Name: animal classification and adaptation
Uploaded: 2019-01-31T09:27:27.000Z
Duration: 6 min 8 s
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Ecosystems: Interactions, Energy And Dynamics

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Animal Diversity

Outre leurs noms, qu’ont en commun les chevaux et les hippocampes ? Bien qu’ils aient l’air très différents, ce sont tous les deux des animaux. En général, nous définissons les animaux comme des organismes multicellulaires qui sont mobiles, c’est-à-dire capables de se déplacer indépendamment, de consommer de la matière organique pour produire de l’énergie et de se reproduire sexuellement. Les espèces ont fait évoluer leurs différents traits avec des fonctions spécifiques pour maximiser leur fitness dans leurs habitats, comme les poumons et les branchies par exemple. Une bonne règle empirique est que la forme suit la fonction, ce qui signifie que la fonction d’une caractéristique peut être prédite par sa structure et son apparence. Par exemple, différentes espèces de pinsons des îles Galápagos ont développé des becs différents pour des régimes spécifiques, comme des becs fins pour consommer du nectar et des becs épais pour ouvrir de grosses graines. Ainsi, nous pouvons prédire le régime alimentaire d’une espèce en observant les structures impliquées dans l’alimentation. 
Certaines caractéristiques marquent des points de ramification sur l’arbre de l’évolution et cela est vrai tout au long de l’arbre de la vie animale. Si nous regardons la structure de base de l’arbre évolutif des animaux, nous pouvons voir qu’il est divisé en de nombreux embranchements différents, chaque embranchement étant défini par des caractéristiques communes majeures. Parcourons-les brièvement. 
Le premier embranchement majeur est Porifera, ce qui signifie simplement poreux. Stationnaires à l’âge adulte, les Porifera comprennent des filtreurs tels que les éponges. L’absence de symétrie et de couches tissulaires distinctes sépare les Porifera des autres groupes et leur donne une énorme capacité de régénération où un organisme entier peut repousser à partir d’un petit groupe de cellules. 
L’embranchement suivant, Cnidaria, comprend les anémones de mer et les méduses et ce groupe se caractérise par leurs tentacules avec des cellules spécialisées à l’extrémité qu’ils utilisent pour piquer et maîtriser leurs proies. Les cnidaires sont radialement symétriques car ils peuvent être divisés en parties égales le long d’un axe central et possèdent deux couches de tissus, l’endoderme à l’intérieur et l’ectoderme à l’extérieur. Cela a permis aux cnidaires de développer un intestin simple avec une seule ouverture. 
Les Plathelminthes, qui signifient littéralement vers plats, sont notre prochain groupe. Les vers plats présentent une symétrie bilatérale, ce qui signifie qu’ils ont des moitiés d’image miroir le long d’un seul axe. La symétrie bilatérale a permis la céphalisation, qui est une concentration d’organes sensoriels près de l’extrémité antérieure ou de la tête où ces animaux interagissent continuellement avec leur environnement. La céphalisation, à son tour, a permis un mouvement directionnel, comme se déplacer vers une source de nourriture. Plathelminthes a également développé une troisième couche de tissu, le mésoderme, qui est prise en sandwich entre l’ectoderme et l’endoderme. 
Au fur et à mesure que les animaux se complexifient, c’est l’embranchement segmenté, les annélides comme le ver de terre, qui a développé une cavité corporelle tapissée de mésoderme appelée le cœlome. Cette nouvelle caractéristique a permis une spécialisation plus poussée des tissus et a ouvert la voie au développement des organes. 
La complexité de cette spécialisation est accrue chez les mollusques, un groupe qui comprend des plans corporels aussi divers que les pieuvres, les escargots et les palourdes. Ce groupe comporte de nombreux organes spécialisés recouverts et maintenus en place par un manteau. 
Les arthropodes sont sans doute l’embranchement le plus diversifié et comprennent des insectes, des crustacés et des arachnides. Ils ont été le premier groupe à développer des appendices articulés et ont donc été nommés en conséquence. Ils ont également des antennes sensorielles et leur corps est divisé en trois segments spécialisés, la tête, le thorax et l’abdomen, tous recouverts d’un exosquelette. 
Enfin, l’embranchement des Chordés comprend notre vieil ami le mangeur de graines et tous les autres oiseaux ainsi que les tuniciers ou les ascidies, les poissons, les amphibiens, les reptiles et les mammifères. Les chordés tirent leur nom d’un nouveau trait physique qu’ils ont développé, le cordon nerveux, clairement visible dans cet embryon typique de chordés. Cela se développe dans le cerveau et la moelle épinière chez la plupart des adultes. Ils ont également une structure cartilagineuse, la notocorde, qui devient la colonne vertébrale ou l’épine dorsale. 
Ici, nous avons caractérisé les principaux embranchements animaux de manière extrêmement simplifiée. Mais comme vous pouvez le voir, même au sein d’un seul embranchement, il existe de nombreuses différences de forme et de fonction. Cela signifie que nous pouvons observer les diverses structures et physiologies des différents membres d’un même phylum et prédire leurs fonctions et leurs cycles de vie. 
Dans ce laboratoire, vous observerez les structures des écrevisses et des grillons et prédirez leurs fonctions.

