27.2: Особливості, що використовуються для класифікації тварин

Last updated
Save as PDF

Page ID: 1915

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Навички для розвитку

Поясніть відмінності в планах тіла тварин, які підтримують основну класифікацію тварин
Порівняйте і порівняйте ембріональний розвиток протостоми і дейтростоми

Вчені розробили класифікаційну схему, яка класифікує всіх представників тваринного світу, хоча існують винятки з більшості «правил», що регулюють класифікацію тварин (рис.\(\PageIndex{1}\)). Тварини в першу чергу класифікуються за морфологічними ознаками та особливостями розвитку, такими як план тіла. Однією з найбільш помітних особливостей плану тіла справжніх тварин є те, що вони морфологічно симетричні. Це означає, що їх розподіл частин тіла врівноважений уздовж осі. До додаткових характеристик відносять кількість тканинних шарів, що утворюються при розвитку, наявність або відсутність внутрішньої порожнини тіла, і інші особливості ембріологічного розвитку, такі як походження рота і заднього проходу.

Мистецтво З'єднання

Філогенетичне дерево метазоїв, або тварин, розгалужується на паразоани без тканин і еуметазої зі спеціалізованими тканинами. До паразоанів відносяться Поріфери, або губки. Евметазої розгалужуються на Радіати, диплобластичні тварини з радіальною симетрією, і білатерії, триплобластичні тварини з двосторонньою симетрією. Радіата включає в себе канідари і ктенфори (гребінці желе). Білатерія розгалужується на Акоелу, які не мають порожнини тіла, і протостомии і дейтеростомии, якими володіє порожнина тіла. До дейтеростоми відносяться хордові і голкошкірі. Протостомія розгалужується на лофотрохозои і екдизозої. До екдізозоа відносяться членистоногі і нематоди, або круглі черв'яки. Лофотрохоза включає молюска, аннеліда, брахопод, ектопрокта, ротифери та платигельмінти. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Філогенетичне дерево тварин засноване на морфологічних, викопних та генетичних даних.

Яке з наведених нижче тверджень є помилковим?

Еуметазоани мають спеціалізовані тканини, а паразоани - ні.
Лофотрохозоа і екдізозоа - це обидва білатарії.
Акоела і Кнідарія мають радіальну симетрію.
Членистоногі більш тісно пов'язані з нематодами, ніж з аннелідами.

Характеристика тварин на основі симетрії тіла

На дуже базовому рівні класифікації справжніх тварин можна в значній мірі розділити на три групи залежно від типу симетрії їх плану тіла: радіально симетричні, двосторонньо симетричні та асиметричні. Асиметрія - унікальна особливість Parazoa (Малюнок\(\PageIndex{2}\)). Лише кілька груп тварин демонструють радіальну симетрію. Всі види симетрії добре підходять для задоволення унікальних вимог способу життя конкретної тварини.

Радіальна симетрія - це розташування частин тіла навколо центральної осі, як це видно в питному келиху або пирозі. Це призводить до того, що тварини мають верхню та нижню поверхні, але без лівої та правої сторін, спереду чи ззаду. Дві половини радіально симетричної тварини можуть бути описані як сторона з ротом або «оральна сторона», і сторона без рота («аборальна сторона»). Ця форма симетрії позначає плани тіла тварин у філи Ctenophora і Cnidaria, включаючи медуз і дорослих морських анемонів (рис. 27.2.2). Радіальна симетрія оснащує цих морських істот (які можуть бути сидячими або лише здатними до повільного руху або плаваючими), щоб однаково відчувати навколишнє середовище з усіх боків.

