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Vertebrados 2 Aos queridos da Bio. Beijos com carinho, Zulu / Carol J 3 ÍNDICE 1. Introdução aos Chordata...........................................................................................................5 2. Origem dos Chordata................................................................................................................7 2.1 Cordados a partir de anelídeos e artrópodes.............................................................7 2.2 Cordados a partir de equinodermos...........................................................................8 2.3 A visão atual................................................................................................................9 3. Cephalochordata.....................................................................................................................10 4. Urochordata............................................................................................................................11 4.1 Características..........................................................................................................11 4.2 Linhagens..................................................................................................................12 5. Hemichordata..........................................................................................................................13 5.1 Características..........................................................................................................13 5.2 Linhagens..................................................................................................................13 6. Myxiniformes...........................................................................................................................14 7. Petromyzontiformes................................................................................................................15 7.1 Descrição e características........................................................................................15 7.2 Prática.......................................................................................................................16 8. Ostracodermes........................................................................................................................18 9. Peixes.......................................................................................................................................19 9.1 Placodermi................................................................................................................19 9.2 Acanthodii.................................................................................................................21 9.3 Chondrichthyes.........................................................................................................22 9.4 Osteichthyes.............................................................................................................24 9.4.1 Actinopterygii............................................................................................26 9.4.2 Sarcopterygii.............................................................................................30 9.5 Prática.......................................................................................................................33 10. A conquista do ambiente terrestre.......................................................................................35 10.1 Relações entre os peixes e os tetrápodes...............................................................35 10.2 Os primeiros tetrápodes.........................................................................................36 10.3 Mudanças anatômicas............................................................................................37 11. Amphibia...............................................................................................................................38 11.1 Características e/ou sinapomorfias........................................................................38 11.2 Linhagens................................................................................................................39 11.3 Estratégias reprodutivas.........................................................................................40 11.4 Declínio dos anfíbios...............................................................................................42 11.5 Prática.....................................................................................................................42 12. Amniota.................................................................................................................................43 12.1 O ovo amniótico.....................................................................................................44 12.2 Padrões de fenestração temporal..........................................................................45 13. Reptilia...................................................................................................................................46 13.1 Testudines / Chelonia..............................................................................................48 13.2 Sphenodontidae / Rhynchocephalia.......................................................................50 13.3 Lacertilia.................................................................................................................50 13.4 Amphisbaenia.........................................................................................................51 4 13.5 Ophidia...................................................................................................................52 13.6 Crocodylia...............................................................................................................55 13.7 Prática.....................................................................................................................57 