T1, Introducció a la diversitat animal (2014)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Rovira y Virgili (URV)
Grado Bioquímica y Biología Molecular - 2º curso
Asignatura Biologia animal
Año del apunte 2014
Páginas 11
Fecha de subida 07/04/2015
Descargas 5
Subido por

Vista previa del texto

T. 1 Introducció a la diversitat animal. Característiques que defineixen els animals. Evolució dels animals i arbres filogenètics. Bases de dades de classificació / taxonomia.
Objectius :        Conèixer les principals característiques que defineixen els animals Distingir entre: acelomat, pseudocelomat i celomat.
Distingir entre simetria radial i bilateral Descriure el paper dels gens HOX en el desenvolupament animal Entendre la importància de la biologia comparada del desenvolupament (“evo-devo”) en els estudis evolutius i la filogènia Ser capaç de trobar la classificació taxonòmica actualitzada d’un organisme a les bases de dades.
Comprendre i utilitzar correctament la terminologia utilitzada Els organismes s’anomenen per Gènere i espècie → Classificació taxonòmica 1.3 milions d’espècies identificades Estimades, moltíssimes més: 10-20 Milions fins 100-200 milions (Això ens diu que la diversitat animal és molt gran) Animals, definició? Difícil, per que per quasi tots els criteris de definició podem trobar excepcions …. Fong? → No es poden classificar ni com animals ni com a plantes ….hidra? Una definició “raonable” : (Campbell & Reece, 2009) 1. Els animals són multicel·lulars, heteròtrofs, que ingereixen l’aliment 2. Les cel. animals No tenen parets cel·lulars 3. Tenen dos tipus de cèl·lules que són exclusives del Regne Animal: musculars i nervioses 4. La gran majoria dels animals es reprodueixen sexualment, i generalment el cicle de vida és quasi tot el temps en diploide.
5. Tots els animals comparteixen una família de gens: gens HOX (importants per al desenvolupament, en les etapes de creixement) Autòtrofs: la font de carboni es el CO2 (de matèria inorgànica a orgànica) Heteròtrofs: la font de carboni es una molècula orgànica (ja assimilen la matèria orgànica) Les cel. animals no tenen parets cel·lulars (que són el suport estructural en plantes i fongs )     Les cèl·lules estan unides per proteïnes extracel·lulars estructurals com el col·lagen.
Els animals tenen també unions intercel·lulars pròpies que ajuden a mantenir units els teixits: tight junctions, desmosomes i gap junctions Uneixen les cel d’un mateix teixit i li confereixen unitat funcional.
Aquestes unions estan també formades per proteïnes estructurals Reproducció i desenvolupament: Sexual, amb l’estat diploide dominant.
  Després que l’esperma ha fecundat l’ou , les divisions del zigot formen la blàstula La blàstula produeix gastrulació, formant les capes de teixit embrionari i la gàstrula En aquest estat de 8 cèl·lules, aquestes estan completament indiferenciades.
In vitro, en aquest estat es pot extreure una cèl·lula per estudiar-la Teixits animals: Son conjunts de cèl·lules especialitzades aïllades per cobertes membranoses i provenen de les capes embrionàries: ectoderm, endoderm i mesoderm .
Els animals diploblàstics tenen ectoderm i endoderm.
Els animals tripoblàstics tenen ectoderm , endoderm i mesoderm  Diploblàstic / triploblàstic Alguns animals primitius com les esponges no tenen veritables teixits. Als altres animals, durant la gastrulació es formen capes de cèl·lules concèntriques (capes germinatives) que son les que donaran lloc als teixits i òrgans del cos.
Ectoderm: epitelial, nerviós Endoderm: tub digestiu (archenteron) i cavitats i òrgans tracte digestiu, fetge, pulmons… Els animals que tenen només aquestes dues capes: diploblàstics (ex. Cnidaris com el corall) Tots els animals de simetria bilateral tenen una tercera capa: el mesoderm, i per això s’anomenen també triploblàstics (que tenen tres capes germinals) Mesoderm: músculs i altres òrgans situats entre el tracte digestiu i els teixits externs  Celomats / Acelomats / Pseudocelomats Els animals tenen caviatats corporals: Una veritable cavitat corporal s’anomena celoma (coelom), i deriva del mesoderm Celomats: tot el celoma està envoltat pel mesoderm.
