Name: animal classification and adaptation
Uploaded: 2019-01-31T09:27:27.000Z
Duration: 6 min 8 s
Channel: JoVE

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Ecosystems: Interactions, Energy And Dynamics

HS-LS2-7

Animal Diversity

Además de sus nombres, ¿qué tienen en común los caballos y los caballitos de mar? Aunque se ven muy diferentes, ambos son animales. Generalmente, definimos a los animales como organismos pluricelulares que son móviles, es decir, capaces de movimiento independiente, consumen materia orgánica para obtener energía y son capaces de reproducción sexual. Las especies han evolucionado sus diferentes rasgos con funciones específicas para maximizar su aptitud en sus hábitats, como los pulmones y las branquias, por ejemplo. Una buena regla general es que la forma sigue a la función, lo que significa que la función de una característica se puede predecir por su estructura y apariencia. Por ejemplo, diferentes especies de pinzones en las Islas Galápagos han desarrollado diferentes picos para dietas específicas, como picos delgados para consumir néctar y picos gruesos para abrir semillas grandes. Por lo tanto, podemos predecir las dietas de una especie mediante la observación de las estructuras involucradas en la alimentación. 
Ciertas características marcan puntos de ramificación en el árbol evolutivo y esto es cierto a lo largo de todo el árbol de la vida animal. Si nos fijamos en la estructura básica del árbol evolutivo de los animales, podemos ver que está dividido en muchos filos diferentes, cada uno de los cuales se define por importantes características compartidas. Vamos a repasarlos brevemente. 
El primer filo importante es Porifera, que significa simplemente portador de poros. Estacionarios como adultos, los poríferos incluyen alimentadores de filtro como esponjas. La falta de simetría y de distintas capas de tejido separa a los poríferos de otros grupos y les confiere una enorme capacidad de regeneración en la que todo un organismo puede recrecer a partir de un pequeño grupo de células. 
El siguiente filo, Cnidaria, incluye anémonas de mar y medusas y este grupo se caracteriza por sus tentáculos con células especializadas en las puntas que utilizan para picar y someter a sus presas. Los cnidarios son radialmente simétricos, ya que pueden dividirse en partes iguales a lo largo de un eje central y poseen dos capas de tejido, endodermo en el interior y ectodermo en el exterior. Esto permitió a los cnidarios desarrollar un intestino simple con una sola abertura. 
Los Platyhelminthes, que literalmente significa gusanos planos, es nuestro siguiente grupo. Los gusanos planos exhiben simetría bilateral, lo que significa que tienen mitades de imagen especular a lo largo de un solo eje. La simetría bilateral permitió la cefalización, que es una concentración de órganos sensoriales cerca del extremo anterior o la cabeza donde estos animales interactuarán continuamente con su entorno. La cefalización, a su vez, permitía el movimiento direccional, como el desplazamiento hacia una fuente de alimento. Los platelmintos también desarrollaron una tercera capa de tejido, el mesodermo, que se intercala entre el ectodermo y el endodermo. 
A medida que los animales se vuelven más complejos, fue el filo segmentado, los anélidos como la lombriz de tierra, el que desarrolló una cavidad corporal revestida de mesodermo llamada celoma. Esta nueva característica permitió una mayor especialización de los tejidos y allanó el camino para el desarrollo de órganos. 
La complejidad de esta especialización se incrementa en los moluscos, un grupo que incluye plantas corporales tan diversas como pulpos, caracoles y almejas. Este grupo tiene muchos órganos especializados cubiertos y mantenidos en su lugar con un manto. 
Los artrópodos son posiblemente el filo más diverso e incluyen insectos, crustáceos y arácnidos. Fueron el primer grupo en desarrollar apéndices articulados, por lo que se les nombró en consecuencia. También tienen antenas sensoriales y sus cuerpos se dividen en tres segmentos especializados, cabeza, tórax y abdomen, todos cubiertos con un exoesqueleto. 
Por último, los filos cordados incluyen a nuestro viejo amigo el comedor de semillas y a todas las demás aves, así como a los tunicados o ascidias, peces, anfibios, reptiles y mamíferos. Los cordados reciben su nombre de un nuevo rasgo físico que desarrollaron, el cordón nervioso, que se ve claramente en este embrión típico de cordados. Esto se desarrolla en el cerebro y la médula espinal en la mayoría de los adultos. También tienen una estructura cartilaginosa, la notocorda, que se convierte en la columna vertebral o columna vertebral. 
Aquí, hemos caracterizado los principales filos animales de una manera extremadamente simplificada. Pero como se puede ver, incluso dentro de un mismo filo, se pueden encontrar numerosas diferencias en la forma y la función. Esto significa que podemos observar las diversas estructuras y fisiologías de diferentes miembros de un mismo filo y predecir sus funciones e historias de vida. 
En este laboratorio, observará las estructuras de los cangrejos de río y los grillos y predecirá sus funciones.

