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

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Life Sciences

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Ecosystems: Interactions, Energy And Dynamics

HS-LS2-7

Animal Diversity

Além de seus nomes, o que cavalos e cavalos-marinhos têm em comum? Embora pareçam muito diferentes, ambos são animais. Geralmente, definimos animais como organismos multicelulares que são móveis, ou seja, capazes de movimento independente, consomem matéria orgânica para obter energia e são capazes de reprodução sexuada. As espécies evoluíram suas diferentes características com funções específicas para maximizar sua aptidão em seus habitats, como pulmões e brânquias, por exemplo. Uma boa regra é que a forma segue a função, o que significa que a função de um recurso pode ser prevista por sua estrutura e aparência. Por exemplo, diferentes espécies de tentilhões nas Ilhas Galápagos desenvolveram bicos diferentes para dietas específicas, como bicos finos para consumir néctar e bicos grossos para abrir sementes grandes. Assim, podemos prever as dietas de uma espécie observando as estruturas envolvidas na alimentação. 
Certas características marcam pontos de ramificação na árvore evolutiva e isso é verdade em toda a árvore da vida animal. Se olharmos para a estrutura básica da árvore evolutiva dos animais, podemos ver que ela é dividida em muitos filos diferentes, com cada filo definido por grandes características compartilhadas. Vamos examiná-los brevemente. 
O primeiro filo principal é Porifera, que significa simplesmente portador de poros. Estacionário quando adulto, Porifera inclui filtradores, como esponjas. A falta de simetria e camadas de tecido distintas separam os Porifera de outros grupos e lhes dá uma enorme capacidade de regeneração, onde um organismo inteiro pode crescer novamente a partir de um pequeno grupo de células. 
O próximo filo, Cnidaria, inclui anêmonas-do-mar e águas-vivas e este grupo é caracterizado por seus tentáculos com células especializadas nas pontas que usam para picar e subjugar presas. Os cnidários são radialmente simétricos, pois podem ser divididos em partes iguais ao longo de um eixo central e possuem duas camadas de tecido, endoderme por dentro e ectoderma por fora. Isso permitiu que os cnidários desenvolvessem um intestino simples com uma única abertura. 
O Platyhelminthes, que significa literalmente platelmintos, é o nosso próximo grupo. Os platelmintos exibem simetria bilateral, o que significa que têm metades de imagem espelhada ao longo de um único eixo. A simetria bilateral permitiu a cefalização, que é uma concentração de órgãos sensoriais perto da extremidade anterior ou da cabeça, onde esses animais interagem continuamente com o ambiente. A cefalização, por sua vez, permitiu o movimento direcional, como mover-se em direção a uma fonte de alimento. Platyhelminthes também desenvolveu uma terceira camada de tecido, mesoderma, que é imprensada entre ectoderma e endoderme. 
À medida que os animais se tornam mais complexos, foi o filo segmentado, anelídeos como a minhoca, que desenvolveu uma cavidade corporal revestida de mesoderma chamada celoma. Esse novo recurso permitiu uma maior especialização do tecido e abriu caminho para o desenvolvimento de órgãos. 
A complexidade dessa especialização é aumentada nos moluscos, um grupo que inclui planos corporais tão diversos quanto polvos, caracóis e amêijoas. Este grupo tem muitos órgãos especializados cobertos e mantidos no lugar com um manto. 
Os artrópodes são indiscutivelmente o filo mais diversificado e incluem insetos, crustáceos e aracnídeos. Eles foram o primeiro grupo a desenvolver apêndices articulados e, portanto, foram nomeados de acordo. Eles também têm antenas sensoriais e seus corpos são divididos em três segmentos especializados, cabeça, tórax e abdômen, todos cobertos por um exoesqueleto. 
Finalmente, os filos Chordate incluem nosso velho amigo, o comedor de sementes e todas as outras aves, bem como tunicados ou ascídias, peixes, anfíbios, répteis e mamíferos. Os cordados recebem o nome de uma nova característica física que desenvolveram, o cordão nervoso, visto claramente neste embrião típico de cordados. Isso se desenvolve no cérebro e na medula espinhal na maioria dos adultos. Eles também têm uma estrutura cartilaginosa, a notocorda, que se torna a coluna vertebral ou espinha dorsal. 
Aqui, caracterizamos os principais filos animais de uma maneira extremamente simplificada. Mas, como você pode ver, mesmo dentro de um único filo, existem inúmeras diferenças na forma e na função a serem encontradas. Isso significa que podemos observar as diversas estruturas e fisiologias de diferentes membros de um único filo e prever suas funções e histórias de vida. 
Neste laboratório, você observará estruturas de lagostins e grilos e preverá suas funções.

