Η εξέλιξη των τετραπόδων, τα χαρακτηριστικά, η ταξινόμηση και η ταξινόμηση



Το τετράποδα (Tetrapoda, στα τέσσερα πόδια) περιλαμβάνουν ζώα με τέσσερα άκρα, αν και ορισμένα μέλη τους έχουν χάσει. Οι σημερινοί εκπρόσωποί τους είναι αμφίβια, sauropsids και θηλαστικά.

Αυτή η ομάδα εξελίχθηκε περίπου 400 εκατομμύρια χρόνια πριν, κατά την περίοδο του Δεβονίου, από ψαροκόκαλο. Το αρχείο απολιθωμάτων έχει μια σειρά ήδη εξαφανισμένων αντιπροσώπων που δίνουν το φως στη μετάβαση από το νερό στη γη.

Αυτή η αλλαγή περιβάλλοντος οδήγησε κυρίως στην ανάπτυξη προσαρμογών για τη μετακίνηση, την αναπνοή, την αναπαραγωγή και τη ρύθμιση της θερμοκρασίας.

Ευρετήριο

  • 1 Προέλευση και εξέλιξη
    • 1.1 Από πού προέρχονται τα tetrapods;?
  • 2 Προσαρμογές για τη ζωή στη γη
    • 2.1 Μετακίνηση στη Γη
    • 2.2 Αέρια ανταλλαγή
    • 2.3 Αναπαραγωγή
    • 2.4 Περιβαλλοντικές διακυμάνσεις
  • 3 Γενικά χαρακτηριστικά
  • 4 Ταξινόμηση
  • 5 Ταξινόμηση
    • 5.1 Αμφίβια
    • 5.2 Ερπετά
    • 5.3 Πουλιά
    • 5.4 Θηλαστικά
  • 6 Αναφορές

Προέλευση και εξέλιξη

Σύμφωνα με τα στοιχεία, τα πρώτα tetrapods εμφανίζονται στο τέλος του Devonian, περίπου 400 εκατομμύρια χρόνια πριν. Έτσι, ο αποικισμός των χερσαίων περιβαλλόντων εμφανίστηκε όταν η μεγάλη ήπειρος Pangea κατακερμάτισε σε δύο: Laurasia και Gondwana.

Πιστεύεται ότι τα πρώτα tetrapods ήταν υδρόβια μορφές που θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν τα μέλη τους για να μετακινηθούν στο έδαφος και να πλοηγηθούν σε ρηχά νερά.

Αυτό το γεγονός σηματοδότησε την έναρξη μιας εκτεταμένης ακτινοβολίας, η οποία προήλθε από εντελώς χερσαίες μορφές και με άκρα που έδωσαν αρκετή υποστήριξη για να επιτρέψουν μια χερσαία μετακίνηση.

Από πού προέρχονται τα tetrapods;?

Τα μέλη των τετραπόδων προέρχονταν από μια προγονική υδρόβια μορφή. Αν και τα πτερύγια των ψαριών δεν φαίνεται να είναι πολύ κοντά στα αρθρωτά μέλη των τετραπόδων, ένα βαθύτερο όραμα καθιστά σαφές τις ομόλογες σχέσεις.

Για παράδειγμα, το απολιθωμένο Eusthenopteron Έχει ένα αντιβράχιο που σχηματίζεται από ένα humerus, ακολουθούμενο από δύο οστά, την ακτίνα και την ωλένη. Αυτά τα στοιχεία είναι σαφώς ομόλογα με τα άκρα των σημερινών τετραπόδων. Με τον ίδιο τρόπο, είναι σε θέση να αναγνωρίσουν κοινά στοιχεία στον καρπό.

Θεωρείται ότι Eusthenopteron Θα μπορούσα να βουτήξω στο βάθος του υδάτινου περιβάλλοντος με τα πτερύγιά του. Ωστόσο, δεν μπορούσα να "βαδίσω" όπως κάνει ένα αμφίβιο (αυτό το συμπέρασμα γίνεται χάρη στην ανατομία των απολιθωμάτων).

Ένα άλλο απολίθωμα, Tiktaalik, Φαίνεται να ταιριάζει ανάμεσα σε μια μορφή μετάβασης μεταξύ πτερυγίων με λοβούς και τετράποδων. Αυτός ο οργανισμός πιθανότατα κατοικούσε σε ρηχά νερά.

Τα καλά διαμορφωμένα άκρα είναι εμφανή στο απολίθωμα Acanthostega ε Ichthyostega. Ωστόσο, τα μέλη του πρώτου γένους δεν φαίνεται να είναι αρκετά ισχυρά για να διατηρήσουν το βάρος του ζώου. Σε αντίθεση, Ichthyostega φαίνεται να είναι σε θέση να κινηθεί - έστω και με κάποια αμηχανία - σε εντελώς επίγεια περιβάλλοντα.

