Ecomorfologie animală

2011Semestrul II

ŞEF DE LUCRĂRI DR. Anca-Narcisa Neagu

CE ESTE ECOMORFOLOGIA?

•Ecomorfologia reprezintă studiul relaţiilor dintre rolul ecologic al unui individ şi adaptările sale morfologice.

•Ecomorfologia reprezintă studiul structurii şi funcţiilor unui organism într-un anumit context ecologic.

•Ecomorfologia are ca obiect de studiu relaţiile dintre doi factori: forma (morpha) şi condiţiile de mediu, în încercarea de a evidenţia influenţa unui factor asupra celuilalt (Molta et al., 1995).

Morfologia animală•descriptivă - bazată pe conceptul de formă şi structură a organismelor; studiază elementele structurale ale organismelor pe diferite niveluri de organizare;•funcţională – bazată pe conceptul de funcţie a diferitelor tipuri de structuri ale unui organism;•ecologică – bazată pe conceptul de rol biologic al unui organism sau a organelor sale componente;•evoluţionistă – bazată pe descrierea morfologiei organismelor din perspectiva evoluţiei acestora.

Karr şi James (1975) – folosesc termenul de “ecomorfologie” examinând trăsăturile morfologice în relaţie cu aspectele mediului

înconjurător

ORGANISM MEDIU

Factori abiotici: climat (altitudine, temperatură, precipitaţii), hidrologie,

chimism, etc.

Factori biotici: relaţii intra şi interspecifice, prădătorism, parazitism, mod de hrănire,

tip de hrană, etc.

ADAPTĂRI MORFOLOGICE ŞI STRUCTURALE

ADAPTĂRI FIZIOLOGICE

ADAPTĂRI COMPORTAMENTALE

Paliere ale interacţiunii organism-mediu

Adaptarea – stare a unui organism animal, “ajustată” mediului în care acesta trăieşte.

Adaptarea se referă la un caracter anatomic, un proces fiziologic, o trăsătură comportamentală care au evoluat ca efect al selecţiei naturale, deoarece asigură supravieţuirea speciei şi succesul reproductiv pe termen lung al unui organism.

Adaptările sunt modificări fenotipice observate la speciile supuse presiunii selecţiei naturale (ex. parazitism, prădătorism) sau abiotice (climat). O formă frecventă de adaptare este aclimatizarea, care permite unui organism de a supravieţui într-un nou biotop.

Adaptările morfo-structurale apar la diferite niveluri de organizare ale organismului, determinând supravieţuirea acestuia în ecosistemul în care trăieşte (de ex. culoarea pielii sau morfologia corpului).

Adaptările fiziologice permit unui organism de a dezvolta reacţii biochimice particulare (de ex. fabricarea de venin, capacitatea de a-şi menţine temperatura corpului constantă –homotermia etc.)

Adaptările comportamentale sunt modificări ale comportamentului care optimizează supravieţuirea.

Organismele care nu sunt suficient adaptate la mediul în care trăiesc se deplasează într-un mediu propice sau dispar.

Mediul fiind variabil în timp, unele adaptări pot deveni inutile sau dispar.

Adaptabilitatea este capacitatea unor specii de a face faţă forţelor evoluţiei.

Orice trăsătură adaptativă a unui organism animal trebuie să fie integrată sau compatibilă cu celelate adaptări, dând naştere unei suite adaptative.

Cuticula (exoscheletul) este compusă dintr-o proteină (sclerotină) şi un polizaharid (chitina).

Cuticula este alcătuită din trei straturi: endocuticula+exocuticula=procuticula şi epicuticula care la speciile terestre conţine un strat protector de ceară, rezistent la umiditate.

