Σωματική οργάνωση Μεταζώων

Transcript

1 Σωματική οργάνωση Μεταζώων

2 Επίπεδα οργάνωσης Πρωτοπλασματική βαθμίδα οργάνωσης Το κύτταρο επιτελεί το σύνολο των λειτουργιών Κυτταρική οργάνωση Ομάδες κυττάρων με σχετική λειτουργική διαφοροποίηση Κύτταρο ιστολογική οργάνωση Ομάδες κυττάρων διαφοροποίηθηκαν και επιτελούν διάφορες λειτουργίες Ιστολογική-οργανική οργάνωση Συγκέντρωση ιστών σε όργανα Οργανική συστηματική οργάνωση Οργανα σε συστήματα 2

3 Πρωτοπλασματική οργάνωση Συναντάται σε μονοκύτταρους οργανισμούς Το σύνολο των λειτουργιών επιτελείτσι εντός του κυττάρου (βασική μονάδα ζωής) Διακρίνονται οργανίδια που πραγματοποιούν εξειδικευμένες λειτουργίες 3

4 Κυτταρική οργάνωση Πολυκύτταροι οργανισμοί (Volvox) Υποτυπώδης διαφοροποίηση κυττάρων για εξειδικευμένες λειτουργίες Η τάση για οργάνωση ιστών υποτυπώδης 4

5 Κύτταρο-ιστολογική οργάνωση Συγκέντρωση παρόμοιων κυττάρων σε προκαθορισμένα πρότυπα ή στοιβάδες για δημιουργία υποτυπώδους ιστού Επιθηλιακός, συνδετικός. Μυϊκός νευρικός Σπόγγοι, κοιλεντερωτά 5

6 Ιστολογική οργανική οργάνωση Συγκέντρωση ιστών σε όργανα Τα όργανα αποτελούνται απο περισσότερα του ενός ιστούς Έχουν μια πιο εξειδικευμένη λειτουργία από τους ιστούς Στους πλατυέλμινθες Οπτική κηλίδα Προβοσκίδα Αναπαραγωγικά 6

7 Οργανο-συστηματική οργάνωση Συνεργασία οργάνων για εξυπηρέτηση λειτουργιών Άμυνα, τροφοληψία Εμφάνιση πλήρους συστήματος 7

8 Συστήματα στα μετάζωα Ερειστικό Μυικό Καλυπτήριο Πεπτικό Αναπνευστικό Κυκλοφορικό Απεκκριτικό Νευρικό Αναπαραγωγικό Ενδοκρινικό Ανοσολογικό 8

9 Ζωική ποικιλότητα Η ποικιλότητα στη μορφή και το σχήμα σχετίζεται: Δομή Μορφή Λειτουργία Εξελικτική ιστορία Χαρακτηριστικά του ενδιαιτήματος Τρόπος και ανάγκες ζωής 9

10 Ας δούμε κάποια σημαντικά χαρακτηριστικά στην εξελικτική πορεία των ζωικών οργανισμών 10

11 Σημαντικά «βήματα» στην εξέλιξη Πολυκύτταρο του σώματος Βλαστικές στοιβάδες Συμμετρία Κεφαλοποίηση Κοίλωμα Μεταμέρεια των ζώων 11

12 Συμμετρία Σχετίζεται με: Μέγεθος Σχήμα Λειτουργίες Κίνηση 12

13 Συμμετρία Το σώμα των Ζώων και των Πρώτιστων είναι οργανωμένο σε χαρακτηριστικούς τύπους. Η έννοια της συμμετρίας είναι σημαντική για την κατανόηση της οργάνωσης του σώματος των Ζώων. Η Συμμετρία περιγράφει πως τα διάφορα μέρη του σώματος ενός ζώου διατάσσονται σε σχέση με ένα σημείο, άξονα ή επίπεδο. 13

14 Σφαιρική Ακτινωτή Αμφίπλευρη 14

15 Ασυμμετρία Σπόγγοι Συσσώρευση κυττάρων 1. Fluctuating asymmetry 15

16 Σφαιρική συμμετρία Συμμετρικά ως προς σημείο Πολλά επίπεδα που περνούν από το κέντρο χωρίζουν το σώμα σε κατοπτρικά ημίσεα τμήματα τομή όλων Συναντάται σε μονοκύτταρα ή αποικίες Εξυπηρετεί επίπλευση, κύλιση 16

