CURSO DE BIOLOGÍA ANIMAL CIO – Licenciatura en Gestión ambiental Alvar Carranza Profesor Adjunto Polo de Desarrollo Universitario "Grupo de Investigación y formación de recursos humanos en biodiversidad" Centro Universitario Regional Este - CURE Sede Maldonado Universidad de la República Oriental del Uruguay 1.- Introducción y conceptos generales de los animales Alvar Carranza Profesor Adjunto Polo de Desarrollo Universitario "Grupo de Investigación y formación de recursos humanos en biodiversidad" Centro Universitario Regional Este - CURE Sede Maldonado Universidad de la República Oriental del Uruguay Estructura de la presentación 1 2 3 4 5 6 7 Desarrollo de la biología animal ¿Qué es la vida? ¿Qué es una especie? ¿Qué es un animal? Origen y evolución de los animales Teoría de la Evolución Clasificación y sistemática del reino animal Desarrollo de la biología animal 1 Biología animal: • La biología (del griego "βιος" bios = vida y "λογος" logos = estudio) tiene como objeto de estudio a la vida, o más exactamente, a los fenómenos vitales (génesis, nutrición, desarrollo, reproducción, patogenia, etc.). 1 Zoología: • Rama de la Biología que estudia el Reino Animal (Metazoa) incluyendo entre otros aspectos la clasificación, desarrollo, anatomía, evolución, ecología y distribución de los animales, tanto vivos como extintos 1 Zoología: • Zoología: • Es el estudio científico de la vida animal; gr. Zôon, animal + logos, tratado, estudio 1 Breve historia: • Aristóteles (s. IV a. C.) coloca la piedra angular de la verdadera Zoología, describiendo y ordenando los animales . • En su Historia Animalium (343 ac) recopiló todos los datos conocidos acerca de aproximadamente 500 animales, e ideó el primer sistema de clasificación conocido. 1 Breve historia: Sistema de Aristóteles: Animales con sangre (enaima) • Cuadrúpedos vivíparos (mamíferos) • Cuadrúpedos ovíparos (reptiles y anfibios) • Aves • Peces Animales sin sangre (anaima) • Moluscos, que correspondían únicamente a los actuales cefalópodos • Malacostráceos, que comprendían la mayor parte de los crustáceos superiores • Eutoma, que incluía los gusanos y los insectos • Ostracodermos, que reunían todos los animales provistos de caparazón como bivalvos, gasterópodos, equinodermos, etc. 1 Breve historia: • Plinio el viejo: (23/24 - 79 dC), Historia Naturalis, consta de 37 libros. Esta obra, la primera enciclopedia de la historia, abarcaba el saber de toda su época en campos como la física, la astronomía, la geografía, la botánica, la zoología y la medicina. Plinio recogió el saber de más de 400 obras griegas y romanas. 1 Esciápodo 1 Breve historia: • La Edad Media no representó ningún avance en el conocimiento zoológico. • La obra zoológica más notable procede de la España musulmana, data del siglo X y se debe a Maslama alMayriti: Tratado de la generación de los animales. • En el siglo XIII, la figura más importante es Alberto Magno, que señaló las diferencias entre insectos y arácnidos y contribuyó a eliminar los aspectos fantásticos, mitológicos y simbolistas que habían sido introducidos en siglos anteriores. 1 Breve historia: • En el Renacimiento tiene lugar un impulso renovador de la zoología , ligado al descubrimiento de las faunas exóticas por las grandes exploraciones geográficas. 1 Breve historia: • Johann Conrad Gessner, naturalista y bibliógrafo suizo • Su Historia Animalium en cuatro volúmenes (1551-1558) se considera el principio de la zoología moderna. 1 Breve historia: • Siglos XVII y XVIII • Exhaustivas recopilaciones en que se describen colecciones de animales (Tesauros). • Se fundan los grandes museos zoológicos. • Invención del microscopio hacia los años 1610, por Galileo según los italianos, o por Zacharias Janssen en 1590, en opinión de los holandeses. 1 Breve historia: • Carl Von Linneus (1707-1778) Systema Naturae • Clasifica a los seres vivos en diferentes niveles jerárquicos, Los reinos se dividen en Filos o Phyla (en singular, Phylum) para los animales, y en Divisiones para plantas y otros organismos. Éstos se dividen en Clases, Órdenes, Familias, Géneros y Especies. • Nomenclatura binomial (1731) 1 Breve historia: • Georges Léopold Chrétien Frédéric Dagobert Cuvier (Cuvier!) • Fue el primer gran promotor de la anatomía comparada y de la paleontología 1 Breve historia: • Georges Louis Leclerc, conde de Buffon . • Cuestionamiento de la constancia absoluta de la especie; especula sobre la posibilidad de un tipo original de donde habrían descendido el resto de los animales mediante transformaciones morfológicas. • Finalmente rechaza esta hipótesis basándose en la constancia de las especies y la infertilidad de los híbridos. 