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19.1.10: Invertebrados - Biologia

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A Origem e Evolução dos Animais (Metazoa)

Ainda não sabemos de que grupo (s) de eucariotos os animais evoluíram. Portanto, cada um dos filos descritos nesta seção tem uma longa história independente. A rápida diversificação (geologicamente falando!) Dos animais tornou difícil estabelecer as relações genealógicas entre eles - mesmo usando dados moleculares. Nossos melhores palpites são mostrados no cladograma abaixo..

Esponjas (Filo Porifera)

As esponjas são sésseis, passando suas vidas ancoradas em uma superfície sólida debaixo d'água. A maioria é marinha, embora alguns vivam em água doce. Diploblástico; ou seja, a parede do corpo é feita de duas camadas de células com uma gelatina mesoglea entre eles. A parede do corpo é perfurada com poros (daí o nome Porifera) através dos quais a água contendo partículas de alimentos é filtrada. A água é absorvida pelos poros por células de colarinho como aqueles encontrados em coanoflagelados. Algumas esponjas podem processar um volume de água mais de 100.000 vezes o seu próprio volume no decorrer de um dia!

As esponjas são dispersas por pequenas larvas que nadam livremente. Existem cerca de 10.000 espécies conhecidas. As esponjas são provavelmente os mais antigos dos invertebrados de hoje, seus fósseis aparecem no registro geológico já em 635 milhões de anos. Apesar de seu plano corporal simples, o sequenciamento mostra que seu genoma (> 18.000 genes) contém muitos genes homólogos aos encontrados em animais muito mais complexos.

Cnidários (Filo Cnidaria)

Características:

  • diploblástico; duas camadas de células - ectoderme e endoderme - com uma forma gelatinosa mesoglea entre eles;
  • predominantemente simetria radial: partes do corpo (por exemplo, tentáculos) dispostas em espirais. No entanto, em algumas anêmonas do mar, há apenas um plano através do corpo tubular que o divide em duas metades espelhadas; revelando assim uma simetria bilateral.
  • cnidoblastos: células especializadas que secretam uma cápsula urticante chamada nematocisto.
  • O alimento é levado pela boca para o cavidade gastrovascular. A cavidade também é chamada de celenteron e por muitos anos o nome deste filo foi Coelenterata. Não há ânus.
  • A reprodução sexual produz uma larva ciliada de natação livre chamada de planula.
  • O filo contém cerca de 10.000 espécies distribuídas em 3 classes:
    • Hydrozoa Embora a hidra de água doce seja um representante muito estudado, não é típico da classe.
      A maioria dos membros são
      • marinho
      • colonial
      • produzir duas formas corporais: o séssil pólipo (como a hidra) e a flutuação livre medusa (o que dispersa a espécie)
    • Scyphozoa Medusas (o estágio de medusa é dominante). A geléia da medusa é uma mesogléia muito aumentada.
    • Anthozoa Anêmonas do mar e corais. Tenha apenas o estágio de pólipo.

Bilaterianos

Todos os grupos de animais restantes pertencem a um clado cujos membros compartilham:

  1. simetria bilateral (daí o nome); isso é, dorsal-ventral e esquerda direita machados
  2. triploblástico (três camadas de tecido: ectoderma, mesoderma, endoderma)
  3. Genes HOX em um ou mais agrupamentos com os genes dentro de um agrupamento arranjados na mesma ordem que as partes do corpo que afetam.

Os bilaterianos contêm dois clados, o protostomia e a deuterostomia.

Protostomia vs. Deuterostomia

Muito antes da época da análise do genoma, os taxonomistas estavam convencidos de uma divisão fundamental no reino animal entre os protostômios ("primeira boca") e os deuterostômios ("segunda boca").

ProtostomiaDeuterostomia
O blastóporo forma a futura boca (na maioria dos grupos).O blastóporo forma o ânus futuro. A boca se forma depois.
Poucos genes HOX para o posteriorVários genes HOX para o posterior
Clivagem espiral de embriões de LophotrochozoanPlanos de clivagem perpendiculares no embrião
Células de clivagem precoce comprometidas; sem gêmeos idênticosCélulas de clivagem precoce totipotente; gêmeos idênticos possíveis
Coelom surge pela divisão do mesodermaO celoma surge entre o mesoderma invaginante durante a gastrulação
Lophotrochozoans e EcdysozoansEquinodermos, vermes da bolota e cordados

Vamos primeiro examinar os protostômios. Os deuterostômios são discutidos abaixo.

