Cátedra de Anatomía Comparada Guía de Trabajos Prácticos 2016 Universidad Nacional de Córdoba Facultad de Ciencias Exactas, Físicas y Naturales Escuela de Biología Departamento de Diversidad Biológica y Ecología Autores/Compiladores Prof. Emér. Dra. Noemí Bee de Speroni, Dr. Mario R. Cabrera, Dra. Mirian Bulfon y Biól. Fernando Carezzano PROLOGO El propósito de esta Guía de Trabajos Prácticos de Anatomía Comparada es ayudar al alumno de la Carrera de Ciencias Biológicas en la identificación y análisis de la arquitectura corporal de los Vertebrados, a fin de interpretar relaciones de estructura, función y filogenia. En cada unidad se analiza un plan básico o modelo generalizado estructural, lo cual permite al alumno realizar comparaciones de componentes homólogos entre los diversos grupos de Vertebrados. Esta guía no constituye un libro de texto, a pesar de que en algunas unidades se ha agregado una breve información teórica introductoria. Los temas deben completarse con la enseñanza impartida en las clases teórico-prácticas, el material didáctico aportado por los profesores y con la bibliografía recomendada. Las ilustraciones fueron adaptadas de diversas fuentes, citadas en la Bibliografía, o realizadas a partir de modelos naturales por el Dr. Mario Cabrera, la Biól. Paola Carrasco, la Sra. Gladys Sala y el Biól. Guillermo Sferco. . Figura de tapa: Comparación del esqueleto humano y el de un ave realizado por P. Belon (1555) en su libro L’Histoire de la Nature des Oyseaux. Guillaume Cavellat, Paris. 1 OBJETIVOS GENERALES • Conocer los modelos estructurales de los sistemas orgánicos de los distintos grupos de Vertebrados, sus semejanzas y diferencias para apreciar los cambios que se operan en la ontogenia y la filogenia. • Determinar las tendencias evolutivas de cada sistema en cada grupo animal en relación a su habitat. • Discriminar los fundamentos de homología, analogía, convergencia, divergencia y paralelismo evolutivo. • Comprender y aplicar los fundamentos de los principios filogenéticos. • Adquirir destreza y habilidad en el manejo de técnicas para disección de ejemplares y preparación de piezas anatómicas. • Desarrollar habilidad para la interpretación y confección de cuadros sinópticos, diagramas, diapositivas, láminas, etc. • Valorar la importancia de la Anatomía Comparada en la formación científica del Biólogo. METODOLOGÍA La asignatura Anatomía Comparada, se dicta con sentido integrador y sus contenidos y metodología de estudio son utilizados en otras disciplinas como una herramienta muy importante. Su eje programático está basado en la orientación morro-funcional ecológica y evolucionista. Durante el desarrollo de sus contenidos se usan las etapas ordenadas de los métodos inductivodeductivo e hipotético-deductivo, a través de los cuales se trabaja la información y los recursos para analizar las distintas teorías y deducir las diferentes hipótesis. El método comparativo proporciona una enorme variedad de información, gracias a la cual, el alumno desarrolla la capacidad de observación y reflexión, accede a nuevos conocimientos y comprende la importancia y significado evolutivo. Se analizan semejanzas, diferencias y los principios que rigen las relaciones de parentesco. Las inferencias que surgen de la comparación permiten establecer las homologías y analogías de las estructuras que se analizan. Además se confrontan las distintas teorías y se debate la incertidumbre de muchos detalles de la historia evolutiva. Siguiendo las pautas del método científico y a modo de práctica de una investigación, los alumnos deben realizar un trabajo acerca de la evolución del sistema nervioso de los vertebrados. Dicha práctica les permite plantear hipótesis, emplear los conocimientos adquiridos mediante un conecto procedimiento, realizar análisis estadísticos y finalmente verificar su hipótesis y sacar conclusiones. Luego elaboran un informe final, que se discute en clase. 2 PROGRAMA ANALÍTICO INTRODUCCIÓN Bolilla 1: Objetivo y finalidad de la Anatomía Comparada. Métodos de estudio. Historia y relación con otras ciencias. Filogenia de los vertebrados. Principios y criterios filogenéticos. Árbol genealógico. Concepto de evolución. Teorías evolutivas. Evidencias aportadas por la Anatomía Comparada a la teoría de la evolución de los vertebrados. UNIDAD I: SISTEMA TEGUMENTARIO Bolilla 2: Funciones del tegumento. Ontogenia. Estructura en los distintos grupos de Vertebrados. Glándulas cutáneas. Cromatóforos. Escamas: desarrollo, tipos, distribución. Evolución de la armadura dermal en vertebrados. Plumas: desarrollo embrionario, estructura, tipos. Pelos: desarrollo embrionario, estructura, tipos. Otros anexos tegumentarios: garras, uñas, pezuñas, cuernos, astas, barbas de ballena. UNIDAD II: SISTEMA DE SOSTÉN Y MOVIMIENTO Bolilla 3: Sistema esquelético. Generalidades. Esqueleto axial: cráneo. Modelo básico. Divisiones de acuerdo a su función y origen. Condrocráneo. Desarrollo embrionario. Huesos condrales osificados en el condrocráneo. Dermatocráneo. Huesos dermales; origen y evolución. Esplacnocráneo. Arcos mandibular, hioideo, y branquiales. Estructura. Evolución del esplacnocráneo. Suspensiones mandibulares y su probable filogenia. Bolilla 4: Cráneo de Anamniotas: Agnatha. Condrictios. Actinopterigios. Sarcopterigios. Estructura ósea básica. Modificaciones. Sarcopterigios ancestrales. Importancia evolutiva. Anfibios: Apoda, Urodela y Anura. Modificaciones fundamentales en los distintos grupos. Cráneo de Amniotas: Reptiles, Aves, Mamíferos. Estructura básica. Variaciones morfológicas de valor sistemático. Cinesis craneal. Paladar primario y secundario. Tipos de paladares en Aves. Análisis comparado evolutivo de las modificaciones estructurales del cráneo de vertebrados y su correlación adaptativa. Bolilla 5: Esqueleto axial: Notocorda. Estructura y función. Regiones esqueletógenas. Vértebras. Desarrollo embrionario. Componentes vertebrales. Componentes organizadores del centro vertebral. Columnas vertebrales primitivas: ciclóstomos, condrósteos, anfibios extintos, cotilosaurios. Evolución de la vértebra de tetrápodos a partir de Sarcopterigios. Evolución de atlas y axis. Diplospondilia. Regiones de la columna vertebral. Funcionalidad. Costillas. Esternón. Bolilla 6: Esqueleto apendicu1ar: Cinturas escapu1ar y pé1vica de peces. Plan básico. Elementos y origen. Funcionalidad. Cinturas escapu1ar y pé1vica en tetrápodos. Análisis de los elementos constituyentes en cada Clase. Modificaciones funcionales y estructurales. Miembros. Aletas impares. Morfología de las aletas mediales dorsales y caudal. Relaciones con la columna vertebral. Aletas pectorales y pélvicas. Estructura. Origen. Historia evolutiva de las aletas. 3 Bolilla 7: Extremidades libres de tetrápodos. Teorías sobre el origen de la extremidad pentadáctila. Estructura y disposición de los elementos constituyentes. Adaptaciones estructurales y funcionales en los distintos grupos de vertebrados. Modificaciones adaptativas experimentadas por los distintos elementos del autopodio en relación a su función. Efectos de la reorientación de los miembros en vertebrados superiores. Bolilla 8: Sistema muscular. Generalidades. Clasificación: musculatura parietal o somática. Musculatura epie hipaxial. Musculatura apendicular. Anatomía evolutiva comparada de las unidades musculares en distintos grupos de vertebrados. Musculatura hipobranquial. Musculatura branquiomérica. Homologías de la musculatura en tres modelos: tiburón, sapo y un mamífero. UNIDAD III: SISTEMA DIGESTIVO Bolilla 9: Dientes: desarrollo embrionario. Homologías. Sustitución. Filogenia. Análisis del proceso de reemplazo de los dientes polifiodontes en la mandíbula de reptil. Estudio comparativo de los dientes de mamíferos. Sistema digestivo. Morfología comparada de boca, glándulas, lengua, faringe, esófago, estómago, intestino delgado e intestino grueso en los distintos grupos de vertebrados. UNIDAD IV: SISTEMA NERVIOSO Bolilla 10: Sistema Nervioso. Plan estructural. El tubo neural: desarrollo y organización. Médula espinal: características generales. Sustancia gris y blanca. Estructura de la médula espinal en los distintos grupos de vertebrados. Nervios espinales y ganglios. Sistema nervioso autónomo. Sistemas funcionales Simpático y Parasimpático. Nervios craneales. Bolilla 11: Encéfalo. Desarrollo y organización de las vesículas encefálicas. Romboencéfalo. Metencéfalo: características en mamíferos. Cerebelo: plan estructural y morfología comparada en los distintos grupos de vertebrados. Importancia funcional. Mesencéfalo: características. Evolución en vertebrados. Bolilla 12: Diencéfalo. Epitálamo e hipotálamo: morfología comparada. Epífisis y ojo pineal. Tálamo. Hipotálamo. Telencéfalo: plan básico. Telencéfalo inverso y everso. Conexiones fundamentales del telencéfalo olfativo. Telencéfalo de reptiles. Telencéfalo de aves. Concepto de encefalización. Telencéfalo de mamíferos. Morfología, conexiones y función. UNIDAD V: SISTEMA RESPIRATORIO Bolilla 13: Sistema respiratorio. Estructura y organización en organismos acuáticos. Branquias de peces cartilaginosos y óseos, y larvas de anfibios. Anatomía y función. Vejiga gaseosa. Filogenia de vejiga y pulmones. Respiración en vertebrados extra-acuáticos. Tipos de pulmón según su estructura: sacular, traqueal y compacto. Unidad funcional: favéolos, alvéolos y parabronquios. Sacos aéreos. UNIDAD VI: SISTEMA CIRCULATORIO Bolilla 14: Sistema Circulatorio. Organización general. Sistemas cardiovascular y linfático. Tipos de circulación. Desarrollo y función del corazón. Tabicación. Evolución del corazón en vertebrados. Estructura y funcionamiento de corazones de Amphibia, Squamata y Crocodylia. Sistema arterial: aorta dorsal, ventral 4 y arcos aórticos. Evolución en los diferentes grupos de vertebrados. Sistema venoso. Evolución de la vena abdominal ventral. Cardinales anteriores y posteriores. Porta hepática y porta renal. UNIDAD VII: SISTEMA UROGENITAL Bolilla 15: Sistema urinario. Generalidades. Desarrollo y evolución del sistema excretor de los vertebrados. Holonefros. Arquinefros o riñón ancestral. Pronefros o riñón larval. Opistonefros: riñón de anamniotas. Metanefros o riñón definitivo de amniotas. Mecanismos de excreción y osmorregulación de vertebrados. Evolución de los conductos urogenitales en los machos de diversos vertebrados. Sistema reproductor. Origen. Ovario. Testículo. Tipos de reproducción. Morfología comparada del sistema reproductor en los distintos grupos de vertebrados. Órganos copuladores de vertebrados. ORGANIZACIÓN Personal Docente Profesor Adjunto a Cargo: Dr. Mario R. Cabrera Profesores Asistentes: Dra. Mirian Bulfon Biól. Fernando Carezzano Inserción curricular En el Plan de estudios 1990, Anatomía Comparada es una materia de carácter selectivo que se dicta en el primer cuatrimestre con una carga horaria de 80 horas. La modalidad adoptada para el dictado de las clases es teórico-práctica y sus contenidos se desarrollan en 19 clases. Requisitos para el cursado de la materia a) Regularidad El alumno será regular cumpliendo el siguiente requisito: 1. Asistir al 80% (*) de las clases prácticas. b) Promoción total de la materia El alumno se exime de rendir el examen final cumpliendo los siguientes requisitos: 1. Tener aprobada la asignatura correlativa obligatoria Diversidad Animal II al menos en el turno anterior a la promoción (Mayo). 