14. Aves.......................................................................................................................................58 14.1 Evolução.................................................................................................................58 14.2 Forma do corpo e esqueleto...................................................................................60 14.3 Penas......................................................................................................................61 14.4 O mundo colorido das aves....................................................................................64 14.5 Reprodução............................................................................................................6414.6 Migração e navegação............................................................................................65 14.7 Adaptações ao voo.................................................................................................66 14.8 Diversidade no Brasil..............................................................................................66 14.9 Prática.....................................................................................................................68 15. Mammalia.............................................................................................................................70 15.1 Linhagens de sinapsídeos.......................................................................................70 15.2 Tendências evolutivas.............................................................................................74 15.3 Lactação..................................................................................................................78 15.4 Estilo de vida comum..............................................................................................78 15.5 Diversidade dos mamíferos....................................................................................80 15.6 Especializações morfológicas..................................................................................82 15.7 Reprodução............................................................................................................84 15.8 Prática.....................................................................................................................85 16. De abóbora faz melão, e... de arcos viscerais se faz ouvido médio.......................................87 5 1. INTRODUÇÃO AOS CHORDATA • Notocorda • Tudo nervoso dorsal oco • Cauda pós-‐anal • Endóstilo • Simetria bilateral (pelo menos externamente) • Deuterostômios • Mais de 56.000 espécies viventes • Para cada espécie vivente pode ter existido mais de uma centena de espécies extintas • Vivem em praticamente todos os habitats da Terra • Comportamentos e formas diversos e complexos • Duas duplicações dos genes Hox: o Chordata à Craniata o Craniata à Gnathostomata Figura 1: Relações filogenéticas dos vertebrados atuais. Chordata • Notocorda • Tubo nervoso dorsal oco • Cauda pós-‐anal • Endóstilo (homólogo à tireoide) Itens em vermelho indicam sinapomorfias dos grupos. 6 Craniata • Animais com crânio • Encéfalo com três regiões • Rins pares • Barras branquiais • Tecido da crista neural1 Vertebrata • Arcuália • Musculatura extrínseca dos olhos • 2 canais semicirculares no ouvido interno • Músculos radiais nas nadadeiras • Sistema latero-‐sensorial Gnathostomata • Vértebras mais complexas • Maxilas formadas pelo arco mandibular • Dentes com dentina • 3 canais semicirculares • Nadadeiras pares com esqueleto interno e músculos Osteichthyes • Presença de pulmão ou bexiga natatória • Ossificação endocondral do esqueleto Sarcopterygii • Raios das nadadeiras pares estendem-‐se de um eixo central Rhipidistia • Narina interna abre para dentro da boca • Dentes com um padrão distinto de esmalte dobrado • Padrão distinto de ossos dérmicos do crânio Tetrapoda • Extremidade distal dos membros com carpais, tarsais e dígitos Lissamphibia • Estrutura da pele • Dentição pedicelada • Opérculo no ouvido médio • Papilla amphibiorum • Corpo adiposo 1 Crista neural: Tipo de tecido embrionário que forma muitas estruturas, especialmente na região cefálica. Alguns a consideram como o item mais importante na origem do corpo vertebrado. 7 Amniota • Ovos com casca e conjunto característico de membranas extraembrionárias Sauropsida • Ossos tabular e supratemporal pequenos ou ausentes • Beta queratina presente Diapsida • Crânio com duas aberturas temporais: dorsal e ventral Archosauria • Fossa anti-‐orbital e fossa mandibular Synapsida • Crânio com uma abertura temporal inferior Theria • Molar tribosfênico • Escápula móvel com perda do osso coracóide 2. ORIGEM DOS CHORDATA • Registro fóssil escasso • Invertebrados atuais são altamente derivados • Verdadeiros ancestrais dos cordados extintos há muito tempo 2.1 Cordados a partir de anelídeos e artrópodes • Plano de corpo dos cordados deriva de uma versão revirada de um artrópode • No século XIX, a teoria foi estendida para os anelídeos • Artrópodes/anelídeos têm semelhanças com os cordados no plano básico do corpo: o Segmentação o Regionalização geral do encéfalo, com prosencéfalo e mesencéfalo • Nos artrópodes/anelídeos, cordão nervoso e vaso sanguíneo principal são ventrais • Nos cordados, cordão nervoso é dorsal • O vaso sanguíneo principal se tornaria a aorta dorsal • Na posição reversa, o corpo de um artrópode/anelídeo se torna o de um cordado 8 Figura 2: Se os detalhes forem ignorados, o corpo básico dos anelídeos/artrópodes virado de costas produz o corpo básico dos cordados com o cordão nervoso agora posicionado dorsalmente, acima e não abaixo do intestino. Problemas e dificuldades dahipótese • Muitas das supostas semelhanças são analogias e não homologias o Segmentação e apêndices articulados que são parte do exoesqueleto de um artrópode são muito diferentes da segmentação em miótomos dos cordados. o Cordão nervoso principal dos anelídeos e