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

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Ecosystems: Interactions, Energy And Dynamics

HS-LS2-7

Animal Diversity

Oltre ai loro nomi, cosa hanno in comune i cavalli e i cavallucci marini? Sebbene sembrino molto diversi, sono entrambi animali. In generale, definiamo gli animali come organismi multicellulari che sono mobili, cioè capaci di movimento indipendente, consumano materia organica per produrre energia e sono in grado di riprodursi sessualmente. Le specie hanno evoluto i loro diversi tratti con funzioni specifiche per massimizzare la loro fitness nei loro habitat, come ad esempio polmoni e branchie. Una buona regola empirica è che la forma segue la funzione, il che significa che la funzione di una caratteristica può essere prevista dalla sua struttura e dal suo aspetto. Ad esempio, diverse specie di fringuelli nelle isole Galapagos hanno sviluppato becchi diversi per diete specifiche, come becchi sottili per consumare nettare e becchi spessi per aprire semi di grandi dimensioni. Pertanto, possiamo prevedere le diete di una specie osservando le strutture coinvolte nell'alimentazione. 
Alcune caratteristiche segnano i punti di ramificazione sull'albero evolutivo e questo è vero lungo tutto l'albero della vita animale. Se guardiamo alla struttura di base dell'albero evolutivo degli animali, possiamo vedere che è suddiviso in molti phyla diversi con ogni phylum definito da importanti caratteristiche condivise. Esaminiamoli brevemente. 
Il primo grande phylum è Porifera, che significa semplicemente portatore di pori. Stazionari da adulti, i poriferi includono filtratori come le spugne. La mancanza di simmetria e di strati di tessuto distinti separa i poriferi dagli altri gruppi e conferisce loro un'enorme capacità di rigenerazione in cui un intero organismo può ricrescere da un piccolo gruppo di cellule. 
Il phylum successivo, Cnidaria, comprende anemoni di mare e meduse e questo gruppo è caratterizzato dai loro tentacoli con cellule specializzate nelle punte che usano per pungere e sottomettere la preda. Gli cnidari sono radialmente simmetrici poiché possono essere divisi in parti uguali lungo un asse centrale e possiedono due strati di tessuto, l'endoderma all'interno e l'ectoderma all'esterno. Ciò permise agli Cnidari di sviluppare un budello semplice con una singola apertura. 
I Platyhelminthes, che letteralmente significa vermi piatti, è il nostro prossimo gruppo. I vermi piatti mostrano una simmetria bilaterale, il che significa che hanno metà speculari lungo un singolo asse. La simmetria bilaterale ha permesso la cefalizzazione, che è una concentrazione di organi sensoriali vicino all'estremità anteriore o alla testa in cui questi animali interagiranno continuamente con l'ambiente circostante. La cefalizzazione, a sua volta, ha permesso il movimento direzionale, come il movimento verso una fonte di cibo. I platelminti hanno anche sviluppato un terzo strato di tessuto, il mesoderma, che è inserito tra l'ectoderma e l'endoderma. 
Man mano che gli animali diventavano più complessi, è stato il phylum segmentato, gli anellidi come il lombrico, a sviluppare una cavità corporea rivestita di mesoderma chiamata celoma. Questa nuova caratteristica ha permesso un'ulteriore specializzazione dei tessuti e ha aperto la strada allo sviluppo degli organi. 
La complessità di questa specializzazione è aumentata nei molluschi, un gruppo che comprende piani corporei diversi come polpi, lumache e vongole. Questo gruppo ha molti organi specializzati coperti e tenuti in posizione con un mantello. 
Gli artropodi sono probabilmente il phylum più diversificato e includono insetti, crostacei e aracnidi. Sono stati il primo gruppo a sviluppare appendici articolate e quindi sono stati chiamati di conseguenza. Hanno anche antenne sensoriali e i loro corpi sono divisi in tre segmenti specializzati, testa, torace e addome, tutti ricoperti da un esoscheletro. 
Infine, il phyla Cordato include il nostro vecchio amico mangiatore di semi e tutti gli altri uccelli, nonché tunicati o ascidie di mare, pesci, anfibi, rettili e mammiferi. I cordati prendono il nome da un nuovo tratto fisico che hanno sviluppato, il cordone nervoso, visto chiaramente in questo tipico embrione di cordata. Questo si sviluppa nel cervello e nel midollo spinale nella maggior parte degli adulti. Hanno anche una struttura cartilaginea, la notocorda, che diventa la colonna vertebrale o spina dorsale. 
Qui, abbiamo caratterizzato i principali phyla animali in modo estremamente semplificato. Ma come si può vedere, anche all'interno di un singolo phylum, ci sono numerose differenze nella forma e nella funzione da trovare. Ciò significa che possiamo osservare le diverse strutture e fisiologie di diversi membri di un singolo phylum e prevedere le loro funzioni e storie di vita. 
In questo laboratorio, osserverai le strutture di gamberi e grilli e predirai le loro funzioni.

