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Centro de Ciências da Saúde Curso de Ciências Biológicas Fisiologia Animal Comparada Fisiologia– Conceitos Gerais A fisiologia (do grego physis = natureza e logos = palavra ou estudo) é o ramo da biologia que estuda as múltiplas funções mecânicas, físicas e bioquímicas nos seres vivos. De uma forma mais sintética, a fisiologia estuda o funcionamento do organismo. É dividida classicamente em fisiologia vegetal e fisiologia animal. Fisiologia Animal Comparada Digestão Digestão – os alimentos contêm moléculas complexas que não podem ser absorvidas pelas células diretamente, necessitando de ser hidrolisadas por enzimas. Esta etapa é essencialmente química, facilitado quando os alimentos são previamente triturados e fragmentados – digestão mecânica -, o que aumenta a área de contacto com as enzimas. Fisiologia Animal Comparada Digestão A digestão pode ser: Intracelular – existe em animais simples (poríferos, cnidários, platelmintos) e decorre em vacúolos digestivos de células especializadas; Extracelular – representa uma importante vantagem evolutiva pois o animal pode ingerir em cada refeição maior quantidade de alimento, que é armazenado e digerido durante um período mais longo de tempo. Deste modo, o animal não necessita de se alimentar permanentemente. Neste caso, a digestão ocorre em cavidades digestivas, que, apesar de se encontrarem no interior do corpo, lhe são externas, representando um prolongamento do meio; Fisiologia Animal Comparada Digestão - Invertebrados Pela ausência de um Ânus definido, possuem tubo digestivo incompleto, quando existe a presença desta estrutura, apresenta tubo digestivo completo. Quando o animal apresenta tubo digestivo completo, ele pode ser formado de duas maneiras: Os protostômios, que são animais que no desenvolvimento embrionário formam primeiro a boca e somente depois o ânus (do grego proto: "primeiro" / stoma: "boca"), Os deuterostômios (Deuterostomia, do grego deuteros, posterior + stoma, boca) , que são animais embrionários peculiares, a forma de suas larvas, o desenvolvimento do celoma e pelas aberturas embrionárias que irão originar a boca e ânus. Fisiologia Animal Comparada Digestão - Invertebrados Fisiologia Animal Comparada Digestão - Invertebrados Também existem relações com os órgão anexos, como o Hepatopâncreas, com dupla função, uma estrutura que os anelídeos e condrictes utilizam, chamada tiflossolis, com a capacidade de aumentar a superfície de contato do intestino. Princípios integrados de zooologia- 11 ed- Hickman.Roberts- Larson - 2004 Fisiologia Animal Comparada Digestão - Vertebrados Os sistemas digestivos mais complexos apresentam zonas especializada • Região receptora – inclui a cavidade bocal e suas peças acessórias – mandíbulas, rádula, dentes, bico, língua (única dos cordados) - e a faringe, onde se realiza a deglutição. Na cavidade bocal é lançada a secreção das glândulas salivares, que lubrifica e facilita a deglutição, além de, em certos casos, iniciar a digestão química pela amilase. A saliva pode também apresentar substâncias tóxicas ou anticoagulantes; • Região de transporte e armazenamento – composta pelo esófago, na maioria dos animais corresponde apenas a uma região de passagem dos alimentos em direcção á zona digestiva, mas pode apresentar uma dilatação – papo -, onde o alimento é armazenado antes da digestão; Fisiologia Animal Comparada Digestão - Vertebrados Os sistemas digestivos mais complexos apresentam zonas especializadas • Região de digestão e absorção – composta pelo estômago e intestino delgado. Em muitos vertebrados e alguns invertebrados é no estômago que se inicia a digestão química, misturando os alimentos com sucos digestivos. • Pode existir um “estômago mecânico”, a moela. Nos animais com estômago simples, o intestino completa a digestão e realiza a absorção; Fisiologia Animal Comparada Digestão - Vertebrados Os sistemas digestivos mais complexos apresentam zonas especializadas • Região de absorção de água e concentração de resíduos – composta pelo intestino grosso, onde os resíduos não digeridos se tornam mais consistentes, á medida que a água vai sendo absorvida. As fezes sólidas daí resultantes são expulsas por egestão. • A reabsorção de água é particularmente importante em insetos, répteis e aves, cujas fezes são quase secas, tornando-os bem adaptados á vida em meio seco. Fisiologia Animal Comparada Digestão - Vertebrados • O tubo digestivo é formado por: • Boca; • Faringe – órgão musculoso, que suga os alimentos; • Esófago – tubo de passagem; • Papo – zona de armazenagem de alimentos; • Moela – como o animal não tem dentes, este compartimento realiza a digestão mecânica, com a ajuda de pequenas pedras; • Intestino – local de realização da digestão química, bem como da absorção. A absorção é facilitada pelo aumento de área que a presença da prega dorsal tiflossolis fornece; • Ânus. Digestão. Bico Língua protáctil Organização e função Localizada do Canal Alimentar O canal alimentar dos metazoários pode ser dividido em cinco regiões: 1 2 3 4 5 Fisiologia Animal Comparada Excreção Processo de eliminação de produtos do metabolismo que devem ser eliminados do organismo, afim de atingir um estado de equilíbrio interno, ou homeostase. Como exemplo, temos o gás carbônico, a água, sais minerais e excretas nitrogenadas (amônia, uréia ou ácido úrico) Fisiologia Animal Comparada Excreção • Célula-flama é um tipo de célula excretora terminal, oca, contendo um grupo de cílios que batem (como uma chama). Estas células captam excretas do espaço intracelular e as lançam em canais excretores, que por sua vez se abrem em poros excretores dorsais. • As células-flama são estruturas típicas de animais dos filos Platyhelminthes. A grande superfície de contato com o meio em relação ao volume desses animais lhes permite que uma estrutura simples (como a célula-flama) tenha sucesso como estrutura excretora. Fisiologia Animal Comparada Excreção - Célula-flama Excreção Célula Flama Fisiologia Animal Comparada Excreção Metanefrídeos. • Estes órgãos especializados na excreção encontrados nos anelídeos e moluscos são formados por um tubo aberto nas duas extremidades e mais ou menos enrolado, dependendo do ambiente em que o animal vive (quanto mais seco mais longo e enrolado para reabsorver o máximo de água). • A extremidade mais interna abre na cavidade celômica através de um funil ciliado – nefróstoma – e a extremidade externa abre na parede do corpo por um poro excretor ou nefridióporo. Fisiologia Animal Comparada Excreção Metanefrídeos. • Fisiologia Animal Comparada Excreção Túbulos de Malpighi • Encontrados nos Artrópodos terrestres com sistema circulatório aberto, Estas estruturas localizam-se na parte posterior do corpo, ligadas ao tubo digestivo na zona de transição entre o intestino médio e posterior, podendo existir apenas um par ou algumas centenas. • A extremidade livre do tubo é fechada e está mergulhada no hemocélio, ocorrendo a filtração através da sua parede. As células da parede do tubo transportam ativamente ácido úrico e sódio, entre outros, da hemolinfa para o seu interior. Devido ao aumento de pressão osmótica dentro do tubo, a água é também recolhida. Fisiologia Animal Comparada Excreção Túbulos de Malpighi • Fisiologia Animal Comparada Excreção -Vertebrados • Pronefro – também designado o primeiro rim, tem uma posição anterior e segmentada. É formado por vários tubos abertos por um nefróstoma para a cavidade celómica, onde selocalizam igualmente os capilares do glomérulo. Esta estrutura apenas é funcional nos ciclóstomos; • • Mesonefro – também designado segundo rim, tem uma posição toráxica e segmentada. Neste caso o glomérulo perde a ligação ao celoma, ficando encapsulado numa porção do tubo renal – cápsula de Bowman. Em alguns casos ainda persistem ramificações do tubo renal em contacto com o celoma por um nefróstoma. Este tipo de rim é funcional em ciclóstomos, peixes e anfíbios; • Fisiologia Animal Comparada Excreção -Vertebrados • Metanefro – o terceiro rim ou rim definitivo, tem uma localização