17 Ακτινωτή συμμετρία Επίπεδα διέρχονται από τη στοματικό-εδρικό άξονα Διαιρεί το ζώο ακτινωτά (π.χ. σωλήνας) Τα κνιδόζωα και τα κτενοφόρα είναι δυο φύλα με πρωτογενή ακτινωτή συμμετρία στο σώμα τους Ονομάζονται Ακτινωτά 17

18 Ακτινωτή συμμετρία Εξυπηρετεί ζώα Εδραία Κολυμπούν ελεύθερα Κοιλεντερωτά Κτενοφόρα Εχινόδερμα Πεντακτινωτή συμμετρία 18

19 Ακτινωτή συμμετρία 19

20 Αμφίπλευρη συμμετρία Επίπεδα δημιουργούν κατοπτρικά μέρη Ένα ζώο με αμφίπλευρη συμμετρία έχει μόνο ένα επίπεδο συμμετρίας Ένα κάτοπτρο είναι το μόνο που μπορεί να χωρίσει το ζώο σε ημίσεα μέρη 20

21 Αμφίπλευρη συμμετρία Τα ζώα με αμφίπλευρη συμμετρία αποτελούν μια ομάδα φύλων η οποία ονομάζεται Αμφίπλευρα ή Αμφιπλευροσυμμετρικά Οι οργανισμοί είναι καλύτερα προσαρμοσμένοι στην προς τα εμπρός κίνηση Σχετίζεται με την κεφαλοποίηση 21

22 zoolab 22

23 zoolab 23

24 zoolab 24

25 Ασυμμετρία (Asymmetry) Αμφίπλευρη Συμμετρία (Bilateral symmetry ) Ακτινωτή Συμμετρία (Radial symmetry) Η διάταξη των διαφόρων μερών του σώματος χωρίς την ύπαρξη ενός κεντρικού άξονα ή σημείου (Σπόγγοι) Η διάταξη των μερών του σώματος όπως όταν ένα επίπεδο διέρχεται μεταξύ άνω και κάτω επιφάνειας ή δια του κατά μήκος άξονα διαιρώντας το ζώο σε δεξί και αριστερό είδωλο (π.χ. Σπονδυλωτά). Η διάταξη των μερών του σώματος όπως όταν κάθε επίπεδο διέρχεται από τον στοματο-εδρικό άξονα. Διαιρεί το ζώο σε κατοπτρικές εικόνες (π.κ. Κοιλεντερωτά) Η ακτινωτή συμμετρία μπορεί να τροποποιηθεί με τη διάταξη ορισμένων δομών σε ζεύγη ή άλλους συνδυασμούς γύρω από τον κεντρικό άξονα (διακτινωτή συμμετρία στα κτενοφόρα,, ανθόζωα πεντακτινωτή στα εχινόδερμα) 25

26 Όροι ανατομίας Εμπρόσθιο (Anterior) :Head end (front side in upright man) Οπίσθιο (Posterior) :Tail end (back side in upright man) Ραχιαίο (Dorsal) :Back side Κοιλιακό (Ventral) :Belly side Μέσο (Medial) : Close to the middle Πλευρικό (Lateral): Close to the side Περιφερειακό (Distal) : Away from the main part Πλησιέστερο (Proximal): Close to the main part 26

27 Όροι ανατομίας Στοματικό (Oral): End with the mouth Aboral: Opposite end of the mouth Κεφαλική (Cephalic): Toward head Ουραία (Caudal) :Toward tail 27

28 Εμβρυική ανάπτυξη 28

29 ΕΜΒΡΥΪΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ Στα πολυκυττάρα ζώα, ο τρόπος με τον οποίον αναπτύσσονται πολύπλοκες δομές από ένα μόνο κύτταρο συχνά αντανακλά τις φυλογενετικές τους σχέσεις. Μετά την γονιμοποίηση το Ζυγωτό διαιρείται χωρίς να αυξάνει τις διαστάσεις του. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται αυλάκωση, ενώ τα κύτταρα που προκύπτουν αυξάνονται συνεχώς σε αριθμό βλαστομερίδια. Η ποσότητα της λεκίθου (θρεπτικής ουσίας που εναποτίθεται στο αυγό και χρησιμεύει για τη διατροφή του εμβρύου) επηρεάζει την αυλάκωση.