diversidad animal

Kingdom Animalia está compuesto por una variedad de organismos unidos por un conjunto de características comunes. Salvo algunas excepciones, los animales son eucariotas pluricelulares que se mueven, consumen materia orgánica y se reproducen sexualmente. Aunque estos atributos son compartidos, las especies dentro de este reino también son extremadamente diversas. Esta diversidad se debe a la adaptación de cada especie a un nicho diferente. El nicho de una especie incluye el área, la función y la interrelación de esa especie con otros factores bióticos y abióticos de su entorno. La especialización de nicho a través de la adaptación evolutiva permite a las especies sobrevivir y reproducirse eficazmente en su entorno y reduce la competencia entre especies dentro del mismo hábitat1-2.
<h4>Clasificación</h4>
La diversidad en Kingdom Animalia ha llevado a la clasificación de 36 filos distintos, en función de su linaje evolutivo. Se discutirán siete de estos filos, incluyendo Porifera, Cnidaria, Platyhelminthes, Annelida, Mollusca, Arthropoda y Chordata. El primero, el filo Porifera, es el filo más antiguo, simple y ancestral. Incluye esponjas de alimentación por filtro multicelulares y asimétricas que carecen de capas de tejido distintas. Curiosamente, las esponjas pueden volver a crecer después de romperse hasta el nivel de una sola célula. A continuación, aumentando en complejidad, el filo Cnidaria incluye medusas y corales. Los miembros de este filo son radialmente simétricos y diploblásticos (poseen dos capas de tejido). Estas capas de tejido se denominan endodermo, que forma la capa interna, y ectodermo, que forma la capa externa. Los organismos del filo Cnidaria contienen un intestino simple con una sola abertura a través de la cual entran los alimentos y se excretan los desechos. Tanto Porifera como Cnidaria incluyen organismos que son en gran medida sedentarios cuando son adultos. Sin embargo, los filos restantes han desarrollado adaptaciones que permiten el movimiento y un comportamiento más sofisticado.
Después de Cnidaria, hay dos filos de gusanos, denominados Platyhelminthes y Annelida. Los gusanos de estos dos filos respiran intercambiando gases a través de su piel. Como resultado, la mayoría de los gusanos tienen una gran relación entre superficie y volumen y viven en ambientes húmedos o acuáticos. La piel de estos organismos debe permanecer húmeda para facilitar la difusión efectiva de los gases. Otra característica común de los gusanos es su simetría bilateral. Esto significa que un organismo puede dividirse simétricamente por la mitad a lo largo de un plano. La simetría bilateral se observa no solo en los gusanos, sino también en todos los filos a partir de este punto evolutivo. Esta simetría es importante para permitir el movimiento dirigido y concentrar los órganos sensoriales cerca de la punta anterior, o cabeza, donde interactúan con su entorno. Los gusanos y más tarde los filos también contienen una capa de tejido adicional llamada mesodermo que se encuentra entre el ectodermo y el endodermo. Como resultado, estos organismos se consideran "triploblásticos".
De los dos filos de gusanos, Platyhelminthes es el más antiguo y simple. Estos incluyen gusanos planos y trematodos, que pueden ser de vida libre o parásitos. Al igual que los cnidarios, poseen un intestino simple con una sola abertura. El filo Annelida es más complejo, incluyendo lombrices de tierra, lixiviaciones y poliquetos. Estos organismos contienen una cavidad corporal, llamada celoma, entre el intestino y la pared corporal. También se distinguen debido a la segmentación de sus cuerpos. La división de un organismo en segmentos fue un paso evolutivo importante, que permitió la adaptación de cada segmento a formas y funciones especializadas. Los principales avances evolutivos en este filo incluyen el desarrollo de segmentos anteriores con apéndices especializados para agarrar y procesar alimentos, así como segmentos posteriores con apéndices especializados para la locomoción.
El siguiente filo, Mollusca, contiene organismos muy diversos morfológicamente, como pulpos, caracoles, y almejas. Hay pocas características definitorias para este grupo. Sin embargo, todos los moluscos poseen un manto, que actúa como una cubierta protectora para los órganos respiratorios, el tracto digestivo y las estructuras reproductivas. A continuación, el grupo más diverso de organismos es el filo Arthropoda. Este filo por sí solo constituye aproximadamente tres cuartas partes de todas las especies vivas y extintas conocidas en la actualidad, incluidos crustáceos, insectos y arácnidos. Todos los miembros de este filo tienen una capa exterior dura hecha de quitina, llamada exoesqueleto. Este exoesqueleto se desprende periódicamente para que uno nuevo y más grande ocupe su lugar. Al igual que Annelida, los artrópodos están segmentados. Sin embargo, en lugar de múltiples secciones repetidas, los artrópodos se dividen en tres segmentos distintos llamados cabeza, tórax y abdomen. La mayoría tiene estructuras de detección especializadas unidas a la cabeza llamadas antenas.