artrópodes é sólido, e não oco como nos cordados, e se desenvolve embriologicamente de uma forma diferente. • A inversão produziria a boca e o ânus dos cordados para cima, e não ventralmente • Histórias embrionárias distintas (protostômios X deuterostômios) 2.2 Cordados a partir de equinodermos • Hipótese frequentemente chamada de “hipótese auriculária” • Equinodermos e cordados são deuterostômios • Afinidades embrionárias de clivagem, formação da mesoderme e celoma • Equinodermos adultos sugerem pouca afinidade filogenética: o Pés tubulares o Placas de carbonato de cálcio em suas peles o Simetria do corpo pentarradial • Larva auriculária: o Tipo particular de larva encontrada nos holotúrias o Simetria bilateral o Muito semelhante à larva tornária dos hemicordados • Corpo da larva se alongaria, tornando-‐se muscular e formando uma cauda pós-‐anal • Crescimento exigiria mudanças compensatórias: o Locomoção à musculatura segmentar, corpo alongado e notocorda o Alimentação à fendas faríngeas • Pedomorfose2 • Larva se tornaria sexualmente madura, não havendo necessidade de metamorfose 2 Pedomorfose: Manutenção de caracteres juvenis no adulto. 9 Figura 3: O ancestral comum proposto dos cardados (esquerda) tinha simetria bilateral e aparência externa de uma larva jovem de equinodermo. Problemas e dificuldades da hipótese • Sem evidência direta da passagem da larva de equinodermos para cordados • Cordados invertidos em relação aos equinodermos e hemicordados • Dados moleculares e filogenéticos não corroboram 2.3 A visão atual • De fato, ocorreu uma inversão dorsoventral do corpo na evolução dos cordados • Proteínas BMP e Chordin são expressas inversamente • Entretanto, ela teria ocorrido dentro dos deuterostômios • Inversão explicaria diferenças entre cordados e hemicordados • Não é conhecido o motivo da inversão dos pré-‐cordados o Viviam verticalmente em tocas, orientação dorsoventral pouco importante o Nadavam confortavelmente de costas, com a barriga para cima o Sem grandes diferenças entre as superfícies dorsal e ventral 10 3. CEPHALOCHORDATA Figura 4: Anfioxo (Branchiostoma platae) em preparação total. A musculatura da parede do corpo foi representada apenas entre a e b. • Cosmopolitas, mares temperados e tropicais • Larvas são livre-‐natantes • Adultos são escavadores e sedentários (sedimentos de granulometria grossa) • Orlas membranosas ventral e dorsal (não possuem elementos de sustentação) • Locomoção por meio de contrações sequenciais de miômeros • Notocorda persistente e se estende por todo o comprimento do corpo • Trocas gasosas se dão por difusão através da pele • Micrófagos filtradores • Fendas faríngeas não têm função respiratória, são usadas na filtração do alimento • Presença de endóstilo -‐ homólogo à tireoide Figura 5: O caminho da água no anfioxo. 11 • Dobras metapleurais formam uma cavidade externa no corpo • Sistemas nervoso e sensorial simples o Células fotossensíveis ao longo do tubo neural o Receptores quimiotáteis • Diversos caracteres derivados: o Sistema circulatório -‐ aorta dorsal pulsátil o Podócitos -‐ células secretoras especializadas o Nadadeira caudal semelhante a dos vertebrados o Aspectos embrionários • Dióicos • Fecundação externa • Ovo oligolécito com clivagem radial Tabela I: Características dos anfioxos que os aproxima dos invertebrados e dos vertebrados. Invertebrados Vertebrados • epitélio uniestratificado • sistema circulatório aberto • ausência de coração • tipo de aparelho excretor • celoma por enterocelia • ausência de cristas neurais • notocorda • tubo nervoso dorsal • fendas na faringe • cauda muscular pós-‐anal 4. UROCHORDATA 4.1 Características • Também chamados “tunicados” • Animais marinhos • Filtradores de partículas alimentares por meio de uma faringe perfurada • Boca não se localiza na superfície do corpo • Circulação da água é promovida por batimento ciliar da faringe • Sem órgão respiratório especializado • Reprodução sexuada ou assexuada (propagativo, sobrevivência) • Larvas livre-‐natantes • Durante metamorfose as estruturas são reabsorvidas (exceção: faringe e estômago) • Adultos sésseis solitários ou coloniais (estoloníferos, compostos) • Túnica é composta por tunicina e é secretada pela epiderme • Sifão inalante (ou bucal) mais elevado do que o exalante (ou cloacal) • Capazes de reverter o sentido do fluxo sanguíneo 12 Tabela II: Semelhanças entreos Urochordata e os Chordata. Larva Adulto • notocorda na cauda • tubo nervoso dorsal oco • cauda muscular pós-‐anal • faringe com fendas • endóstilo • faringe com fendas • endóstilo 4.2 Linhagens Ascidiacea • Túnica gelatinosa a fibrosa • Hermafroditas • Autofecundação é evitada por protandria • Coração ventral • Sangue com vanádio (nióbio, ferro, tantálio, titânio) • Larva girinoide • Lecitotrófica3 com período de vida curto • Baixa capacidade de dispersão Larvacea / Appendicularia • Neotênicos4 • Diminutos e planctônicos • Circulação da água se dá por batimento da cauda • Túnica elaborada e envolvida na proteção e captura de alimento Thaliacea • Planctônicas • Não ocorre prosopigia (i.e., os sifões não se aproximam) • Alternância de gerações • Alguns são bioluminescentes Figura 6: Tunicado adulto séssil e sua larva livre-‐natante. 3 Lecitotrofia: desenvolvimento embrionário nutrido pelo vitelo. 4 Neotenia: retenção das características larvais. 13 5. HEMICHORDATA 5.1 Características • Animais marinhos • Celoma tripartido • Deuterostômios • Clivagem, larva e aspectos embrionários semelhantes aos cordados • Fendas faríngeas usadas para filtração de partículas alimentares 5.2 Linhagens Entropneusta • Balanoglossos • Organismos vermiformes • Corpo mole, sem estruturas rígidas de sustentação • Corpo dividido em: probóscide, colar e tronco • Não possuem cauda pós-‐anal • Não possuem tubo nervoso dorsal • Possuem fendas faríngeas • Vivem enterrados em substrato arenoso • Solitários • Dióicos • Fecundação externa • Larva planctônica e ciliada, denominada tornaria • Não apresenta sinapomorfias de Chordata Pterobranchia • Animais pequenos, sésseis e coloniais • Encontrados principalmente no hemisfério Norte • Reprodução sexuada e assexuada • Zooide possui uma probóscide, colar e tronco • Colarinho é revestido por tentáculos Figura 7: Colônia de Pterobranchia. 