30 ΕΜΒΡΥΪΚΗ ΑΝΑΠΤΥΞΗ Από την άποψη της ποσότητας και της τοποθεσίας της λεκίθου, τα αυγά διακρίνονται σε: Ισολεκιθικά - μικρή ποσότητα ίσα κατανεμημένης λεκίθου. Μεσολεκιθικά - μέτρια ποσότητα λεκίθου που συγκεντρώνεται σε έναν πόλο, ο οποίος καλείται φυτικός πόλος, ενώ ο αντίθετος ονομάζεται ζωϊκός και περιέχει κυτταρόπλασμα και πολύ λίγη λέκιθο. Τελολεκιθικά - μεγάλη ποσότητα λεκίθου, η οποία συγκεντρώνεται στο φυτικό πόλο. Κεντρολεκιθικά - κεντρικά τοποθετημένη λέκιθος με περιφερικό στρώμα κυτταρο-πλάσματος.

31 Κοίλωμα Κοίλωμα η σωματική κοιλότητα : χώρος γεμάτος υγρό που περιβάλει τον πεπτικό σωλήνα Αποτελεί εξελικτικό στάδιο των αμφιπλευροσυμμετρικών ζώων Εξυπηρετεί: ελαστικότητα σωματικής κοιλότητας χώρο για όργανα μέγεθος πολυπλοκότητα διάφορες λειτουργίες όπως: κίνηση Υδραυλικός σκελετός κ.ά 31

32 Ακοιλωματικά Εκτόδερμα (εξώδερμα) Ectoderm Μεσόδερμα (Mesoderm) Ενδόδερμα (Endoderm)

33 Ψευδοκοιλωματικά (Pseudocoelomate) Εξώδερμα Μεσόδερμα Ενδόδερμα

34 Ευκοιλωματικά (Eucoelomate) Εξώδερμα Μεσόδερμα Ενδόδερμα

35 Κοίλωμα Το κοίλωμα είναι ένας χώρος γεμάτος με υγρό που σχηματίζεται μεταξύ του μεσοδέρματος Αναπτύσσεται στα τριπλοβλαστικά ζώα και συχνά συνδυάζεται με τη παρουσία του πεπτικού συστήματος. Συχνά λειτουργεί ως υδροστατικός σκελετός. Επιτρέπει σε όργανα να αναπτύσσονται ανεξαρτήτων των σωματικών τοιχωμάτων. Συμμετέχει στο σχηματισμό του μεσεντέρου, του περιτοναίου, πλευρών, περικαρδιακής κοιλότητας 35

36 Σωματικά πρότυπα 36

37 Διπλοβλαστικά Αναπτύσσουν μόνο δύο επιθηλιακά στρώματα: την επιδερμίδα (παράγωγο του εξωδέρματος) γαστροδερμίδα (παράγωγο του ενδοδέρματος). Η επιδερμίδα παρέχει την εξωτερική προστασία. Έχει συσταλτά και αισθητήρια κύτταρα. Εσωτερικά η γαστροδερμίδα ελέγχει την πεπτική Κοιλεντερωτά κοιλότητα και εξειδικεύεται στη θρέψη.

38 Κοιλεντερωτά Έχουν ακτινωτή συμμετρία. Η πεπτική κοιλότητα είναι τυφλή. εκτελεί πολλές άλλες λειτουργίες εκτός από την θρέψη υδροστατικός σκελετός εξυπηρέτιση της αναπαραγωγής αναλαμβάνει τη λειτουργία του κυκλοφορικού ονομάζεται ακόμα γαστραγγειακή κοιλότητα ή γαστρόκοιλο. Μεταξύ των δύο επιθηλίων υπάρχει ένα άμορφο στρώμα (μεσογλοία), αυτο συχνά περιέχει κύτταρα. Το νευρικό σύστημα, όταν υπάρχει, αποτελεί δίκτυο, ενσωματωμένο στην επιδερμίδα. 38

39 Τριπλοβλαστικά ακοιλωματικά ζώα Το μεσέγχυμα (παράγωγο του μεσοδέρματος) αποτελεί συνδετικό ιστό χωρίς κοιλότητες. Βρίσκεται μεταξύ της επιδερμίδας και της γαστροδερμίδας. Αντίθετα από την άμορφη μεσογλοία, το μεσέγχυμα έχει εμφανή ιστική διάρθρωση - Εμφανίζουν αμφίπλευρη συμμετρία. αποτελεί συνδετικό ιστό. Φιλοξενεί διάφορα όργανα, π.χ. νευρικά γάγγλια, γονάδες. Το υποδερμικό μυϊκό τοίχωμα αποτελεί ένα άλλο παράγωγο του μεσοδέρματος και συντελεί στην κίνηση.