posterior, junto ás vértebras lombares, perde a estrutura segmentar presente até aqui. Formado por muitos nefrónios, nos quais desaparece o nefróstoma, dando-se a filtração apenas do glomérulo para a cápsula de Bowman. Este rim mais evoluído é funcional em répteis, aves e mamíferos. Excreção • Capsula de Bowman Fisiologia Animal Comparada Respiração • Respiração é o processo pelo qual um organismo vivo troca oxigênio e dióxido de carbono com o seu meio ambiente. • Do ponto de vista da bioquímica, respiração celular é o processo de conversão das ligações químicas de moléculas ricas em energia que possa ser usada nos processos vitais Fisiologia Animal Comparada Respiração • O processo básico da respiração é a oxidação da glicose, que se pode expressar pela seguinte equação química: – C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + energia • Este artigo centra-se nos fenómenos da respiração, que se processa segundo duas sequências básicas: • Glicólise e • Oxidação do piruvato através de um de dois processos: – a) Respiração aeróbica – b) Respiração anaeróbica • Fisiologia Animal Comparada Respiração • Anaeróbico é uma palavra técnica que significa literalmente sem ar e se opõe a aeróbico. A presença ou ausência de ar( oxigénio -O2) ou, mais precisamente, a presença ou ausência de oxigénio no ar, afecta várias reações químicas e biológicas. • A aerobiose refere-se a um processo bioquímico que representa a forma mais eficaz de obter energia a partir de nutrientes como a glicose, na presença obrigatória de oxigênio Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Respiratórios • Difusão - é um exemplo de fenômeno de transporte de matéria onde um soluto é transportado devido aos movimentos das moléculas de um fluido. Estes movimentos fazem com que, do ponto de vista macroscópico, o soluto passe das zonas mais elevada de concentração para zonas de baixa concentração. Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Respiratórios • Nos artrópodos, as traqueias são túbulos condutores extremamente finos por onde o ar entra e sai graças ao bombeamento da musculatura do corpo. O ar entra com oxigênio e sai com gás carbônico sem que haja interação com o sistema circulatório. • O sistema respiratório é formado por um conjunto de tubos e traqueias que se ramificam por todo o inseto. Esta ramificação é tão intensa que permite a ocorrência da troca a nível celular, ou seja, sem a participação da hemolinfa (sangue). Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Respiratórios • Respiração filotraqueal (Aracnídeos) • Também chamada de respiração pulmotraqueal, é caracterizada pela entrada de O2 através dos espiráculos. Daí, passam para as cavidades que são revestidas de capilares (pêlos), onde ocorre a difusão dos gases. A respiração é realizada por "pulmões" em forma de folha - as chamadas filotraqueias -, que são espécies de entradas pregadas na ventre|ventral]] do abdômen. Circulando aí entre as lamelas onde são realizadas todas as trocas dos gases Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Respiratórios Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Respiratórios • As brânquias são geralmente finas placas ou excrescências de tecido mucoso altamente irrigadas por vasos sanguíneos ou o seu equivalente para os animais sem este tipo de sistema circulatório, através de cujas paredes são realizadas as trocas gasosas Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Respiratórios Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Respiratórios Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Respiratórios • Os pulmões são os principais órgãos do sistema respiratório da espécie, responsáveis pelas trocas gasosas entre o ambiente e o sangue. São dois órgãos de forma piramidal, de consistência esponjosa Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Respiratórios Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Respiratórios Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios Distribuição de gases respiratórios, nutrientes e hormônios para