Lophotrochozoans vs. Ecdysozoans

A análise do genoma, especialmente a análise dos genes 18S rRNA e genes HOX, suporta uma divisão principal do Protostomia em dois superfilos: Lophotrochozoans e Ecdysozoans.

Lophotrochozoans

Seu nome foi criado a partir dos nomes de grupos anteriormente separados que agora foram reunidos em um único clado com base nas semelhanças de seus genomas. Todos eles compartilham um agrupamento de genes HOX bastante diferentes daqueles encontrados nos ecdysozoários (e deuterostômios). Eles compartilham sequências semelhantes em seus genes de rRNA 18S. O clado contém vários filos, dos quais examinaremos apenas 3.

  • flatworms (Platelmintos),
  • anelídeos (Annelida), e
  • moluscos (Molusca).

Flatworms (Phylum Platyhelminthes)

Este filo contém cerca de 20.000 espécies distribuídas em três classes. Turbellaria, formas de vida livre das quais o planário é um exemplo comumente estudado. Os planários compartilham com os outros membros do filo (1) uma forma plana, quase em forma de fita e (2) simetria bilateral. A simetria bilateral das planárias está associada à locomoção ativa, secretando uma camada de muco por baixo delas e impulsionando-se para a frente com os muitos cílios em sua superfície ventral e nadando e concentrando os órgãos dos sentidos na cabeça (chamada cefalização) Os planários se alimentam pela boca em sua superfície ventral. Isso leva a uma cavidade gastrovascular elaborada. Mas não há uma saída separada, então o alimento não digerido tem que sair pela boca.

  • Trematoda, um grupo de parasitas
    • vermes pulmonares
    • vermes do fígado
    • vermes sanguíneos (por exemplo, Schistosoma)
    • Todos eles têm pelo menos dois estágios diferentes em seu ciclo de vida, cada um parasita em um hospedeiro diferente - um dos quais geralmente é um caracol.

O diagrama dá o ciclo de vida do verme do sangue, Schistosoma mansoni. Uma vez dentro do hospedeiro alternativo, um caracol, um único miracídio pode produzir até 200.000 cercárias infecciosas. Ambos os sexos devem infectar o ser humano para que o ciclo continue. Com o uso crescente da irrigação nas regiões tropicais, a incidência de infecção humana - conhecida como esquistossomose ou bilharzia - está aumentando de forma alarmante.

  • Cestoda; o parasita tênias. Eles, também, alternam entre um hospedeiro intermediário (por exemplo, porco, peixe) e um hospedeiro definitivo (por exemplo, nós). A popularidade crescente de sushi e sashimi feitos de salmão cru do Pacífico fez com que infecções pela tênia do peixe se tornassem mais comuns nos EUA.

Annelids (Phylum Annelida)

Características:

  • segmentado; ou seja, seu corpo é feito de unidades repetidas. Embora algumas estruturas, por exemplo, o trato digestivo, percorram diretamente, outras, como os órgãos excretores, se repetem em cada segmento.
  • O principal tronco nervoso corre ao longo do ventral lado.
  • um grande, cheio de fluido celoma; É forrado com mesoderma e permite que os órgãos internos deslizem facilmente uns contra os outros, facilitando a locomoção.

Existem> 15.000 espécies conhecidas. Alguns exemplos:

  • a minhoca comum
  • sanguessugas
  • formas marinhas, como o verme dos moluscos. Esses animais produzem uma espécie de nado livre larva trocóforo (figura), que parcialmente explica o nome Lophotrochozoan.