2. Asistir a un mínimo de 80% (*) de clases teóricas, teórico-prácticas y prácticas. 3. Aprobar los exámenes parciales teóricos y prácticos con 7 (siete) puntos como mínimo. Los alumnos cuyo promedio final sea entre 4 (cuatro) y 6,5 (seis con 50/100) rendirán un coloquio de contenidos integrados. c) Promoción sólo de Trabajos Prácticos El alumno podrá promover los Trabajos Prácticos y presentarse a examen final de contenidos teóricos si no cumple el punto 1 del párrafo anterior. Pare ello deberá: 5 1. Tener regularizada, al menos, la correlativa Diversidad Animal II al inicio del curso. 2. Asistir al 80% (*) de las clases prácticas. 3. Aprobar los exámenes parciales prácticos en las mismas condiciones establecidas en b.3. 4. Elaborar y discutir un informe sobre un trabajo publicado de investigación científica. d) Alumno libre El alumno que no se ajuste a alguno de los requisitos exigidos en a quedará en condición libre. Evaluación Durante el desarrollo del cuatrimestre, se tomarán 3 (tres) exámenes parciales prácticos y 4 (cuatro) exámenes parciales teóricos. Se calificará también el desempeño en actividades prácticas grupales. Recuperación Se permite recuperar 1 (un) parcial teórico y 1 (uno) práctico, por inasistencia debidamente justificada o por no haber alcanzado el puntaje mínimo. Promedio final de la materia Será el resultado del promedio de los exámenes parciales prácticos y los exámenes parciales teóricos. (*): Esta exigencia podrá ser reducida al 70% para quienes acrediten relación laboral de dependencia o razones de fuerza mayor. BIBLIOGRAFÍA • Balinsky, B. I. 1981. Introducción a la embriología. Omega, Barcelona. • Benton, M. 1995. Origen de los vertebrados. Pp. 1- 13. En: Paleontología y evolución de los vertebrados. Editorial Perfils. España. • Colbert, E. N. 1980. Evolution of the Vertebrates. 3a Edic. Wiley & Sons, N.Y. • Colitti M., Allen S.P., Price J. S. 2005. Programmed cell death in the regenerating deer antler. J Anat 207(4): 339351. • Crisci, J. V. & M. F. López Armengol. 1983. Introducción a la teoría y práctica de la Taxonomía Numérica. Secr. Gral. de la OEA, Progr. Regional de Desarrollo Cient. y Tecnológico. Ser. Biol., Monogr. N° 26. 132 pp. • Darwin, C. 1985. Origen de las especies. Edaf., Madrid. • Erickson, J. 1992. La extinción de las especies. Evolución, causas y efectos. McGraw-Hill, Madrid. • Dobzhansky, T.; F. Ayala; S. Stebbin y J. Valentine. 1993. Evolución. 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Barcelona. 7 GUÍA DE TRABAJO TEÓRICO-PRÁCTICO N° 1 y Nº 2 Temario: Diagramas de relaciones en Biología Comparada. Criterios filogenéticos. Árbol filogenético de los Vertebrados. Objetivos • Reconocer los distintos tipos de diagramas que se emplean para representar relaciones biológicas. • Interpretar los fundamentos metodológicos con los que se construye un dendrograma. • Valorar la importancia del conocimiento y manejo de los diagramas para interpretar la historia evolutiva de distintos grupos de organismos. • Desarrollar capacidad para la aplicación de criterios en el análisis comparativo de sistemas orgánicos de Vertebrados relevantes a la filogenia. Desarrollo En sentido amplio, las relaciones son propiedades que se predican de dos o más sujetos considerados simultáneamente. En el campo de la Biología, esas propiedades se refieren a la identidad fenotípica (relaciones de similitud), genealógica (relaciones de parentesco), cronística (grado de cercanía en el tiempo) y geográfica (situación espacial relativa), entre las principales. Relaciones de una u otra índole entre organismos son factibles de representación gráfica. La noción de que la naturaleza puede ser ordenada jerárquicamente para su comprensión y clasificación es anterior a Darwin, pero fue el auge de las ideas evolucionistas lo que generalizó el uso de gráficos arborescentes para representar afinidades entre grupos de organismos. Los gráficos utilizados en biología evolutiva representan sistemas jerárquicos. Se entiende por tal a un sistema ordenado en el que sus elementos están conectados por relaciones unidireccionales, como se ejemplifica en la Fig. 1. En ésta, las relaciones están simbolizadas por flechas y los elementos por letras. Nótese que cada elemento está en el extremo de una sola flecha, pero puede dar origen a más de una; de que existe un solo elemento iniciador (A) al que no llega ninguna flecha, sólo parten de él; y que todos los elementos se relacionan con el iniciador a través de una o más flechas concatenadas. El carácter jerárquico del sistema implica una relación de subordinación entre el elemento ubicado en el extremo de una flecha y aquél del cual se origina ésta. De allí la importancia de definir qué tipo de relación se pretende mostrar en el diagrama (Scrocchi y Domínguez, 1992). Los diagramas ramificados, en Biología, son de tres clases principales; cada una de los cuales se adscribe a una "escuela" filosófica y metodológica en particular. Todas estas representaciones reciben el nombre colectivo de dendrogramas. Dendrograma: es todo diagrama de relaciones en forma de árbol. Incluye a los fenogramas, árboles filogenéticos y cladogramas. 8 Fig. 1 Fenograma (Fig. 2): diagrama que muestra el grado de similitud global entre las entidades comparadas, agrupándolas de acuerdo con aquél. Son los diagramas empleados por los partidarios de la escuela feneticista, también llamada Taxonomía Numérica. Los principios metodológicos de ésta se basan en considerar de igual importancia a todo carácter (defin.: cualquier propiedad observable de un organismo); tratar un número alto (+ de 40) de los mismos; codificarlos y aplicarles una fórmula matemática (un coeficiente de similitud). El fenograma apareció por el interés en realizar comparaciones, y clasificaciones, que prescindieran de la subjetividad del operador en el manejo de las relaciones. Tuvo su auge tras el advenimiento de las computadoras, pues éstas simplifican las operaciones matemáticas necesarias. En sentido estricto, el fenograma no es un diagrama jerárquico. Se lo dibuja siempre asociado a una escala con valores de similitud. No representa el tiempo ni relaciones antecesor-descendencia. Las entidades representadas son denominadas OTU's (unidades taxonómicas operativas) en sentido general. Una amplia crítica a su utilización es la de De Queiroz y Good (1997). Fig. 2 9 Árbol filogenético (Fig. 3): Es el dendrograma más antiguo empleado para representar explícitamente relaciones genealógicas (=evolutivas o de antecesor-descendencia). Se estima que los primeros se usaron a mediados del siglo XVIII y comienzos del XIX y su topología parece inspirada en aquélla de los árboles genealógicos humanos. Representa líneas hipotéticas de descendencia a partir de antecesores, en general, extintos. Se acompaña de una escala de tiempo geológico. Han sido (y son) ampliamente usados en libros de texto sobre Anatomía Comparada, Sistemática General, etc. Es el tipo de dendrograma utilizado por los partidarios de la escuela Evolucionista, originada a partir de las ideas transformistas de Darwin y Wallace, enriquecidas en las décadas de los '40 a los '60 inclusive por Simpson y Mayr. En la construcción de un árbol filogenético no todos los caracteres tienen igual peso, y se le da amplia importancia a la información brindada por organismos fósiles. Su metodología es criticada por los partidarios del cladismo (ver a continuación), la otra escuela que busca descubrir y representar relaciones genealógicas, dado el grado de subjetividad inherente. Fig. 3 10 Cladograma (Fig. 4): Es el tipo de representación gráfica empleada por los adherentes a la escuela de Sistemática Filogenética o Cladismo creada por Hennig en la década del '50 (ver Hennig, 1968). Este dendrograma representa relaciones filogenéticas inferidas a partir de caracteres derivados (como opuesto a "primitivos" u "originales") compartidos por los organismos bajo comparación. Fig. 4 En su topología, los elementos comparados ocupan una posición terminal. Los ángulos, longitudes de las ramas, y su espaciamiento no tienen significado. Bajo ciertas condiciones (Gauthier el al., 1988) puede incluirse información aportada por organismos fósiles. Su filosofía y metodología son criticadas en detalle por Pritchard (1994). LOS EVENTOS EVOLUTIVOS FUNDAMENTALES Durante el decurso de la historia evolutiva de los organismos (esto es, su fi1ogenia) ocurren procesos que, tal como sintetizan Scrocchi y Domínguez (1992), pueden ejemp1ificarse con la Fig. 5. En ella se representa la filogenia de cinco especies hipotéticas (1 a 5), y los eventos denominados: Fig. 5 11 Cladogénesis (C): es la división en nuevos linajes. En el ejemplo, la especie inicial "1" da origen a las especies "2" y "3", y ésta, luego a las "4" y "5". Anagénesis (A): expresa la cantidad de cambio (morfológico, etc.) y, en forma relativa, la velocidad del cambio entre linajes. Estasigénesis (Es): cuando la anagénesis de un linaje es igual a cero, como en el caso de los "fósiles vivientes". Extinción (Ex): Es la finalización de un linaje. CRITERIOS FILOGENÉTICOS En el análisis comparativo tendiente a reconstruir la filogenia existen criterios metodológicos aplicables a los grupos en estudio. Suele denominárselos también principios filogenéticos, por traducción directa del término "principles" con que se los conoce, pero no debe tomárselos por dogmas (uno de los significados de la palabra) sino por fundamentos metodológicos sobre los cuales se procede en el análisis. 1- Parsimonia De dos o más explicaciones posibles de igual compatibilidad con las evidencias que se poseen, la más simple es probablemente la correcta. Este principio no establece que siempre la explicación más simple es la válida, sino que si se considera probable una explicación compleja, ésta requiere evidencias sustanciales. Ejemplo: la mayoría de los tetrápodos poseen extremidades que comparten un modelo básico pentadáctilo. Si bien es posible pensar que las extremidades se desarrollaron independientemente en cada grupo, tal hipótesis implicaría historias genéticas "en paralelo", en lugar de haberlas heredado de un antecesor común. En cladística el criterio de parsimonia se aplica en la elección del cladograma que presenta menos similitudes por homoplasia (ver a continuación) (Goloboff, 1998). 2- Semejanza En general el grado de semejanzas anatómicas entre dos animales indica el grado de relaciones filogenéticas entre ellos. Por relaciones filogenéticas se piensa en similitudes en el genotipo. Este es el principio básico, pero debe enfatizarse que debe considerarse el modelo morfológico total, y en especial los caracteres derivados en común de un antecesor de ambos. Similitudes aisladas entre diferentes animales tales como los ojos de Vertebrados y Cefalópodos, no tienen significancia filogenética. Ejemplo: comparemos un gato, un perro y un caimán. Los dos primeros comparten gran número de caracteres derivados (presencia de pelo, glándulas mamarias, estructuras craneanas, dientes, placenta, etc.) que el caimán no posee. Ello se debe a que el perro y el gato han heredado sus similitudes de un antecesor común que no comparten con el caimán. La reconstrucción de las líneas evolutivas es complicada por el hecho de que las similitudes estructurales entre animales son, en algunos casos, resultado de paralelismo, reversión o convergencia (colectivamente denominados homoplasias) más que de la existencia de un antecesor común. 