diversos tecidos do organismo. • - Transporte de excretas até os órgãos excretores. • - Distribuição de anticorpos e leucócitos. • - Coleta de organismos patogênicos Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios Circulação Aberta: Lacunas e hemoceles. O sangue circula pelo interior dos vasos e também por espaços existentes entre os órgãos. Por esta característica, etste tipo de circulação não é encontrada em animais que requerem uma grande atividade física ou que apresentem adaptações da pressão sanguínea Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios Circulação Fechada: o sangue circula exclusivamente dentro dos vasos. A circulação fechada permite que o fluxo de sangue seja mais rápido que na circulação aberta, com esta característica, ela é encontrada em grupos animais que necessitam de grande atividade física. Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios - Peixes O sistema circulatório dos peixes e ciclóstomos (lampreias) é do tipo fechado e a circulação é do tipo simples. Isto é, para dar uma volta completa pelo corpo, o sangue só passa uma vez pelo coração. O coração dos peixes (e também dos ciclóstomos) possui apenas 2 cavidades: 1 átrio e 1 ventrículo. Pelo coração, só passa sangue venoso, pois ele provém do corpo e não das brânquias - sangue rico em CO2 - antes de atingir o coração. • Coração: 1 ÁTRIOS E 1 VENTRÍCULO Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios - Peixes Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios - Peixes Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios - Peixes Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios - Anfíbios Circulação dupla incompleta: neste caso o sistema circulatório é fechado com o coração onde passam dois tipos de sangue pelo coração e há mistura de sangues. Coração com três cavidades (duas aurículas e um ventrículo). Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios - Anfíbios Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios - Anfíbios Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios - Anfíbios Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios -Repteis Circulação dupla incompleta: neste caso o sistema circulatório é fechado com o coração onde passam dois tipos de sangue pelo coração e há mistura de sangues. Coração com três cavidades (duas aurículas e um ventrículo). Com exceção dos Crocodilianos, que apresentam quatro cavidades • Circulação: • Répteis não-crocodilianos: fechada, dupla e incompleta. • Répteis crocodilianos: fechada,dupla e completa. Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios -Repteis Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios -Aves Circulação Completa: quando o sangue arterial e venoso não se misturam. • Nos corações dotados de quatro câmaras completamente divididas (2 átrios e 2 ventrículos) o sangue arterial não se mistura com o venoso. Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios -Aves Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios -Aves Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios -Mamíferos Circulação Completa: quando o sangue arterial e venoso não se misturam. • Nos corações dotados de quatro câmaras completamente divididas (2 átrios e 2 ventrículos) o sangue arterial não se mistura com o venoso. Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios - Mamíferos Fisiologia Animal Comparada Respiração – Aparelhos Circulatórios Fisiologia Animal Comparada- Coordenação Nervosa O sistema nervoso é uma característica única dos Animais, que lhe confere a capacidade de sentir e responder estímulos do ambiente, e sua evolução permitiu os animais realizarem atividades mais complexas Fisiologia Animal Comparada- Coordenação Nervosa - Invertebrados Anelídeos e Moluscos apresentam um sistema ganglionar, que começa a dar a idéia da centralização do sistema nervoso em partes nobres, como um gânglio cerebral. Os Artrópodes também continuaram esta filosofia, melhorando a estrutura e distribuição nervosa Fisiologia Animal Comparada- Coordenação Nervosa - Invertebrados