Частина а показує кілька губок, які утворюють нерегулярні, вибоїсті краплі на морському дні. На частині b зображена медуза з довгими стрункими щупальцями, що випромінюють від гнучкого, дископодібного тіла. Частина c показує анемона, що сидить на морському дні з товстими щупальцями, що випромінює вгору від кубоподібного тіла. На частині d зображена чорна метелик з двома симетричними крилами. — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Губка (а) асиметрична. (б) медуза і (в) анемона радіально симетричні, а (d) метелик двосторонній симетричний. (кредит а: модифікація роботи Ендрю Тернера; кредит b: модифікація роботи Роберта Фрайбургера; кредит c: модифікація роботи Семюеля Чоу; кредит d: модифікація роботи Корі Занкера)

Двостороння симетрія передбачає поділ тварини через сагітальну площину, що призводить до двох дзеркальних відображень, правої та лівої половин, наприклад, метелика (рис.\(\PageIndex{2}\)), краба або людського тіла. Тварини з двосторонньою симетрією мають «голову» і «хвіст» (передній проти задній), передню і задню (спинний проти черевної), а також праву і ліву сторони (рис.\(\PageIndex{3}\)). Всі справжні тварини, крім тих, що мають радіальну симетрію, двосторонньо симетричні. Еволюція двосторонньої симетрії, яка дозволила сформувати передній і задній (голова і хвіст) кінців, сприяла явищу під назвою цефалізація, що відноситься до збору організованої нервової системи на передньому кінці тварини. На відміну від радіальної симетрії, яка найкраще підходить для стаціонарного або обмеженого способу життя, двостороння симетрія дозволяє здійснювати обтічний і спрямований рух. В еволюційному плані ця проста форма симетрії сприяла активній мобільності та підвищенню витонченості відносин пошуку ресурсів та хижак-здобич.

На ілюстрації показано тіло жінки, розсічене на площини. Корональна площина відокремлює передню частину від задньої. Передня частина тіла - черевна сторона, а задня частина тіла - спинна сторона. Верхня частина тіла визначається як черепна, а нижня частина тіла визначається як хвостова. Сагітальна площина розтинає тіло з боку в бік. Медіальна лінія проходить через центр тіла. Ділянки зліва і справа від медіальної лінії визначаються як латеральні. Частини тіла, близькі до медіальної лінії, проксимальні, а ті, що знаходяться далі, - дистальні. — Малюнок\(\PageIndex{3}\): Двосторонньо симетричне тіло людини можна розділити на площини.

Тварини в Phylum Echinodermata (такі як морські зірки, піщані долари та морські їжаки) демонструють радіальну симетрію як дорослі особини, але їх личинкові стадії виявляють двосторонню симетрію. Це називається вторинна радіальна симетрія. Вважається, що вони еволюціонували з двосторонньо симетричних тварин; таким чином, вони класифікуються як двосторонньо симетричні.

Посилання на навчання

Перегляньте це відео, щоб побачити швидкий ескіз різних типів симетрії тіла.

Характеристика тварин на основі особливостей ембріологічного розвитку

Більшість видів тварин піддаються поділу тканин на зародкові шари під час ембріонального розвитку. Нагадаємо, що ці зародкові шари утворюються під час гаструляції, і що вони заздалегідь розвиваються в спеціалізовані тканини і органи тварини. Тварини розвивають або два, або три зародкових зародкових шару (рис.\(\PageIndex{4}\)). Тварини, які демонструють радіальну симетрію, розвивають два зародкові шари, внутрішній шар (ентодерма) та зовнішній шар (ектодерма). Цих тварин називають диплобластами. Диплобласти мають неживий шар між ентодермою і ектодермою. Більш складні тварини (з двосторонньою симетрією) розвивають три тканинні шари: внутрішній шар (ентодерма), зовнішній шар (ектодерма) і середній шар (мезодерма). Тварин з трьома тканинними шарами називають триплобластами.