diversidade animal

O Reino Animalia é composto por uma gama de organismos unidos por um conjunto de características comuns. Salvo algumas exceções, os animais são eucariotos multicelulares que se movem, consomem matéria orgânica e se reproduzem sexualmente. Embora esses atributos sejam compartilhados, as espécies dentro deste reino também são extremamente diversas. Essa diversidade se deve à adaptação de cada espécie a um nicho diferente. O nicho de uma espécie inclui a área, função e inter-relação dessa espécie com outros fatores bióticos e abióticos em seu ambiente. A especialização de nicho por meio da adaptação evolutiva permite que as espécies sobrevivam e se reproduzam efetivamente em seu ambiente e reduz a competição entre espécies dentro do mesmo habitat1-2.
<h4>Classificação</h4>
A diversidade no Reino Animalia levou à classificação de 36 filos distintos, com base em sua linhagem evolutiva. Sete desses filos serão discutidos, incluindo Porifera, Cnidaria, Platyhelminthes, Annelida, Mollusca, Arthropoda e Chordata. O primeiro, filo Porifera, é o filo mais antigo, mais simples e mais ancestral. Inclui esponjas de alimentação de filtro multicelulares e assimétricas que não possuem camadas de tecido distintas. Curiosamente, as esponjas podem crescer novamente depois de serem quebradas até o nível de uma única célula. Em seguida, aumentando em complexidade, o filo Cnidaria inclui águas-vivas e corais. Os membros deste filo são radialmente simétricos e diploblásticos (possuindo duas camadas de tecido). Essas camadas de tecido são chamadas de endoderme, que compõe a camada interna, e ectoderma, que forma a camada externa. Os organismos do filo Cnidaria contêm um intestino simples com uma única abertura através da qual os alimentos entram e os resíduos são excretados. Tanto Porifera quanto Cnidaria incluem organismos que são amplamente sedentários quando adultos. No entanto, os filos restantes desenvolveram adaptações que permitem o movimento e um comportamento mais sofisticado.
Após Cnidaria, existem dois filos de vermes, denominados Platyhelminthes e Annelida. Os vermes de ambos os filos respiram trocando gases pela pele. Como resultado, a maioria dos vermes tem uma grande proporção de área de superfície para volume e vive em ambientes úmidos ou aquáticos. A pele desses organismos deve permanecer úmida para facilitar a difusão eficaz dos gases. Outra característica comum dos vermes é sua simetria bilateral. Isso significa que um organismo pode ser dividido simetricamente ao meio ao longo de um plano. A simetria bilateral é vista não apenas em vermes, mas também em todos os filos deste ponto evolutivo em diante. Essa simetria é importante para permitir o movimento direcionado e concentrar os órgãos sensoriais próximos à ponta anterior, ou cabeça, onde eles interagem com o ambiente. Os vermes e filos posteriores também contêm uma camada de tecido adicional chamada mesoderma, que fica entre o ectoderma e o endoderma. Como resultado, esses organismos são considerados "triploblásticos".
Dos dois filos de vermes, Platyhelminthes é o mais antigo e simples. Estes incluem platelmintos e trematódeos, que podem ser de vida livre ou parasitas. Como os cnidários, eles possuem um intestino simples com uma única abertura. O filo Annelida é mais complexo, incluindo minhocas, lixiviadas e poliquetas. Esses organismos contêm uma cavidade corporal, chamada celoma, entre o intestino e a parede corporal. Eles também são distintos devido à segmentação de seus corpos. A divisão de um organismo em segmentos foi um passo evolutivo importante, permitindo a adaptação de cada segmento a formas e funções especializadas. Os principais avanços evolutivos neste filo incluem o desenvolvimento de segmentos anteriores com apêndices especializados para agarrar e processar alimentos, bem como segmentos posteriores com apêndices especializados para locomoção.
O próximo filo, Mollusca, contém organismos altamente morfologicamente diversos, incluindo polvos, caracóis, lesmas e amêijoas. Existem poucas características definidoras para este grupo. No entanto, todos os moluscos possuem um manto, que atua como uma cobertura protetora para os órgãos respiratórios, trato digestivo e estruturas reprodutivas. Em seguida, o grupo mais diversificado de organismos é o filo Arthropoda. Este filo sozinho representa aproximadamente três quartos de todas as espécies vivas e extintas conhecidas hoje, incluindo crustáceos, insetos e aracnídeos. Todos os membros deste filo têm um revestimento externo duro feito de quitina, chamado exoesqueleto. Este exoesqueleto é periodicamente trocado por um novo e maior para tomar seu lugar. Como Annelida, os artrópodes são segmentados. No entanto, em vez de várias seções repetidas, os artrópodes são divididos em três segmentos distintos chamados cabeça, tórax e abdômen. A maioria tem estruturas de detecção especializadas ligadas à cabeça chamadas antenas.