12 3- Divergencia evolutiva La divergencia evolutiva tiende a acentuarse con el tiempo; por ello los grupos de animales que comparten un antecesor común reciente generalmente serán más similares entre sí que con aquéllos con los cuales comparten un antecesor muy remoto. La razón de que el perro y el gato posean mayor número de similitudes se debe a que descienden de un antecesor reciente que poseía las características compartidas por estos mamíferos vivientes, mientras que mamíferos y reptiles poseen también un antecesor común, pero más distante. 4- Adaptación Las poblaciones se diversifican por acción de la mutación, recombinación, migración y deriva genética1. Aunque estos procesos operan al azar sobre las poblaciones, aquellos organismos mejor adaptados tenderán a dejar más descendientes de su propio genotipo. Por ejemplo, la adquisición de pulmones es una adaptación que permitió a sus poseedores obtener el oxígeno del aire atmosférico; el desarrollo de la membrana timpánica posibilitó la recepción de ondas sonoras fuera del agua, etc. La adaptación a diferentes ambientes es un aspecto básico en la diversidad de los grupos descendientes de un antecesor común. Para interpretar las adaptaciones debemos conocer la función de cada estructura, pero también el comportamiento y el hábitat del organismo. Por ejemplo, para comprender completamente la evolución del mecanismo mandibular debemos conocer la acción de los músculos mandibulares, el tipo de alimento ingerido, cómo es manejado en la cavidad oral, etc. Ningún órgano debe ser considerado aisladamente. 5- Modificación La mayoría de las estructuras nuevas surge por modificación de las preexistentes. La evolución es básicamente conservativa y sólo ocasionalmente se desarrolla una nueva estructura a partir de un tejido relativamente indiferenciado. Uno de los ejemplos más notables de este principio es la evolución de las mandíbulas a partir del sostén de las branquias. 6- Estadios intermedios Cuando un órgano deriva de otro es frecuente encontrar estadios intermedios funcionales. Esto es consecuencia de la naturaleza gradual de los cambios evolutivos. La presencia de dichos estadios en el registro fósil frecuentemente provee evidencias para una secuencia filogenética. Un ejemplo es la evolución del yunque de los mamíferos a partir del hueso cuadrado de reptiles. La función original del cuadrado es articular el cráneo con la mandíbula. En algunos reptiles sirve además como conductor de vibraciones desde la mandíbula a la región ótica del cráneo. En mamíferos otro hueso se encarga de la articulación de la mandíbula, y el cuadrado sólo funciona como conductor de vibraciones en el oído medio, el yunque. 1 fluctuación al azar de la frecuencia génica de una generación a otra. Se da en poblaciones pequeñas. 13 7- Irreversibilidad Los cambios evolutivos complejos nunca son exactamente revertidos. La razón es que cada órgano tiene una compleja base genética, con gran cantidad de genes que interactúan con otros. La modificación en el genotipo es seleccionada a través de largos períodos de tiempo. Como esos cambios se producen al azar, la reversión de cada uno de ellos en la misma secuencia es improbable. Ejemplo: los antecesores de los mamíferos poseían una dentición en la cual todos los dientes tenían la misma forma. Los dientes se diferenciaron en varios tipos ya en los primeros mamíferos. Algunas ballenas han revertido hacia la posesión de dientes uniformes; los cuales, sin embargo, no son idénticos a los de los antecesores de los mamíferos. 8- No repetibilidad de la evolución Grupos animales distanciados, cuando se enfrentan con la misma necesidad funcional debido a presiones selectivas similares, hallan soluciones semejantes pero no idénticas, en razón de que sus genotipos difieren. Ejemplo: las aves desarrollan alas, adaptación al vuelo; los murciélagos también, pero estos últimos no repitieron las modificaciones operadas en las aves ya que las alas son anatómicamente diferentes. Una consecuencia común de este principio es la convergencia (desarrollo de estructuras aparentemente similares en animales distantes). 9- Recapitulación La ontogenia de los grupos descendientes tiende a recapitular la ontogenia de los antecesores. Dicho de otro modo, el desarrollo embrionario de un animal actual tiende a repetir estadios evolutivos de sus antecesores. Este principio es una adaptación de la ley biogenética de Haeckel: "la ontogenia recapitula la filogenia". Debe quedar en claro que la recapitulación es, según Karl Von Baer, critico de Haeckel, de los estadios embrionarios, y no de los estadios adultos de los antecesores. Ejemplo: el embrión de peces desarrolla aberturas branquiales a las cuales se hallan asociadas las branquias en el adulto. Aves y mamíferos carecen de branquias, pero en sus primeros estadios embrionarios aparecen aberturas en la región donde irían a formarse branquias, las cuales se cierran rápidamente. La recapitulación implica el desarrollo de aberturas en los primeros estadios embrionarios, pero no las branquias de los adultos. 10- Neotenia Los caracteres larvales o juveniles son retenidos en algunos grupos por individuos maduros sexualmente. Hay varios grados de neotenia, según afecten al organismo completo o a caracteres aislados. El axolote, por ejemplo, es una salamandra neoténica; retiene aspectos larvales como branquias externas, aleta caudal y piel delgada. Otro carácter neoténico es la presencia del esqueleto totalmente cartilaginoso del tiburón. 11- Tasa de variabilidad evolutiva: La tasa de variabilidad evolutiva puede variar ampliamente de un grupo de animales a otro y en un mismo grupo en diferentes épocas. De allí que en dos grupos contemporáneos de animales, uno haya 14 diferenciado más de su antecesor que el otro, debido a una tasa evolutiva rápida (mayor anagénesis). Ejemplo: mamíferos y reptiles vivientes, su antecesor común es un tipo reptiliano; pero los mamíferos cambiaron más acentuadamente que los reptiles, por ello éstos se asemejan más a sus antecesores (tanto estructural como genéticamente). De allí que los reptiles como grupo se suelen considerar más "primitivos" que los mamíferos vivientes. Por primitivo se entiende una mayor semejanza a la condición del ancestro. Esto no significa que los reptiles sean primitivos en todos los aspectos. Como no todos los caracteres evolucionaron a la misma velocidad, los organismos muestran una condición primitiva en algunos rasgos y avanzada en otros. Este fenómeno es denominado evolución en mosaico; cada organismo es un mosaico de caracteres primitivos y avanzados; aunque unos u otros pueden predominar. Los términos primitivo y plesiomorfo son equivalentes. Definición: es aquel estado de un par de caracteres homólogos cualesquiera, que surgió antes en el tiempo y originó al estado apomorfo (=avanzado=derivado). Los términos generalizado y especializado no deben confundirse. Especializado significa adaptado para una función específica; generalizado significa adaptado por igual para diversas funciones. Una estructura especializada puede ser primitiva o avanzada. Ejemplo: las alas de las aves son especializadas y avanzadas en comparación con la extremidad anterior de la comadreja. La faringe de peces con aperturas branquiales es más especializada que la de tetrápodos, aunque la primera es primitiva en relación a la segunda. 12- Grupos relacionados: Aquellos taxones (familias, géneros, especies, etc.) que comparten un antecesor común que no lo es de ningún otro, constituyen grupos hermanos. Estos son determinable s mediante la verificación de sinapomorfías (defin: presencia en dos o más taxones de la misma apomorfia). Grupo externo es cualquier taxón, distinto al conjunto en estudio, que se supone (por análisis previos) ancestral en conjunto a éste. Pueden ocurrir dos situaciones: a) que el grupo externo presente uniformemente sólo uno de los varios estados de carácter que aparecen en el conjunto que estamos analizando. En este caso se admite que el ancestro de nuestro grupo debió llevar ese estado, al que se considera el plesiomórfico. Este criterio tendría validez absoluta si no ocurrieran reversiones en las secuencias anagenéticas de transformación. b) que el grupo externo presente varios de los estados de carácter posibles. En este caso suele utilizarse el criterio de abundancia relativa ("el más común es el primitivo"), tomando al estado más extendido como plesiomórfico. El criterio es meramente probabilístico y no se sustenta en ningún mecanismo biológico directo. Por ejemplo, entre los urodelos, sólo una familia carece de pulmones (apomorfia). Aquí común es igual a primitivo; pero entre los mamíferos sólo el equidna y el ornitorrinco ponen huevos (condición plesiomórfica): lo común, en este caso, no es igual a primitivo. 15 TEMARIO COMPLEMENTARIO DEL TEÓRICO-PRÁCTICO N° 1 Temario: Análisis e interpretación de diagramas ramificados de uso en Biología. Objetivos • Establecer diferencias entre las distintas escuelas sistemáticas desde el punto de vista conceptual y metodológico. • Comprender cuáles son los caracteres relevantes en estudios filogenéticos. • Desarrollar la capacidad para el manejo y comprensión de la bibliografía específica. Desarrollo Los alumnos analizarán trabajos científicos relacionados con el tema de estudio y luego se procederá a su discusión. Para tal fin se elaboró una guía de preguntas con el objeto de organizar y orientar el debate. Conclusión Los alumnos elaborarán una síntesis oral teniendo en cuenta los distintos criterios que se argumentan en los trabajos. Guía de preguntas para el análisis de los trabajos científicos 1. ¿Cuál es la hipótesis de trabajo que propone el autor? 2. ¿Existen hipótesis alternativas? ¿Cuáles? 3. ¿Con qué metodología se trabajó y a qué escuela sistemática adhiere el autor? 4. ¿Qué tipo de caracteres seleccionó y porqué? 5. Mencione los estados de caracteres observados. 6. ¿Cuáles son las conclusiones del autor? 