1 Breve historia: • Jean-Baptiste-Pierre-Antoine de Monet de Lamarck • Lamarck formuló la primera teoría de la evolución. Propuso que la gran variedad de organismos, que en aquel tiempo se aceptaba eran formas estáticas creadas por Dios, habían evolucionado desde formas simples mediante herencia de los caracteres adquiridos. 1 Breve historia: • Charles Robert Darwin • Postuló que todas las especies de seres vivos han evolucionado con el tiempo a partir de un antepasado común mediante un proceso denominado selección natural. 1 ¿Qué es la vida? 2 Caracteres generales de los seres vivos • Exclusividad química: los sistemas vivos muestran una organización molecular exclusiva y compleja. • Macromoléculas: ácidos nucleicos, proteínas, hidratos de carbono y lípidos. 2 Caracteres generales de los seres vivos • Complejidad y organización jerárquica: la materia inerte se organiza en átomos y moléculas; en los seres vivos encontramos macromoléculas, células (ribosomas, cromosomas, membranas), organismos (tejidos, órganos, sistemas), poblaciones y especies. 2 Caracteres generales de los seres vivos • Reproducción: la vida no surge espontáneamente, solo procede de vida anterior. En cada nivel jerárquico las formas de vida se reproducen para generar otras formas semejantes a ellas (herencia y variación). 2 Caracteres generales de los seres vivos • Programa genético: garantiza la fidelidad de la herencia. Ácidos nucleicos. DNA. • Metabolismo: los organismos vivos se auto mantienen obteniendo nutrientes de su entorno-Anabolismo y catabolismo. • Desarrollo: ciclo vital característico • Interacción ambiental: todos los animales interaccionan con su entorno 2 • Teoría del Big Bang (la gran explosión). 10.000 a 20.000 millones de años. 2 • Formación del sol y los planetas. 4.600 m.a. 2 • 2 Consolidación de la corteza sólida de la Tierra y formación de la atmósfera y los océanos . 4.500 a 4.600 m.a. • ?: Primeros organismos vivos: unidades autónomas (protocélulas), limitadas por membranas con autorreproducción(las primeras enzimas pudieron ser RNA). • 3.800 m.a.: primeros procariotas • 3.400 m.a.: fotosíntesis (Estromatolitos) • 2000 m.a.: Celulas complejas (Eucariotas) • 1000 m.a.: Vida multicelular 2 Origen de la vida 2 Teorías sobre el origen de la vida • Creacionista: intervención de seres sobrenaturales 2 Teorías sobre el origen de la vida • Generación espontánea: los organismos vivos complejos se generaban por la descomposición de sustancias orgánicas. Por ejemplo, se suponía que los ratones surgían espontáneamente en el grano almacenado o que las larvas aparecían súbitamente en la carne 2 • 1668. Refutación de la idea de la generación espontánea de los gusanos (Francisco Redi) 2 • 1862. Louis Pasteur demuestra que ningún organismo vivo (incluido bacterias) puede originarse por generación espontánea. 2 Teorías sobre el origen de la vida • 2 Teoría quimiosintética : Aleksandr Ivanovich Oparin plantea que una «sopa primitiva» de moléculas orgánicas se pudo haber generado en una atmósfera sin oxígeno a través de la acción de la luz solar Teorías sobre el origen de la vida • Ausencia total o casi completa de oxígeno libre, ya que hubiera oxidado las moléculas orgánicas que son esenciales para la vida. • Una fuente de energía: la tierra primitiva era un lugar caracterizado por la presencia de vulcanismo generalizado, tormentas eléctricas, bombardeo de meteoritos e intensa radiación, especialmente ultravioleta • Sustancias químicas que funcionaran como "bloques de construcción químicos": agua, minerales inorgánicos y gases. • Tiempo: la edad de la tierra se calcula en 4600 millones de años y los vestigios de vida mas antiguos datan de 3.800 millones de años. 2 Teorías sobre el origen de la vida • En 1953 Stanley Miller y Harold Urey realizaron en Chicago el primer intento de replicar con éxito las condiciones que reinaron en la tierra primitiva, logrando la síntesis prebiótica de pequeñas moléculas orgánicas. 