Мистецтво З'єднання

На лівій ілюстрації зображені два ембріональні зародкові шари диплобласта. Внутрішній шар - ентодерма, а зовнішній - ектодерма. Затиснутий між ентодермою і ектодермою є неживий шар. Права ілюстрація показує три ембріональні зародкові шари триплобласта. Як і диплобласт, триплобласт має внутрішню ентодерму і зовнішню ектодерму. Затиснута між цими двома шарами жива мезодерма. — Малюнок\(\PageIndex{4}\): Під час ембріогенезу диплобласти розвивають два ембріональні зародкові шари: ектодерму та ентодерму. Триплобласти розвивають третій шар - мезодерму - між ентодермою та ектодермою.

Яке з наведених нижче тверджень про диплобластів і триплобластів є помилковим?

Тварини, що демонструють радіальну симетрію, є диплобластами.
Тварини, які проявляють двосторонню симетрію, - це триплобласти.
Ентодерма дає початок слизовій оболонці шлунково-кишкового тракту і дихальних шляхів.
Мезодерма дає початок центральній нервовій системі.

Кожен з трьох зародкових шарів запрограмований, щоб породжувати певні тканини та органи тіла. Ентодерма породжує слизову оболонку травного тракту (включаючи шлунок, кишечник, печінку та підшлункову залозу), а також слизову оболонку трахеї, бронхів та легенів дихальних шляхів разом з кількома іншими структурами. Ектодерма розвивається в зовнішній епітеліальний покрив поверхні тіла, центральну нервову систему і кілька інших структур. Мезодерма - третій зародковий шар; він утворюється між ентодермою та ектодермою в триплобластах. Цей зародковий шар породжує всі м'язові тканини (включаючи серцеві тканини та м'язи кишечника), сполучні тканини, такі як скелет та клітини крові, та більшість інших вісцеральних органів, таких як нирки та селезінка.

Наявність або відсутність целома

Подальше поділ тварин трьома зародковими шарами (триплобластами) призводить до відділення тварин, які можуть розвинути внутрішню порожнину тіла, отриману з мезодерми, звану целомою, і тих, які цього не роблять. Ця епітеліальна клітинна целомічна порожнина являє собою простір, зазвичай заповнений рідиною, яке лежить між вісцеральними органами і стінкою тіла. У ньому знаходиться багато органів, таких як травна система, нирки, репродуктивні органи та серце, і містить кровоносну систему. У деяких тварин, таких як ссавці, частина целоми, яка називається плевральною порожниною, забезпечує простір для розширення легенів під час дихання. Еволюція целому пов'язана з багатьма функціональними перевагами. Перш за все, целом забезпечує амортизацію та амортизацію основних систем органів. Органи, розміщені в целомі, можуть вільно рости і рухатися, що сприяє оптимальному розвитку та розміщенню органів. Целом також забезпечує простір для дифузії газів і поживних речовин, а також гнучкість тіла, сприяючи поліпшенню моторики тварин.

Триплобласти, які не розвивають целом, називаються ацеломатами, а їх мезодермічна область повністю заповнена тканиною, хоча вони все ще мають порожнину кишечника. Приклади ацеломатів включають тварин у філумі Platyhelminthes, також відомих як плоскі черви. Тварин з істинним целомом називають евколематами (або целоматами) (рис.\(\PageIndex{5}\)). Справжня целома виникає повністю всередині шару зародків мезодерми і вистелена епітеліальною оболонкою. Ця мембрана також вирівнює органи всередині целому, з'єднуючи і утримуючи їх у положенні, дозволяючи їм деякий вільний рух. Аннеліди, молюски, членистоногі, голкошкірі та хордові - все це евколемати. Третя група триплобластів має дещо іншу целому, похідну частково з мезодерми і частково з ентодерми, яка знаходиться між двома шарами. Хоча вони все ще функціональні, вони вважаються помилковими целомами, а цих тварин називають псевдоцеломатами. Філум Нематода (круглі черв'яки) є прикладом псевдоцеломата. Справжні целомати можуть бути додатково охарактеризовані виходячи з певних особливостей їх раннього ембріологічного розвитку.