16 GUÍA DE TRABAJO PRÁCTICO Nº 3 y Nº 4 Temario: Tegumento. Disposición general. Estudio comparativo del tegumento de Peces, Anfibios, Reptiles, Aves y Mamíferos. Anexos tegumentarios: escamas córneas y dérmicas. Pluma y plumón: desarrollo embrionario. Pelo: desarrollo embrionario. Garras, uñas y pezuñas. Cuernos y astas. Otras faneras. Uno de los sistemas orgánicos que contribuye al mantenimiento de la homeostasis es la piel y sus anexos, conocidos en conjunto como Sistema Tegumentario. Actúa como una barrera entre el medio interno (células, órganos y fluidos corporales) y el externo (agua o aire). Puede desempeñar varias funciones: regulación de los líquidos corporales y de las sales, absorción de oxígeno, eliminación de productos de desecho, locomoción e identificación sexual. La piel no es homogénea sino que está constituida por dos capas, la epidermis y la dermis. A expensas de estas se forman las escamas, plumas, pelos, glándulas, cromatóforos, uñas, cuernos, etc. La evolución del tegumento guarda una correlación fundamental con la transición de la vida acuática a la terrestre; así como los derivados dérmico s son más propios de las formas primitivas, los ectodérmicos presentan su máximo perfeccionamiento en aquellas terrestres, las cuales experimentan múltiples modificaciones que reflejan la adaptación de los animales al medio. Objetivos • Identificar las capas que constituyen el tegumento en cada grupo de vertebrado. • Analizar las funciones del tegumento de los vertebrados en relación a sus habitats. • Reconocer el origen embriológico de los anexos tegumentarios. • Realizar un estudio comparado de los mismos en los diferentes grupos de vertebrados. • Destacar la función que desempeñan los anexos. • Analizar las vías evolutivas que siguieron los anexos tegumentarios y establecer las relaciones filogenéticas posibles. • Interpretar cortes histológicos. Materiales • Cortes histológicos de tegumento de: Ciclóstomos, Peces, Anfibios, Reptiles, A ves y Mamíferos. • Ejemplares de distintos grupos de vertebrados. • Garras, uñas, pezuñas. Cuernos y astas. • Lupa y microscopio. • Esquemas y láminas. Desarrollo 1- Realizar el estudio comparado en cortes histológicos de tegumento de: Ciclóstomos, Elasmobranquios, Teleósteos, Anfibios, Reptiles, Aves y Mamíferos y esquematizar. 17 Ciclóstomos Elasmobranquios Teleósteos Anfibios 18 Reptiles Aves Mamíferos 19 2- Destacar las características del tegumento en el cuadro comparativo y analizar las adaptaciones morfológicas y relaciones filogenéticas posibles. Ciclóstomos Peces Anfibios Epidermis Dermis Glándulas Cromatóforos Anexos Relaciones filogenéticas Adaptaciones morfológicas 20 Reptiles Aves Mamíferos 3- Examinar en los diferentes grupos de vertebrados la presencia de escamas dermales y córneas. Completar el cuadro comparativo. Escamas dermales Escamas córneas Relaciones filogenéticas Peces Anfibios Reptiles Aves Mamíferos 4- En cortes histológicos de tegumento de aves, observar el desarrollo de plumas y plumones. Realizar un esquema y colocar nombres. 21 5- Observar en un corte histológico de piel de mamífero, el estadío temprano en la formación del pelo. Esquematizar y colocar nombres. 6-En los esquemas que están representados los anexos: a- colocar los nombres que correspondan. b- indicar grupos de vertebrados que poseen estos anexos. c- determinar su origen fílogenético y la función que cumplen. 7-Analizar los cuernos de rumiantes, rinocerontes y astas de ciervos y elaborar una conclusión teniendo en cuenta el origen embrionario, características generales, duración, presión selectiva y origen fílogenético. 22 Conclusión Elaborar una síntesis oral señalando: a- las vías evolutivas que siguieron los anexos tegumentarios b- las relaciones filogenéticas. 23 GUÍA DE TRABAJO PRÁCTICO N° 5 Temario: Cráneo: Plan básico del cráneo de vertebrados. Condrocráneo de tiburón. Cráneo de peces óseos: Holostei (Amia calva), Teleostei y Dipnoi (Lepidosiren paradoxa). Esplacnocráneo de peces. Cráneo de anfibios: Apoda, Urodela y Anura. Análisis morfológico y filogenético del cráneo de representantes de los distintos órdenes de Reptiles: Testudines, Lacertilia, Crocodylia y Ophidia. Cráneo de Aves y Mamíferos. Evolución de la mandíbula. Estudio comparado del esplacnocráneo de tetrápodos. Dientes: desarrollo embrionario. Homologías. Sustitución. Filogenia. Análisis del proceso de reemplazo de los dientes polifiodontes en una mandíbula de reptil. Estudio comparado de los dientes de mamíferos. Movimientos mandibulares y mecánica de la alimentación. Columna vertebral: regionalización en los distintos grupos de vertebrados. Cinturas escapular y pélvica: estudio comparado. Adaptaciones. Tendencias evolutivas. Extremidades: plan básico. Estudio de aletas pectorales, pélvicas y caudal en Chondrochthyes, Osteichthyes y Sarcopterigios. Plan básico. Estudio comparado de las extremidades de tetrápodos fósiles y actuales. Sistema muscular. Plan básico. Musculaturas Parietal, Hipoaxial, Branquiomérica y de los miembros. Estudio comparado. Homologías entre las musculaturas de peces, anfibios y mamíferos. El endoesqueleto es uno de los sistemas que en los vertebrados más aporta al conocimiento de la filogenia. Es uno de los sistemas mejor preservados por su dureza y durabilidad; demás es una de las estructuras más fáciles de conservar, almacenar y demostrar. Filogenéticamente es el más relevante por su relativa estabilidad. Cabe acotar que las informaciones sobre otros sistemas orgánicos y comportamiento animal se pueden inferir a partir del mismo. Morfológicamente, el endoesqueleto se divide en: a) esqueleto axial que comprende el cráneo y la columna vertebral; b) esqueleto visceral, sirve de sostén a los órganos de la región faríngea y también incluye a las costillas y esternón; c) esqueleto apendicular representado por las cinturas escapular y pélvica y por las aletas o extremidades libres. El cráneo es una estructura compleja que refleja el grado de evolución de cada grupo filético. Se conserva por fosilización y ello permite comparar no sólo las formas fósiles con las recientes, sino también estudiar las transformaciones ocurridas en largos periodos. El estudio del cráneo indica el grado de desarrollo del sistema nervioso central y brinda un valioso informe en relación a la red sensorial, aparato digestivo y respiratorio, musculatura superficial y revestimiento cutáneo. En cuanto a su arquitectura el cráneo típico de un vertebrado comprende tres grandes partes: el neurocráneo, funcionalmente está implicado en brindarle protección y sostén al encéfalo y órganos de los sentidos. El dermatocráneo protege al cerebro dorsal y lateralmente y participa además en la constitución del paladar. El otro componente del cráneo es el esplacnocráneo, parte visceral del endoesqueleto derivada de la cresta neural y que está asociado al tubo digestivo y aparato respiratorio. 24 Si se consideran los procesos ontogenéticos que forman los elementos óseos, el tejido esquelético puede ser endocondral (preformado de un modelo cartilaginoso, que luego osifica parcial o totalmente) o membranoso (osifica dentro del mesénquima). Objetivos • Valorar la importancia del desarrollo del cráneo en los Vertebrados en relación a las funciones que • cumple como protector del encéfalo y órganos de los sentidos. • Establecer comparaciones entre los cráneos de Vertebrados estudiados y el plan estructural básico. • Analizar la estructura del condrocráneo y dermatocráneo en distintos grupos de Vertebrados. • Interpretar los esquemas y el material óseo. Materiales Cráneo de Squalus sp., Amia calva, Salminus maxillosus y Lepidosiren paradoxa. Cráneos de Urodela y Anura. Desarrollo 1-E1 siguiente esquema muestra el plan estructural básico del cráneo de Vertebrados, analícelo para que lo compare con los cráneos de Peces, Anfibios, Reptiles, Aves y Mamíferos. (Según Torrey, 1978). rayado: hueso dermal punteado: endocondral 25 1- nasal 15- orbitoesfenoides 29- pterigoides 2- frontal 16- postorbital 30- palatino 3- parietal 17- postfrontal 31- cuadrado yugal 4- postparietal 18- supraorbital 32- yugal 5- supraoccipital 19- prefrontal 33- maxilar 6- exoccipital 20- lacrimal 34- premaxilar 7- basioccipital 21- complejo 35- dental =dentario 8- escamoso (temporal) etmoides 36- cartílago de Meckel 9- opistótico 22- vómer 37- suprangular 10- epiótico 23- paraesfenoides 38- angular = timpánico 11- proótico 24- hiomandibular 12- epipterigoides = 25- ceratohial 39- basibranquial 26- basihial 40- hipobranquial 13- basiesfenoides 27- cuadrado 41- ceratobranquial 14- preesfenoides 28- articular 42- epibranquial aliesfenoides en mamíferos en mamíferos 43- faringobranquial 2- Los esquemas representan el neurocráneo y esplacnocráneo de Squalus sp. (Según Devillers, 1958, ligeramente modificado). a) Identifique las regiones señaladas, en el material real. b) Complete el cuadro comparativo que figura al final. Vista dorsal Vista ventral 26 Vista lateral Elementos ventrales del esqueleto branquial 1-rostro 7-cóndilos 13-fenestras ovales 2-cápsula 8-cavidad precerebral 14-proceso basitrabecular 3-proceso anterorbital 9-foramen epifiseal 15-placa basal 4-proceso supraorbital 10-foraminas 16-palatocuadrado 5-proceso postorbital 11-fosa endolinfática 17-cartílago labial 6-cápsulas óticas 12-quilla 18-cartílago de Meckel 3- Analice la disposición de los huesos dermales en el cráneo de un pez Holosteo (Amia calva). (Según Goodrich, 1958) Vista dorsal 1-premaxilar 2-mesetmoides (rostral) 3-nasal 4-adnasal 5-lagrimal 6-frontal 7-preforntal 8-postfrontal 9-postorbital 10-suborbital 11-parietal 12-supratemporal 13-postparietal 14-postemporal 15-preopercular 16-opercular 17-subopercular 18-interopercular 19-branquiostegas 27 Vista lateral 20- cuadrado 21- angular 22- dental 23- maxilar 24-supramaxilar 25-yugular 26-articular 27-hiomandibular 4- Analice el cráneo de un pez Dipnoi (Lepidosiren paradoxa) (tomado de Goodrich, 1958) y de un pez teleosteo (Kent, 1954) Vista dorsal Vista externa de la mandíbula izquierda Vista lateral Vista interna de la mandíbula izquierda 1-cápsula nasal 6-escamoso 11-costilla craneal o cefálica 16-dientes espleniales 2-etmoides 7-frontoparietal 12-ceratohial 17-angular 3-proceso etmoides 8-espinal neural 13-cartílago anteorbital 18-articular 4-dermal lateral etmoides 9-pterigopalatino 14-dientes palatinos 5-cuadrado 10-arco neural 15-esplenial 28 Vista lateral 1-premaxilar 12-maxilar 23-cleitro 2-etmoides 13-frontal 24-hiomandibular 3-nasal 14-parietal 25-cuadrado 4-adnasal 15-supraoccipital 26-dentario 5-dermoesfenoides 16-epiótico 27-articular 6-lacrimal 17-pterótico 28-angular 7-prefrontal 18-escamoso 29-interopercular 8-postfrontal 19-supratemporal 30-preopercular 9-postorbital 20-postemporal 31-subopercular 10-suborbital 21-supracleitro 32-opercular 11-yugal 22-postcleitro 33-braquiostegas 29 30 Evolución de los cráneos de peces . Según Colbert (1980) con modificaciones . GUÍA DE TRABAJO PRÁCTICO N° 6 Temario: Estudio comparado de cráneos de Anfibios y Reptiles. Objetivos • Reconocer las diferentes regiones en los cráneos de Anfibios y Reptiles actuales y extinguidos. • Señalar el origen de los huesos que los integran, estableciendo diferencias. • Interpretar esquemas Materiales Cráneos de Urodela, Anura, Testudines, Lacertilia, Crocodylia y Ophidia. Esquemas de cráneos actuales y extinguidos. Desarrollo 1-Realice el estudio del cráneo de Anfibios Laberintodontes, Urodelos y Anuros. Identifique regiones comparándolas con el plan básico y entre sí. Señale las características principales. Diferencia huesos dermales y condrales. En base al análisis realizado complete el cuadro comparativo. A-Ichthyostega (Devónico. Tomado de Colbert, 1980). Vista dorsal/Vista ventral Referencias p/Anfibios 1-premaxilar 2-vómer 3-frontal 4-palatopterigoides 5-cuadrado 6-parietal 7-proótico 8-escamoso 9-opistótico 10-cóndilo occipital 11-exoccipital 12-angular 13-esplenial 14-dentario 31 (continúa) B- Urodela (Necturus sp.) 15-articular 16-basiesfenoides Vista dorsal