2 Teorías sobre el origen de la vida • Panespermia : Origen extraterrestre de la vida 2 ¿Qué es una especie? 3 Conceptos de especie • Rango especie, que es el nivel más básico de la taxonomía de Linneo • Taxa especie, grupos de organismos descritos y asignados a la categoría especie • Especies biológicas 3 Conceptos de especie • Especie biológica (Dobzhansky, 19354 y Mayr, 19425 ). • Según este concepto, especie es un grupo (o población) natural de individuos que pueden cruzarse entre sí, pero que están aislados reproductivamente de otros grupos afines 3 Conceptos de especie • Especie evolutiva (Wiley, 1978). • Es un linaje (una secuencia ancestro-descendiente) de poblaciones u organismos que mantienen su identidad de otros linajes y que poseen sus propias tendencias históricas y evolutivas. Este concepto difiere del anterior en que el aislamiento genético actual más que el potencial es el criterio para el reconocimiento de la misma. 3 3 Conceptos de especie • Especie morfológica. • Según este concepto, cada especie es distinguible de sus afines por su morfología. El concepto morfológico de especie ha recibido numerosas críticas. 3 Conceptos de especie • Especie filogenética (Cracraft, 1989). • Este concepto reconoce como especie a cualquier grupo de organismos en el cual todos los organismos comparten un único carácter derivado (no presente en sus ancestros o afines). 3 Biston betularia 3 Biston betularia 3 Conceptos de especie • Especie Ecológica (Van Valen, 1976) • Según este concepto, especie es un linaje (o un conjunto de linajes cercanamente relacionados) que explotan el mismo nicho. Por ejemplo, parásitos emparentados entre sí y cuyo nicho se halla dentro del hospedero (endoparásitos) alcanzarán diferencias entre sí, en función a cuán diferentes son los hospederos en su morfología, hábitos, recursos, etc. 3 ¿Qué es un animal? 4 Caracteres diagnósticos de los animales Organización celular Eucariota y pluricelular. 4 Caracteres diagnósticos de los animales Nutrición Heterótrofa por ingestión (a nivel celular, por fagocitosis y pinocitosis), a diferencia de los hongos, también heterótrofos, pero que absorben los nutrientes tras digerirlos externamente. 4 Caracteres diagnósticos de los animales Metabolismo Aerobio (consumen oxígeno). 4 Caracteres diagnósticos de los animales Reproducción Todas las especies animales se reproducen sexualmente (algunas sólo por partenogénesis), con gametos de tamaño muy diferente (oogamia) y cigotos (ciclo diplonte). Algunas pueden, además, multiplicarse asexualmente. Son típicamente diploides. 4 Caracteres diagnósticos de los animales Desarrollo Mediante embrión y hojas embrionarias. El cigoto se divide repetidamente por mitosis hasta originar una blástula. 4 Caracteres diagnósticos de los animales Movilidad Al menos en algún estadio de su ciclo de vida 4 Caracteres diagnósticos de los animales Simetría. Excepto las esponjas, los demás animales presentan una disposición regular de las estructuras del cuerpo a lo largo de uno o más ejes corporales. Los tipos principales de simetría son la radial y la bilateral. 4 Origen y evolución de los animales 5 Origen: • Teoría colonial • Origen colonial a partir de los coanoflagelados. Dicha teoría se ve avalada tanto por datos moleculares (ARN ribosómico) como morfológicos. El antecesor de los metazoos sería una colonia hueca y esférica de dichos flagelados. 5 Origen: • Teoría simbiótica. • Una segunda hipótesis contempla la posibilidad que diferentes Protistas se hubiesen asociado simbióticamente originando un organismo pluricelular. Este es el origen que se presupone para las células eucariotas a partir de células procariotas. No obstante, no hay pruebas que respalden el origen simbiótico de los metazoos 5 Origen: • Teoría de la celularización. • Otra teoría, que provocó profundas divergencias entre los zoólogos, es la que contempla a los turbelarios como los metazoos más primitivos y por tanto cuestiona el carácter ancestral de cnidarios y esponjas. 