Fisiologia Animal Comparada- Coordenação Nervosa - Vertebrados Os Vertebrados desenvolveram um sistema de coordenação nervosa muito mais complexa, graças também ao surgimento da coluna vertebral, que permitiu a evolução do sistema nervoso Os Peixes apresentam um encéfalo pequeno, aonde se ressaltam o lobo óptico e bulbo. Os Anfíbios apresentam um encéfalo um pouco maior , com destaque para o bulbo olfativo e o lobo óptico. Fisiologia Animal Comparada- Coordenação Nervosa - Vertebrados Os répteis apresentam um encéfalo muito mais desenvolvido, com um grande destaque ao encéfalo dos crocodilianos, na estrutura, se destacam todas as estruturas. As aves também apresentam um grande encéfalo com destaque para todas as estruturas, asim como os Mamíferos, sendo este último grupo que apresenta o encéfalo mais bem desenvolvido Órgão de Jacobson • O órgão vomeronasal serve para detectar feromôneos emitidos por certos animais, como ratos caseiros, muito embora certos feromônios sejam detectados pelo epitélio olfatorial. O órgão de Jacobson também detecta outros compostos químicos além daqueles classificados como feromônios. • As cobras e lagartos utilizam o órgão vomeronasal a fim de detectar a presença de presas em sua volta, revelando repetidamente a sua língua ao ar livre e, logo após, trazendo-a de volta ao interior de sua boca, passando-a na abertura deste órgão. Os elefantes transferem estímulos químico-sensoriais à abertura do órgão de Jacobson no céu de sua boca utilizando o "dedinho" que possuem na ponta de suas trombas. Alguns animais utilizam distintos movimentos faciais para conduzir compostos químicos a este órgão; já em outros animais, por exemplo no cavalo, na ilahama e na anta, o órgão inteiro se retorce e se contrai com o propósito específico de sugar ou coletar substâncias químicas em seu meio ambiente. Fisiologia Animal Comparada Coordenação Nervosa Fisiologia Animal Comparada- Coordenação Nervosa - Vertebrados Fisiologia Animal Comparada- Coordenação Nervosa - Vertebrados •Vista lateral Fisiologia Animal Comparada- Coordenação Nervosa - Vertebrados •Vista dorsal Fisiologia Animal Comparada- Coordenação Nervosa - Vertebrados •Vista ventral Sistema Nervos e Sensorial Fisiologia Animal Comparada- Reprodução • Um folheto embrionário ou é uma camada de células (ou tecido primitivo) que aparece no embrião animal logo após a gastrulação. Os folhetos embrionários podem existir em número de três ou dois, levando a classificação dos animais em triblásticos e diblásticos.respectivamente. Nos animais diblásticos, as camadas formadas são a endoderme e a ectoderme. Fisiologia Animal Comparada- Reprodução • Já nos triblásticos, as camadas são a endoderme, a mesoderme e a ectoderme. • A mesoderme envolve uma cavidade chamada celoma.Alguns animais não possuem essa cavidade(platelmintos) e outros possuem um celoma Fisiologia Animal Comparada- Reprodução • Tipos de reprodução e desenvolvimento. • Reprodução Assexuada e Sexuda • Desenvolvimento Direto e Indireto Turbelários Reprodução Cestóidea Metagênese • A metagênese ou alternância de gerações é uma forma de reprodução encontrada nas nos celenterados/cnidários. • Nesses organismos ocorre uma reprodução por via assexuada (não ocorre troca de gametas) e uma fase sexuada (ocorre troca de gametas). • Os celenterados sofrem metagênese, mas são diplobiontes, ou seja sempre diplóides e somente os gametas são haplóides. Metagênese. Cifozoários Metagênese. Hidrozoários Clitelo Reprodução • Neotenia, uma forma de pedomorfose, é o nome dado à propriedade, em animais, de retenção na idade adulta de características típicas da sua forma jovem ou larval. É estudado pela biologia do desenvolvimento. Na neotenia os animais têm seu sistema reprodutor maturado e se reproduzem normalmente, porém seu aspecto externo é de um indivíduo jovem. A maturação do sistema gamético difere daquela do sistema somático, o qual é reprimido. Neotenia é uma forma de pedomorfose. A neotenia também é encontrada no homem e esta ligado à falta de acabamento ontogenético. A