Частина а показує план тіла ацеломатів, включаючи плоских черв'яків. Акоеломати мають центральну травну порожнину. Поза цієї травної порожнини знаходяться три тканинні шари: внутрішня ентодерма, центральна мезодерма і зовнішня ектодерма. На фото зображений плаваючий плоский черв'як, який має вигляд химерної чорно-рожевої стрічки. У частині b показаний план тіла евколематів, до яких відносяться аннеліди, молюски, членистоногі, голкошкірі та хордові. Евцеломати мають ті ж тканинні шари, що і ацеломати, але порожнина під назвою целом існує всередині мезодерми. Целом розділений на дві симетричні частини, які розділені двома спицями мезодерми. На фото зображена плаваюча анелеліда, відома як мотиль. Мотиль має трубчасте тіло, яке звужується на кожному кінці. Численні придатки випромінюють з будь-якого боку. У частині c показаний план тіла псевдоцеломатів, до складу яких входять аскариди. Як і ацеломати та евколемати, псевдоцеломати мають ентодерму, мезодерму та ектодерму. Однак у псевдоцеломатів псевдоцелум відокремлює ентодерму від мезодерми. На фото зображена аскарида, або нематода, яка має трубчасте тіло. — Рисунок\(\PageIndex{5}\): Триплобласти можуть бути (а) ацеломати, (б) евколемати або (в) псевдоцеломати. Ацеломати не мають порожнини тіла. Евцеломати мають порожнину тіла всередині мезодерми, звану целомою, яка вистелена мезодермою. Псевдоцеломати також мають порожнину тіла, але затиснута між ентодермою і мезодермою. (кредит а: модифікація роботи Яна Дерка; кредит б: модифікація роботи NOAA; кредит c: модифікація роботи USDA, ARS)

Ембріональний розвиток рота

Двосторонньо симетричні, триблобластичні евколемати можна додатково розділити на дві групи на основі відмінностей у їх ранньому ембріональному розвитку. Протостоми включають членистоногих, молюсків та аннелід. Дейтеростоми включають більш складних тварин, таких як хордові, а також деякі прості тварини, такі як голкошкірі. Ці дві групи поділяються виходячи з того, яке відкриття травної порожнини розвивається першим: рот або задній прохід. Слово протостома походить від грецького слова, що означає «рот перший», а deuterostome походить від слова, що означає «рот другий» (в цьому випадку анус розвивається першим). Рот або задній прохід розвивається з структури, яка називається бластопор (рис.\(\PageIndex{6}\)). Бластопор - це поглиблення, утворене на початкових стадіях гаструляції. На пізніх стадіях утворюється другий отвір, і ці два отвори в кінцевому підсумку дадуть початок рота і ануса (рис.\(\PageIndex{6}\)). З давніх-давен вважається, що бластопор розвивається в гирлі протостоми, при цьому другий отвір розвивається в задній прохід; зворотне справедливо для дейтростоми. Останні докази оскаржили цей погляд на розвиток бластопора протостомів, однак, і теорія залишається під питанням.

Ще однією відмінністю протостоми і дейтеростоми є метод утворення целоми, починаючи від стадії гаструли. Целом більшості протостом утворюється за допомогою процесу, званого шизоколеми, що означає, що під час розвитку тверда маса мезодерми розщеплюється і утворює порожнистий отвір целоми. Дейтеростоми відрізняються тим, що їх целом утворюється через процес, званий ентерокоелія. Тут мезодерма розвивається у вигляді мішечків, які відщипуються від тканини ентодерми. Ці мішечки з часом зливаються, утворюючи мезодерму, яка потім дає початок целому.

Найбільш раннє розмежування протостоми та дейтеростоми - це тип розщеплення, який зазнала зигота. Протостоми піддаються спіральному розщепленню, що означає, що клітини одного полюса ембріона обертаються, і, таким чином, зміщуються по відношенню до клітин протилежного полюса. Це пов'язано з косим кутом сколу. Дейтеростоми зазнають радіального розщеплення, де осі розщеплення або паралельні, або перпендикулярні полярній осі, в результаті чого відбувається вирівнювання клітин між двома полюсами.