40 Το διακλαδιζόμενο τυφλό πεπτικό εξακολουθεί να εκτελεί επίσης τη λειτουργία του κυκλοφορικού. Το νευρικό σύστημα κεντρικοποιείται σε γάγγλια και νευρικά σχοινία που βρίσκονται στο χώρο του μεσεγχύματος. Καθώς υπάρχουν σωματικά διαμερίσματα, απομακρυσμένα από την επιφάνεια του σώματος, εμφανίζεται ένα απεκκριτικό σύστημα, το οποίο οδηγεί την περίσσεια νερού και τα άχρηστα προϊόντα προ τα έξω. 21/10/

41 Τριπλοβλαστικά ψευδοκοιλωματικά ζώα Εμφανίζεται ψευδοκοίλωμα, (κοιλότητα μεταξύ του εντέρου και του σωματικού τοιχώματος, του συμπαγούς δηλαδή μεσεγχύματος). Αυτή δεν επιστρώνεται με επιθήλιο και είναι γεμάτη με υγρό. Το υγρό του ψευδοκοιλώματος ανακατεύεται με συσπάσεις του μυϊκού τοιχώματος και έτσι συμβάλλει στην κατανομή ουσιών, αποτελεί δηλαδή ένα υποτυπώδες κυκλοφορικό σύστημα. Ταυτόχρονα λειτουργεί ως υδροστατικός σκελετός, υποβοηθώντας την κίνηση. Το μέγεθος του ψευδοκοιλώματος συσχετίζεται θετικά με τις διαστάσεις του σώματος: σε μικρά ζώα αυτό περιορίζεται ή και ελλείπει.

42 Το πεπτικό, απαλλαγμένο από την λειτουργία της κατανομής, παύει να είναι διακλαδιζόμενο και γίνεται πλήρες - εμφανίζεται δηλαδή έδρα και η κίνηση του περιεχομένου συντελείται μόνο προς μία κατεύθυνση. Εμφάνιση της έδρας θα είχε λίγη σημασία για τα ζώα με πολύ διακλαδισμένο πεπτικό, καθώς η κίνηση προς μια κατεύθυνση θα επιβραδυνόταν και η αποτελεσματικότητά του θα μειωνόταν ανάλογα. 42

43 Ευκοιλωματικά με ανεπτυγμένο κοιλωμα Χαρακτηρίζονται από μια κοιλότητα μεσοδερμικής προέλευσης, το κοίλωμα. Το κοίλωμα περιβάλεται από ένα επιθήλιο και είναι κλειστή κοιλότητα. Το επιθήλιο του κοιλώματος, μεσοθήλιο, ρυθμίζει τη σύσταση του κοιλωματικού υγρού, στα ανώτερα ζώα εξελίσσεται στο περιτόναιο. Αντίθετα από το ψευδοκοίλωμα, το οποίο αποτελεί συνέχεια του εξωκυττάριου χώρου του μεσεγχύματος,

44 Το κοίλωμα μετέχει σε πολλές σημαντικές λειτουργίες: όπως η υδροστατική στήριξη του σώματος, Ένα ογκώδες κοίλωμα υπηρετεί κατά πρώτο λόγο ως υδροστατικός σκελετός. κυκλοφορία, αναπαραγωγή και απέκκριση. Το κυκλοφορικό (αιμαγγειακό) σύστημα αναλαμβάνει την κατανομή ουσιών σε μεγάλη κλίμακα. Το αίμα είναι εγκλωβισμένο στα αγγεία καθ' όλο τον κύκλο της κυκλοφορίας του και ο αγγειακός χώρος δεν έρχεται σε επαφή με τις υπόλοιπες σωματικές κοιλότητες. Δηλαδή το κυκλοφορικό σύστημα είναι κλειστό. 44

