TRABAJO PRÁCTICO N 1 PATRONES MORFOLÓGICOS DE LOS ANIMALES

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1 TRABAJO PRÁCTICO N 1 PATRONES MORFOLÓGICOS DE LOS ANIMALES CONTENIDOS: Patrones morfológicos de los animales. Niveles de organización. Características determinantes de la organización. Simetría: radial y bilateral. Planos y ejes. Metamería. Cavidades del cuerpo: acelomados, pseudocelomados y celomados. Cefalización y centralización sistema nervioso. Conceptos de homología y analogía. OBJETIVOS Reconocer las principales características morfofisiológicas de los animales. Identificar las estructuras que definen algunos de los filos animales. Identificar y diferenciar diferentes filos animales. Asociar las estructuras corporales de los distintos grupos con adaptaciones particulares y/o posición filogenética. MATERIALES Láminas, cortes histológicos, material conservado y/o disecado, bibliografía. INTRODUCCIÓN La característica unificadora de los animales (Metazoos) es su modo de nutrición, ellos deben buscar fuentes de alimento o elaborar estrategias para asegurar que éste vaya a su encuentro (heterótrofos). La movilidad de todo el organismo, de sus partes, o de ambas cosas es un requisito para la supervivencia animal. La movilidad requiere de sistemas eficientes de integración y control de las diferentes poblaciones de células que constituyen el organismo, estas características unificadoras de los animales son también la clave de su diversidad. Los animales modernos derivan de protistas unicelulares, los coanoflagelados y se clasifican en base a diversos criterios o características para dilucidar las relaciones evolutivas entre los diferentes grupos o filos. Actualmente, entre las características consideradas se cuentan: la cantidad de capas de embrionarias de donde derivan las células, el plan básico del cuerpo (tipo de cavidad digestiva) y la disposición de sus partes, la presencia o ausencia de cavidades corporales y la manera en que se forman, el patrón de desarrollo desde el óvulo fecundado hasta el animal adulto, así como la estructura de las moléculas y genomas animales. Las características unificadoras que permiten diferenciar los distintos filos de animales son la simetría general del cuerpo, la cantidad de hojas germinativas formadas en el desarrollo embrionario,el origen del blastoporo en el embrión, tipo de celoma, la organización del sistema digestivo y la existencia o no de segmentación corporal. Estas características brindan indicios de las relaciones evolutivas interfiléticas o, al menos, permiten efectuar una primera comparación del cuerpo de los animales, describiendo sus patrones arquitectónicos comunes. Los filos son agrupaciones de especies animales que presentan características estructurales y una organización topográfica (espacial) de sus órganos particular y claramente diferenciada de otros. Es importante tener en cuenta que los criterios de clasificación de los animales ha sufrido importantes modificaciones en la historia. En la actualidad, los animales se clasifican en 30 filos y se considera que cada ha derivado de un linaje monofilético. La diferencia entre colonias de protistas y animales multicelulares simples como los poríferos (agregados celulares), es que en estos organismos las células están diferenciadas y sus actividades son coordinadas. En la evolución animal, el linaje que condujo a las esponjas se separó temprano de aquel que encaminó a todos los otros animales, considerados eumetazoos. Los eumetazoos tienen células especializadas que actúan como una unidad regulada y coordinadapara cumplir diferentes funciones, es decir, como un verdadero tejido. Simetría. La simetría es el patrón de disposición espacial de las partes del cuerpo de un organismo respecto a un punto, línea o plano de referencia. La simetría más simple y basal, es la irregular, considerándose a los animales que la presentan como asimétricos, tal es el caso de las esponjas (poríferos). La simetría radial, en tanto, es aquella que determina múltiples porciones similares ubicadas en torno a un punto, exactamente como ocurre con una pizza cortada en porciones iguales. Se la asocia a la ocurrencia de vida sésil o poco activa y se halla en los cnidarios (medusas) y ctenóforos. Finalmente, la simetría bilateral, es una característica común en la mayoría de los animales que se mueven libremente. Un animal con simetría bilateral puede ser dividido en imágenes especulares: un lado izquierdo y un lado derecho, organizado en torno de un eje medio antero-posterior. Se da con la aparición del mesodermo y se considera que permitió, 1