14 6. MYXINIFORMES • Linhagem das feiticeiras • Sem maxilas • Alongadas, sem escamas e de coloração rósea a púrpura • Marinhas e com distribuição cosmopolita (excetuando-‐se regiões polares) • Habitam águas profundas e frias • Principais carniceiros do assoalho de mares profundos • Localizam carcaças por meio de seu sentido do olfato • Glândulas de muco: o Abrem-‐se para o exterior na parede do corpo o Secretam enormes quantidades de muco filamentos proteicos o Comportamento de intimidação para predadores • Comportamento de dar um nó no corpo: o Apoio na tomada de alimento o Tirar muco do corpo • Sem vestígios de vértebras, por isso são consideradas grupo irmão de Vertebrata • Apenas uma nadadeira caudal • Abertura nasal única na frente da cabeça • Olhos degenerados ou rudimentares, cobertos por pele espessa • Boca circundada por seis tentáculos • Boca possui duas placas com estruturas semelhantes a dentes • Língua protrátil • 1-‐15 aberturas branquiais externas • Possuem câmaras branquiais • Estrutura denominada “velum” controla entrada de água na faringe • Coração com três câmaras e corações acessórios • Células sanguíneas com hemoglobina • Ovários e testículos presentes em um mesmo indivíduo, mas apenas um é funcional • Sem dutos reprodutivos especializados • Fecundação externa • Ovíparas • Ovos grandes com muito vitelo, desenvolvimento lento • Sem estágio larval Figura 8: Uma feiticeira. Elas recebem este nome, pois quando há uma grande carcaça no mar, aparecem em grande número. 15 7. PETROMYZONTIFORMES 7.1 Descrição e características • Linhagem das lampreias • Sem maxilas • Anádromas5 ou de água doce • Encontradas principalmente em regiões temperadas de latitude norte • Semelhantes às feiticeiras, mas compartilham características com os gnatostomados • Possuem arcuália (estrutura vertebral) • Notocorda persistente • Maioria é parasita de outros peixes • Fixam-‐se por sucção e fazem uma ferida no tegumento do hospedeiro • Estrutura protrátil, semelhante a uma língua, recoberta por espinhos • Glândula oral secreta anticoagulantes para que o sangue da vítima não coagule • Não possuem nenhum tipo de esqueleto dérmico • Nadadeiras dorsal e anal • Trato digestório reto e simples • Duto naso-‐hipofisário: narina única no topo da cabeça conectado com a hipófise • Olhos grandes e bem desenvolvidos • Possuem coração • Células cloragógenas e rins regulam intercâmbio de íons • Sete pares de câmaras branquiais • Ventilação intermitente: o Diferente dos outros vertebrados que têm ventilação de fluxo contínuo o Como são parasitas, a água não pode entrar pela boca o Assim, a água entra e sai pelas fendas branquiais • Sexos separados • Sem dutos reprodutivos especializados • Fecundação externa • Constroem ninhos com pedras e areia • Postura de muitos ovos sem qualquer revestimento especializado • Morte dos adultosapós a reprodução • Larva amocete: o Muito distinta do adulto o Filtradores sedentários o Metamorfose pode levar anos para iniciar o Endóstilo origina tireóide nos adultos • Algumas espécies têm supressão da fase adulta 5 Anádromo: vive em água marinha, mas se reproduz em água doce. 16 Figura 9: Algumas lampreias simpáticas. 7.2 Prática Diferenciação entre amocete e anfioxo • Anfioxo possui cirros na região pré-‐oral • Amocete apresenta capuz oral • Notocorda do anfioxo se estende até o rostro (por isso o nome Cephalochordata) • Amocete tem primórdio de olho, enquanto que anfioxo ocelos ao longo da notocorda • Amocete possui encéfalo • Filamentos branquiais do amocete são organizados em lamelas • Amocete possui coração ventral • Anfioxo tem atrióporo • Anfioxo possui orlas membranosas dorsal, caudal e ventral • Amocete possui nadadeiras dorsal, caudal e ventral 17 Figura 10: Amocete (Petromyzon marinus) em preparação total. Os cromatóforos só foram representados no detalhe da cauda. Figura 11: Anfioxo (Branchiostoma platae) em preparação total. A musculatura da parede do corpo foi representada apenas entre a e b. 18 8. OSTRACODERMES • Linhagens extintas • Agrupamento parafilético • Posição filogenética incerta: grupo-‐irmão de Gnathostomata? • Revestimento de ossos dérmicos, geralmente formando uma carapaça • Sem maxilas • Alguns possuíam placas orais móveis (sem análogas nos vertebrados viventes) • Filtradores ou predadores • Mais derivados do que os ágnatos atuais • Maioria possuía nadadeira dorsal mediana • Somente formas mais derivadas apresentavam apêndices pares laterais • Notocorda como principal suporte axial • Alguns possuíam arcuálias • Redução inicial pode ter sido relacionada ao rebaixamento do nível do mar Figura 12: Diversidade dos ostracodermes. 19 9. PEIXES Figura 13: Relações filogenéticas dos peixes com maxilas. 9.1 Placodermi • Grupo irmão extinto dos outros Gnathostomata • Articulação especializada nas vértebras cervicais • Arranjo peculiar de placas dérmicas da cabeça e da cintura escapular • Padrão peculiar de canais da linha lateral da cabeça • Semidentina nos ossos dérmicos 20 • Recobertos por um espesso escudo ósseo • Sem dentes o Dividido em uma porção cefálica e do tronco o Porções unidas por articulação móvel • Principalmente marinhos, mas alguns adaptaram-‐se à água doce e estuários • Habitantes de fundo • Provavelmente eram bentônicos • Fecundação interna e comportamentos complexos de corte Arthrodira • Grupo mais diversificado • Macro-‐predadores • Especializações da articulação entre o escudo cefálico e o do tronco • Evolução de dentes Petalichthyda • Placa nucal alongada • Muito achatados dorsoventralmente • Olhos no topo da cabeça • Especializados em hábito bentônicos Ptyctodontida • Placas gnatais trabeculadas • Órgão copulador pélvico • Viviparidade mais antiga registrada • Pareciam-‐se com as atuais quimeras • Placas dentárias utilizadas para quebrar as conchas de moluscos Antiarcha • Placas torácicas em duas fileiras • Apêndices peitorais • Ausência de placa supragnatal • Placa suborbital com borda cortante • Pareciam-‐se com um bagre com armadura • Nadadeiras peitorais encerradas no escudo ósseo Rhenanida • Acentuada semelhança com uma raia moderna • Corpo revestido com pequenas placas • Cauda semelhante a um chicote • Grandes nadadeiras peitorais 21 Figura 14: Placodermes. 