45 Ο χώρος που εγκλείεται από το κυκλοφορικό αποτελεί, όπως και το ψευδοκοίλωμα, κατάλοιπο του βλαστόκοιλου. Στα Ασπόνδυλα, με λίγες εξαιρέσεις, τα αγγεία δεν έχουν δική τους επιθηλιακή επίστρωση, ενώ στα Σπονδυλωτά επιστρώνονται από μια επιθηλιακή στοιβάδα που ονομάζεται ενδοθήλιο. 45

46 Τα κοιλωματικά διαμερίσματα των ζώων με ανεπτυγμένο κοίλωμα αποτελούν συνήθως σειρές από ζυγούς σάκκους. Σε αυτή την περίπτωση, τα τοιχώματα των δύο σάκκων, που εγκλείουν στο μεσαίο πλάνο το έντερο και τα κεντρικά αγγεία, ονομάζονται μεσεντέριο, Τα τοιχώματα των δύο διαδοχικών σάκων που εφάπτονται στο κάθετο πλάνο συνιστούν το διάφραγμα. 46

47 Πότε αναπτύσσεται το στόμα Πρωτοστόμια, Δευτεροστόμια any invertebrate in which the mouth appears before the anus during development, cleavage is spiral and determinate, and the coelom forms as a splitting of the mesoderm. 47

48 Πρωτοστόμια είναι ένα Υπερφύλο των Ζωικών οργανισμών στη ταξινομική ομάδα των αμφιπλευροσυμμετρικών. Περιλαμβάνει τα : Αρθρόποδα, Μαλάκια, Νηματώδεις Συγκρίνονται με τα Δευτεροστόμια, την άλλη μεγάλη ομάδα των Αμφιπλευροσυμμετρικών. Η διάκριση σχετίζεται με την εμβρυική ανάπτυξη

49 Και στις δυο ομάδες το Εμβρυο ξεκινά από μια μικρή σφαίρα κυττάρων : το βλαστίδιο Στα Πρωτοστόμια η πρώιμη διαίρεση των κυττάρων γίνεται διαγώνια δημιουργώντας μια σπειροειδή διάταξη των κυττάρων (Σπειροειδής διαίρεση spiral cleavage). Μια ομάδα κυττάρων μετακινείται προς ένα σημείο (Βλαστοπόρος ) που μελλοντικά θα δώσει το στοματικό άνοιγμα. Τα Δευτεροστόμια χαρακτηρίζονται από το γεγονός ότι το πρώτο άνοιγμα αποτελεί την έδρα και στη συνέχεια αναπτύσσεται το στόμα 49

50 50

51 Μεταμέρεια Επανάληψη όμοιων τμημάτων κατά μήκος του επιμήκους άξονα του ζώου Κάθε τμήμα ονομάζεται μεταμερές ή σωμίτης Ομώνυμη μεταμέρεια Ετερώνυμη μεταμέρεια Συναντάται σε: Δακτυλιοσκώληκες Αρθρόποδα Χορδωτά 51

52 κεφαλοποίηση Ανάπτυξη της κεφαλής Συγκέντρωση νευρικού ιστού, αισθητηρίων οργάνων Τροφοληψία Αντίληψη του περιβάλλοντος Κίνηση Πολικότητα (κεφαλή ουρά ) 52

53 Βασικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα Βασίλειο /φύλο Ενδιαίτημα Επιπεδο οργάνωσης Πρώτιστα Ποροφόρα Κνιδόζωα Πλατυέλμινθες Εσωτερικά νερά/ Θάλασσα Θάλασσα (κυρίως), εσωτ. Νερά Θάλασσα (κυρίως), εσωτ. Νερά Ελεύθεροι, παρασιτικοί Βλαστικές στοιβάδες Συμμετρία Μονοκύτταροι - Σφαιρική, ωοειδής, κ.ά Κοίλωμα Κύτταρο-ιστικό - Καμία, ακτινωτή -, σπογγόκοιλο Κύτταρο-ιστικό Διπλοβλαστικά, τριπλοβλαστικά (κάποια) Ακτινωτή - Γαστραγγειακή Όργανα-συστήματα τριπλοβλαστικά Αμφίπλευρη Ακοιλωματικά (παρέγχυμα) Ρυγχόκοιλα Θάλασσα Όργανα-συστήματα τριπλοβλαστικά Αμφίπλευρη ψευδοκοιλωματικά Νηματώδη Δακτυλιοσκώληκες Ελεύθεροι, παρασιτικοί Εσωτ. Νερά, θάλασσα, χέρσο Όργανα-συστήματα τριπλοβλαστικά Αμφίπλευρη ψευδοκοιλωματικά Όργανα-συστήματα τριπλοβλαστικά Αμφίπλευρη Ευ(σχιζο)κοιλωματι κά Εχινόδερμα θάλασσα Όργανα-συστήματα τριπλοβλαστικά Αμφίπλευρη, πεντακτινωτή - Ευ(έντερο) κοιλωματικά 53