Consecinţele apariţiei cuticulei:

•Reorganizarea sistemului nervos şi dezvoltarea organelor de simţ, multe dintre acestea fiind adaptări cuticulare

•Dezvoltarea sistemului muscular

•Apariţia unui comportament complex

•Sistemul circulator se dezvoltă ca un sistem deschis – hemocel

•Cucerirea mediului terestru (arahnide şi insecte) datorită stratului de ceară din epicuticulă

•Dezvoltarea aripilor la insecte şi cucerirea mediului aerian

•Dezvoltarea apendicilor şi expansiunilor tegumentare cu diferite funcţii: antene, cerci, branhii, piese bucale, etc.

factori fizico-chimici: temperatură, iluminare, oxigen, pH, viteza de

curgere a apei, poluanţi

factori biologici: resurse de hrană,

competiţia intraspecifică, interspecifică,

paraziţi

tipul şi natura substratului:

habitate

biomarkeri moleculari/subcelulari:

neurotransmiţători, enzime, hormoni, ADN/ARN ratio, etc.

biomarkeri celulari/tisulari:

celule osmoreglatoare, sensile, hemolimfă,

necroze, tumori, metabolism, etc.

biomarkeri la nivel individual: rata de

creştere, rezistenţă la boli, fecunditate, comportament,

selectarea habitatului, durata de viaţă, etc.

bioindicatori la nivel populaţional:

rata de mortalitate, abundenţa, frecvenţă,

dominanţă, etc.

bioindicatori la nivel biocenotic:diversitatea

TEORII, LEGI, IPOTEZE ŞI CONCEPŢII ÎN ECOMORFOLOGIE

Lamark (1744-1829), savant francez, arăta că „nevoia (folosirea) creează organul”, iar nefolosirea îl atrofiază, acţiunea mediului fiind indirectă. Astfel, dacă în mediul de viaţă apare o schimbare, organele se transformă sub presiunea noilor necesităţi. Astfel, girafa „dorind” să consume frunzele din partea superioară a arborilor, „forţează” alungirea coloanei vertebrale. Ca urmare, mediul acţionează direct asupra plantelor şi indirect asupra animalelor, prin impunerea de noi necesităţi.

•Etiene Geoffroy de Siant-Hillare arăta că mediul acţionează direct asupra organismelor, prin mijlocirea atmosferei.

•Biologul englez Charles Darwin (1809-1882) arăta că indivizii aceleiaşi specii prezintă variaţii morfologice cauzate de mediu sau de zestrea ereditară, moştenită. Indivizii mai puţin adaptaţi sunt eliminaţi de selecţia naturală şi sexuală, în timp ce indivizii mai bine adaptaţi supravieţuiesc şi vor transmite descendenţilor caracterele lor.

•Herbert Spencer (1820-1903) arăta că în contextul evoluţiei de la simplu la complex prin supravieţuirea celor mai bine adaptaţi, caracterele dobândite prin influenţa mediului sunt ereditare.

•Zoologul german Ernest Haekel (1834-1919) arăta că variaţiile sunt cauzate de mediu, fapt care explică diferenţele individuale.

•Hugo de Vries (1848-1935) arăta că speciile prezintă variaţii individuale neereditare şi variaţii bruşte (mutaţii), cu transmitere ereditară.

Charles Darwin

Variabilitatea intraspecifică cu origine genetică (ereditară) sau determinată de mediu.

Organele preexistă selecţiei naturale: Gâtul girafei este lung (caracter moştenit ereditar) şi de aceea se hrăneşte cu frunze le superioare din coroana arborilor.

Legea progresului şi regresiei

În aceeaşi linie evolutivă, unele organe s-au dezvoltat în forme, dimensiuni şi complexităţi diferite, altele s-au atrofiat şi au dispărut.

Tetraclaenodon eohippus

5 degete

3 degete

Mesohippus

Merychippus

3 degete

Pliohippus

1 deget

Legea ireversibilităţii

Dacă un organ a suferit o regresie, acesta nu se mai poate dezvolta din nou cu structura anterioară, ci eventual sub o altă formă.

Legea creşterii taliei

Drinker Cope remarcă la multe specii de vertebrate că acestea tind să crească în dimensiuni pe parcursul evoluţiei.