Por último, el filo Chordata incluye a todos los animales con columna vertebral y algunos sin ella. Dos características definitorias que unen a este grupo son la presencia de una cuerda nerviosa y una notocorda. El cordón nervioso es una parte importante del sistema nervioso cordado y la notocorda es una estructura cartilaginosa que se extiende entre el cordón nervioso y el tracto digestivo. El filo Chordata incluye tunicados (que pierden su cordón nervioso y notocorda después de la metamorfosis de la etapa de vida larvaria a adulta), peces, anfibios, aves, reptiles y mamíferos (incluidos los humanos)3.
<h4>Forma y función</h4>
La gran diversidad en la estructura corporal, los hábitats y el comportamiento observados en los 36 filos dentro de Kingdom Animalia es realmente asombrosa. Para comprender mejor estas diferencias, es importante considerar la conexión entre forma y función. "Forma" significa simplemente la forma, el tamaño y la sustancia de una estructura u organismo, mientras que "función" representa la forma en que se usa esa estructura. En consecuencia, la función de una estructura se puede predecir en función de la forma observada, o viceversa. Por ejemplo, se predeciría que un ave especializada en cascar nueces duras tendría un pico robusto y afilado, mientras que un ave que come fruta puede tener un pico más pequeño y redondeado.
Es importante destacar que la forma de un organismo está limitada por sus requisitos fisiológicos. Por ejemplo, todos los animales deben consumir y digerir materia orgánica e intercambiar gases con su entorno. Como resultado, cualquier adaptación a la forma de un animal debe continuar facilitando estos procesos de manera eficiente. Por ejemplo, en animales más pequeños, la difusión de gases a través de la piel es posible y, a menudo, útil. Sin embargo, a medida que aumenta el tamaño de un animal, su relación entre el área de superficie y el volumen disminuye hasta que la difusión a través de la piel ya no puede proporcionar suficiente intercambio de gases. Estos animales más grandes han desarrollado sistemas complejos para lidiar con el intercambio de gases, como los pulmones de una ballena o las branquias de un pez. Como resultado, la morfología de los sistemas de intercambio de gases depende tanto del tamaño de un organismo como de su entorno.
Del mismo modo, en otros tipos de adaptaciones se deduce generalmente que la forma sigue a la función, constreñida sólo por las necesidades fisiológicas del organismo. Sin embargo, hay casos en los que la forma no sigue a la función. Las estructuras vestigiales son aquellas que sirvieron a un propósito en el ancestro de un organismo, pero que ya no son útiles en su forma actual. Tales estructuras tienen poco o ningún impacto en la aptitud de un individuo y, por lo tanto, no se seleccionan evolutivamente a favor o en contra dentro de la población. Como resultado, algunas estructuras persisten con una capacidad funcional limitada. Por ejemplo, el apéndice humano, una pequeña bolsa al final del intestino grueso, es un remanente evolutivo de nuestros antepasados. Si bien se ha planteado la hipótesis de que esta estructura almacena bacterias intestinales beneficiosas, la extirpación del apéndice es posible sin efectos deletéreos.
<h4>Evolución convergente</h4>
Entre las adaptaciones observadas en Kingdom Animalia, muchas se han desarrollado varias veces a lo largo de la historia evolutiva. Consideremos como ejemplo las alas de un murciélago y las de un pájaro. Estas estructuras no son el resultado de una relación evolutiva, sino que han surgido de la evolución convergente4. La evolución convergente ocurre cuando dos organismos evolucionan independientemente rasgos similares debido a presiones ambientales o nichos similares. Las alas de los murciélagos, las aves y las inserciones se han desarrollado de forma independiente y se dice que son "rasgos convergentes". Claramente, tales rasgos son bastante beneficiosos para los nichos en los que surgen.
<h4>Referencias</h4>
<ol class="referencias">
	<li>Hollins, J., et al. (2018). «Una perspectiva fisiológica sobre la evolución inducida por las pesquerías». Evol Appl 11(5): 561-576.</li>
	<li>Leong, M., et al. (2017). 'Los hábitats que proporcionan los humanos: factores que afectan la diversidad y composición de los artrópodos en las casas'. Sci Rep 7(1): 15347.</li>
	<li>Wray, G. A. (2015). «Relojes moleculares y la evolución temprana del sistema nervioso de los metazoos». Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 370 (1684).</li>
	<li>Foll, M., et al. (2014). «Señales generalizadas de adaptación convergente a la gran altitud en Asia y América». Am J Hum Genet 95(4): 394-407.</li>
</ol>