Προσαρμογές για τη ζωή στη γη

Η μετακίνηση των πρώτων τετραπόδων από ένα υδάτινο περιβάλλον σε ένα επίγειο, προϋποθέτει μια σειρά ριζικών αλλαγών όσον αφορά τις συνθήκες που τα ζώα αυτά έπρεπε να εκραγούν. Οι διαφορές μεταξύ νερού και γης είναι περισσότερο από προφανείς, όπως η συγκέντρωση οξυγόνου.

Τα πρώτα tetrapods έπρεπε να επιλύσουν μια σειρά από μειονεκτήματα, όπως: πώς να μετακινηθείτε σε περιβάλλον χαμηλότερης πυκνότητας, πώς να αναπνέουμε; πώς να αναπαράγετε έξω από το νερό; και, τέλος, πώς να αντιμετωπίζετε τις περιβαλλοντικές διακυμάνσεις που δεν υπάρχουν στο νερό, όπως οι μεταβολές της θερμοκρασίας?

Στη συνέχεια θα περιγράψουμε τον τρόπο με τον οποίο τα τετράποδα λύθηκαν αυτές τις δυσκολίες, αναλύοντας τις προσαρμογές που τους επέτρεψαν να αποικίσουν αποτελεσματικά τα χερσαία οικοσυστήματα:

Μετακίνηση στη Γη

Το νερό είναι ένα πυκνό περιβάλλον που παρέχει αρκετή υποστήριξη για τη μετακίνηση. Ωστόσο, το χερσαίο περιβάλλον είναι λιγότερο πυκνό και απαιτεί εξειδικευμένες δομές για κίνηση.

Το πρώτο πρόβλημα λύθηκε με την ανάπτυξη μελών που επέτρεψαν τη μετακίνηση των ζώων πάνω από το επίγειο περιβάλλον και που έδωσαν στην ομάδα το όνομά τους. Τα τετράποδα έχουν ενδοσκληρυνόμενο οστό που σχηματίζει τέσσερα μέλη που έχουν χτιστεί με το σχέδιο πενταδραστικής (πέντε δάχτυλα).

Τα στοιχεία δείχνουν ότι τα μέλη τετράποδων εξελίχθηκαν από τα πτερύγια των ψαριών, μαζί με τις τροποποιήσεις των γύρω μυών, επιτρέποντας στο ζώο να ανέβει από το έδαφος και να περπατήσει αποτελεσματικά.

Ανταλλαγή αερίου

Αν φανταστούμε το πέρασμα του νερού στη γη, το πιο διαισθητικό πρόβλημα είναι το θέμα της αναπνοής. Σε επίγεια περιβάλλοντα, η συγκέντρωση οξυγόνου είναι περίπου 20 φορές υψηλότερη από ό, τι στο νερό.

Τα υδρόβια ζώα έχουν βράγχια που λειτουργούν πολύ καλά στο νερό. Ωστόσο, σε χερσαία περιβάλλοντα, οι δομές αυτές καταρρέουν και δεν είναι ικανές να μεσολαβούν στην ανταλλαγή αερίων - ανεξάρτητα από το πόσο άφθονο οξυγόνο βρίσκεται στη Γη.

Για το λόγο αυτό, τα ζωντανά τετράποδα διαθέτουν εσωτερικά όργανα υπεύθυνα για τη διαμεσολάβηση αναπνευστικών διεργασιών. Αυτά τα όργανα είναι γνωστά ως πνεύμονες και είναι προσαρμογές για την επίγεια ζωή.

Ορισμένα αμφίβια, εν τω μεταξύ, μπορούν να μεσολαβούν στην ανταλλαγή αερίων χρησιμοποιώντας το μόνο δέρμα τους, το οποίο είναι πολύ λεπτό και υγρό, ως το μόνο αναπνευστικό όργανο. Σε αντίθεση με τα teguments που αναπτύσσονται από ερπετά, πτηνά και θηλαστικά, τα οποία είναι προστατευτικά και τους επιτρέπουν να ζουν σε ξηρό περιβάλλον, αποτρέποντας πιθανή αποξήρανση.

Τα πτηνά και τα ερπετά παρουσιάζουν πρόσθετες προσαρμογές για την αποφυγή της αποξήρανσης. Αυτές συνίστανται στην παραγωγή ημι-στερεών αποβλήτων με ουρικό οξύ ως αζωτούχα απόβλητα. Αυτό το χαρακτηριστικό μειώνει την απώλεια νερού.