Vista ventral 17-basihial 18-ceratohial 19-basibranquial 20-ceratobranquial 21-epibranquial 22-placa etmoidea 23-paraesfenoides 24-pterigoides 25-palatino 26-postnasal 27-internasal 28-nasal Mandíbula y aparato hial 29-maxilar 30-prefrontal 31-postfrontal 32-postorbital 33-postparietal 34-tabular 35-supratemporal C- Anura (Leptodactylus sp.) 36-yugal 37-cuadrado yugal 38-narinas externas 39-narinas internas 40-esfenetmoides o “hueso de cintura” 41-frontoparietal 42-cartílago mentomeckeliano 43-proceso articular Vista externa de la mandíbula izquierda Hiodes 44-hipobranquial 45-proceso alar 46-proceso posterior 47-cuerno anterior 48-cuerno posterior 49-proceso palatino 32 33 Evolución de los cráneos de anfibios actuales a partir de un ancestro Sarcopterigio RHIPIDISTO. Según Meléndez (1985) con modificaciones. GUÍA DE TRABAJO PRÁCTICO N° 7 Temario: Análisis morfológico y filogenético del cráneo de representantes de los distintos órdenes de Reptiles: Testudines, Lacertilia, Crocodylia y Ophidia. Paladar primario y secundario. Evolución. Desarrollo A- Cotylosauria (Seymouria sp.) (Pérmico. Tomado de Colbert, 1980, con modificaciones). Vista dorsal Vista ventral 1- prefrontal 19-cuernos anteriores 2- frontal 20-cuernos posteriores 3- parietal 21-vómer 4- postfrontal 22-palatino 5- escamoso 23-basiesfenoides 6- supraoccipital 24-basioccipital 7- premaxilar 25-opistótico 8- maxilar 26-pterigoides 9- yugal 27-paraesfenoides 10-cuadrado yugal 28-nasal 11-cuadrado 29-lacrimal 12-dental 30-postorbital 13-articular 31-intertemporal 14-angular 32-supratemporal 15-coronoides 33-tabular 16-basihial 34-postparietal 17-ceratohial 35-ectopterigoides 18-basibranquial 34 B- Testudines (Chelonia sp.) (Tomado de Goodrich, 1958, con modificaciones). referencias indicadas en Syemouria. sp. Vista dorsal Vista lateral Vista ventral Hiodes 35 C-Crocodylia (Tomado de Hildebrand, 1982, con modificaciones). Vista dorsal Vista ventral Vista externa de la mandíbula Vista interna de la mandíbula 1-premaxilar 14-palatino 2-maxilar 15-pterigoides 3-nasal 16-basioccipital 4-prefrontal 17-supraoccipital 5-lacrimal 18-fosa infratemporal 6-frontal 19-fosa supratemporal 7-postorbital 20-angular 8-parietal 21-articular 9-escamoso=temporal 22-suprangular 10-yugal 23-esplenial 11-cuadrado yugal 24-dentario 12-cuadrado 25-coronoides 13-transverso 26- suprangular 36 D-Lacertilia (Tupinambis sp.)(Tomado de Pisanó y Barbieri, 1967). Vista dorsal Vista ventral Vista lateral Hioides 1-premaxilar 13-cuadrado 25-dental 2-maxilar 14-postorbital 26-coronoides 3-nasal 15-escamoso 27-suprangular 4-frontal 16-ectopterigoides o transverso 28-angular 5-parietal 17-prevomer = vómer 29-articular 6-supraoccipital 18-palatino 30-entogloso 7-exoccipital 19-paraesfenoides 31-basihial 8-preforntal 20-pterigoides 32-supratemporal 9-lacrimal 21-basiesfenoides 33-epipterigoides 10-yugal 22-basioccipital 34-proótico 11-órbita 23-narinas internas 12-postfrontal 24-vacuidades palatinas 37 E-Ophidia, Viperidae (serpiente venenosa) Vista dorsal Vistal lateral F-Ophidia, Boidae (Boa constrictor, serpiente no venenosa) Vista ventral Vistal lateral Vista externa de la mandíbula 1-premaxilar 10-angular 19-exoccipital 2-nasal 11-cuadrado móvil 20-supraoccipital 3-maxilar 12-articular 21-columella auris 4-prefrontal 13-transpalatino o ectopterigoides 22-suprangular 5-postfrontal 14-basiesfenoides 23-coronoides 6-dentario 15≠ 25-palatino 24-paraesfenoides 7-frontal 16-pterigoides 26-proótico 8-parietal 17-preesfenoides 27-vómer 9-supratemporal 18-basiocipital 28-septomaxilar 38 39 "Evolución de los cráneos de reptiles actuales, a partir de un ancestro Cotylosauria (Amphibia). GUÍA DE TRABAJO PRÁCTICO N° 8 Temario: Cráneo de Aves y Mamíferos. Evolución de la mandíbula. Análisis morfológico y filogenético del cráneo de representantes de diferentes órdenes de aves de mamíferos. Objetivos • Analizar las estructuras y regiones de los cráneos de Aves y Mamíferos actuales y extinguidos. • Interpretar esquemas. • Ejercitar la construcción de hipótesis en base a los datos disponibles. Materiales • Piezas osteológicas de Aves y Mamíferos. • Esquemas Desarrollo A- Cráneo de aves ancestral (Archaeopteryx) (Jurásico. Tomado de Young, 1971). (referencias en la página 68). 40 B- Cráneo de aves actuales Anser sp. (referencias en la página siguiente). Vista dorsal Vista ventral Vista lateral Aparato hioideo Vista posterior 41 1-premaxilar 2-nasal 20-pleuro o lateroesfenoides 3-frontal 21-entogloso 4-parietal 22-paragloso 5-interparietal 23-cuernos anteriores 6-maxilar 24-basibranquial 7-prefrontal (=lacrimal s/ciertos autores) 25-urohial 8-postfrontal 26-ceratobranquial 9-yugal 27-epibranquial 10-cuadrado yugal 28-etmoides 11-palatino 29-dentario 12-vómer 30-angular 13-porción rostral del paraesfenoides 31-suprangular 14-pterigoides 32-articular 15-cuadrado 33-esplenial 16-escamoso 34-postorbitario 17-basiesfenoides 35-adlacrimal 18-exoccipital 36-supraoccipital 19-basioccipital 37-interparietal C- Paladares de aves Paleognato Dromeognato Vómer Neognato Schizognato Desmognato Palatino Aegitonagto Pterigoides 42 D-Cráneo de Cynognathus, Triásico (Tomado de Colbert, 1980 y Romer, 1966). Vista lateral Vista externa de la mandíbula Vista interna de la mandíbula Vista ventral 1-premaxilar 14-pterigoides 26-tímpanohial 2-nasal 15-prefrontal 27-cuerno posterior 3-frontal 16-preesfenoides 28-lacrimal 4-parietal 17-palatino 29-articular 5-interparietal 18-etmoides 30-esplenial 6-maxilar 19-vómer 31-coronoides 7-malar (=yugal) 20-dental 32-prearticular 8-arcada zigomática 21-apófisis coronoides 33-angular 9-temporal (=escamoso) 22-basihial 34-basioccipital 10-aliesfenoides 23-hipohial 35-opistótico 11-occipital 24-ceratohial 36-postorbital 12-periótico 25-cuerno anterior 37-cuadrado+cuadrado yugal 13-basiesfenoides 38-estribo 43 E- Cráneo y mandíbula de mamífero actual (Didelphys sp.) (ver referencias Cynognathus) Vista lateral Disección esquemática (Canis sp) Vista dorsal y ventral (Didelphys sp.) Hioides (Canis sp) 44 45 9-apófisis angular; 10- cóndilo; 11- apófisis coronoides. Sombreado el dental; 1-esplenial; 2-postesplenial; 3-angular; 4-suprangular; 5-prearticular; 6-articular; 7-coronoides; 8-cartílago mentomeckeliano; Evolución de las mandíbulas de los tetrápodos actuales, a partir de un pez sarcopterigio. Serie no filética (según Romer, 1973; con modificaciones). F-Teniendo en cuenta las modificaciones sufridas por el dental y la reducción y pérdida de otros huesos, indique con flechas las probables vías evolutivas. GUÍA DE TRABAJO PRÁCTICO N° 9 Temario: Dientes. Análisis del proceso de reemplazo de los dientes polifiodontes en una mandíbula de reptil. Estudio comparado de los dientes de mamíferos. Movimientos mandibulares y mecánica de la alimentación. Los dientes de los vertebrados son estructuras muy variables y típicas para cada grupo. Mediante un proceso de desgarramiento o trituración, los dientes preparan los alimentos para su posterior digestión; algunos animales también los utilizan para atacar a las presas y otros como armas de defensa. Las estructuras dentarias tienen una historia evolutiva compleja y sus tendencias más importantes son: a) su número se reduce durante la filogenia; b) tienden a ubicarse en los maxilares; y c) la forma de las piezas dentarias comienzan a especializarse. El análisis de la dentición tiene gran importancia para el estudio de la morfología de los vertebrados, por su durabilidad representan una parte significativa en el registro fósil, la variabilidad que exhiben y la estabilidad de su estructura, otorgan a los dientes un valor importante en sistemática. Además si se considera la adaptación a los diferentes regímenes alimentarios de los vertebrados se puede usarse para seguir el curso de la evolución de los mismos. Objetivos • Reconocer las estructuras dentarias en los distintos grupos de vertebrados. • Interpretar que la sustitución de los dientes polifiodontes es un mecanismo que garantiza la capacidad funcional de la boca. • Analizar las modificaciones que presentan las estructuras dentarias, cráneo y masas musculares de los mamíferos, como una adaptación al régimen alimentario. Materiales Cráneos de peces cartilaginosos (Squalus sp.) y óseos (Lepidosiren paradoxa y Salminus maxillosus); anfibios (Rhinella arenarum y Leptodactylus ocellatus); reptiles (Phrynops hilarii, Chelonia sp., Caiman latirostris, Tupinambis merianae, Crotalus durissus); aves (Rhea americana, Anas sp., Columba livia; Gallus sp., Myiopsitta sp.); mamíferos (Felis sp., Canis sp., Bos taurus, Lama sp., Equus sp. y Tayassu sp.). Piezas anatómicas de distintos grupos de vertebrados. Desarrollo l-Realizar un estudio comparado de la cavidad oral de las distintas clases de vertebrados teniendo en cuenta los labios, picos, glándulas bucal es, lenguas y dientes. Destacar tipo de dentición, implantación, forma de coronas en molares y fórmulas dentarias. Anotar sus conclusiones en el siguiente cuadro. 46 Peces Anfibios Reptiles Labios Picos Glándulas bucales Lenguas Dientes Relaciones filogenéticas 47 Aves Mamíferos 2-En una mandíbula de reptil (Tupinambis sp.) aplicar el método de sustitución para dientes polifiodontes, de la siguiente manera: a) Enumerar los dientes de la hemimandíbula superior, derecha e izquierda. b) Dibujar por separado el conjunto de dientes pares e impares. c) Examinar cada conjunto y establezca las secuencias de crecimiento. d) Combinar los dos conjuntos, dibújelos y saque conclusiones. 3-Analizar las estructuras dentarias en mandíbulas de mamíferos y realizar una síntesis (en la página siguiente) teniendo en cuenta las siguientes características: a) Incorporación del alimento a la boca. b) Movimientos mandibulares. c) Disposición de la masa muscular. d) Mecánica de la alimentación 48 49 GUÍA DE TRABAJO PRÁCTICO N° 10 Temario: Vértebras. Evolución. Concepto de diplospondilia y autotomia. Estudio comparado de columnas vertebrales de Peces cartilaginosos y óseos. Anfibios. Reptiles. Aves y Mamíferos. Objetivos • Reconocer la importancia vital de las estructuras esqueléticas duras como agentes indispensables para la rigidez y los movimientos del cuerpo. • Interpretar el papel fundamental de la Selección Natural en el desarrollo de la columna vertebral. • Reconocer las líneas evolutivas en el desarrollo de los cuerpos vertebrales. Materiales Vértebras aisladas y columnas vertebrales de Peces, Anfibios, Reptiles, Aves y Mamíferos. Esquemas. Desarrollo 1-El dibujo de la página 82 muestra la historia evolutiva de las vértebras. (Tomado de Waterman, 1971). Analícelo y complete el cuadro de la página 83. 2- Observe la columna vertebral de un pez cartilaginoso (Squalus) destacando sus principales características. Los esquemas representan vistas laterales y cortes sagitales de región troncal y caudal. Analícelos y complete con nombres. A-Región troncal Vista lateral Vista frontal Corte sagital 1-arco neural (basidorsal) 3-cuerpo o centro vertebral (basiventral) 5-basapófisis 2-arco intercalar (interdorsal) = interneural 4-ligamento intervertebral 6-notocorda 50 B-Región caudal Vista lateral Vista frontal Corte sagital 3-La columna vertebral de Amia calva posee características particulares. Distinga esas características en los esquemas de regiones tronco-caudal (vistas laterales). Indique grupos de vertebrados donde se presente diplospondilia. Región del tronco Región caudal 4-Analice la columna vertebral de Anfibios Anuros. ¿Cuántas regiones distingue? ¿Cuántas vértebras componen cada región? En el esquema coloque nombres. 