Moluscos (Filo Mollusca)

Com mais de 100.000 espécies vivas identificadas até agora, os moluscos devem ser considerados entre os animais de maior sucesso na Terra hoje. A maioria pertence às 3 primeiras das 6 classes mostradas aqui:

  1. Bivalvia. Duas conchas envolvem o corpo. Inclui amêijoas, mexilhões, ostras e vieiras.
  2. Gastropoda. Caracóis e lesmas. Os caracóis têm uma única concha ("univalves '), enquanto as lesmas não têm nenhuma.
  3. Cefalópode. Este grupo marinho inclui as várias espécies de polvos, lulas, bem como os náutilos com câmara. Um polvo recorde de 28 pés (8,5 m) e uma lula de 60 pés (18 m) os torna os maiores de todos os invertebrados.
  4. Scaphopoda. Marinhas, alimentam-se de "conchas dentais" filtrantes.
  5. Monoplacophora. Até que um espécime vivo fosse descoberto em 1952, pensava-se que esses animais estavam extintos há milhões de anos. Ele tem uma única concha (daí o nome) e, ao contrário dos outros moluscos, é segmentado (assim como seus parentes, os anelídeos).
  6. Polyplacophora. Os animais neste grupo, chamados quitons, têm sua superfície dorsal protegida por 8 placas sobrepostas ou "válvulas".

As larvas trocóforas dos moluscos também são evidências de que eles pertencem ao mesmo clado dos anelídeos.

Ecdysozoans

Todos os membros deste clado

  • crescer periodicamente muda - trocando de pele ou exoesqueleto
  • compartilham um padrão único de genes HOX, por ex. Ubx e Abd-B

O clado inclui uma série de filos, dos quais examinaremos 2:

  • nematóides
  • artrópodes.

Lombrigas (filo nematoda)

Recursos:

  • Um trato digestivo unilateral que vai da boca ao ânus.
  • Uma cavidade entre o trato digestivo e a parede do corpo. Ele se desenvolve a partir do blastocele e é chamado de pseudocele.
  • Cerca de 25.000 espécies foram identificadas, mas isso pode ser menos de 10% do número verdadeiro.
  • A maioria vive livremente; encontrados no solo onde são decompositores importantes.
  • Um deles é Caenorhabditis elegans, um modelo de animal de laboratório.
  • Alguns são parasitas, incluindo
    • ancilostomídeos (em 2003, o número de humanos infectados por ancilóstomos foi estimado em 740 milhões em todo o mundo).
    • oxiúros e tricurídeos
    • vermes filariais - vermes filiformes que são transmitidos ao hospedeiro definitivo a partir de um hospedeiro intermediário, causando doenças humanas como
      • oncocercose (Onchocerca volvulus) - adquirido a partir da picada de moscas pretas infectadas
      • elefantíase (Wuchereria bancrofti) - adquirido de mosquitos infectados
      • dracunculíase (doença do verme da Guiné) (Dracunculus medinensis) - adquirido pela ingestão de água contendo "pulgas d'água" infectadas (Ciclope)
    • muitos parasitas de plantas comercialmente importantes, como morangos e laranjas.
  • A maioria é pequena, embora um que parasita baleias chegue a 9 m!

Artrópodes (Filo Artrópodes)

Algumas características:

  • Diversidade incrível. Mais de um milhão de espécies vivas foram identificadas até agora - mais do que todas as outras espécies de coisas vivas juntas - e esta provavelmente é apenas uma fração delas.
  • Viva em todos os habitats possíveis: água doce, água salgada, solo, até mesmo nas regiões mais proibidas da Antártica e altas montanhas.
  • Um esqueleto externo articulado feito de quitina, um polímero de N-acetilglucosamina (NAG).
  • Segmentado.
  • Pares de apêndices articulados; um par para um segmento - usado para locomoção, alimentação, sensação, armamento.
  • Simetria bilateral.
  • O cordão nervoso principal corre ao longo do lado ventral.

Devemos olhar para quatro grupos (subfilos):

  • Crustáceos
  • Hexapoda (os insetos)
  • Myriapoda
  • Chelicerata

Figura 19.1.10.7 Crustáceos

  • Cabeça e tórax fundidos em um cefalotórax.
  • Pelo menos 40.000 espécies.
  • A maioria é aquática, encontrada tanto na água doce quanto nos oceanos.
  • Inclui crustáceos, lagostas, cracas, caranguejos, camarões.