diversité animale

Le règne animal est composé d’une gamme d’organismes unis par un ensemble de caractéristiques communes. À quelques exceptions près, les animaux sont des eucaryotes multicellulaires qui se déplacent, consomment de la matière organique et se reproduisent sexuellement. Bien que ces attributs soient partagés, les espèces de ce règne sont également extrêmement diverses. Cette diversité est due à l’adaptation de chaque espèce à une niche différente. La niche d’une espèce comprend la superficie, la fonction et l’interrelation de cette espèce avec d’autres facteurs biotiques et abiotiques dans son environnement. La spécialisation de niche par l’adaptation évolutive permet aux espèces de survivre et de se reproduire efficacement dans leur environnement et réduit la compétition entre les espèces dans le même habitat1-2.
<h4>Classification</h4>
La diversité du règne animal a conduit à la classification de 36 embranchements distincts, sur la base de leur lignée évolutive. Sept de ces embranchements seront discutés, notamment Porifera, Cnidaria, Platyhelminthes, Annelida, Mollusca, Arthropodes et Chordata. Le premier, l’embranchement Porifera, est l’embranchement le plus ancien, le plus simple et le plus ancestral. Il comprend des éponges filtrantes multicellulaires et asymétriques qui n’ont pas de couches de tissus distinctes. Il est intéressant de noter que les éponges peuvent repousser après avoir été brisées au niveau d’une seule cellule. Ensuite, de plus en plus complexe, l’embranchement des Cnidaires comprend des méduses et des coraux. Les membres de cet embranchement sont radialement symétriques et diploblastiques (possédant deux couches de tissus). Ces couches de tissu sont appelées endoderme, qui constitue la couche interne, et ectoderme, qui forme la couche externe. Les organismes de l’embranchement des Cnidaires contiennent un intestin simple avec une seule ouverture par laquelle la nourriture entre et les déchets sont excrétés. Porifera et Cnidaria comprennent tous deux des organismes qui sont en grande partie sédentaires à l’âge adulte. Cependant, les embranchements restants ont développé des adaptations qui permettent le mouvement et un comportement plus sophistiqué.
Après Cnidaria, il existe deux embranchements de vers, appelés Plathelminthes et Annelida. Les vers de ces deux embranchements respirent en échangeant des gaz sur leur peau. En conséquence, la plupart des vers ont un grand rapport surface/volume et vivent dans des environnements humides ou aquatiques. La peau de ces organismes doit rester humide pour faciliter une diffusion efficace des gaz. Une autre caractéristique commune des vers est leur symétrie bilatérale. Cela signifie qu’un organisme peut être divisé symétriquement en deux le long d’un plan. La symétrie bilatérale est observée non seulement chez les vers, mais aussi dans tous les embranchements à partir de ce point d’évolution. Une telle symétrie est importante pour permettre un mouvement dirigé et pour concentrer les organes sensoriels près de la pointe antérieure, ou tête, où ils interagissent avec leur environnement. Les vers et plus tard les embranchements contiennent également une couche de tissu supplémentaire appelée mésoderme qui se trouve entre l’ectoderme et l’endoderme. Par conséquent, ces organismes sont considérés comme « triploblastiques ».
Des deux embranchements de vers, Plathelminthes est le plus ancien et le plus simple. Il s’agit notamment des vers plats et des trématodes, qui peuvent être libres ou parasites. Comme les cnidaires, ils possèdent un boyau simple avec une seule ouverture. L’embranchement des Annélides est plus complexe, comprenant des vers de terre, des lixiviats et des polychètes. Ces organismes contiennent une cavité corporelle, appelée cœlome, entre l’intestin et la paroi corporelle. Ils se distinguent également par la segmentation de leur corps. La division d’un organisme en segments était une étape importante de l’évolution, permettant l’adaptation de chaque segment à des formes et des fonctions spécialisées. Les principales avancées évolutives dans ce phylum comprennent le développement de segments antérieurs avec des appendices spécialisés dans la préhension et le traitement des aliments, ainsi que de segments postérieurs avec des appendices spécialisés dans la locomotion.
L’embranchement suivant, Mollusca, contient des organismes très diversifiés sur le plan morphologique, notamment des pieuvres, des escargots, des limaces et des palourdes. Il y a peu de caractéristiques déterminantes pour ce groupe. Cependant, tous les mollusques possèdent un manteau, qui agit comme une couverture protectrice pour les organes respiratoires, le tube digestif et les structures reproductives. Ensuite, le groupe d’organismes le plus diversifié est l’embranchement des Arthropodes. À lui seul, cet embranchement représente environ les trois quarts de toutes les espèces vivantes et éteintes connues aujourd’hui, y compris les crustacés, les insectes et les arachnides. Tous les membres de cet embranchement ont un revêtement extérieur dur fait de chitine, appelé exosquelette. Cet exosquelette est périodiquement perdu pour qu’un nouveau, plus grand, prenne sa place. Comme les annélides, les arthropodes sont segmentés. Cependant, au lieu de plusieurs sections répétitives, les arthropodes sont divisés en trois segments distincts appelés la tête, le thorax et l’abdomen. La plupart ont des structures de détection spécialisées attachées à la tête appelées antennes.