diversità animale

Kingdom Animalia è composto da una serie di organismi uniti da un insieme di caratteristiche comuni. Salvo poche eccezioni, gli animali sono eucarioti multicellulari che si muovono, consumano materia organica e si riproducono sessualmente. Sebbene questi attributi siano condivisi, le specie all'interno di questo regno sono anche estremamente diverse. Questa diversità è dovuta all'adattamento di ogni specie a una nicchia diversa. La nicchia di una specie include l'area, la funzione e l'interrelazione di quella specie con altri fattori biotici e abiotici nel suo ambiente. La specializzazione di nicchia attraverso l'adattamento evolutivo consente alle specie di sopravvivere e riprodursi efficacemente nel loro ambiente e riduce la competizione tra le specie all'interno dello stesso habitat1-2.
<h4>Classificazione</h4>
La diversità nel Regno Animalia ha portato alla classificazione di 36 phyla distinti, in base al loro lignaggio evolutivo. Verranno discussi sette di questi phyla, tra cui Porifera, Cnidaria, Platyhelminthes, Annelida, Mollusca, Arthropoda e Chordata. Il primo, il phylum Porifera, è il più antico, il più semplice, il più ancestrale. Include spugne filtranti multicellulari e asimmetriche prive di strati di tessuto distinti. È interessante notare che le spugne possono ricrescere dopo essere state spezzate fino al livello di una singola cellula. Successivamente, aumentando in complessità, il phylum Cnidaria comprende meduse e coralli. I membri di questo phylum sono radialmente simmetrici e diploblastici (possiedono due strati di tessuto). Questi strati di tessuto sono chiamati endoderma, che costituisce lo strato interno, e ectoderma, che forma lo strato esterno. Gli organismi del phylum Cnidaria contengono un intestino semplice con un'unica apertura attraverso la quale il cibo entra e i rifiuti vengono espulsi. Sia i poriferi che gli cnidari includono organismi che sono in gran parte sedentari da adulti. Tuttavia, i phyla rimanenti hanno sviluppato adattamenti che consentono il movimento e un comportamento più sofisticato.
Dopo Cnidaria, ci sono due phyla di vermi, chiamati Platyhelminthes e Annelida. I vermi di entrambi questi phyla respirano scambiando gas sulla pelle. Di conseguenza, la maggior parte dei vermi ha un ampio rapporto superficie/volume e vive in ambienti umidi o acquatici. La pelle di questi organismi deve rimanere umida per facilitare un'efficace diffusione dei gas. Un'altra caratteristica comune dei vermi è la loro simmetria bilaterale. Ciò significa che un organismo può essere diviso simmetricamente a metà lungo un piano. La simmetria bilaterale è osservata non solo nei vermi, ma anche in ogni phyla da questo punto evolutivo in poi. Tale simmetria è importante per consentire il movimento diretto e per concentrare gli organi sensoriali vicino alla punta anteriore, o testa, dove interagiscono con l'ambiente circostante. I vermi e i phyla successivi contengono anche uno strato di tessuto aggiuntivo chiamato mesoderma che si trova tra l'ectoderma e l'endoderma. Di conseguenza, questi organismi sono considerati "triploblastici".
Dei due phyla di vermi, Platyhelminthes è il più antico e semplice. Questi includono vermi piatti e trematodi, che possono essere a vita libera o parassiti. Come gli Cnidari, possiedono un budello semplice con un'unica apertura. Il phylum Annelida è più complesso, comprendendo lombrichi, liscivie e policheti. Questi organismi contengono una cavità corporea, chiamata celoma, tra l'intestino e la parete corporea. Si distinguono anche per la segmentazione dei loro corpi. La divisione di un organismo in segmenti è stato un importante passo evolutivo, che ha permesso l'adattamento di ogni segmento a forme e funzioni specializzate. I principali progressi evolutivi in questi phyla includono lo sviluppo di segmenti anteriori con appendici specializzate per la presa e la lavorazione del cibo, nonché segmenti posteriori con appendici specializzate per la locomozione.