9.2 Acanthodii • Grupo irmão extinto dos Osteichthyes • Espinhos nas nadadeiras anal, pares e dorsais • Espinhos intermediários entre as nadadeiras peitorais e pélvicas • Neotênicos6 • Até seis pares de nadadeiras ventrolaterais • Primeiras formas eram marinhas, mas depois a maioria se tornou dulcícola • Copo delgado • Cauda heterocerca7 • Preferência por condições de meia-‐água • Revestidos por pequenas escamas quadradas • Cabeça, olhos e boca grandes • Geralmente predadores Figura 15: Acantódios. 6 Neotenia: retenção das características larvais. 7 Heterocerca: nadadeira caudal com lobos de tamanhos diferentes. 22 9.3 Chondrichthyes • Calcificação prismática superficial do esqueleto cartilaginoso • Escamas placóides • Produção contínua e fixação de dentes em forma de esteira • Caracteres distintivos dos elementos basais e radiais das nadadeiras • Labirinto da orelha interna abre-‐se externamente via ducto endolinfático • Aspectos distintivos do sistema endócrino • Perda de ossoassociada com a diminuição de peso do corpo • Brânquias septadas • Fertilização por meio de mixopterígios (= clásper) • Sistemas sensorial e reprodutivo complexos • Formas viventes divididas em dois grupos: o Holocephali § Uma abertura branquial de cada lado da cabeça o Elasmobranchii § Múltiplas aberturas branquiais de cada lado da cabeça § Pedicelo óptico § Hipobranquiais dirigidos para trás § Dentículos dérmicos Figura 16: Linhagens de Chondrichthyes. Elasmobranchii Pleurotremata • Tubarões e cações • Cauda heterocerca8, mais especificamente, epicerca9 • Focinho sobressai à boca • Vértebras sólidas e calcificadas com porções da notocorda • Esmalte dos dentes complexo estruturalmente • Carnívoros consumados, dominam níveis superiores das cadeias alimentares marinhas • Escamas placóides com cúspide e cavidade da polpa únicas • Membrana nictante -‐ pálpebra opaca que protege olhos durante ataque • Sistema sensorial refinado e diversificado o Ampolas de Lorenzini captam diferenças de potenciais elétricos o Olfato muito acurado para recepção química 8 Heterocerca: nadadeira caudal com lobos de tamanhos diferentes. 9 Epicerca: nadadeira caudal com o lobo superior maior do que o inferior. 23 o Visão bem desenvolvida especialmente em intensidades luminosas baixas o Mecano-‐recepção por meio da linha lateral e áreas da orelha interna o Várias modalidades sensoriais utilizadas em uma sequência ordenada • Cinese craniana permite o consumo de alimentos grandes • Sofisticados mecanismos de reprodução: o Fecundação interna universal o Lecitotrofia10 o Matrotofia11 -‐ histotrofo secretado por trofonatos o Matrotrofia placentotrófica12 o Ovofagia13 o Adelfofagia14 o Ovíparos ou vivíparos o Filhotes são miniaturas dos adultos o Sem investimento parental após nascimento • Normalmente solitários, mas podem se agrupar (principalmente para reprodução) • Muito susceptíveis ao extermínio: o Crescimento vagaroso o Maturidade sexual atingida tardiamente o Poucos descentes o Intervalos longos de gestação o Alterações do hábitat, especialmente de locais de cuidado parental o Predação desenfreada: consumo doméstico e finning Figura 17: Mais pessoas morrem através de interações negativas com máquinas de refrigerantes do que por ataques de tubarões anualmente. 10 Lecitotrofia: desenvolvimento embrionário nutrido pelo vitelo. 11 Matrotofia: desenvolvimento embrionário nutrido pela transferência de substâncias da circulação materna. 12 Matrotofia placentotrófica: Desenvolvimento embrionário nutrido por substâncias transferidas da circulação materna via placenta. 13 Ovofagia: a fêmea grávida continua ovulando, e os embriões ao romperem as cascas de seus ovos, comem esses óvulo não fecundados e ricos em vitelo. 14 Adelfofafia: canibalismo intra-‐uterino. 24 Elasmobranchii Hipotremata / Batoidea • Raias • Hábitos bentônicos e durofágicos • Formas achatadas dorsoventralmente • Nadadeiras peitorais fusionadas à cabeça, formando disco • Aberturas branquiais na face ventral da cabeça • Dentes são compostos por placas achatadas que formam placas dentígeras • Possuem ampolas de Lorenzini • Cauda alongada • Algumas possuem espinho(s) serrilhado e venenoso • Outras têm mecanismos de descarga elétrica • Ovíparas ou vivíparas • Escamas placóides ausentes em grandes áreas do corpo • Alimentam-‐se principalmente de invertebrados bentônicos Holocephali • Descendem de um tubarão ancestral • Uma abertura branquial de cada lado da cabeça • Hipohial e hipobranquiais inclinados anteriormente • Alimentam-‐se de camarões, gastrópodes e ouriços-‐do-‐mar • Durofágicos: placas dentígeras fortemente fundidas duram por toda a vida • Glândula de veneno associada a um espinho dorsal em algumas espécies • Tenáculo cefálico nos machos utilizado paras segurar a fêmea durante a cópula • Tenáculo pélvico nos machos • Maxila fundia ao crânio, chamada “suspensão autostílica” Figura 18: Uma quimera. Dizem que lembra a caricatura de um coelho (haja criatividade). 