51 5-Observe la columna vertebral de Reptiles. Analice las regiones que la componen. Señale los caracteres diferenciales de cada una. Coloque nombres Vista dorsal Vista dorsal Vista lateral 52 6-Realice el análisis de la columna vertebral de un ave fósil (A) Archaeopteryx y de un ave actual Columba sp. Coloque nombres a las distintas regiones y destaque las adaptaciones que presentan (Tomado de Colbert, 1980). 7-En la columna vertebral de un Terápsido (fósil) (A) Cynognathus y un mamífero actual (B) Felis sp., señale las diferentes regiones que se distinguen, destaque las adaptaciones y compare con otros mamíferos (Tomado de Young, 1980). 53 8-Las vértebras esquematizadas corresponden a las diferentes regiones de la columna vertebral de Bos taurus. Analice, coloque nombres y compare con la de otros mamíferos (Tomado de Grossman, 1974). 1-tubérculo dorsal 9-apófisis transversa 2-ala 10-apófisis espinosa 3-caras articulares posteriores 11 y 11´-faceta articular 4-arco ventral para la apófisis odontoides 12-agujero vertebral 5-cuerpo vertebral 14-ramas laterales de la apófisis transversa 6-apófisis odontoides 15-cresta lateral 7-apófisis articular anterior 16-cresta media 8-apófisis articular posterior Vista dorsal del Atlas Vista lateral del Axis Vista caudal de la sexta vértebra cervical Vista caudal de la primera vértebra torácica Vista caudal de la cuarta vértebra lumbar Vista dorsal del Sacro 54 Referencias: I= intercentro P= pleurocentro N= arco neural IC= cartílago intercalar 55 Cuadro comparativo de columnas vertebrales Regiones Peces cartilaginosos Peces óseos Anfibios Reptiles Aves Mamíferos 56 Características Adaptaciones Anfibios Mamíferos GUÍA DE TRABAJO PRÁCTICO N° 11 Temario: Cinturas escapulares y pélvicas. Concepto de homología. Objetivos • Reconocer la importancia de los fenómenos evolutivos a través de estudios comparativos. • Analizar los principios en los que se fundamenta el concepto de homología. Materiales • Preparaciones osteológicas. • Esquemas de cinturas escapulares y pélvicas de Vertebrados. Desarrollo 1-Los diagramas muestran la filogenia de la cintura pectora1 y pé1vica de Vertebrados, según G. Zug (en Waterman, 1971).Empleando esos diagramas, los esquemas de cinturas de Vertebrados actuales y el material real, realice un estudio comparativo teniendo en cuenta las similitudes que deben manifestar estructuras homólogas.En ambos diagramas (A) y (B) coloque los nombres de los vertebrados sin identificar e indique con flechas las probables vías evolutivas.En (C) y (D) identifique los elementos y coloque nombres. A) Evolución de cinturas escapulares. CLA: clavícula CLE: cleitro CO: coracoides IC: interclavicular Pc: postcoracoides PT: postemporal S: escápula SC: supracleitro SS: supraescápula PL: postcleitro 57 B) Evolución de cinturas pélvicas I: ilión IS: isquión P: pubis Acetábulo Hueso Cartílago C) Cinturas escapulares Peces Pez cartilaginoso Pez holosteo Pez teleosteo Vista ventral Vista lateral Vista lateral Anfibios Anuro Urodelo Vista ventral Vista lateral 58 Reptiles Testudines Lacertilia Vista ventral Vista ventral Ave Vista lateral Mamífero Vista dorsal 59 D) Cinturas pélvicas Peces Pez cartilaginoso Peces óseos Vista ventral Holósteos Teleósteos Vista ventral Vista ventral Anfibios Anuro Vista dorsal Vista lateral Reptiles Testudines Lacertilia Vista ventral Vista lateral 60 Ave Vista lateral Mamífero marsupial Mamífero euterio Vista ventral Vista ventral 61 GUÍA DE TRABAJO PRÁCTICO N° 12 Temario: Extremidades de Peces, Anfibios, Reptiles, Aves y Mamíferos. Objetivos • Reconocer la importancia fundamental de la evolución en el desarrollo de estructuras homólogas. • Relacionar las estructuras homólogas de cada una de las extremidades de tetrápodos con el plan estructural básico. • Identificar la existencia de extremidades más evolucionadas que las del hombre. • Interpretar gráficos y esquemas. Desarrollo l-El esquema representa líneas evolutivas de aletas. Analícelas. (Modificado de Waterman, 1971). P: propterigio M: mesopterigio m: metapterigio 62 2-Realice un estudio de las aletas de un pez cartilaginoso (Squalus) y de dos peces óseos (Salminus y Amia). Dibuje y coloque nombres. 63 4-El siguiente esquema corresponde a las extremidades libres de tetrápodos. Coloque nombres a las regiones y compare este plan estructural “básico” con los dibujos de las páginas siguientes que corresponden a extremidades de vertebrados actuales y fósiles. Regiones 1-cintura escapular 10-cintura pélvica TMT- tarsometatarso 2-húmero (H) 11-fémur (F) TT- tibiotarso 3-radio (R) 12-fíbula (Fi) C- calcáneo 4-ulna (U) 13-tibia (T) P- protarso 5-carpales proximales (cp) 14-tarsales proximales (tp) 6-carpales centrales (cc) 15-tarsales centrales (tc) 7-carpales distales (cd) 16-tarsales distales (td) 8-metacarpales (M) 17-metatarsales (MT) 9-falanges I–V – dedos 64 Anfibios Urodelo Eryops sp (∗) extremidad anterior izquierda Necturus sp (∗) extremidad anterior y posterior Anuro Rhinella arenarum (∗) extremidad anterior y posterior Reptiles Cotilosaurio Labidosaurus sp (∗) extremidad anterior izquierda Plesiosaurio Ictiosaurio Pterodáctilo extremidad anterior y posterior (*) La numeración de los dedos de Anfibios sigue el criterio de J. Young y P. Pirlot (pérdida del dedo I). Otros autores (A. Romer; K. Gavrilov y P. Grassé) consideran perdido el dedo V. 65 Tupinambis merianae Testudo graeca Eretmochelys imbricata extremidad anterior y posterior extremidad anterior extremidad anterior Aves Archaeopteryx sp Columba sp extremidad anterior y posterior extremidad anterior y posterior Mamíferos Pteropus sp extremidad anterior y posterior Balaena sp extremidad anterior 66 Equus sp Sus scrofa extremidad anterior y posterior extremidad anterior y posterior Macropus sp extremidad superior e inferior Homo sapiens mano pie 67 5-Fundamente por escrito la tendencia evolutiva y señale procesos de adaptación, especialización, convergencia, divergencia, paralelismo, etc. en las extremidades de los diferentes grupos de Vertebrados estudiados. 68 69 según Meléndez, 1985) Evolución de las extremidades de los anfibios actuales a partir de un ancestro Sarcopterigio (Árbol filogenético 70 Meléndez, 1985) Evolución de las extremidades de los reptiles a partir de un ancestro Cotylosauria (Árbol filogenético según 71 de años hasta el desarrollo completo de la capacidad de volar (según Chiappe, 1995; con modificaciones) Fig. 8: El cladograma representa el perfeccionamiento gradual de las estructuras involucradas en el vuelo, desde hace 150 millones Radiación adaptativa y evolución de las extremidades de mamíferos (Árbol filogenético según Colbert, 1980) Durante los últimos decenios han aparecido un gran número de dinosaurios semejantes a aves y aves 72 GUÍA DE TRABAJO PRÁCTICO N° 13 Temario: Sistema muscular. Características histológicas del tejido muscular. Generalidades: musculatura parietal, epaxial e hipaxial. Estudio comparado en los diferentes grupos de Vertebrados. Musculatura branquiomérica. Homologías de la musculatura en Squalus, anuro típico y Felis. El sistema muscular desempeña una variedad de actividades, tales como la alimentación, locomoción, ventilación respiratoria y varios movimientos corporales. Frecuentemente el mismo músculo es usado para funciones diversas pudiendo responder simultáneamente a presiones a veces diferentes y en algunos casos opuestas. El sistema esquelético y muscular forman un mecanismo de simple coadaptación que actúa como una unidad. El sistema muscular no es tan estable filogenéticamente como el esquelético (principio de relevancia filogenética). La musculatura ha sido extensamente modificada en cada clase de vertebrados a tal punto que es extremadamente dificultoso determinar homologías de músculos individuales. El punto de origen, la función y la forma de los músculos cambian rápidamente, tal vez como adaptación a nuevos ambientes. Músculos adyacentes pueden fusionarse con otros o, más frecuentemente, un músculo simple puede dividirse en dos o más músculos separados. La embriología y la inervación son más constantes y éste es el criterio para establecer homologías. En el desarrollo, las homologías serán restringidas principalmente a grupos musculares, y sólo serán estudiados tres vertebrados: tiburón, representando a los peces; sapo, representando la condición de tetrápodo inferior y gato representando un estado avanzado de tetrápodo. Objetivos • Reconocer histológicamente los diferentes tipos de músculo. • Interpretar por comparación la disposición de los músculos en los Vertebrados. • Reconocer los distintos grupos musculares en los Vertebrados y las modificaciones que presentan como adaptaciones al medio. • Interpretar piezas anatómicas. Materiales • Preparados histológicos de lengua, estómago, intestino, embriones, tegumento, etc. • Esquemas y fotografías. • Material conservado. 73 Desarrollo 1- En cortes histológicos de distintos órganos de vertebrados identifique el tejido muscular, clasifíquelo y establezca relaciones entre la morfología del mismo y su función. Indique a que muscular pertenece cada uno. 74 2-Analice el esquema que representa la diferenciación de grupos musculares en un embrión de Squalus. l-miótomos de los segmentos premandibular, mandibular y hioideo. 2-miótomos desintegrados de la región postótica. 3-porción dorsal de miótomos de musculatura epaxial. 4-septo lateral. 5-porción ventral de miótomos de musculatura hipaxial. 6-porción esplácnica del hipómero. 7 -yema de las extremidades. 8-porción esplácnica del hipómero que forma el corazón. 9-musculatura apendicular. 10-porción ventral de los miótomos anteriores (musculatura hipobranquial). 11 y 12-musculatura branquiomérica, surge de somitómeros (engrosamientos conectados entre sí) de la cabeza. 3-Ayudado por el cuadro de homologías de músculos de Squalus y tetrápodos, coloree los diferentes grupos musculares. Utilice el mismo color para cada región en los ejemplares comparados a fin de visualizar la evolución en masas musculares homólogas. 75 3.1- Squalus a-Vista lateral 1-adductor de la mandíbula 9-elevador de la aleta 2-espiráculo 10-epaxiales 3-epihioides (porción anterior) 11-mioseptos 3´-epihioides 12-intermandibular 5-músculos epibranquiales 13-interhioideo 6-constrictores dorsales 14-hendidura branquial 7-cucularis 15-constrictores 8-cintura pectoral 16-ceratotriquias 76 b- Vista ventral: en el lado izquierdo del ejemplar el intermandibular se ha elevado y el intehioideo se ha cortado y levantado. Los constrictores ventrales se han separado para mostrar los músculos más profundos. 