5 Origen: Origen monofilético 5 Origen: 5 Formación Tacuarí -585 m.a. 5 Kimberella 5 5 5 Animales de Burguess Shale, Columbia Británica, Canada Marrella 5 Opabinia 5 Wiwaxia 5 Anomalocaris 5 Hallucigenia 5 Haikouichthus 5 5 Endoceras 5 -86% Ordovícico Medio (445 MA) 5 Dunkleosteus 5 Acanthostega 5 -75% Devónico tardío (370 MA) 5 Cotylorhynchus, Ophiacodon, Varanops 5 -96% Fines del Pérmico (250 MA) 5 Cynognathus 5 -80% Fines del Triásico (250 MA) 5 Carnotaurus sastrei 5 Archeopteryx 5 -76% Fines del Cretácico (65 MA) 5 ? Reciente (0 MA) 5 Hoy: Acanthocephala, Acoelomorpha, Annelida, Arthropoda, Brachiopoda, Bryozoa, Chaetognatha, Chordata, Cnidaria, Ctenophora, Cycliophora, Echinodermata, Echiura, Entoprocta, Gastrotrichia, Gnathostomulida, Hemichordata, Kinorhyncha, Loricifera, Micrognathozoa, Mollusca, Monoblastozoa, Myxozoa, Nematoda, Nematomorpha, Nemertea, Onychophora, Orthonectida, Phoronida, Placozoa, Platyhelminthes, Pogonophora, Porifera, Priapulida, Rhombozoa, Rotifera, Sipuncula, Tardigrada y Xenoturbellida 5 Grupos megadiversos 370,000 species Coleoptera: 370,000 spp. 5 Grupos megadiversos Hymenoptera: 198,000 spp. 5 Grupos megadiversos Lepidoptera: 165,000 spp. 5 Grupos megadiversos Araneae: 34,000 spp. 5 Grupos megadiversos Gastropoda: 80,000 spp. 5 …más números Vertebrata:64,000 spp. 5 5 15,000 sp terrestres/año 70% insectos Rhynchocyon udzungwensis (2008) 5 Mirza zaza (2005) 5 1,635 sp/año 5 Los océanos cubren el 71 % de la superficie de la Tierra • Mas del 50% de la superficie del planeta se encuentra mas allá del borde de la plataforma continental 5 5 5 5 Dinochelus ausubeli (2010) 5 Hydrolagus mccoskeri (2006) 5 Mesoplodon peruvianus (1991) 5 Loricifera (1983) 5 Cycliophora (1995) 5 • ~8.7 M (±1.3 million SE) spp. eucariotas • ~2.2 M (±0.18 million SE) son marinas 5 -86% especies terrestres 5 -91% especies marinas 5 3 Teoría de la Evolución 6 Fijismo y evolucionismo Teorías preevolutivas Hasta el s. XIX los seres vivos son considerados inmutables; Han existido siempre de la misma manera, sin sufrir cambios 6 Fijismo y evolucionismo Catastrofismo (relacionado con la religión católica, e.g. diluvio universal). Este paradigma estuvo en vigor durante los siglos XVII y XVIII. 6 Fijismo y evolucionismo Algunos fijistas destacados: • Carlos Linneo (1701-1778) • Georges Cuvier (1769-1832) • Louis Pasteur (1822-1895) 6 Fijismo y evolucionismo Teorías evolutivas Lamarckismo, Darwinismo, Teoría sintética o neodarwinismo. 6 Fijismo y evolucionismo James Hutton (1788), Uniformismo o actualismo: “Las leyes físicas, químicas y biológicas que actúan hoy, lo han hecho también en el pasado geológico” 6 Teorías evolutivas Lamarckismo: •Las especies actuales provienen de especies primitivas, hoy extinguidas, que han sufrido modificaciones sucesivas. • Para Lamarck estas transformaciones se deben a que cuando cambian las condiciones ambientales, los seres vivos desarrollan caracteres que les ayudaban a vivir mejor (Adaptaciones). •Esos caracteres se transmiten a sus descendientes, apareciendo especies nuevas; es lo que llama la Herencia de los caracteres adquiridos 6 6 Teorías evolutivas Darwinismo: Variabilidad intraespecífica. Los individuos de una especie no son exactamente iguales entre sí, presentando pequeñas variaciones. Estas variaciones surgen en forma fortuita y son transmitidas a los descendientes. 6 ¿Qué es la biodiversidad? • Contexto ecológico: Norse (1986) y los 3 niveles de biodiversidad 1) Genética 6 Teorías evolutivas Darwinismo: Superproducción La fecundidad de la naturaleza lleva a que nazcan más individuos de los que el ambiente puede sostener. En consecuencia, se establece una lucha por la existencia, donde muchos mueren en forma precoz. 6 6 Teorías evolutivas Darwinismo: Selección natural Los individuos con variaciones favorables tienen más probabilidades de sobrevivir y de reproducirse con mayor frecuencia. Como resultado, en las siguientes generaciones habrá mayor proporción de individuos con variaciones favorables que aquellos con variaciones desfavorables, que tienden a desaparecer. 6 6 Biston betularia 6 Biston betularia 6 6 Teorías evolutivas Darwinismo: La acumulación de variaciones favorables a lo largo del tiempo conduce a la transformación de una especie en otra. (Microevolución & Macroevolución) 6 Teorías evolutivas Neo - Darwinismo: ¿Cuál es el mecanismo de este proceso? 