Il phylum successivo, Mollusca, contiene organismi morfologicamente molto diversi, tra cui polpi, lumache, lumache e vongole. Ci sono poche caratteristiche distintive per questo gruppo. Tuttavia, tutti i molluschi possiedono un mantello, che funge da copertura protettiva per gli organi respiratori, il tratto digestivo e le strutture riproduttive. Successivamente, il gruppo più diversificato di organismi è il phylum Arthropoda. Questo phyla da solo costituisce circa i tre quarti di tutte le specie viventi ed estinte oggi conosciute, inclusi crostacei, insetti e aracnidi. Tutti i membri di questo phylum hanno un rivestimento esterno duro fatto di chitina, chiamato esoscheletro. Questo esoscheletro viene periodicamente rimosso per sostituirne uno nuovo e più grande. Come gli Annelida, gli artropodi sono segmentati. Tuttavia, invece di più sezioni ripetute, gli artropodi sono suddivisi in tre segmenti distinti chiamati testa, torace e addome. La maggior parte ha strutture di rilevamento specializzate attaccate alla testa chiamate antenne.
Infine, il phylum Chordata comprende tutti gli animali con una spina dorsale e alcuni senza. Due caratteristiche distintive che accomunano questo gruppo sono la presenza di una corda nervosa e di una notocorda. Il cordone nervoso è una parte importante del sistema nervoso cordato e la notocorda è una struttura cartilaginea che corre tra il cordone nervoso e il tratto digestivo. Il phylum Chordata comprende tunicati (che perdono il midollo nervoso e la notocorda dopo la metamorfosi dalla fase larvale a quella adulta), pesci, anfibi, uccelli, rettili e mammiferi (compresi gli esseri umani)3.
<h4>Forma e funzione</h4>
La grande diversità nella struttura corporea, negli habitat e nel comportamento osservata in tutti i 36 phyla all'interno di Kingdom Animalia è davvero sbalorditiva. Per comprendere meglio queste differenze, è importante considerare la connessione tra forma e funzione. "Forma" significa semplicemente la forma, le dimensioni e la sostanza di una struttura o di un organismo, mentre "funzione" sta per il modo in cui tale struttura viene utilizzata. Di conseguenza, la funzione di una struttura può essere prevista in base alla forma osservata, o viceversa. Ad esempio, si prevede che un uccello specializzato a rompere noci dure abbia un becco robusto e affilato, mentre un uccello che mangia frutta potrebbe avere un becco più piccolo e arrotondato.
È importante sottolineare che la forma di un organismo è limitata dalle sue esigenze fisiologiche. Ad esempio, tutti gli animali devono consumare e digerire la materia organica e scambiare gas con il loro ambiente. Di conseguenza, qualsiasi adattamento alla forma di un animale deve continuare a facilitare questi processi in modo efficiente. Ad esempio, negli animali più piccoli, la diffusione di gas attraverso la pelle è possibile e spesso utile. Tuttavia, all'aumentare delle dimensioni di un animale, il suo rapporto superficie/volume diminuisce fino a quando la diffusione attraverso la pelle non può più fornire uno scambio di gas sufficiente. Questi animali più grandi hanno sviluppato sistemi complessi per gestire lo scambio di gas, come i polmoni di una balena o le branchie di un pesce. Di conseguenza, la morfologia dei sistemi di scambio gassoso dipende sia dalle dimensioni di un organismo che dal suo ambiente.