1-cartílago de Meckel 10-interhioideo 2-elevador de la mandíbula 11-basihial 3-intermandibular 12-recto parte anterior 4-interhioideo 13-coracomandibular 5-miosepto 14-caracobranquiales 6-recto cervical 15-cintura pectoral 7-constrictores ventrales 16-músculos hipaxiales 8-depresor de la aleta 17-mioseptos 9-ceratotriquias 77 3.2- Anfibio a-Vista lateral de los músculos de la región anterior de la cabeza. A-el depresor de la mandíbula se ha cortado y extraído en su mayor parte. B-se ha desplazado hacia atrás la escápula y los músculos asociados para exponer el cucularis. b-Vista dorsal c-Vista ventral 1-mandíbulas 7-cutáneo 14-dorsal escapular 2-milohioideo 8-recto del abdomen 15-dorsal ancho 3-interhioideo 9-oblicuo externo 16-oblicuo externo 4-coracoradial 10-mandíbula superior 17-músculos epaxiales 5 y 5´-deltoides 11-adductor de la mandíbula 18-supraescápula 6 y 6´-pectoral 12-membrana timpánica cartilaginosa) 13-depresor de la mandíbula 19-cucularis 78 (porción 3.3-Mamíferos a-Vista dorsal: en el lado derecho se ha extraído el platisma, algunos músculos del hombro y brazo se han extraído como también la fascia lubosacra. 1-temporal 8-acromiodeltoides 2-fascia dorsolumbar 9-espinodeltoides 3-músculos epaxiales 10-espinotrapecio 4-platisma 11-dorsal ancho 5-clavotrapecio 12-fascia dorso lumbar 6-acromiotrapecio 13-oblicuo externo 7-omotransverso 79 b-Vista ventral: en el lado izquierdo se han extraído porciones del milohioideo, esternomastoideo y pectorales, para exponer músculos más profundos. 14-genihioideo 25-masetero 15-tirohioideo 26-digástrico 16-esternomastoideo 27-milohioideo 17-esternotiroideo 28-esternomastoideo 18-cleidomastoideo 29-clavotrapecio 19-esternohioideo 30-clavícula 20-pectoral 31-clavodeltoides 21-recto del abdomen 32-pectoral 22-serrato 33-oblicuo externo 23-oblicuo externo 24-línea alba 24-dorsal ancho 80 Cuadro comparativo de músculos Musculatura epaxial Musculatura hipaxial Squalus porción epaxial de................ miómeros porción hipoaxial de ............ miómeros Anuro músculos epaxiales............ oblicuo externo.................. Felis músculos epaxiales (p. ej. transversoespinales, ileocostales) omotranverso=elevador de la escápula serrato oblicuo externo intercostales externos ausente en Anuros............. oblicuo interno intercostales internos transverso.......................... subvertebral....................... recto del abdomen............. dorsal ancho...................... transverso del abdomen Psoas menor recto del abdomen cutáneo dorsal ancho dorsal escapular .............. deltoides espinodeltoides acromiodeltoides clavodeltoides cutáneo.............................. cutáneo pectoral............................. pectoral coracomandibular................. coracoradial músculos de la lengua....... genihioideo........................ músculos de la lengua genihioideo recto cervical........................ esternohioideo................... esternohioideo esternotiroideo tirohideo omohioideo........................ ausente adductor de la mandíbula..... adductor de la mandíbula.. masetero temporal intermandibular.................... milohioideo....................... milohioideo digástrico (vientre anterior) ARCO II epihioideo............................ interhioideo.......................... depresor de la mandíbula interhioideo constrictor del cuello……. platisma digástrico (vientre posterior) músculos faciales ARCO III y sucesivos cucularis............................... cucularis............................ acromiotrapecio espinotrapecio clavotrapecio esternomastoideo cleidomastoideo 3ro a 6to constrictor dorsal.... ausente............................... ausente 3ro a 6to constrictor ventral... músculos laríngeos............ músculos laríngeos coracobranquial.................... ausente............................... ausente Musculatura apendicular elevador de la aleta............... depresor de la aleta............... Musculatura hipobranquial Musculatura branquimérica ARCO I 81 GUÍA DE TRABAJO PRÁCTICO N° 14 y Nº 15 Temario: Sistema Respiratorio. Branquias de peces cartilaginosos y óseos. Pulmones. Evolución de pulmones y vejiga gaseosa. Sistema circulatorio. Corazón: evolución del corazón en distintos grupos de Vertebrados. Sistema arterial. Aorta ventral y arcos aórticos, modificaciones en los distintos grupos. Mecanismo circulatorio en las diferentes clases de Vertebrados. Para realizar un metabolismo eficaz que les permita sobrevivir, las células de los vertebrados deben reponer el oxígeno que gastan y deshacerse de los productos de desecho que van acumulando como consecuencia de su metabolismo. Estas tareas se realizan gracias a dos sistemas de transporte: el sistema circulatorio y el respiratorio, los cuales, aunque anatómicamente diferentes, están funcionalmente acoplados. Los principales órganos respiratorios de los vertebrados postembrionarios son las branquias diseñadas para la respiración en el agua y los pulmones para la respiración aérea. En los vertebrados pulmonados el aparato respiratorio comprende los pulmones, que son los órganos centrales en los cuales se produce el intercambio de gases entre la sangre y el aire. Los pulmones de los anfibios y de la mayoría de los reptiles son de aspecto sencillo, en cambio en las tortugas y los cocodrilos la apariencia es más compleja y de consistencia esponjosa. El aparato respiratorio de las aves tiene una estructura y función muy compleja, los pulmones son pequeños y compactos y presentan además sacos aéreos; mientras que en los mamíferos los pulmones son grandes y ocupan una zona considerable en el interior del tórax. En algunos vertebrados, la piel y otras estructuras se adaptan a la función respiratoria, y en aquellos peces que son buenos nadadores la vejiga gaseosa es un órgano que también se asocia a la respiración. Los diversos requerimientos de nutrientes y gases por los tejidos hace necesario el desarrollo de un sistema circulatorio bien integrado; siendo la sangre el principal medio de transporte. Los elementos llevados por la sangre son: nutrientes, hormonas, productos de desecho, etc. Esta actividad de transporte requiere la presencia de un órgano de bombeo: el corazón. La invasión de una multitud de habitats por varios grupos de vertebrados ha sido acompañada por una especial adaptación del sistema cardiovascular y respiratorio. Un estudio de la circulación en varios grupos de vertebrados revela algunas tendencias significativas; entre éstas la adopción de un circuito cerrado. El desarrollo progresivo de circuitos con altas presiones alcanza su mayor eficiencia en Aves y Mamíferos. El tipo de circulación lacunar abierta, es solo evidente en Ciclóstomos. Tal circuito, con una baja presión, depende de las contracciones de las paredes del cuerpo para la propulsión de la sangre. Es difícil decidir qué secuencia de estudio es más conveniente en sistema circulatorio. Desde un punto de vista, el 82 corazón, arterias y venas deberían ser estudiadas simultáneamente por su estrecha relación estructural y funcional. Desde otro punto de vista, la filogenia de cada componente del sistema se comprendería más fácilmente si se lo estudiara en varios grupos de Vertebrados. Objetivos • Identificar las estructuras respiratorias de peces cartilaginosos y óseos, anfibios, aves y mamíferos. • Comparar las características estructurales del sistema respiratorio de cada clase de vertebrado • Interpretar la evolución de los pulmones y la vejiga gaseosa. • Reconocer las estructuras del corazón típico; los grandes vasos que salen y entran al mismo y las variaciones en los distintos grupos de Vertebrados. • Establecer las modificaciones que se presentan en el mecanismo circulatorio como adaptación al medio en que viven los organismos. • Correlacionar el desarrollo del aparato circulatorio y respiratorio de Vertebrados. Materiales • Preparados histológicos de órganos respiratorios de vertebrados y material conservado. • Material fijado y conservado de branquias y pulmones de vertebrados. • Piezas anatómicas de corazones de diferentes vertebrados. • Gráficos. • Esquemas y fotografías. Desarrollo 1- En preparados histológicos de órganos respiratorios identifique las distintas estructuras que los componen. Relacione la morfohistología con la función de las mismas. 83 2- Observe material fijado y conservado de branquias de peces cartilaginosos y de peces óseos. Esquematice y señale diferencias. 3- Observe material fijado y conservado de pulmones anfibios, aves y mamíferos. Esquematice y señale diferencias. 84 4-Evolución de los pulmones y la vejiga gaseosa. Se representa en sección sagital (arriba) y en sección transversal (abajo) la disposición de los pulmones y sus conexiones con el tubo digestivo en los diferentes grupos. a- Coloque los nombres faltantes en el cladograma. b- La condición primitiva está representada por la presencia de pulmones. Indique el grupo de peces que presentan la condición apomórfica. c- Establezca las relaciones de parentesco entre las vejigas gaseosas no respiratorias de los grupos de peces óseos señalados en el cladograma. 5-Observe corazones de distintos vertebrados y analice su morfología externa y la estructura interna. Identifique tabiques; cavidades atriales o auriculaes y ventriculares; válvulas y vasos principales. En los esquemas coloque nombres Peces (cortes sagitales) Chondrichthyes (cartilaginosos) Condrósteos y Holósteos (esturión, Amia) 85 Teleósteos Anfibios Anuro Vista ventral Corte frontal Reptiles Cocodrilos Vista ventral Vista dorsal Testudines Vista dorsal. Corte frontal 86 Aves Vista ventral Corte frontal Mamíferos Vista derecha Vista izquierda Corte frontal 6- Observe cortes histológicos de vasos sanguíneos. Identifique las capas que los componen. 87 Evolución de los arcos aórticos 88 GUÍA DE TRABAJOS PRÁCTICOS Nº 16 Temario: Estudio comparado del sistema urogenital de vertebrados. La invasión de tierra firme por parte de los vertebrados, trajo consigo cambios importantes en sus estrategias reproductivas y en la forma de procesar sus excreciones, con la finalidad de optimizar al máximo las reservas de agua en sus líquidos corporales. En los organismos, la composición de los líquidos intra y extracelulares, debe mantenerse dentro de un rango y con variaciones mínimas. La separación de los productos de desecho de los fluídos tisulares y corporales y su eliminación fuera del organismo, constituyen el proceso de excreción. Entre los compuestos que se desechan como productos finales del metabolismo, están el CO2, el H2O y las sustancias nitrogenadas provenientes de la desaminación de los aminoácidos. Todos estos compuestos se transportan en solución o suspensión, desde las áreas en que se producen hasta las áreas en que ocurre su eliminación. Junto con estos productos y el agua que los transporta, pueden existir sales y alimentos de importancia para el organismo, cuya pérdida deberá ser evitada de alguna manera. Las branquias, los pulmones, el tegumento y el tubo digestivo, además de tener sus actividades específicas, cumplen funciones excretoras, pero con ellos no es suficiente, por lo que los vertebrados han desarrollado órganos específicos para tales funciones. La reproducción, el crecimiento y la regeneración son diferentes aspectos de un mismo fenómeno biológico que tiene por finalidad la continuidad de la vida sobre la tierra. La reproducción es el mecanismo por el cual un individuo transfiere una dotación genética a sus descendientes. Esta contiene la información necesaria para asegurar el desarrollo de un organismo con características morfológicas y fisiológicas específicas. El proceso de reproducción varía mucho entre los organismos, pero básicamente se pueden distinguir dos tipos, asexual y sexual. La reproducción sexual es la única que presentan los vertebrados y en ella participan las gametas, las cuales se producen en las gónadas. Las gónadas encargadas de la producción de espermatozoides se denominan testículos. Los óvulos se desarrollan en gónadas femeninas llamadas ovarios. Las gametas son transportadas a lo largo de conductos que están asociados con estructuras glandulares que cumplen funciones diferentes. Objetivos • Identificar las estructuras excretoras y reproductivas de anfibios y mamíferos. • Comparar las características estructurales del sistema excretor y reproductor de cada clase de vertebrado. Materiales • Preparados histológicos de gónadas de anfibios y mamíferos. 