Αναπαραγωγή

Προγονικά, η αναπαραγωγή είναι ένα φαινόμενο που συνδέεται με το υδάτινο περιβάλλον. Στην πραγματικότητα, τα αμφίβια εξακολουθούν να εξαρτώνται από το νερό για να μπορούν να αναπαραχθούν. Τα αυγά τους κοστίζουν με μια μεμβράνη που είναι διαπερατή στο νερό και που θα στεγνώσει γρήγορα εάν εκτεθεί σε ξηρό περιβάλλον.

Επιπλέον, τα αυγά των αμφιβίων δεν εξελίσσονται σε μια μικρογραφία της μορφής ενηλίκων. Η εξέλιξη γίνεται με μεταμόρφωση, όπου το αυγό δημιουργεί μια προνύμφη που στις περισσότερες περιπτώσεις είναι προσαρμοσμένη στην υδρόβια ζωή και παρουσιάζει εξωτερικά βράγχια.

Αντίθετα, οι υπόλοιπες ομάδες τετραπόδων - ερπετών, πτηνών και θηλαστικών - έχουν αναπτύξει μια σειρά μεμβρανών που προστατεύουν το αυγό. Αυτή η προσαρμογή εξαλείφει την εξάρτηση από την αναπαραγωγή στο υδάτινο περιβάλλον. Με αυτό τον τρόπο, οι προαναφερόμενες ομάδες έχουν απόλυτα χερσαίες κύκλους ζωής (με τις ειδικές εξαιρέσεις τους).

Περιβαλλοντικές διακυμάνσεις

Τα υδάτινα οικοσυστήματα είναι σχετικά σταθερά όσον αφορά τα περιβαλλοντικά χαρακτηριστικά τους, ιδιαίτερα στη θερμοκρασία. Αυτό δεν συμβαίνει στη γη, όπου οι θερμοκρασίες κυμαίνονται όλη την ημέρα και το έτος.

Τα tetrapods λύνουν αυτό το πρόβλημα με δύο διαφορετικούς τρόπους. Τα πτηνά και τα θηλαστικά εξελίχθηκαν σε σύγκριση με την ενδοθερμία. Αυτή η διαδικασία επιτρέπει τη διατήρηση της θερμοκρασίας περιβάλλοντος σταθερή, χάρη σε ορισμένους φυσιολογικούς μηχανισμούς.

Αυτό το χαρακτηριστικό επιτρέπει στα πτηνά και τα θηλαστικά να αποικίζουν περιβάλλοντα με πολύ χαμηλές θερμοκρασίες.

Τα ερπετά και τα αμφίβια λύσαν το πρόβλημα με άλλο τρόπο. Η ρύθμιση της θερμοκρασίας δεν είναι εσωτερική και εξαρτάται από συμπεριφορικές ή ηθικές προσαρμογές για να διατηρηθεί η κατάλληλη θερμοκρασία.

Γενικά χαρακτηριστικά

Η taxon Tetrapoda χαρακτηρίζεται από την παρουσία τεσσάρων άκρων, αν και μερικά από τα μέλη της έχουν μειωθεί ή απουσιάζουν (όπως τα φίδια, οι καφεΐδες και οι φάλαινες).

Τυπικά, τα tetrapods ορίζονται από την παρουσία του quiridio, ένα καλά καθορισμένο μυϊκό άκρο με τα δάχτυλα στο τελικό τμήμα.

Ο ορισμός αυτής της ομάδας αποτέλεσε αντικείμενο ευρείας συζήτησης μεταξύ των εμπειρογνωμόνων. Μερικοί συντάκτες αμφιβάλλουν ότι τα χαρακτηριστικά "άκρα με τα δάχτυλα" αρκούν για να ορίσουν όλα τα τετράποδα.

Στη συνέχεια θα περιγράψουμε τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά των ζωντανών εκπροσώπων της ομάδας: αμφίβια, ερπετά, πουλιά και θηλαστικά.

Ταξινόμηση

  • Superreino: Ευκαρυώτα.
  • Βασίλειο: Animalia.
  • Υποκατάστημα: Eumetazoa.
  • Superfile: Δεuterostomy.
  • Φυλλώματα: Χορδάτα.
  • Υπόφυλλο: Βερτεράτα.
  • Υπέρυθρο: Gnathostomata.
  • Superclass: Tetrapoda.

Ταξινόμηση

Ιστορικά, τα τετράποδα έχουν ταξινομηθεί σε τέσσερις κατηγορίες: Αμφίβια, Reptilia, Birds και Mammalia.

Αμφίβια

Τα αμφίβια είναι ζώα με τέσσερα άκρα, αν και μπορούν να χαθούν σε ορισμένες ομάδες. Το δέρμα είναι μαλακό και διαπερατό στο νερό. Ο κύκλος ζωής του περιλαμβάνει στάδια υδρόβιων προνυμφών και οι ενήλικες πολιτείες ζουν σε επίγεια περιβάλλοντα.