На ілюстрації порівнюється розвиток протостоми і дейтростоми. Як в протостомах, так і в дейтеростомах гаструла, яка нагадує порожнисту кульку клітин, містить поглиблення, яке називається бластопор. У протостомах всередині гаструли утворюються два кругових шари мезодерми, що містять порожнину целоми. У міру розвитку протостоми мезодерма зростає і зливається з клітинним шаром гаструли. Бластопор стає ротом, а другий отвір утворюється навпроти рота, який стає заднім проходом. У дейтеростомах дві групи клітин гаструли в бластопорі ростуть всередину, утворюючи мезодерму. У міру розвитку дейтеростоми мезодерма відщипується і зливається, утворюючи другу порожнину тіла. План тіла дейтеростоми на цьому етапі виглядає дуже схожий на план протостоми, але бластопор стає заднім проходом, а другим отвором стає рот. — Малюнок\(\PageIndex{6}\): Евцеломати можна розділити на дві групи залежно від їх раннього ембріонального розвитку. У протостомах частина мезодерми відокремлюється, утворюючи целом у процесі, який називається шизоцелія. У дейтеростомах мезодерма відщипується, утворюючи целом у процесі, який називається ентерокоелія. Довго вважалося, що бластопор розвинувся в роті в протостомах і в задній прохід в дейтростомах, але останні докази оскаржують цю віру.

Існує друга відмінність між типами розщеплення у протостоми і дейтеростоми. Крім спірального розщеплення протостоми також піддаються детермінантному розщепленню. Це означає, що навіть на цій ранній стадії вже визначена доля розвитку кожної ембріональної клітини. Клітина не має можливості розвиватися в будь-який тип клітин. На відміну від цього, дейтеростоми піддаються невизначеному розщепленню, при якому клітини ще не визначені на цій ранній стадії, щоб розвинутися в конкретні типи клітин. Ці клітини відносять до недиференційованим клітинам. Ця характеристика дейтеростоми відбивається на існуванні знайомих ембріональних стовбурових клітин, які мають здатність розвиватися в будь-який тип клітин, поки їх доля не буде запрограмована на більш пізній стадії розвитку.

Еволюційний зв'язок: еволюція целома

Одним з перших кроків класифікації тварин є дослідження тіла тварини. Вивчення частин тіла говорить нам не тільки про ролі розглянутих органів, але і про те, як вид, можливо, еволюціонував. Однією з таких структур, яка використовується при класифікації тварин, є целом. Целом - це порожнина тіла, яка утворюється під час раннього ембріонального розвитку. Целом дозволяє розділити частини тіла, так що різні системи органів можуть розвиватися і можливий транспорт поживних речовин. Крім того, оскільки целом являє собою заповнену рідиною порожнину, вона захищає органи від ударів і здавлення. Прості тварини, такі як черв'яки і медузи, не мають целому. Всі хребетні мають целом, який допомагав їм розвивати складні системи органів.

Тварин, у яких немає целома, називають ацеломатами. Плоскі черв'яки та стрічкові черв'яки - приклади ацеломатів. Вони покладаються на пасивну дифузію для транспортування поживних речовин по своєму тілу. Крім того, внутрішні органи ацеломатів не захищені від дроблення.

Тварин, які мають справжній целом, називають евколематами; всі хребетні - евколемати. Целом еволюціонує з мезодерми під час ембріогенезу. Черевна порожнина містить шлунок, печінку, жовчний міхур та інші органи травлення. Ще одна категорія безхребетних тварин на основі порожнини тіла - псевдоцеломати. Ці тварини мають псевдопорожнину, яка не повністю вистелена мезодермою. Приклади включають паразитів нематод і дрібних черв'яків. Вважається, що ці тварини еволюціонували з колематів і, можливо, втратили здатність утворювати целом через генетичні мутації. Таким чином, цей крок раннього ембріогенезу - формування целома - мав великий еволюційний вплив на різні види тваринного світу.