89 • Material fijado y conservado de órganos excretores y gónadas de vertebrados. Desarrollo 1-En material conservado de vertebrados identifique los órganos excretores y reproductores. Anfibios Hembra 1- Entrada al oviducto 2- Oviducto 3- Opistonefros 4- Vena cava posterior 5- Glándula suprarrenal 6- Ovisaco 7- Vejiga 8- Cloaca 9- Conducto de Wolff 10- Recto 11- Ovario 12- Cuerpos adiposos Macho 1- Vena cava posterior 2- Opistonefros 3- Cuerpos adiposos 4- Testículos 5- Glándula suprarrenal 6- Oviducto vestigial 7- Conducto de Wolff 8- Vejiga 9- Cloaca 10- Recto 90 Mamíferos 91 3-En preparados histológicos de gónadas de anfibios y mamíferos identifique las distintas estructuras que los componen. Identifique las imágenes y complete las referencias. Estructura y grupo:.................... G1:............................................ G2: ............................................ C1: ............................................ C2: ............................................ T1: ............................................ T2: ............................................ Z: ............................................ S: ............................................ L: ............................................ P:............................................. ta: ............................................ tp: ............................................ v: ............................................ 92 Estructura y grupo:...................................... Estructura y grupo:...................................... 93 Estructura y grupo:...................................... 94 GUÍA DE TRABAJOS PRÁCTICOS Nº 17 y Nº18 Temario: Sistema nervioso. Generalidades. Organogénesis. Estudio comparado de médula espinal y encéfalo: estructura interna, sustancia gris y blanca. Estudios cuantitativos sobre encefalización en distintos grupos de vertebrados. Las células de un organismo viviente son excitables, poseen la propiedad de responder a estímulos. La excitabilidad se expresa mediante una variedad de modos: contracción muscular, impulsos de conducción en células nerviosas, descarga de impulsos eléctricos en órganos eléctricos, fagocitosis, etc.Una respuesta positiva al estímulo es conocida como excitación y una negativa como inhibición. El sistema nervioso convencionalmente se divide en sistema nervioso central, que incluye al encéfalo y médula espinal, y sistema nervioso periférico, que comprende los nervios raquídeos y craneales. De todos los grupos del Reino Animal, solo los Vertebrados tienen un sistema nervioso central vascularizado; este evento que tuvo lugar en la filogenia fue un requisito esencial para asegurar la adecuada nutrición de un delicado, aunque voluminoso, cerebro y médula espinal. En los vertebrados inferiores la médula es relativamente independiente del cerebro; funcionando primeramente como órgano coordinador de movimientos locomotores por medio de reflejos espinales. En los vertebrados superiores la médula espinal progresivamente se vuelve más dependiente del cerebro. La competencia por la supervivencia ha provisto la presión selectiva para el desarrollo de estas estructuras y organismos complejos en organización y comportamiento. El sistema nervioso está involucrado en todos los niveles de conducta de un organismo desde la regulación inconsciente de la actividad celular a la coordinación de movimientos de todo el organismo y fenómenos de aprendizaje y memoria. Nuestro principal interés es conocer el modo por el cual los órganos sensoriales y los centros nerviosos se han adaptado, en el transcurso de la evolución, a desarrollar funciones especializadas. Objetivos • Reconocer e interpretar las distintas estructuras que componen el sistema nervioso central de Peces, Anfibios, Reptiles, Aves y Mamíferos. • Relacionar las estructuras nerviosas y su función con referencia a la bioecología de los distintos grupos de vertebrados. • Comprender el proceso de encefalización mediante el empleo de métodos cuantitativos. • Valorar la importancia de la evolución del cerebro como centro coordinador y regulador de funciones. 95 Materiales • Imágenes de encéfalos de distintos grupos de vertebrados. • Material conservado de encéfalos • Cortes histológicos de médula y encéfalo Desarrollo Morfología del sistema nervioso 1- Identifique las diversas estructuras en cortes histológicos de la médula espinal y señale a que grupo pertenece cada uno. Establezca diferencias entre ellos. 96 2- Reconozca en material conservado, cortes histológicos y esquemas las principales estructuras encefálicas de los diversos grupos de vertebrado. Complete con referencias. ¿Cómo es el desarrollo de las diversas vesículas encefálicas en los distintos grupos de vertebrados? PECES ANFIBIOS REPTILES AVES 97 MAMÍFEROS 98 99 Evolución de encéfalos en los distintos grupos de vertebrados (serie no filética) 1-Vista dorsal; 2-Vista ventral ANATOMÍA COMPARADA CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES TEÓRICAS Y PRÁCTICAS – AÑO 2016 CLASE N° 1 – 01/IV Objetivo y finalidad de la Anatomía Comparada. Principios y criterios filogenéticos. Diagramas ramificados en Biología. Árbol genealógico de los vertebrados. CLASE N° 2 – 05/IV Árbol genealógico de vertebrados: Peces, Anfibios, Reptiles, Aves y Mamíferos. CLASE N° 3 – 08/IV Tegumento. Origen. Función. Anexos tegumentarios. Escamas de peces. Desarrollo embrionario. Evolución de la armadura dermal. Tegumento: Estudio comparado. Tendencias evolutivas. Discusión de un Trabajo Científico. CLASE N° 4 – 12/IV Anexos tegumentarios: escamas córneas y dérmicas. Pluma y plumón: desarrollo embrionario. Pelo: desarrollo embrionario. Análisis comparado de estructuras de origen ectodérmico: garras, uñas y pezuñas. Análisis comparado de estructuras de origen mesodérmico: cuernos y astas. Relaciones filogenéticas. CLASE N° 5 – 15/IV Esqueleto craneal. Generalidades. Condrocráneo. Desarrollo embrionario. Huesos condrales osificados en el condrocráneo. Cráneo: Plan básico del cráneo de vertebrados. Condrocráneo de tiburón. Cráneo de peces óseos: Holostei (Amia calva), Telesotei (Salminus maxillosus) y Dipnoi (Lepidosiren paradoxa). CLASE N° 6 – 19/IV Dermatocráneo: modelo básico. Evolución. Esplacnocráneo: evolución. Suspensiones mandibulares. Arcos temporales. Análisis morfológico y filogenético del cráneo de anfibios: Apoda, Urodela y Anura. CLASE N° 7 – 22/IV Análisis morfológico y filogenético del cráneo en representantes de los distintos grupos de Reptiles: Testudines, Lacertilia, Crocodylia y Ophidia. Cinesis craneal. Paladar primario y secundario. CLASE N° 8 – 26/IV Evolución de la mandíbula en Synapsida. Oído medio de mamíferos. Análisis morfológico y filogenético del cráneo en representantes de distintos órdenes de aves y de mamíferos. PRIMER PARCIAL – 29/IV Diagramas ramificados en Biología. Árbol filogenético. Tegumento y anexos tegumentarios. Cartílago. Hueso. Condrocráneo. Dermatocráneo. Esplacnocráneo. Suspensiones mandibulares. 100 Clase N° 9 – 03/V Dientes: desarrollo embrionario. Homologías. Sustitución. Filogenia. Análisis del proceso de reemplazo de los dientes polifiodontes en una mandíbula de reptil. Estudio comparado de los dientes de mamíferos. Sistema digestivo. Morfología comparada de la boca y sus anexos (glándulas, lengua, faringe, esófago, estómago, intestino delgado e intestino grueso) en los distintos grupos de vertebrados. CLASE N° 10 – 06/V Columna vertebral. Desarrollo embrionario. Componentes primitivas. Evolución de las vértebras de tetrápodos. vertebrales. Columnas Columna vertebral: regionalización en los distintos grupos de vertebrados. Costillas. Esternón. CLASE N° 11 – 10/V Cintura escapular y pélvica. Plan básico. Origen. Modificaciones estructurales y funcionales. Adaptaciones. Tendencias evolutivas. Estudio comparado de cinturas escapulares y pélvicas en diferentes grupos de vertebrados. CLASE N° 12 – 13/V Aletas impares: morfología y evolución. Aletas pectorales y pélvicas. Historia evolutiva. Sistema apendicular: plan estructural básico. Estudio de aletas pectorales, pélvicas y caudal en Chondrichthyes, Osteichthyes y Sarcopterigios. Plan básico. Estudio comparado de las extremidades de tetrápodos fósiles y actuales. SEMANA DE EXAMENES 16 al 20/V CLASE N° 13 – 24/V Sistema muscular. Plan estructural básico. Musculatura epaxial, hipaxial, branquiomérica y de los miembros. Estudio comparado: Homologías entre musculaturas de peces, anfibios y mamíferos. Sistema muscular. Homologías entre musculaturas de peces, anfibios y mamíferos. SEGUNDO PARCIAL – 27/V Sistema digestivo. Dentición. Columna vertebral. Cintura escapular y pélvica. Extremidades. CLASE N° 14 – 31/V Sistema respiratorio: órganos principales y accesorios de la función respiratoria. Estructura y filogenia. Branquias de peces cartilaginosos y óseos. Pulmones. Evolución de pulmones y vejiga gaseosa. CLASE N° 15 – 03/VI Sistema circulatorio. Desarrollo del corazón. Evolución del corazón en vertebrados. Sistema arterial: aorta dorsal, ventral, arcos aórticos; su evolución en los diferentes grupos de vertebrados. Sistema venoso. Plan básico. Evolución de la vena abdominal. Cardinales anteriores y posteriores. Porta hepática y porta renal. 101 CLASE N° 16 –07/VI Sistema urinario. Análisis comparado del riñón de los distintos grupos de vertebrados. Sistema reproductor. Morfología comparada. Ovario. Testículo. Órganos copuladores. Evolución de los conductos urogenitales. Estudio comparado del sistema urogenital de vertebrados. TERCER PARCIAL – 10/VI Sistema muscular. Sistema respiratorio. Sistema circulatorio. Sistema urogenital. CLASE N° 17 – 14/VI Sistema nervioso. Plan estructural. Médula espinal. Nervios craneales y espinales. Romboencéfalo. Estudio comparado. Análisis comparado de cortes histológicos de médula espinal de ciclóstomos, peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Análisis morfohistológico de las vesículas encefálicas en distintos grupos de vertebrados. CLASE N° 18 – 17/VI Cerebelo. Mesencéfalo. Diencéfalo. Epitálamo e Hipotálamo: morfología comparada. Telencéfalo inverso y everso. Telencéfalo de aves. Telencéfalo de mamíferos. Vías nerviosas. Encefalización en mamíferos. CUARTO PARCIAL- 21/VI Sistema nervioso PARCIALES RECUPERATORIOS (Todos los temas) – 24/VI 102