Μπορούν να αναπνεύσουν μέσω των πνευμόνων, και μερικές εξαιρέσεις το κάνουν μέσω του δέρματος. Παραδείγματα αμφιβίων είναι βατράχια, βατράχια, σαλαμάνδρες και οι λιγότερο γνωστοί καπελάδες.

Ερπετά

Τα ερπετά, όπως τα αμφίβια, έχουν συνήθως τέσσερα μέλη, αλλά σε ορισμένες ομάδες έχουν μειωθεί ή χαθεί. Το δέρμα είναι παχύ και έχει κλίμακες. Η αναπνοή γίνεται μέσω των πνευμόνων. Τα αυγά έχουν ένα κάλυμμα και, χάρη σε αυτό, η αναπαραγωγή είναι ανεξάρτητη από το νερό.

Τα ερπετά περιλαμβάνουν χελώνες, σαύρες και συμμάχους, φίδια, tuataras, κροκόδειλους και τους πλέον εξαφανισμένους δεινόσαυρους.

Υπό το φως του κλαδισμού, τα ερπετά δεν είναι μια φυσική ομάδα, αφού είναι παραφατικές. Ο τελευταίος όρος αναφέρεται σε ομάδες που δεν περιέχουν όλους τους απογόνους του πιο πρόσφατου κοινού προγόνου. Στην περίπτωση των ερπετών, η ομάδα που παραμένει στο εξωτερικό είναι η κατηγορία Aves.

Πουλιά

Το πιο χαρακτηριστικό χαρακτηριστικό των πτηνών είναι η τροποποίηση των άνω άκρων τους σε εξειδικευμένες δομές πτήσης. Το κάλυμμα καλύπτεται από διαφορετικούς τύπους φτερών.

Έχουν πνεύμονες ως δομές ανταλλαγής αερίων, και αυτές έχουν τροποποιηθεί έτσι ώστε η πτήση να είναι αποτελεσματική - να θυμάστε ότι η πτήση είναι μια εξαιρετικά απαιτητική δραστηριότητα, από μεταβολική άποψη. Επιπλέον, είναι σε θέση να ρυθμίζουν τη θερμοκρασία του σώματος τους (ενδοθερμίες).

Θηλαστικά

Τα θηλαστικά αποτελούν μια πολύ ετερογενή τάξη, από την άποψη της μορφής και των τρόπων ζωής των μελών της. Έχουν καταφέρει να αποικίσουν τα χερσαία, υδρόβια και ακόμη και εναέρια περιβάλλοντα.

Χαρακτηρίζονται κυρίως από την παρουσία μαστικών αδένων και τριχών. Τα περισσότερα θηλαστικά έχουν τέσσερα άκρα, αν και σε ορισμένες ομάδες μειώνονται σημαντικά, όπως στην περίπτωση των υδρόβιων μορφών (κητοειδή).

Όπως τα πουλιά, είναι ενδοθερμικοί οργανισμοί, αν και αυτό το χαρακτηριστικό αναπτύχθηκε και από τις δύο ομάδες ανεξάρτητα.

Η συντριπτική πλειονότητα είναι ζιζανιοκτόνα, πράγμα που σημαίνει ότι γεννούν έναν ενεργό νεαρό άνδρα, αντί να βάζουν ωάρια.

Αναφορές

  1. Clack, J. Α. (2012). Αποδοτικό έδαφος: η προέλευση και η εξέλιξη των τετραπόδων. Indiana University Press.
  2. Curtis, Η., & Barnes, Ν. S. (1994). Πρόσκληση στη βιολογία. Macmillan.
  3. Hall, Β. Κ. (Ed.). (2012). Ομολογία: Η ιεραρχική βάση της συγκριτικής βιολογίας. Academic Press.
  4. Hickman, C.Ρ., Roberts, L.S., Larson, Α., Ober, W.C., & Garrison, C. (2001). Ολοκληρωμένες αρχές της ζωολογίας. McGraw-Hill.
  5. Kardong, Κ. V. (2006). Σπονδυλωτά: συγκριτική ανατομία, λειτουργία, εξέλιξη. McGraw-Hill.
  6. Kent, Μ. (2000). Προηγμένη βιολογία. Oxford University Press.
  7. Losos, J. Β. (2013). Ο οδηγός για την εξέλιξη του Πρίνστον. Princeton University Press.
  8. Niedźwiedzki, G., Szrek, Ρ., Narkiewicz, Κ., Narkiewicz, Μ. & Ahlberg, Ρ. Ε (2010). Διαδρόμους Tetrapod από την πρώιμη Μέση Δευονική περίοδο της Πολωνίας. Φύση, 463(7277), 43.
  9. Vitt, L.J. & Caldwell, J.P. (2013). Η ερπετολογία: μια εισαγωγική βιολογία αμφιβίων και ερπετών. Ακαδημαϊκός τύπος.