6 Teorías evolutivas Neo - Darwinismo: ¿Cuál es el mecanismo de este proceso? Gregor Johann Mendel describió, por medio de los trabajos que llevó a cabo con diferentes variedades del guisante o arveja (Pisum sativum), las hoy llamadas leyes de Mendel que rigen la herencia genética. 6 6 Francis Crick y James Watson , descubridores de la estructura molecular del ADN en 1953 6 ¿Cómo se sustenta la Teoría de la Evolución? 6 1.- Paleontológica Demuestra la existencia de un proceso de cambio, mediante la presencia de restos fósiles de flora y fauna extinta y su distribución en los estratos geológicos. 6 2.- Anatomía comparada Distintas especies presentan partes de su organismo constituidas bajo un mismo esquema estructural, apoyando una homología entre órganos o similitud de parentesco, y por tanto de un origen y desarrollo común 6 3.- Bioquímica comparada Las homologías de carácter bioquímico que constituyen una de las características más destacables de la escala evolutiva. Ejemplo: la hemoglobina de los eritrocitos sólo se diferencia en 12 aminoácidos entre un humano y un chimpancé; básicamente presenta la misma estructura en todos los vertebrados. 6 4.- Embriología En todas las especies se encuentran características ancestrales similares en el desarrollo embrionario, y que desaparecen durante dicho proceso. Por este hecho, Ernst Haeckel enunció en 1866 la teoría de la recapitulación que se resume en: la ontogenia es una recapitulación de la filogenia, es decir, la ontogénesis o desarrollo individual, es un compendio de la filogénesis o desarrollo histórico de la especie 6 5.- Biogeografía El hecho de que no exista una presencia uniforme de especies en todo el planeta, es una prueba de que las barreras geográficas o los mecanismos de locomoción o dispersión han impedido su distribución, a pesar de que existen hábitat apropiados para su desarrollo 6 6.- Domesticación Ejemplos varios de aplicación del principio de selección, no ya natural, de caracteres “favorables” 6 6 Filogenia y clasificación de los metazoa 7 Taxonomía • La taxonomía (del griego ταξις, taxis, "ordenamiento", y νομος, nomos, "norma" o "regla") es, en su sentido más general, la ciencia de la clasificación. • Habitualmente, se emplea el término para designar a la taxonomía biológica, la ciencia de ordenar a los organismos en un sistema de clasificación compuesto por una jerarquía de taxa anidados. 7 Sistemática • La Sistemática comprende el estudio de la diversificación de la vida en el planeta Tierra y las relaciones entre los seres vivos a través del tiempo. • Las mismas son visualizadas como árboles u hipótesis evolutivas (filogenias). 7 • Sistematica Cladística: Método más utilizado en la actualidad • Método riguroso de reconstrucción filogenética con organismos actuales. • El estudio de la filogenia es una ciencia empírica basada en evidencias (caracteres homólogos). 7 Cladograma • Árbol filogenético con dicotomías, el cual muestra un punto de divergencia a partir de un ancestro común. • Cada rama, o clado, muestra una especie ancestral y su decendencia, o sea, un grupo monofilético. • La especie actual en el árbol está representada por un nodo terminal. Cada cladograma expresa una hipótesis. 7 Cladograma Clado Nodo terminal Nodo Ancestro común 7 Construcción de un cladograma 1 2 3 4 5 6 7 7 X 0 0 0 0 0 0 0 A 1 0 1 1 1 1 0 B 1 1 1 1 0 0 1 C 1 1 0 0 1 0 0 C B A Clasificaciones de la vida • Aristóteles • 2 reinos: Animal y Vegetal 7 Clasificaciones de la vida • Ernst Haeckel (1866) • Reino Protista: todos los organismos unicelulares. 7 Clasificaciones de la vida • Herbert Copeland (1956) • Reino Monera: organismos procariotas. 7 Clasificaciones de la vida • Robert Whittaker (1969) • Sistema de 5 reinos: Monera, Protista (Protoctista), Fungi, Plantae, Animalia 7 Clasificaciones de la vida • Woese, Kandler y Wheelis (1990) • Datos moleculares: 3 dominios monofiléticos por encima del nivel de reino: • Bacteria: bacterias verdaderas • Archaea: otros procariotas, separados de bacterias por la estructura de la • membrana y la secuencia de ARN ribosómico • Eukarya: todos los eucariotas. Relaciones entre principales linajes no está clara. 7 Arbol de la vida http://tolweb.org/tree/ 7 Gracias por su atención!