neotenia ocorre em salamandras. URODELOS Larva de salamandra Salamandra ápoda Cabeça de salamandra Reprodução • Com base na quantidade de vitelo, os vertebrados podem ser classificados em: • Ovos telolécitos: possuem uma quantidade ainda maior de vitelo (peixes, repteis e aves). • Ovos heterolécitos: possuem grande quantidade de vitelo (anfíbios). • Ovos oligolécitos: possuem pouco vitelo (mamíferos eutérios). Sistema Reprodutor • Osmonotremados (do grego mono= um e tremata=buraco) são mamíferos que põem ovos, diferindo significativamente com os modos reprodutivos dos marsupiais e dos placentários. • Eles retêm muitas características de seus ancestrais terapsídeos, porém apresentam várias características mamalianas importantes, como a presença de pêlos, coração dividido em quatro câmaras, três ossículos auditivos e a presença de glândulas mamárias com produção de leite. Encontrados na Austrália, Tasmânia e Nova Guiné, os monotremados provavelmente originaram-se durante o Mesozóico, • Compreendendo duas famílias, três gêneros e quatro espécies viventes, esta ordem constitui uma das mais distintas entre os mamíferos atuais. neste grupo incluem-se o ornitorrinco e o equidna, animais que põem ovos semelhantes aos dos répteis, donde nasce um minúsculo embrião que se desloca para uma bolsa, onde termina o seu desenvolvimento lambendo leite produzido pela mãe, pois não existem mamilos (ao contrário dos restantes dois grupos); • Sistema Reprodutor • Osmarsupiais constituem um grupo de mamíferos, cuja principal diferença com os placentários, é a presença, na fêmea, de uma bolsa abdominal, conhecida como marsúpio (do latim marsupium, do qual o nome da infraclasse deriva), onde se processa grande parte do desenvolvimento dos filhotes.• Outras diferenças morfológicas, principalmente reprodutivas, entre elas a presença de duas vaginas na fêmea, e um pênis bifurcado nos machos, estão presentes. • Os marsupiais não são antepassados dos placentários. • Ambos os grupos surgiram no Cretáceo e desde então competem pelos mesmos nichos ecológicos,neste grupo, onde se incluem os cangurus, entre outros, não existe placenta para nutrir o embrião durante o seu desenvolvimento no útero. • Assim, ao nascer, os marsupiais não se encontram totalmente desenvolvidos. As fêmeas possuem um sistema reprodutor "duplo", com dois úteros e duas vaginas laterais. Sistema Reprodutor • Os placentários (latim científico: Placentalia) constituem um grupo de mamíferos. • As fêmeas possuem mamilos para amamentar as crias e todo o desenvolvimento das crias se processa no interior do útero, onde o feto é alimentado pela placenta. • É esta estratégia reprodutiva que separa o grupo dos monotremados, que põem ovo, e dos marsupiais, onde o desenvolvimento da cria é feito essencialmente no marsúpio. • É o maior grupo de mamíferos. • Os ovos amnióticos são geralmente minúsculos e retidos no útero da fêmea para o desenvolvimento, com a ajuda de uma placenta que fornece fixação e nutrientes (oxigênio e alimentos). • . Sistema Reprodutor • Em sentido contrário passam as excreções do embrião. Ao nascer, os placentários encontram-se num estado de desenvolvimento superior ao dos marsupiais. • Este método reprodutivo, embora implique a produção de um menor número de descendentes, permite um grande sucesso pois aumenta grandemente as probabilidades de sobrevivência dos descendentes. • O leite produzido pelas fêmeas de mamífero é muito rico em gorduras e proteínas, o que o torna altamente nutritivo, mas fornece igualmente anticorpos que ajudam o juvenil a desenvolver-se saudável. Dado que os jovens não necessitam de procurar o seu próprio alimento nas primeiras semanas, permite um início de vida mais seguro que nos outros grupos de vertebrados. • As ninhadas podem ter até 20 crias ou apenas uma, com períodos de gestação de apenas 12 dias (bandicute, um tipo de marsupial omnívoro) até 22 meses (elefante africano). • Os machos apresentam órgão copulador (pénis) e os testículos estão geralmente num escroto externo ao abdómen.