9.4 Osteichthyes • Padrão peculiar de ossos dérmicos na cabeça, incluindo ossos bucais marginais dérmicos com dentes enraizados • Padrão peculiar de ossificação dos ossos dérmicos da cintura escapular • Raios das nadadeiras sustentados por ossos dérmicos chamados lepidotríquios 25 • Diferenciação dos músculos da região branquial • Presença de um pulmão ou bexiga natatória derivados do trato digestório • Inserção medial do músculo mandibular na maxila inferior • Presença de ossos não é um caráter unificador, mas sim a ossificação endocondral • Articulação articular-‐quadrado • Brânquias operculares • Linhagem mais rica em espécies e diversificada de todos os Vertebrata • Grandediversidade de modos de reprodução o Maioria é ovípara o Dioicos o Fecundação externa o Desenvolvimento externo dos ovos o Sem cuidado parental o Fase larval o Determinação sexual: § Autofecundação § Partenogenética – a fêmea acasala com um macho de outra espécie, mas não incorpora seu material genético e todos os filhotes são clones da mãe § Reversão sexual – uma espécie em que isso ocorre é o peixe-‐palhaço. Normalmente, os cardumes tem um casal dominante, que são os maiores. Os outros membros do grupo são machos pequenos. Se a fêmea morre, um desses machos vira fêmea. Acredite se quiser. Figura 19: As nadadeiras dos Osteichthyes. • Duas linhagens: o Sarcopterigiana – raios das nadadeiras pares estendem-‐se de um eixo central de ossos semelhante às nervuras de uma pena ou a uma folha, para suportar a membrana da nadadeira. o Actinopterigiana – raios das nadadeiras pares que dão suporte a membrana se estendem como varetas de um leque a partir da base dos ossos da nadadeira. 26 Figura 20: Nadadeira lobada. Figura 21: Nadadeira raiada. 9.4.1 Actinopterygii • Elementos basais das nadadeiras peitorais aumentados • Raios das nadadeiras medianas presos a elementos esqueléticos que não se estendem até o interior das nadadeiras • Uma única nadadeira dorsal • Escamas ganóides – esmalte derivado da ectoderme com deposição lamelar • Acrodina nos dentes – enamelóide derivado da ectoderme e crista neural • Habitam águas marinhas e doces • Especializações para locomoção e alimentação • Poucos raios ósseos sustentam membranas das nadadeiras, aumentando flexibilidade • Redução da armadura • Aprimoramento da bexiga natatória como sistema hidrostático Figura 22: Tendências evolutivas dos Actinopterygii. Polypteriformes • Actinopterígios viventes mais primitivos • Peixes alongados com armadura pesada • Nadadeiras dorsais em forma de bandeira locomoção versáql aumento da habilidade de evitar predadores redução da armadura pesada refinamento da bexiga natatória 27 • Nadadeiras peitorais com bases carnosas • Cauda heterocerca15 modificada • Movem-‐se vagarosamente • Esqueletos bem ossificados • Recobertos por escamas espessas, sobrepostas e dispostas em muitas camadas • Pulmões situados ventralmente, respiração aérea acessória • Predadores • Habitam água doce Figura 23: Polypteriformes. Acipenseriformes • Água doce ou anádromos16 • Esturjões: o Grandes, ativos e bentônicos o Sem osso endocondral o Perda de grande parte do esqueleto dérmico o Cauda heterocerca17 robusta o Cinco fileiras de escamas aumentadas ao longo do corpo o Maxilas protrusíveis • Peixes-‐espátula: o Redução ainda maior da ossificação dérmica o Rostro muito alongado e achatado o Planctívoro ou predador de peixes o Rastros branquiais modificados como filtros Figura 24: Esturjão. Figura 25: Peixe-‐espátula. Os Actinopterygii mais derivados formam o clado Naopterygii. • Novo mecanismo mandibular • Aumento da câmara orobranquial • Mecanismo de sucção poderoso 15 Heterocerca: nadadeira caudal com lobos de tamanhos diferentes. 16 Anádromo: vive em água marinha, mas se reproduz em água doce. 17 Heterocerca: nadadeira caudal com lobos de tamanhos diferentes. 28 • Poder de esmagamento da mandíbula aumentado • Processo coronóide18 aumenta força da mordida • Número de raios das nadadeiras é igual ao número de sustentação Figura 26: Filogenia dos grupos recentes de Actinopterygii. Lepisosteiformes • Predadores de médio a grande porte • Habitam águas temperadas quentes e estuários • Água doce ou salobra • Corpo alongado • Mandíbula e dentes especializados • Bexiga natatória com função respiratória • Escamas sobrepostas e em diversas camadas • Armadura deveras espessa Figura 27: Lepisosteiformes. Amiiformes • Uma única espécie vivente, Amia calva • Água doce • Maxilas modificadas como aparelho de sucção • Caça qualquer organismo menor que ela • Escamas finas • Nadadeira caudal heterocerca19 • Respiração aérea acessória 18 Processo coronóide: aba vertical próximaà região caudal do osso dentário e que aumenta a área de inserção do músculo temporalis. 19 Heterocerca: nadadeira caudal com lobos de tamanhos diferentes. 29 Figura 28: A sobrevivente Amia calva. Teleostei • Maioria dos peixes viventes • Ocupam quase todos os nichos ecológicos imagináveis para um vertebrado aquático • Perda total de ganoína, dando maior flexibilidade lateral Ao longo da evolução dos teleósteos, podem ser observadas várias tendências. • Espinhos verdadeiros nas nadadeiras dorsal e anal • Posição mais anterior das nadadeiras pélvicas e mais lateral das peitorais • Bexiga natatória passa de fisóstomo para fisoclisto o No tipo fisóstomo, a bexiga natatória é ligada ao esôfago pelo duto pneumático. Se o peixe precisa de ar, ele vai até a superfície e engole ar. o No tipo fisoclisto, não existe a conexão. A bexiga é enchida e esvaziada por meio da ação de glândulas. Assim, o peixe não precisa mais ficar subindo para a superfície. • Especializações das maxilas: o Mudança de prendedor de presa para mecanismos de sucção o Predador provoca uma onda de choque em direção à presa o Aumento do volume da câmara orobranquial o Protrusão mandibular Figura 29: Protrusão das maxilas na alimentação por sucção. Músculos, ligamentos e ossos envolvidos nos movimentos durante a protrusão do osso pré-‐maxilar. • Dentes faríngeos: o Fusão das placas dentígeras da faringe o Variedade de movimentos poderosos que realizam a mastigação o Independência das maxilas faríngeas das maxilas orais • Especializações das nadadeiras: o Decréscimo no número de ossos hipurais o Uroneurais adicionam mais suporte ao lado dorsal da cauda 30 o Esqueleto caudal diural o Cauda homocerca20 e flexível o Cauda homocerca e bexiga natatória controlam natação o Nadadeiras pareadas mais flexíveis, móveis e diversificadas § Coleta de alimentos § Corte § Produção de sons § Andar e até mesmo voar o Redução na armadura: escamas finas e corpo não totalmente recoberto Figura 30: Cauda homocerca mostrando hipurais e uroneurais. 