고 오는 포유류의 정맥혈은 상대정맥과 하대정맥을 통해 우심방으로 보내지고 산화된 신선한 혈액은 4개의 폐정맥을 통해 좌심방으로 들어간다.