Hexapoda - os insetos

  • Segmentos corporais agrupados em cabeça, tórax, e abdômen.
  • Cada um dos 3 segmentos torácicos carrega um par de pernas (daí o 6 pernas "hexapoda")
  • Muitos têm asas, geralmente 2 pares (apenas um par em moscas - dípteros).
  • Troca gasosa através de um sistema traqueal.
  • Resíduos de nitrogênio são ácido úrico, conservando água.
  • Cerca de 950.000 espécies, e isso pode ser apenas 10% do número lá fora.
  • Domine todos os habitats, exceto os oceanos.
  • Representante mais intensamente estudado: Drosophila melanogaster.
  • Inseto colonial representativo: a abelha, Apis mellifera

Myriapoda

Cerca de 13.000 espécies de

  • centopéias
  • milípedes

Nenhum dos grupos tem o número de pernas que seu nome sugere, embora uma espécie de milípede tenha 375 pares.

Chelicerata

  • Segmentos anteriores fundidos em um cefalotórax.
  • O primeiro par de apêndices - as quelíceras - são usados ​​para alimentação.
  • Não há antenas.
  • Inclui:
    • Merostomata. O único membro vivo hoje é Limulus, a ferradura "caranguejo". Ele existe no mar praticamente inalterado há 200 milhões de anos.
    • Aracnídeos (cerca de 75.000 espécies)
      • 8 pernas
      • escorpiões, ácaros, carrapatos, aranhas, patas longas.

Relações evolutivas dos artrópodes

Um número cada vez maior de sequências de genes de artrópodes parece ter respondido a algumas questões antigas sobre as relações evolutivas dos vários grupos de artrópodes. Um estudo recente (Regier, J. C., et al., Natureza, 463: 1079, 25 de fevereiro de 2010) examinou 63 genes nucleares de 75 espécies de artrópodes e concluiu que

  • os crustáceos são parafiléticos; isto é, o único ancestral comum do qual todos os animais que chamamos de crustáceos descendem também era o ancestral de outro grupo, os insetos (Hexapoda) Portanto, os insetos são crustáceos terrestres!
  • Todos esses grupos mais os milípedes e centopéias (Myriapoda) compõem um clado designado Mandibulata.
  • Assim, os milípedes e as centopéias estão mais intimamente relacionados aos crustáceos do que, como se pensava, o Chelicerata.

Os Deuterostômios

Além das características listadas acima, os deuterostômios têm (ou tiveram) fendas branquiais. (Os equinodermos perderam as fendas branquiais de seus ancestrais.)

Equinodermos (Filo Echinodermata)

Características:

  • simetria radial. NO ENTANTO, suas larvas têm simetria bilateral portanto, os equinodermos provavelmente evoluíram de ancestrais bilateralmente simétricos e pertencem ao Bilateria.
  • sistema vascular de água. A água do mar é levada para um sistema de canais e é usada para estender muitos pés de tubo. Eles têm ventosas nas pontas e ajudam o animal a se prender a superfícies sólidas.
  • sem fendas branquiais
  • Cerca de 6.000 espécies - todas marinhas.

Existem 5 classes de equinodermos:

  • Lírios do mar (Crinoidea)
  • Sea Stars (também conhecido como "Starfish") (Asteroidea) A foto (cortesia do Dr. Charles Walcott) mostra uma estrela do mar que perdeu um braço e está em processo de regeneração de uma substituição.
  • Estrelas frágeis (Ophiuroidea)
  • Pepinos do mar (Holothuroidea)
  • Ouriços-do-mar e dólares de areia (Echinoidea)

Vermes da bolota (Filo Hemichordata)

Os membros desse pequeno filo (cerca de 90 espécies foram identificadas) são formas marinhas, a maioria das quais vive em tocas em sedimentos oceânicos. Seus parentes vivos mais próximos são os equinodermos com o qual eles compartilham o clado Ambulacraria. No entanto, eles possuem um conjunto de características, tanto em sua anatomia (por exemplo, fendas branquiais) quanto em seus padrões de expressão gênica, sugerindo que seus ancestrais também levaram à evolução dos cordados.