9.4.2 Sarcopterygii • Nadadeiras peitorais e pélvicas carnosas possuem um único elemento esquelético basal, os lobos musculares nas bases dessas nadadeiras • Esmalte (versus enamelóide) na superfície dos dentes • Cosmina (um tipo peculiar de dentina)na superfície do corpo • Caracteres peculiares das maxilas, articulação dos suportes da mandíbula, arcos branquiais e cintura peitoral • Todos os vertebrados terrestres são sarcopterígios • Sarcopterígios primitivos: o Duas nadadeiras dorsais o Lobo epicordal na nadadeira heterocerca21 (formado pela coluna vertebral) o Nadadeiras pares com escamas e um eixo ósseo central o Músculos mandibulares fortes 20 Homocerca: nadadeira caudal com lobos de mesmo tamanho, simétricos. 21 Heterocerca: nadadeira caudal com lobos de tamanhos diferentes. 31 Figura 31: Linhagens de Sarcopterygii. Actinistia • Nadadeiras carnosas e lobadas (exceto pela primeira dorsal) • Nadadeira caudal única, simétrica e com três lobos • Músculo basicraniano • Bexiga natatória com gordura • Dentário reduzido • Órgão rostral, provavelmente um eletro-‐receptor • Junta intra-‐craniana • Perda da maxila • Habitam profundidades de 100-‐400m • Animais letárgicos • Conseguem mexer as nadadeiras independentemente • Vivem perto de costas vulcânicas • Vivíparos • Relações evolutivas são debatidas • Captura de um celacanto vivo em 1938 na África do Sul • Duas espécies viventes: o Latimeria chalumnae o Latimeria menadoensis Figura 32: Olha o celacanto! Tá baratinho! Oferta imperdível só por hoje. 32 Dipnoi • Ausência de articulação entre os ossos pré-‐maxilar e maxilar com dentes • Fusão do palatoquadrado com o crânio não dividido (suspensão autostílica) • Bexiga natatória é um pulmão alveolado com circulação pulmonar • Coração desenvolvido • Narina interna • Nadadeiras dorsal, caudal e anal fundidas • Nadadeira homocerca22 • Crânio com grandes dentes dérmicos sem a cobertura de cosmina • Mudanças podem ser explicadas como resultado de pedomorfose23 • Dentes compostos com cristais • Alimentação durofágica • Estratégias reprodutivas complexas, mas sem cuidado parental após o nascimento • 3 gêneros e 6 espécies: o Protopterus – africano; pele sem escama; corpo robusto e alongado; membros pareados altamente móveis e filamentosos; brânquias pouco desenvolvidas; se afogam se não utilizarem seus pulmões para respirar; estivação induzida pelo calor ou seca do habitat o Naoceratodus forsteri – australiano; respiração aquática, aérea reduzida; sem brânquias externas na metamorfose; comportamento de acasalamento; não guardam ovos o Lepidosiren paradoxa – sul-‐americano; brânquias pouco desenvolvidas; respiram ar obrigatoriamente;machos guardam ovos; metamorfose complexa, brânquias externas; estivação Figura 33: Dipnoi viventes. (a) Peixe pulmonado australiano, Neoceratodus forsteri. (b) Peixe pulmonado sul-‐americano, Lepidosiren paradoxa. (c) Peixe pulmonado africano, Protopterus. Rhipidistia • Formas totalmente extintas • Grupo parafilético formado por Porolepiformes, Osteolepiformes e Elpistotegidae • Atualmente, o termo Rhipidistia é usado para o grupo monofilético dos peixes pulmonados e tetrápodes 22 Homocerca: nadadeira caudal com lobos de mesmo tamanho, simétricos. 23 Pedomorfose: Manutenção de caracteres juvenis no adulto. 33 Figura 34: Os ripdísteos formam um grupo parafilético. 1) Rhipidistia: coração com circulações pulmonar e sistêmica separadas. 2) Coana verdadeira24, dobras labirintiformes no esmalte dos dentes e detalhes do esqueleto dos membros. 3) Cabeça plana com focinho alongado, órbitas no topo do crânio, corpo achatado, ausência de nadadeiras dorsais e anais costelas maiores 9.5 Prática Identificação de Chondrithyes 1. Uma abertura branquial de cada lado do corpo...................................................... Holocephali 5 a 7 pares de fendas branquiais.................................................................................................. 2 2. Fendas branquais de posição lateral no corpo, atrás dos olhos...................................... cações Fendas branquiais na região ventral do corpo........................................................................ raias Atenção! Na bandeja tem um cação-‐anjo que parece uma raia, mas é um cação. Duas características permitem deferenciá-‐lo: • As fendas branquiais são laterais • As nadadeiras peitorais não são fusionadas à cabeça Figura 35: O cação-‐anjo – tubarão disfarçado de raia. 24 Coana verdadeira: nervo maxilar situado lateralmente à narina interna. 34 O crânio de um tubarão Figura 36: Relações anatômicas das maxilas e do condrocrânio de tubarões. E= espiráculo; Q= região do quadrado da cartilagem do palatoquadrado; H= hiomandibular; M= Mandíbula. • Articulação Merkel-‐palatoquadrado • Maxilas dos Gnathostomata são homólogas aos arcos branquiais o 1o arco visceral à maxilas (cartilagem de Meckel + palatoquadrado) o 2o arco visceral à arco hióideo o 1a fenda branquial àespiráculo • Cinese craniana • Suspensão hiostílica da mandíbula mais derivada, permitindo maior mobilidade • Alargamento da cartilagem hiomandibular • Cartilagem hiomandibular suspende a porção caudal do palatoquadrado ao crânio • Protrusão da maxila suga a água e o alimento para a boca • Dentição do palatoquadrado é mais forte, curvada e serrilhada do que da mandíbula Identificação de Teleostei basais e derivados São muitas as tendências evolutivas observadas em Teleostei: • Espinhos verdadeiros nas nadadeiras dorsal e anal • Posição mais anterior das nadadeiras pélvicas e mais lateral das peitorais • Bexiga natatória passa de fisóstomo para fisoclisto • Especializações das maxilas • Dentes faríngeos • Especializações das nadadeiras A questão é que poucas delas podem ser observadas no material fixado (somente as que estão grifadas). Vejamos cada uma delas em mais detalhes: 1. Nos Teleostei mais basais, as nadadeiras possuem raios, eles são segmentados e formados por deposição. Já nos mais derivados, as nadadeiras têm espinhos, eles são mais rígidos e formados como uma peça única. Para distinguí-‐los é necessário segurar a nadadeira contra a luz e observar se os elementos de sustentação são segmentados. 