54 Μέγεθος σώματος Μετράει; Επιπτώσεις; 54

55 Οι διεργασίες της ζωής αποσκοπούν στο να Μέγεθος σώματος εξασφαλίσουν τη διαρκή συντήρηση και αύξηση των οργανισμών. Οι οργανισμοί τείνουν, όσο το επιτρέπουν οι συνθήκες του περιβάλλοντος και ο τρόπος διαβίωσης, να αυξάνουν συνεχώς τον αριθμό, αλλά και το μέγεθός τους. νόμος της φυλετικής αύξησης του Cope: μια φυλογενετική γραμμή ζώων ξεκινά συνήθως από οργανισμούς μικρού μεγέθους, καταλήγοντας σε προοδευτικά μεγαλύτερες Τι γίνεται όμως μετά; και, τελικά, σε γιγαντιαίες μορφές 55

56 Το μέγεθος είναι ένας σημαντικός παράγοντας στη μορφή και την εξέλιξη των ζώων Η εξέλιξη συνοπτικά προάγει τα μεγάλα μεγέθη 56

57 Γιατί «επενδύουν» σε μεγάλα μεγέθη; Προφυλάσσει το ζώο από τις περιβαλλοντικές μεταβολές ευκολότερα Προστασία από θηρευτές Αποδοτικότερη αξιοποίηση της μεταβολικής ενέργειας Ομοιόσταση Ενεργειακές απώλειες 57

58 Μεγάλο μέγεθος-μικρό μέγεθος Ένα μεγάλο ζώο χρειάζεται περισσότερο οξυγόνο συνολικά, από ένα μικρότερο Αλλά ανά μονάδα μάζας το μικρότερο μέγεθος απαιτεί περισσότερο 58

59 Όσο πηγαίνουμε σε μεγαλύτερα μεγέθη ο λόγος επιφάνεια/όγκο μειώνεται Ένα μεγάλο ζώο θα έχει μικρότερο λόγο S/V σε σχέση με ένα μικρότερο Περιορισμοί Το πρόβλημα των μονοκύτταρων οργανισμών Γιατί δεν έχουν γιγαντιαία μονοκύτταρα Ανάπτυγμα πνεύμονα Η επιφάνεια ενός μεγάλου ζώου μπορεί να αποδειχθεί ανεπαρκής για την κάλυψη βασικών αναγκαίων λειτουργιών (αναπνοή, θρέψη) 59

60 Πως οι οργανισμοί το ξεπερνούν Δημιουργία εξειδικευμένων οργάνων Δημιουργία πτυχώσεων Πλάτυνση του σώματος Ανάπτυξη εσωτερικών οργάνων για εξυπηρέτηση: αναπνοής Κυκλοφορίας Πέψης απέκκρισης 60

61 Στρατηγικές 61

62 Εξαιρέσεις από τον νόμο του Cope : όταν το σύνολο των προσαρμογών ενός οργανισμού δεν ευνοεί το μεγάλο μέγεθος. Π.χ. έντομα ένα σύνολο από δομές (εξωσκελετός, τραχειακό σύστημα αναπνοής κλπ.), οι οποίες δεν επιτρέπουν σημαντική αύξηση μεγέθους. 62

63 Περαιτέρω μελέτη: Μέγεθος του οργανισμού Τι περιορισμούς θέτει Τι συνέβη με τους δεινόσαυρους; Σχέση: μέγεθος σώματος-εξάρτηση από το περιβάλλον 63