Cordados (Filo Chordata)

Durante seu desenvolvimento embrionário, todos os cordados passam por um estágio denominado faringula com estes recursos:

  • uma cordão nervoso tubular dorsal ("1") correndo de anterior para posterior. Em sua extremidade anterior, torna-se ampliado para formar o cérebro.
  • um flexível, semelhante a uma haste notocorda ("2") que segue dorsal ao trato digestivo e fornece suporte interno. Em cordados vertebrados, é substituído por uma coluna vertebral ou coluna vertebral muito antes da maturidade.
  • pares de bolsas de guelras. Essas cavidades laterais da faringe são combinadas externamente por ranhuras emparelhadas. Em cordados aquáticos, um ou mais pares de bolsas de guelras rompem as ranhuras externas, formando fendas branquiais ("3"). Proporcionam uma saída para a água que entra pela boca e passa pelas guelras.
  • uma cauda que se estende atrás do ânus
  • A grande maioria dos cordados tem um crânio envolvendo seu cérebro (Craniata), e todos, exceto um deles (o peixe-bruxa) convertem sua notocorda em uma coluna vertebral ou espinha dorsal. Estes últimos são os vertebrados.

    Os vertebrados também diferem de todos os outros animais por terem quadruplicado seu agrupamento de genes HOX; ou seja, os vertebrados têm 4 grupos de genes HOX localizados em 4 cromossomos diferentes.

    Aqui, devemos examinar dois grupos de cordados invertebrados:
    • Urochordata e
    • Cephalochordata

Urochordata

Este grupo (também chamado Tunicata) inclui animais conhecidos como ascídias (e comumente chamado escarpas do mar) Eles são

  • marinho
  • animais sésseis
  • alimente-se filtrando as partículas de comida da água do mar que são absorvidas por uma abertura, ou sifão, e esguichadas pela outra.

O que está acima é Halocynthia, o pêssego do mar (foto cortesia de Ralph Buchsbaum). É difícil ver o que torna esses animais cordados. Os adultos não têm notocorda nem sistema nervoso tubular dorsal. No entanto, esses animais se dispersam com larvas de natação livre que têm

  • sistema nervoso tubular dorsal
  • notocorda
  • fendas branquiais

Uma das espécies mais comuns (Ciona intestinalis) teve seu genoma sequenciado.

  • Tem um genoma muito pequeno: ~ 1,6 x 108 pares de bases que codificam ~ 16.000 genes. (Cerca de 20% deles são organizados em operons.)
  • Sua larva é pequena (com ~ 2.600 células), incluindo apenas
    • 36 células musculares
    • 40 células notocórdio
    • 100 neurônios
  • Essas células (assim como as outras) se desenvolvem ao longo de caminhos rígidos que podem ser facilmente observados porque a larva é
  • transparente.

Todos esses recursos são compartilhados com C. elegans, mas agora estamos falando de um animal muito mais próximo da linha evolutiva que nos produziu. Na verdade, com 80% dos genes de Ciona tendo homólogos em nós, os tunicados são provavelmente nossos parentes invertebrados mais próximos.

Cephalochordata

O membro representativo desse minúsculo subfilo das chamadas lanceletas é uma pequena criatura marinha (5 cm), semelhante a um peixe, chamada anfioxus (acima). Durante anos, seu nome de gênero foi Anfioxus mas agora foi substituído pelo nome Branchiostoma. O anfioxus retém um cordão nervoso dorsal, notocordae fendas branquiais ao longo de sua vida. Há um pequeno agrupamento de neurônios na ponta anterior do cordão nervoso com certas semelhanças de estrutura e expressão gênica com o cérebro anterior, médio e posterior dos vertebrados. Embora seja capaz de nadar, a lanceta passa a maior parte do tempo parcialmente enterrada na areia enquanto filtra partículas microscópicas de comida da água.