2 posteriormente, la adquisición de caracteres más complejos como un sistema muscular y un sistema nervioso centralizado y cefalizado. A partir de los platelmintos y hasta los cordados, todos los animales presentan este tipo de simetría (nemátodos, anélidos, moluscos, crustáceos, artrópodos, equinodermos, entre otros). Los equinodermos en su vida larval tienen simetría bilateral y en la etapa adulta poseen una simetría pentámera adquirida de forma secundaria. Cantidad de hojas germinativas. En el desarrollo embrionario de los animales (excepto poríferos que son agregados celulares), las células se organizan formando capas u hojas embrionarias, a partir de las cuales derivan las capas que constituyen el cuerpo de los organismos. Algunos animales, conocidos como diploblásticos, poseen sólo dos capas corporales, una externa o ectodermo y otra interna o endodermo (cnidarios y ctenóforos). En estos organismos el endodermo tapiza la cavidad digestiva y el ectodermo foma la epidermis. Entre ambas capas se encuentra una matriz extracelular, denominada mesoglea. El resto de los animales denominados triblásticos, desarrollan una tercera capa embrionaria intermedia, el mesodermo. La aparición de esta capa embrionaria constituyó un punto de inflexión en la evolución de los animales, ya que trajo aparejado la adquisición de mayor complejidad en el diseño corporal. A partir del mesodermo, se desarrollaron nuevos tejidos (tejido conectivo y muscular), espacios o cavidades corporales (celoma) y numerosos órganos (sistema reproductor, excretor, circulatorio, entre otras estructuras). Origen del blastoporo en el embrión. En los animales triblásticos, al comienzo del desarrollo embrionario y como resultado de la rápida segmentación del cigoto, se forma una esfera hueca o blástula (semejante a una pelota), contituida por una capa simple de células que se invaginan o introducen hacia el interior de la cavidad (blastocel) por uno de sus polos (gastrulación). Como consecuencia de esta invaginación, en dicho polo se forma un orifico o apertura que se conoce con el nombre de blastoporo. El patrón de desarrollo después de la formación del blastoporo se ha utilizado para dividir a los animales en dos grandes grupos: protostomados(el blastoporo queda ubicado en la región anterior del embrión donde luego se formará la boca) y deuterostomados(el blastoporo se sitúa en la región posterior del embrión donde se formará el ano). Plan básico del cuerpo (tipo de cavidad digestiva). La cavidad digestiva diferenciada, con una boca como orificio de entrada de los alimentos y por lo tanto con una digestión casi exclusivamente extracelular, es característica de los eumetazoos, y podría haber sido el primer sistema en aparecer en los organismos diblásticos. El plan corporal básico de los animales puede clasificarse en dos tipos según la organización del sistema digestivo: en forma de saco ciego, o en forma de tubo doblemente perforado. El primero es hallado en cnidarios y platelmintos, animales considerados como algunos de los más simples actualmente existentes. Este tipo de sistema digestivo presenta una única abertura que sirve a la vez, como boca y ano. El sistema digestivo en forma de tubo doblemente perforado, presenta una boca y un ano. Esta organización está presente en el resto de los animales. Evolutivamente, la aparición de un tubo digestivo con un orificio de entrada y otro de salida, permitió un aumento en la eficiencia digestiva y por tanto en el tamaño y la complejidad corporal. Celoma y cavidades corporales. Entre las capas del cuerpo de muchos animales se ubican espacios llenos de líquido, denominados cavidades corporales, las cuales tienen influencia en el movimiento o desplazamiento del individuo.los animales triblásticos pueden o no tener una cavidad corporal desarrollada dentro del mesodermo, denominada celoma. Esta cavidad alberga numerosas vísceras como: parte del sistema digestivo, corazón, pulmones y sistema reproductor. Los organismos que carecen de una cavidad corporal cerrada, considerados más simples, se llaman acelomados. En estos, el cuerpo se halla relleno de células mesenquimáticas que pueden contener algunos espacios o intersticios entre los órganos (platelmintos, entre otros). Otros animales tienen una cavidad corporal llamada seudoceloma y a estos organismos se los conoce como seudocelomados(nemátodos, entre otros). El seudoceloma deriva del blastocel, cavidad que aparece en el interior de la blástula. Esta cavidad persiste en la etapa adulta y está tapizada por una capa de mesodermo adosado a la pared corporal externa (ectodermo), pero ausente alrededor de las vísceras u órganos internos. Los animales celomados (desde anélidos en adelante) presentan una cavidad corporal que se desarrolló dentro de la capa de mesodermo y se halla, recubierta por una membrana, el peritoneo. El mesodermo se encuentra adyacente a la pared externa del cuerpo y a los órganos internos o vísceras. Entre las funciones que cumple el celoma se mencionan: servir de soporte como hidroesqueleto facilitando el movimiento, intervenir en el transporte y excreción de nutrientes, metabolitos, gametas, etc. Segmentación corporal o metamería. La metamería, característica de los animales bilaterales, es la repetición de las partes o regiones del cuerpo, comprendiendo tanto estructuras internas como externas a lo largo del eje longitudinal del animal. Es decir, consiste en la división del cuerpo en módulos o segmentos repetidos, llamados metámeros. En algunos casos, la segmentación es evidente como en las lombrices de 2