Por fim, o filo Chordata inclui todos os animais com espinha dorsal e alguns sem. Duas características definidoras que unem esse grupo são a presença de um cordão nervoso e uma notocorda. O cordão nervoso é uma parte importante do sistema nervoso cordado e a notocorda é uma estrutura cartilaginosa que corre entre o cordão nervoso e o trato digestivo. O filo Chordata inclui tunicados (que perdem o cordão nervoso e a notocorda após a metamorfose do estágio de vida larval para a vida adulta), peixes, anfíbios, pássaros, répteis e mamíferos (incluindo humanos)3.
<h4>Forma e função</h4>
A vasta diversidade na estrutura corporal, habitats e comportamento observada em todos os 36 filos do Reino Animalia é realmente surpreendente. Para entender melhor essas diferenças, é importante considerar a conexão entre forma e função. "Forma" significa simplesmente a forma, tamanho e substância de uma estrutura ou organismo, enquanto "função" representa a maneira como essa estrutura é usada. Assim, a função de uma estrutura pode ser prevista com base na forma observada, ou vice-versa. Por exemplo, prevê-se que um pássaro especializado em quebrar nozes duras tenha um bico robusto e afiado, enquanto um pássaro que come frutas pode ter um bico menor e mais arredondado.
É importante ressaltar que a forma de um organismo é limitada por suas necessidades fisiológicas. Por exemplo, todos os animais devem consumir e digerir matéria orgânica e trocar gases com o meio ambiente. Como resultado, quaisquer adaptações à forma de um animal devem continuar a facilitar esses processos de forma eficiente. Por exemplo, em animais menores, a difusão de gases pela pele é possível e muitas vezes útil. No entanto, à medida que o tamanho de um animal aumenta, sua relação entre área de superfície e volume diminui até que a difusão pela pele não possa mais fornecer trocas gasosas suficientes. Esses animais maiores desenvolveram sistemas complexos para lidar com as trocas gasosas, como os pulmões de uma baleia ou as guelras de um peixe. Como resultado, a morfologia dos sistemas de troca gasosa depende tanto do tamanho de um organismo quanto de seu ambiente.
Da mesma forma, geralmente segue com outros tipos de adaptações que a forma segue a função, limitada apenas pela exigência fisiológica do organismo. No entanto, há casos em que a forma não segue a função. Estruturas vestigiais são aquelas que serviram a um propósito no ancestral de um organismo, mas não são mais úteis em sua forma atual. Tais estruturas têm pouco ou nenhum impacto na aptidão de um indivíduo e, portanto, não são selecionadas evolutivamente a favor ou contra dentro da população. Como resultado, algumas estruturas persistem com capacidade funcional limitada. Por exemplo, o apêndice humano, uma pequena bolsa no final do intestino grosso, é um remanescente evolutivo de nossos ancestrais. Embora essa estrutura tenha sido hipotetizada para armazenar bactérias intestinais benéficas, a remoção do apêndice é possível sem efeitos deletérios.
<h4>Evolução convergente</h4>
Entre as adaptações vistas no Reino Animalia, muitas se desenvolveram várias vezes ao longo da história evolutiva. Considere as asas de um morcego e as de um pássaro como exemplo. Essas estruturas não são resultado de parentesco evolutivo, mas surgiram da evolução convergente4. A evolução convergente ocorre quando dois organismos evoluem independentemente características semelhantes devido a pressões ou nichos ambientais semelhantes. As asas de morcegos, pássaros e inserções se desenvolveram independentemente e são consideradas "características convergentes". Claramente, essas características são bastante benéficas para os nichos em que surgem.
<h4>Referências</h4>
<ol class="referências">
	<li>Hollins, J., et al. (2018). 'Uma perspectiva fisiológica sobre a evolução induzida pela pesca.' Evol Appl 11(5): 561-576.</li>
	<li>Leong, M., et al. (2017). 'Os habitats que os humanos fornecem: fatores que afetam a diversidade e a composição dos artrópodes nas casas.' Sci Rep 7(1): 15347.</li>
	<li>Wray, G. A. (2015). 'Relógios moleculares e a evolução inicial dos sistemas nervosos metazoários.' Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci 370 (1684).</li>
	<li>Foll, M., et al. (2014). 'Sinais generalizados de adaptação convergente a grandes altitudes na Ásia e na América.' Am J Hum Genet 95(4): 394-407.</li>
</ol>

Diversidade Animal

O Reino Animalia é composto por uma gama de organismos unidos por um conjunto de características comuns. Salvo algumas exceções, os animais são multicelulares ...

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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...

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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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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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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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