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Aqueles Vermes Maravilhosos (Lumbriculus variegatus) [Artigo ilustrado Carolina Tips, Agosto de 1996, vol. 59, nº 3, 4 pp].
Lumbriculus variegatus: Fontes Comerciais NOVO [Lista de fontes para Lumbriculus variegatus (oligoqueta aquático) 1 p]
Cultivando Lumbriculus variegatus [Breve explicação para cultura Lumbriculus no laboratório, 1 p]
Lumbriculus variegatus: um perfil de biologia [Antecedentes sobre taxonomia, estilo de vida, reprodução, músculos, circulação e comportamento de vermes negros (Lumbriculus) - não encontrado em textos gerais ou avançados 4 pp]
Fotos de Lumbriculus variegatus [ Habitat para Wormanity-A ] [Habitat para Wormanity-B] [worm-1] [worm-2] [worm-3] [anatomia do verme] [Cortes transversais]
Fatos de biologia sobre Mudworms [Breve resumo de Lumbriculus (blackworm) biologia 1 p]
À medida que o verme gira [investigue Lumbriculus rastejar, nadar e inverter o comportamento Sou. Biol. Professor, 61:438-442) ANIMAÇÕES INTERATIVAS: [Lumbriculus natação], [rastejamento de oligoquetas] [Lumbriculus reversão corporal] [cálculos de natação helicoidal]
Cara ou Corôa NOVO & gt Escrita do laboratório de regeneração [Exercício detalhado sobre regeneração de cabeça e cauda em Lumbriculus publicado em Proc.Assoc.for Biology Lab. Educ. (ABLE), Vol. 17, 1996 pp. 23-34. (arquivo pdf)] [Fragmento regenerado] [Animação de regeneração]
Blackworms, pulsação dos vasos sanguíneos e efeitos de drogas (ficheiro PDF) [Exercício de laboratório do aluno sobre a frequência cardíaca e os efeitos da droga em Lumbriculus vaso sanguíneo dorsal Sou. Biol. Professor, 61: 48-53. [Vista dos vasos sanguíneos dorsal e lateral] Veja ANIMAÇÕES INTERATIVAS de pulsações: [frequência de pulso do meio do corpo] [frequência de pulso posterior] [velocidade de pulso] NOVO: [Minhocas em slides de poços de fita] NOVO: [Calcular o volume de sangue através do vaso dorsal]
Registro não invasivo de potenciais de ação de fibra nervosa gigante de oligoquetas que se movem livremente [Registre picos tudo ou nada de fibras nervosas gigantes intactas Lumbriculus Proc Assoc Biol Lab Educ (ABLE), 20: 45-62, 1999. worm AP-1 worm AP-2] [Oligochaete Giant Axons -PowerPt slides]
Organização funcional do sistema nervoso em Lumbriculus variegatus [informações básicas sobre Lumbriculus sistema nervoso - não em textos gerais ou avançados 4 pp] [Seções transversais]
Worm Limericks [Lumbriculus poesia 1 p]
Detectores Biológicos de Fumaça [Mini-manual de toxicologia, ou cartilha, para alunos ou professores. Informações básicas e ideias para o uso de invertebrados (por exemplo, Lumbriculus ou minhocas) para testes de ecotoxicidade em pesquisas de estudantes ou projetos de feiras de ciências. Naturalista da escola de Kansas, vol. 50 (1) 1-15, dezembro de 2003 - várias cópias disponíveis mediante solicitação]
Através de um espelho - versão I [Laboratório baseado em investigação utilizando tendências de vermes para rastejar em tubos capilares (thigmotaxis, dando uma visão clara de recursos internos / externos e funções de amplificador em Lumbriculus, 8 pp co-autor: B. Grosz] NOVO [vermes em tubos] [anatomia do verme]
Através de um Espelho - Versão II [Exercício de laboratório baseado em inquérito. Visualize recursos internos e externos de worms inteiros, Lumbriculus, ou fragmentos de vermes, usando tubos de cultura de ponta plana. 2 pp]
McWorm: Invertebrate Fast Food [Usar Lumbriculus variegatus (blackworms) para estudar ataque predatório e comportamento de alimentação de amp em Hidra [hidra-A] [hidra-B] Planaria , lagostim, Triops, sanguessugas e peixes tropicais de água doce. Co-autor: K. Cain. 4 pp] [KIT COMERCIAL]
Papyrus terrestris [Construir um modelo de 24 polegadas de comprimento de verme oligoqueta que mostra a biomecânica da locomoção peristáltica em vermes oligoquetas, incluindo ações musculares circulares e longitudinais de amplificação, além de protração e retração de amplificador de cetáceos 1 p] [ver rastreamento de oligoquetas]

ABLE-2003: D Arquivos PowerPt baixáveis mostrar imagens congeladas da locomoção de invertebrados. Usar com LocOlympics Invertebrados redação do laboratório (NOTA: Os arquivos variam de 500-1100 kB) SELECIONE & gt & gt


Assista o vídeo: Sistema Excretor en Animales Invertebrados (Agosto 2022).