Enfin, l’embranchement des chordés comprend tous les animaux avec une colonne vertébrale et quelques-uns sans. Deux caractéristiques déterminantes qui unissent ce groupe sont la présence d’une corde nerveuse et d’une notochorde. Le cordon nerveux est une partie importante du système nerveux chordé et la notocorde est une structure cartilagineuse qui relie le cordon nerveux et le tube digestif. L’embranchement des chordés comprend les tuniciers (qui perdent leur cordon nerveux et leur notochorde après leur métamorphose du stade larvaire au stade adulte), les poissons, les amphibiens, les oiseaux, les reptiles et les mammifères (y compris les humains)3.
<h4>Forme et fonction</h4>
La grande diversité de structure corporelle, d’habitats et de comportements observée dans les 36 embranchements du règne animal est vraiment stupéfiante. Pour mieux comprendre ces différences, il est important de considérer le lien entre la forme et la fonction. « Forme » signifie simplement la forme, la taille et la substance d’une structure ou d’un organisme, tandis que « fonction » représente la manière dont cette structure est utilisée. En conséquence, la fonction d’une structure peut être prédite en fonction de la forme observée, ou vice versa. Par exemple, on prédit qu’un oiseau spécialisé dans le cassage des noix dures aura un bec robuste et pointu, tandis qu’un oiseau qui mange des fruits peut avoir un bec plus petit et plus arrondi.
Il est important de noter que la forme d’un organisme est limitée par ses besoins physiologiques. Par exemple, tous les animaux doivent consommer et digérer des matières organiques et échanger des gaz avec leur environnement. Par conséquent, toute adaptation à la forme d’un animal doit continuer à faciliter efficacement ces processus. Par exemple, chez les petits animaux, la diffusion de gaz à travers la peau est possible et souvent utile. Cependant, à mesure que la taille d’un animal augmente, son rapport surface/volume diminue jusqu’à ce que la diffusion à travers la peau ne puisse plus fournir un échange gazeux suffisant. Ces animaux plus grands ont développé des systèmes complexes pour gérer les échanges gazeux, tels que les poumons d’une baleine ou les branchies d’un poisson. Par conséquent, la morphologie des systèmes d’échange gazeux dépend à la fois de la taille d’un organisme et de son environnement.
De même, il s’ensuit généralement avec d’autres types d’adaptations que la forme suit la fonction, contrainte uniquement par les besoins physiologiques de l’organisme. Cependant, il existe des cas où la forme ne suit pas la fonction. Les structures vestigiales sont celles qui ont servi à quelque chose chez l’ancêtre d’un organisme mais qui ne sont plus utiles dans leur forme actuelle. De telles structures ont peu ou pas d’impact sur la condition physique d’un individu, et ne sont donc pas sélectionnées au cours de l’évolution pour ou contre au sein de la population. En conséquence, certaines structures persistent avec une capacité fonctionnelle limitée. Par exemple, l’appendice humain, une petite poche à l’extrémité du gros intestin, est un vestige évolutif de nos ancêtres. Bien que l’on ait supposé que cette structure stocke les bactéries intestinales bénéfiques, l’ablation de l’appendice est possible sans effets délétères.
<h4>Évolution convergente</h4>
Parmi les adaptations observées dans le règne animal, beaucoup se sont développées plusieurs fois au cours de l’histoire de l’évolution. Prenons l’exemple des ailes d’une chauve-souris et de celles d’un oiseau. Ces structures ne sont pas le résultat d’une relation évolutive, mais sont plutôt issues d’une évolution convergente4. L’évolution convergente se produit lorsque deux organismes développent indépendamment des traits similaires en raison de pressions environnementales ou de niches similaires. Les ailes des chauves-souris, des oiseaux et des encarts se sont toutes développées indépendamment et sont dites être des « traits convergents ». De toute évidence, ces traits sont très bénéfiques pour les niches dans lesquelles ils apparaissent.
<h4>Références</h4>
<ol class="références">
	<li>Hollins, J., et al. (2018). « Une perspective physiologique sur l’évolution induite par la pêche. » Evol Appl 11(5) : 561-576.</li>
	<li>Leong, M., et al. (2017). « Les habitats fournis par l’homme : facteurs affectant la diversité et la composition des arthropodes dans les maisons. » Sci Rep 7(1) : 15347.</li>
	<li>Wray, G. A. (2015). « Les horloges moléculaires et l’évolution précoce des systèmes nerveux métazoaires. » Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 370(1684).</li>
	<li>Foll, M., et al. (2014). « Signaux généralisés d’adaptation convergente à la haute altitude en Asie et en Amérique. » Am J Hum Genet 95(4) : 394-407.</li>
</ol>