Diversidad animal

Kingdom Animalia está compuesto por una variedad de organismos unidos por un conjunto de características comunes. Salvo algunas excepciones, los animales son pluricelulares ...

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Biología

Evolution

Evolución

animal classification and adaptation

Kingdom Animalia includes a wide range of organisms that share a few basic traits. Most animals are multicellular eukaryotes that move, consume organic matter, and reproduce sexually. Even with those shared features, animals are extremely diverse because each species adapts to a different niche. A niche is the place, role, and set of interactions a species has with living and nonliving parts of its environment. Specialization helps species survive, reproduce, and reduce competition with others in the same habitat.

This diversity has led scientists to classify animals into 36 phyla based on evolutionary lineage. Seven major phyla are highlighted here: Porifera, Cnidaria, Platyhelminthes, Annelida, Mollusca, Arthropoda, and Chordata. Porifera is the earliest and simplest group. It includes sponges that are multicellular, asymmetrical, and filter feeding. They lack distinct tissue layers, and some can regrow even after being broken apart to the level of a single cell.

Cnidaria is a more complex phylum that includes jellyfish and corals. These animals are radially symmetric and diploblastic, which means they have two tissue layers: ectoderm and endoderm. They also have a simple gut with one opening for both food intake and waste removal. Both Porifera and Cnidaria include animals that are mostly sedentary as adults. The next groups show more movement and more complex behavior.

Platyhelminthes and Annelida are the two worm phyla discussed here. Worms in both groups exchange gases across their skin, so they usually need moist or aquatic environments and a large surface area to volume ratio. They also have bilateral symmetry, which means the body can be split into matching left and right halves. This symmetry supports directed movement and places sensory organs near the anterior tip, or head. Worms and later phyla are triploblastic because they also have a mesoderm, the middle tissue layer.

Platyhelminthes is the older and simpler worm phylum. It includes flatworms and trematodes, which may live freely or as parasites. Like cnidarians, these animals have a simple gut with one opening. Annelida is more complex and includes earthworms, leeches, and polychaetes. These animals have a coelom, which is a body cavity between the gut and the body wall, and they are segmented. Segmentation was an important evolutionary step because it allowed different body segments to specialize for different tasks, such as grasping food or moving.

Mollusca is a highly varied phylum that includes octopuses, snails, slugs, and clams. Members of this group share few obvious features, but all mollusks have a mantle. The mantle is a protective covering for the respiratory organs, digestive tract, and reproductive structures. Arthropoda is the most diverse animal phylum and includes crustaceans, insects, and arachnids. It makes up about three quarters of all known living and extinct species. Arthropods have a chitin-based exoskeleton that must be shed and replaced as they grow. They are also segmented, but their bodies are organized into the head, thorax, and abdomen, and most have antennae for sensing.