Резюме

Організми в тваринному світі класифікуються виходячи з морфології та розвитку їх тіла. Справжні тварини діляться на тих, що мають радіальну проти двосторонньої симетрії. Як правило, простіші і часто нерухливі тварини проявляють радіальну симетрію. Тварини з радіальною симетрією також, як правило, характеризуються розвитком двох ембріологічних зародкових шарів, ентодерми та ектодерми, тоді як тварини з двосторонньою симетрією, як правило, характеризуються розвитком третього ембріологічного зародкового шару - мезодерми. Тварини з трьома зародковими шарами, званими триплобластами, додатково характеризуються наявністю або відсутністю внутрішньої порожнини тіла, званої целомою. Наявність целому дає багато переваг, і тварин з целомом можна назвати справжніми целомами або псевдоцеломатами, залежно від того, яка тканина породжує целом. Целомати додатково поділяються на одну з двох груп, які називаються протостомами і дейтеростомами, виходячи з ряду особливостей розвитку, включаючи відмінності в розщепленні зиготи і методі формування целоми.

Мистецькі зв'язки

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Яке з наведених нижче тверджень є помилковим?

Еуметазоани мають спеціалізовані тканини, а паразоани - ні.
Лофотрохозоа і екдізозоа - це обидва білатарії.
Акоела і Кнідарія мають радіальну симетрію.
Членистоногі більш тісно пов'язані з нематодами, ніж з аннелідами.

Відповідь: C

Малюнок\(\PageIndex{4}\): Яке з наведених нижче тверджень про диплобластах і триплобластах є помилковим?

Тварини, що демонструють радіальну симетрію, є диплобластами.
Тварини, які проявляють двосторонню симетрію, - це триплобласти.
Ентодерма дає початок слизовій оболонці шлунково-кишкового тракту і дихальних шляхів.
Мезодерма дає початок центральній нервовій системі.

Відповідь: D

Глосарій

акулемат: тварина без порожнини тіла

двостороння симетрія: тип симетрії, в якій є тільки одна площина симетрії, тому ліва і права половини тварини є дзеркальними відображеннями

бластопор: поглиблення, що утворюється під час гаструляції, проявляється на стадії гаструли

целом: вистелена порожнина тіла

детермінантне розщеплення: розвиток тканинної долі кожної ембріональної клітини вже визначена

дейтростома: бластопор розвивається в задній прохід, при цьому друге отвір розвивається в рот

диплобласт: тварина, яка розвивається з двох зародкових шарів

ентерокоелія: мезодерма дейтеростоми розвивається у вигляді мішечків, які відщипуються від ендодермальної тканини, порожнина, що міститься всередині мішечків, стає целомою

евколемат: тварина з порожниною тіла, повністю вистеленою мезодермальної тканиною

невизначене розщеплення: рання стадія розвитку, коли статеві клітини або «стовбурові клітини» ще не визначені для розвитку в конкретні типи клітин

протостома: бластопор розвивається в гирлі протостоми, при цьому другий отвір розвивається в задній прохід

псевдоцеломат: тварина з порожниною тіла, розташованою між мезодермою і ентодермою

радіальне розщеплення: осі сколювання паралельні або перпендикулярні полярній осі, в результаті чого відбувається вирівнювання осередків між двома полюсами

радіальна симетрія: тип симетрії з множинними площинами симетрії, з частинами тіла (променями), розташованими навколо центрального диска

шизокоелі: при розвитку протостоми тверда маса мезодерми розщеплюється і утворює порожнистий отвір целоми

спіральне розщеплення: клітини одного полюса ембріона обертаються або зміщені по відношенню до клітин протилежного полюса

триплобласт: тварина, яка розвивається з трьох зародкових шарів