Diversité animale

Le règne animal est composé d’une gamme d’organismes unis par un ensemble de caractéristiques communes. À quelques exceptions près, les animaux sont multicellulaires...

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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...

evolutionary relationships

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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Plant Adaptations for Land Life

Plant adaptations for land life explain how plants moved from water to land and diversified over time. Kingdom Plantae first appeared about 410 million years ago, when green algae began transitioning from aquatic environments to dry land. That shift was difficult, but land offered more light, more carbon dioxide, and far less competition than crowded oceans. Life on land forced plants to solve new problems. Aquatic plants can absorb water and nutrients directly from the surrounding liquid, use...

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How Scientists Identify Bacteria and Fungi

Bacteria and fungi are highly diverse organisms, and scientists identify them by looking at their structure, growth, and role in health. Some species help people, while others can cause disease, so learning how to tell them apart matters in biology and medicine. Biological taxonomists group organisms by evolutionary relatedness. Life is divided into three domains: Bacteria, Archaea, and Eukaryota. Bacteria belong to the domain Bacteria, which includes single-celled prokaryotes. Prokaryotic...

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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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The Carbon Cycle

Carbon is the basis of all organic matter on Earth, and is recycled through the ecosystem in two primary processes: one in which carbon is exchanged among ...

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.

HS-LS2-4

Animal Classification and Adaptation

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