El cuc de terra té un veritable celoma , una cavitat corporal completament delimitada per texit derivat del mesoderm Un pseudoceloma és una cavitat corporal derivada del blastocele (no del mesoderm) Els Nematodes (roundworms) tenen una cavitat corporal delimitada en part per texit derivat del mesoderm i en part per teixit derivat de l’endoderm Els acelomats són animals sense cavitats corporals Platelmints (cucs plans) com la Tubellaria no té cap caviatat corporal entre el tub digestiu i i l’exterior del cos.
 Protostomats / Deuterostomats En els humans la boca es forma a través de les cèl·lules diferenciades, és un orifici secundari.
Els animals comparteixen una família de gens exclusiva: gens HOX (HOmeoboX)      Tots els eucariotes tenen gens que regulen l’expressió d’altres gens (regulen dotzenes o centenars de gens) Molts d’aquests gens reguladors contenen seqüències de DNA comuns (seqüència consens) = Homeoboxes (180 nucleòtids a Drosophila) Els animals comparteixen la família de gens HOX, per això es creu que aquesta família gènica ja estava present a la línia ancestral dels eucariotes que van evolucionar fins a esdevenir animals Els gens HOX regulen la divisió i diferenciació cel·lular, i son els responsables de les diferents característiques morfològiques (Ex. a les esponges regulen la formació de canals, als bilaterals determinen l’eix anteroposterior).
Les mateixes seqüències genètiques conservades són les que dirigeixen el desenvolupament en els diferents grups animals.
Abans de la transcripció, una seqüència senyalitzadora (factors de transcripció) ha de sintetitzar unes proteïnes, que segons la seva quantitat tindrà lloc la transcripció.
Els gens HOX són gens molt conservats , que tenen un gran grau de similitud entre les diferents espècies, i controlen els altres gens.
 Animals. Plans corporals Els animals es poden classificar segons el tipus de simetria del seu cos, o sense simetria Dorsal/ventral Dreta/esquerra Anterior (cap)/posterior (cua) Cefalització Als animals amb simetria bilateral els gens HOX codifiquen una família de proteïnes que s’uneixen al DNA (DNA-binding proteins). Son factors de transcripció que controlen l’expressió de molts altres gens .
L’expressió d’aquests gens a l’embrió varia al llarg de l’eix cap-cua i controla el “pla corpopral”.
(Eix cap-cua: En el cap s’expressen uns gens HOX, mentre que en la cua uns altres.
Els factors mediambientals, com per exemple que les cèl·lules estiguin apretades, la nutrició...
poden arribar a afectar aquestes expressions) Les diferents seccions de l’embrió es convertiran en diferents parts del cos dels adults, i tot això degut al subgrup de gens que son expressats en cada un dels segments embrionaris.
   Els insectes i amfibis tenen només un HOX cluster.
Els humans tenen quatre HOX cluster El peix zebra: 7 Cluster: Seqüències repetides que es troben una al costat de l’altre.
Això ho interpretem com el resultat de l’evolució, com les duplicacions de gens que s’haurien produït: 1 – 2 – 4 – 8, seguit per la pèrdua d’un passa de 8 a 7.
Aquesta Figura mostra: Conservació dels gens homeotics en Drosophila i en el ratolí.
Els gens HOX que controlen de les estructures corporals anteriors i posteriors estan situats en la mateixa seqüència lineal en els dos animals (en tandem) Cada franja marcada en color representa un gen HOX.
A Drosophila tots els gens HOX es troben en un sol cromosoma. El ratolí té els mateixos grups de gens que la mosca en 4 cromosomes.
El codi de color indica les parts dels embrions en les quals s’expressen aquests gens, i les regions corporals de l’adult resultant.
Els gens HOX representats en colors son pràcticament idèntics a la mosca i al ratolí. Altres gens (en negre) son molt similars.
També s’han trobat gens homeobox en plantes i llevats.