Chordata includes animals with a backbone and a few without one. Two features unite this group: a nerve cord and a notochord. The nerve cord is a major part of the chordate nervous system, and the notochord is a cartilaginous support structure between the nerve cord and the digestive tract. Chordates include tunicates, fish, amphibians, birds, reptiles, and mammals, including humans. Tunicates are unusual because they lose the nerve cord and notochord after they change from larva to adult.

The many body forms seen in Kingdom Animalia show how closely form and function are linked. Form means the shape, size, and substance of a structure, while function is the way that structure is used. A bird that cracks hard nuts is expected to have a sturdy, sharp beak, while a fruit-eating bird may have a smaller, rounder beak. Animal form is also limited by basic needs. Animals must eat, digest, and exchange gases with their environment, so any adaptation still has to support those jobs efficiently.

Gas exchange shows this link clearly. Small animals can often exchange gases across the skin by diffusion. As animals get larger, their surface area to volume ratio decreases, and diffusion across the skin is no longer enough. Larger animals therefore use specialized systems such as the lungs of a whale or the gills of a fish. The exact form of a gas exchange system depends on both body size and environment.

Some structures do not follow function in a useful way today. Vestigial structures are traits that were useful in an ancestor but have little or no current function. They do not strongly affect fitness, so natural selection does not act on them much. The human appendix is one example. It is a small pocket at the end of the large intestine, and it may store helpful gut bacteria, but it can be removed without harmful effects.

Similar traits can also evolve more than once. This is called convergent evolution. It happens when unrelated organisms independently develop similar features because they face similar environmental pressures or fill similar niches. Bat wings and bird wings are an example, and insect wings are another. These traits are convergent, not evidence of close evolutionary relatedness, and they show how similar needs can shape animal form in different lineages.

Animal Classification and Adaptation

natural selection

Fitness and Selection in Populations

Fitness and natural selection shape how traits spread through a population over time. Variation in inherited phenotypes gives evolution its raw material. When a trait is heritable and affects survival or reproduction, natural selection can change how common that trait becomes in later generations. Fitness means reproductive success compared with others in the same population. A heritable trait that improves fitness is called an adaptation. Individuals with higher lifetime reproductive success...

artificial selection

Selective Breeding in Dogs and Crops

Artificial selection, also called selective breeding, is the human choice of which plants or animals reproduce. It uses natural variation in a population to produce traits people want. Over many generations, this can create domesticated organisms that look very different from their wild ancestors. Natural selection is a different process, but it helps explain how change happens in nature. In adaptive evolution, differences in traits can lead to differences in survival and reproductive success.

hardy-weinberg and genetic drift

Hardy-Weinberg Tests for Population Change

Hardy-Weinberg tests help scientists check whether a population is changing over time. Because evolution happens slowly and over large areas, researchers often use mathematical models to study it. These models use measurable data and computer simulations to predict how allele frequencies may shift across many generations. The Hardy-Weinberg equilibrium equation is one common model. It was developed independently in 1908 by G. H. Hardy and Wilhelm Weinberg. The equation gives the expected...

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DNA Evidence in Evolutionary Trees

DNA evidence helps scientists map evolutionary relationships between living things. Early classification began with Aristotle in the 4th century BC and was later improved during the Renaissance and by Carolus Linnaeus in the mid-1700s. These systems grouped species by physical similarity, such as the presence or absence of a backbone in vertebrates and invertebrates. Traits like a backbone are called synapomorphies, which are shared traits that likely came from a common ancestor. Physical...

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Explore major animal phyla, from sponges to chordates, and see how form, function, vestigial structures, and convergent evolution shape adaptation.

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Use mathematical representations to support claims for the cycling of matter and flow of energy among organisms in an ecosystem. Emphasis is on using a mathematical model of stored energy in biomass to describe the transfer of energy from one trophic level to another and that matter and energy are conserved as matter cycles and energy flows through ecosystems. Emphasis is on atoms and molecules such as carbon, oxygen, hydrogen and nitrogen being conserved as they move through an ecosystem.

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Animal Classification and Adaptation

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