Allo stesso modo, con altri tipi di adattamenti, segue generalmente che la forma segue la funzione, limitata solo dalle esigenze fisiologiche dell'organismo. Tuttavia, ci sono casi in cui la forma non segue la funzione. Le strutture vestigiali sono quelle che servivano a uno scopo nell'antenato di un organismo, ma non sono più utili nella loro forma attuale. Tali strutture hanno un impatto minimo o nullo sulla fitness di un individuo, e quindi non sono selezionate evolutivamente a favore o contro all'interno della popolazione. Di conseguenza, alcune strutture persistono con una capacità funzionale limitata. Ad esempio, l'appendice umana, una piccola tasca all'estremità dell'intestino crasso, è un residuo evolutivo dei nostri antenati. Sebbene sia stato ipotizzato che questa struttura immagazzini batteri intestinali benefici, la rimozione dell'appendice è possibile senza effetti deleteri.
<h4>Evoluzione convergente</h4>
Tra gli adattamenti osservati in Kingdom Animalia, molti si sono sviluppati più volte nel corso della storia evolutiva. Considera le ali di un pipistrello e quelle di un uccello come esempio. Queste strutture non sono il risultato di una relazione evolutiva, ma sono invece sorte da un'evoluzione convergente4. L'evoluzione convergente si verifica quando due organismi evolvono in modo indipendente tratti simili a causa di pressioni o nicchie ambientali simili. Le ali dei pipistrelli, degli uccelli e degli inserti si sono sviluppate in modo indipendente e si dice che siano "tratti convergenti". Chiaramente, tali tratti sono piuttosto utili per le nicchie in cui sorgono.
<h4>Referenze</h4>
<ol class="riferimenti">
	<li>Hollins, J., et al. (2018). "Una prospettiva fisiologica sull'evoluzione indotta dalla pesca". Evol Appl 11(5): 561-576.</li>
	<li>Leong, M., et al. (2017). "Gli habitat forniti dagli esseri umani: fattori che influenzano la diversità e la composizione degli artropodi nelle case". Sci Rep 7(1): 15347.</li>
	<li>Wray, G. A. (2015). "Orologi molecolari e l'evoluzione precoce dei sistemi nervosi metazoici." Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 370 (1684).</li>
	<li>Foll, M., et al. (2014). "Segnali diffusi di adattamento convergente all'alta quota in Asia e in America". Am J Hum Genet 95(4): 394-407.</li>
</ol>

Diversità animale

Kingdom Animalia è composto da una serie di organismi uniti da un insieme di caratteristiche comuni. Salvo poche eccezioni, gli animali sono multicellulari ...

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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

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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...

plant diversity

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...

animal diversity

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...

microbial and fungal diversity

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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Use mathematical and/or computational representations to support explanations of factors that affect carrying capacity, biodiversity and populations of ecosystems at different scales. Emphasis is on quantitative analysis and comparison of the relationships among interdependent factors including boundaries, resources, climate and competition. Examples of mathematical comparisons could include graphs, charts, histograms, or population changes gathered from simulations or historical data sets.

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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.

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Animal Classification and Adaptation

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