3 tierra, en otros se ha modificado considerablemente (en asociación al tipo de locomoción del animal en su ambiente) y es menos conspicua (mamíferos). Se considera que la metamería es verdadera cuando involucra la segmentación del mesodermo y la formación de tabiques. El metamerismo se ha presentado en dos ocasiones en la historia evolutiva de los animales, una en la filogenia de anélidos y artópodos y otra en la evolución de los cordados. Los animales con cuerpo segmentado tienen la posibilidad de alterar la forma del cuerpo de manera compleja y controlar los movimientos con mayor precisión. En algunos grupos más simples puede presentarse solo la repetición de algunos órganos sin la formación de tabiques, condición que se conoce como seudometamería (platelmintos). Cefalización y centralización del sistema nervioso. Estos fenómenosson considerados hitos sobresalientes en la evolución, porque implican un aumento considerable en la complejidad morfológica, fisiológica y conductual. La cefalización se refiere a la adquisición de un polo o extremo anterior explorador, donde se concentra un mayor número de células nerviosas que pueden llegar a formar verdaderos centros nerviosos y órganos de los sentidos que le sirven para monitorear el medio. Este carácter está correlacionado directamente con la adquisición de la simetría bilateral. Los animales con simetría radial, sésiles o poco activos como los cnidarios, no poseen grado alguno de cefalización aunque presentan una red de células nerviosas distribuídas en forma difusa en el cuerpo. Las primeras tendencias hacia la cefalización aparecen en platelmintos (planarias), alcanzando un gran desarrollo en artrópodos, moluscos y cordados. El sistema nervioso está constituído por órganos específicos y definidos que tienden a concentrarse sobre la línea media del cuerpo del animal. Estos órganos pueden ser cerebros anteriores y cefálicos, cadenas ganglionares, ganglios y cordones nerviosos, como la médula espinal. ACTIVIDADES PRÁCTICAS I- Simetría 1. Observe las figuras y marque en ellas los diferentes planos (sagital, frontal y transversal) cuando le resulte posible. Haga lo propio con las regiones oral, aboral, cefálica, caudal, dorsal y ventral. Indique el tipo de simetría que tienen los organismos de las figuras y señale el Phylum al que pertenecen. 3

4 2. Observe el material disecado y/o conservado que tenga a su disposición. Esquematícelos y marque los diferentes planos (sagital, frontal y transversal) cuando le resulte posible. Haga lo propio con las regiones oral, aboral, cefálica, caudal, dorsal y ventral. Indique el tipo de simetría que tienen los organismos de las figuras y señale el Phylum al que pertenecen II- Hojas germinativas y cavidades corporales. 3. Señale en los diagramas que representan cortes transversales del cuerpo de animales triblásticos, las capas (ectodermo, endodermo y mesodermo) y cavidades corporales (celoma, seudoceloma) presentes. Observe las fotografías e indique si los organismos poseen o no algún tipo de cavidad corporal y el Phylum al que pertenecen. 4

5 4. Se considera actualmente al celoma como indicativo de la posición filogenética o grado evolutivo de un animal? Fundamente. III- Plan básico del cuerpo (tipo de cavidad digestiva) 5. Observe las siguientes figuras e indique el tipo de cavidades o sistemas digestivos presentes. Señale el Phylum al que pertenecen los organismos en cuestión. IV- Segmentación corporal o metamería 6. Observe las siguientes figuras e indique si presentan segmentación corporal o metamería. Señale el Phylum al que pertenecen el organismo de cada imagen. 5