Als animals les potes, ales, antenes es desenvolupen en el segment corresponent i les ordres les donen els gens HOX. Mutacions en HOX per ex. en Drosophila produeixen caps amb potes en lloc d’antenes, i tot tipus d’aberracions Una proteïna homeòtica produida en un segment toràcic activa gens que donaran lloc a la formació de potes (però no d’antenes). Mutacions a HOX donaran versions diferents d’aquesta proteïna, i un segment que és “tòrax” pot quedar “etiquetat” com a “cap” i sortiran les antenes al tòrax Els efectes de les mutacions en HOX , encara que siguen petites, tenen molta transcendència (“seran amplificades”).
Per exemple, fa 400 milions d’anys van emergir els insectes amb sis potes a partir d’un ancestre artròpode amb moltes potes. Ara s’ha pogut demostrar experimentalment que canviant (mutant) una única proteïna es suficient per permetre un canvi evolutiu tan important (evo-devo).
• Estudis comparatius ajuden a explicar la importància del desenvolupament embrionari per a assolir la gran diversitat de formes animals existents.
• La Biologia Evolutiva del Desenvolupament (“evo-devo”) compara els processos de desenvolupament de diferents organismes multicel·lulars.
Si els gens estan tan conservats es degut a que no els ha estat permesa la variabilitat durant l’evolució.
Tots els animals comparteixen un ancestre comú  Origen dels animals? Probablement, l’ancestre animal (800-1200 milions d’anys) podria haver sigut similar a un coanoflagelat que viu actualment • Els coanocits i les cèl·lules del collar de les esponges són idèntiques morfològicament • S’han trobat cèl·lules molt semblants a altres animals (medusa, platelmints, eriçó..) però no s’han vist mai en altres tipus de protistes, ni en plantes ni fongs • L’anàlisi de seqüències de DNA indica que els coanoflagelats i els animals estan relacionats (emparentats) . Gens que es creien exclusius dels animals s’han descobert també en els Coanoflagelats (i no en altres organismes) Volvox. Protista clorofícia Agregat o cenobi: cèl·lules formant colònia és un agregat de cèl·lules que viuen juntes però són independents  Filogènia. Classificació dels animals. Arbres filogenètics En funció de les característiques morfològiques – fisiològiques, de desenvolupament embrionari, etc.
• En funció dels resultats de les anàlisis moleculars filogenètiques (seqüències de DNA, RNA i proteïnes ) Està en continua revisió. La informació continuada procedent principalment dels diferents projectes genoma fa que la classificació dels sers vius estigui sent contínuament modificada.
Treballem amb hipòtesis.
En ambdòs arbres filogenètics: Tots els animals comparteixen un ancestre comú, per això diem que el regne animal és monofilètic Les esponges (Poriphera) son animals primitius Els eumetazous tenen veritables teixits (eu, veritable) La majoria dels animals pertanyen als bilateralia (diversificació de bilaterals a la explosió càmbrica )  Què fem?  Existeixen projectes col.laboratiusde lliure accès que ens ajuden La base de dades taxonómica NCBI conté els noms de tots els organismes que estan representats en les bases de dades genètica amb almenys una seqüència de nucleòtids o proteïnes.
El projecte web de l'arbre de la vida (TOL) és un esforç de col·laboració de biòlegs i amants de la natura de tot el món. En més de 10.000 pàgines de la World Wide Web, el projecte proporciona informació sobre la diversitat biològica, les característiques dels diferents grups d'organismes i la seva història evolutiva (filogènia).
 També es poden construir arbres filogenètics per cada gen o familia de gens Tree families database phylogenetic trees of animal genes TreeFam és una base de dades d'arbres filogenètics dels gens animals. El seu objectiu és desenvolupar un recurs curat que proporciona informació fiable sobre la història evolutiva de les diverses famílies de gens.
TreeFam defineix una família de gens com un grup de gens que es van desenvolupar després de l'especiació dels animals d'un sol metazous. Així mateix, tracta d'incloure gens fora del grup com el llevat (S. cerevisiae i S. pombe) i vegetals (A. thaliana) per revelar aquests membres distants.
...