2. A segunda característica é a posição das nadadeiras, que está ilustrada abaixo. 35 Figura 37: Há uma tendência de posição mais anterior das nadadeiras pélvicas e mais lateral das peitorais. 10. A CONQUISTA DO AMBIENTE TERRESTRE PELOS VERTEBRADOS 10.1 Relações entre os peixes e os tetrápodes • Primeiros vertebrados que se aventuraram na terra foram os sarcopterígeos o Actnistia: menos especializados do que os peixes pulmonados, mas mais primitivos em um número de características. o Dipnoi: mais especializados, muitas das suas semelhanças com os tetrápodes são homoplasias, entretanto, são mais próximos dos tetrápodes. o Rhipidistia: Osteolepiformes eram peixes cilíndricos, com escamas espessas, vértebras pareadas crescentes, dentes com dobramento labirintiforme do esmalte e predadores de águas rasas. Grupo irmão mais provável dos tetrápodes são os Elpistostegidae, linhagem mais derivada e adaptada para a vida em águas rasas: olhos no topo da cabeça, perda das nadadeirasdorsal e anal, redução da nadadeira caudal, corpos e cabeças achatados dorso-‐ ventralmente, focinhos longos, ossos frontais pareados e costelas projetadas ventralmente. • Mudanças anatômicas úteis para a vida terrestre foram exaptações • Origem dos tetrápodes e origem da vida terrestre foram eventos separados • Primeiros tetrápodes eram muito parecidos com peixes 36 • Tetrápodes se dividiram em duas linhagens: o Batracomorfos – não amniotas, possíveis ancestrais de alguns anfíbios o Reptilomorfos – amniotas e não-‐amniotas, ancestrais de todos os amniotas Figura 38: Relações filogenéticas dos peixes Sarcopterygii e dos primeiros Tetrapoda. 10.2 Os primeiros tetrápodes • Mais aquáticos do que terrestres • Polidáctilos, membro pentadáctilo não é um caráter ancestral • Apresentavam brânquias similares às dos peixes • Respiração aquática e aérea • Características úteis para a vida terrestre evoluíram na água (e.g.: nadadeiras lobadas) 37 • Vantagens de uma atividade terrestre: o Em períodos de seca, peixes presos em águas rasas que conseguissem se deslocar para locais onde ainda havia água seriam mais bem sucedidos. o Juvenis podem ter tido comportamento dispersivo para colonizar novos habitats disponíveis. O tamanho menor do corpo do jovem simplifica dificuldades de sustentação, locomoção e respiração da vida em terra. • Não eram anfíbios, mais aparentados dos amniotas • Escassez de registro fóssil entre o final do Devoniano e início do Carbonífero Tabela III: Características de tetrápodes do Devoniano. Elas indicam que Ichthyostega era um animal de uma linhagem mais terrestre que era secundariamente especializada para o modo de vida aquático. Ichthyostega Acanthostega • costelas muito projetadas ventralmente (proteção para órgãos respiratórios) • especializações para audição sub-‐aquática • pés especializados como remos semelhantes aos de uma foca • Grande nadadeira caudal • Membros menos especializados Figura 39: Reconstruções dos esqueletos de Ichthyostega e Acanthostega. 10.3 Mudanças anatômicas • Cintura peitoral o Desaparecimento de ossos operculares o Desligamento da cabeça do resto do corpo o Membros anteriores amortecem impacto dos membros traseiros o O desligamento evita que a cabeça receba o impacto o Alívio da pressão intra-‐craniana o Pescoço permite elevação da cabeça e maior alcance da visão • Cintura pélvica o Ligação dos membros posteriores com a medula espinhal o Permite coordenação dos movimentos • Vértebras o Sustentação do corpo é mais difícil em ambiente terrestre 38 o Arcos neurais são ligados entre si por zigapófises o Conferem maior solidez à coluna vertebral o Solidificação das regiões mais centrais • Patas o Nadadeiras são sustentadas por ossos dérmicos o Patas são resultado da ossificação endocondral • Respiração aérea • Audição (linha lateral não funciona em ambiente terrestre) • Proteção contra dessecação • Musculatura 11. AMPHIBIA 11.1 Características e/ou sinapomorfias • Metamorfose o Período concentrado de desenvolvimento pós-‐embrionário o Muitas vezes associada à mudança de ambiente aquático e terrestre o Permite aproveitar recursos de diferentes ambientes • Estrutura da pele o Glândulas mucosas mantêm o tegumento umedecido o Sem escamas o Parte substancial das trocas gasosas se dá através da pele o Glândulas de veneno na pele (biossíntese, sequestro ou biomodificação) • Dente pedicelado: coroa e a base (=pedicelo) compostas por dentina e separadas por uma zona estreita de dentina não-‐calcificada ou tecido conjuntivo fibroso. • Papilla amphibiorum o Órgão acústico o Localizado na parede do sáculo da orelha interna • Complexo operculum-‐columella o Ossos envolvidos na transmissão de sons para a orelha interna o A columela é derivada do arco hióideo • Batonetes verdes o Tipo distinto de célula retiniana o Presente em Urodela e Anura o Pode ter sido perdido em Gymnophiona secundariamente • Redução de dígitos o Nenhum anfíbio vivente possui mais de 4 dígitos no membro anterior. • Corpo adiposo o Fornece energia na época reprodutiva • Língua balística 39 11.2 Linhagens Os anfíbios atuais são chamados Lissamphibia e são divididos em três linhagens: Anura • Sapos, rãs e pererecas • Ocorrem em todos os continentes, exceto na Antártida • Especialização do corpo para o salto • Formas aquáticas, semi-‐aquáticas, terrestres e arborícolas • Discos digitais evoluíram independentemente em várias linhagens • Diferenças nos hábitos alimentares estão associadas a diferenças na locomoção • Dendrobatidae é o grupo das rãs tóxicas Figura 40: Anuro arborícola Agalychnis callidryas. Urodela / Caudata • Salamandras • Corpo alongado • Limitam-‐se quase inteiramente ao Hemisfério Norte • Várias famílias são pedomórficas25 • Várias linhagens adaptadas à vida em cavernas • Várias apresentam coloração aposemática Figura 41: Salamandra salamandra, esta espécie tem
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