6 7. En material conservado y/o disecado y en cortes histológicos observe e indique si se observa segmentación corporal o metamería. Señale el Phylum al que pertenecen los organismos analizados. Esquematice. V- Cefalización y centralización 8. Señale en la figura el tipo de organización del sistema nervioso en los distintos organismos. 6

7 9. Qué es la cefalización? En que grupo animal se dio por primera vez? Señale en que animales se simplificó secundariamente e indique por qué. Qué es la centralización del sistema nervioso? Qué grupo la presentó por primera vez? Cómo se relacionan la cefalización y la centralización del sistema nervioso? VI- Filos animales 8. Observe el siguiente árbol filogenético de los animales y en él señale: a partir de qué grupo surge la simetría radial, la simetría bilateral y la cefalización. Además indique en qué filos se observa repetición serial, segmentación y/o metamería. BIBLIOGRAFÍA (algunos disponibles en el enlace de Recursos bibliográficos de la página web de la Cátedra Audesirk,T.;G.Audesirk y B.Byers.2008.Biología.La vida en la Tierra.Ed. Pearson Educación de México, México. Carezzano, F. y S. Urquiza Traducción de Schimidt-Rhaesa, A The evolution of organ system. Oxford University Press (Capítulo 8, ) Carranza, M.; G. Celaya; F. Carezzano y M. A. Bistoni Morfología de los Animales. Visión funcional y adaptativa. Ed. SIMA, Córdoba. I.S.B.N pp. Curtis, H.; S. Barnes; A. Schnek y A. Massarini Biología. Ed. Médica Panamericana, Buenos Aires. Hickman, C Principios Integrales de Zoologia. Ed.Mcgraw-Hill / Interamericana, Barcelona. Hickman, C; L. Roberts y A. Larson Zoología. Principios generales. Ed Interamericana McGraw- Hill, Madrid. Schimidt-Rhaesa, A The evolution of organ system. Oxford University Press Urquiza, S. y F. Carezzano El origen evolutivo de la segmentación y los ojos. Boletín Biológica 29 (7):

8 PREGUNTAS DE AUTOEVALUACIÓN 1- Mencione los niveles de organización que son objeto de estudio de la Morfología Animal. 2- Liste los grandes grupos zoológicos que conforman el y de un ejemplo de cada uno. 3- Mencione los criterios o patrones que permiten establecer las principales características morfológicas entre los animales. 4- Defina los conceptos e indique los diferentes tipos o variedades que se presentan de: simetría y metamería. 5- Analice y discuta la siguiente afirmación: Los placozoos y las esponjas no poseen órganos, apenas algunos tejidos diferenciados. 6- Diferencie entre un organismo basal y uno simplificado secundariamente. 7- Una estructura simple es necesariamente primitiva? Justifique. 8- Defina y diferencie entre los conceptos de homología, homoplasía y homocracía u homología profunda. 9- Por qué la simplificación secundaria de las estructuras interfiere en la determinación de la homología entre órganos? 10- Diferencie entre el Urmetazoo y el Urbilateria. Qué estructuras y órganos se habrían originado en ambos? 11- Cuáles son las diferencias entre la condición acelomada, pseudocelomada y eucelomada? 12- La cefalización es: a- La concentración de estructuras sensoriales en la línea media. b- La concentración de estructuras nerviosas, sensoriales y digestivas en el polo anterior. c- La adquisición de un cerebro. d- Ninguna de las opciones anteriores es correcta. 13- Los animales son: a- Organismos móviles, sin paredes celulares, eucariotas, y con células formando colonias. b- Organismos móviles, sin paredes celulares y eucariotas, pluricelulares o unicelulares. c- Organismos móviles, sin paredes celulares y eucariotas, con tejidos u órganos diferenciados. d- Organismos eucariotas, pluricelulares, donde algunas células no pueden alimentarse por si mismas. e- Ninguna de las opciones anteriores es correcta. 14- El plan corporal es: a- La cantidad y disposición de tejidos que posee un animal. b- La orientación de los ejes de simetría hallados en un organismo animal. c- La disposición y arreglo de los órganos y los sistemas presentes en un animal. d- Ninguna de las opciones anteriores es correcta. 8