Legea hiperbolei

Anumite organe pe parcursul evoluţiei devin disproporţionale în raport cu organismul care le poartă.

Legea specializării

Specializarea este o adaptare la condiţiile de viaţă foarte particulare.

Legea nespecializării / Legea evoluţiei din

nespecializat

Organismele specializate nu mai pot evolua, dând

naştere la urmaşi ce nu se mai pot specializa.

Paleontologul E. Cope (1840-1898) arată că

adaptările strict specializate, corelarea

perfectă a organizării cu un mediu îngust împiedică

evoluţia.

Regula lui Bergmann (1847)

Într-un grup sistematic de specii homeoterme, talia corpului este mai mare la speciile situate în regiunile mai reci, în condiţii ecologice asemănătoare.

Animalele de talie redusă au, în raport cu volumul, o suprafaţă de răcire relativ mai mare, suprafaţa crescând la pătrat, iar volumul la cub. De

aceea, un animal de talie redusă va fi mai ineficient în menţinerea temperaturii corpului decât un animal de talie mare.

Aptenodites forsteri / Antarctica1, 2m h

50 cm h/Galapagos

Masa corpului= 1Suprafaţa corpului = 6Suprafaţa/masă = 6

Masa corpului= 8Suprafaţa corpului = 24Suprafaţa/masă = 3

Regula lui Allen (1877, Joel Allen)

Mamiferele din regiunile cu climat rece prezintă o reducere importantă a extremităţilor corpului: membre, coadă, gât, urechi etc.

Fenecul

Vulpes zerda

Vulpea

Vulpes vulpes

Vulpea polară

Alopex lagopus

Masa corpului= 1Suprafaţa corpului = 6Suprafaţa/masă = 6

Masa corpului = 1Suprafaţa corpului = 8,5Suprafaţa/masă = 8,5

Legea biogenetică fundamentală a lui E. Haeckel

Teoria susţine recapitularea caracterelor strămoşilor adulţi în cursul ontogenezei descendenţilor (ontogenia repetă filogenia)

Legea biogenetică fundamentală a lui E. Haeckel

Teoria susţine recapitularea caracterelor strămoşilor adulţi în cursul ontogenezei descendenţilor (ontogenia repetă filogenia)

măduva spinării

encefal

notocord segmente musculare(miotoame)

tub digestivinimă

faringe

faringe

encefalinimă

tub digestiv

segmente musculare(miotoame)

notocord

măduva spinării

măduva spinării

encefal

faringesegmente musculare(m.intercostali)

inimă

tub digestiv

vertebre

disc intervertebral

Principiul corelaţiei între organe

Vicq d’Azyr, Cuvier, Geoffroy Saint-Hillaire

Un organ nu poate suferi o schimbare importantă fără ca la aceasta să nu participe şi alte organe.

Legea convergenţei caracterelor morfologice/teoria organelor omoloage şi analoage

Richard Owen

•organe omoloage – organe al căror plan morfologic de organizare şi originea sunt similare, dar funcţiile sunt diferite: oasele care formează scheletul aripii la lilieci, paletei înotătoare la delfin, aripii păsărilor

•organe analoage – organe care au funcţii asemănătoare şi origine diferită: plămânul mamiferelor şi sistemul trahean al insectelor, aripa insectelor şi aripa păsărilor sau liliecilor.

•organe vestigiale – organe sau părţi de organe care sunt nefuncţionale sau degenerate: aripile vestigiale la păsări, ochi vestigiali la animale cavernicole, oasele membrelor posterioare la balenă, etc.

membrul anterior la om

membrul anterior la câine

membrul anterior la balenă

membrul anterior liliac

aripa la păsări

Organe omoloage

Organe vestigiale

Organe analoage

aripa la păsări

aripa la insecte

mamifere

Reptile - ichthyozauri

Peşti osoşi

Peşti cartilaginoşi-rechini

Organe analoage-adaptări pentru mediul acvatic, înot

Regula lui Gloger

Regula a fost formulată de zoologul Constantin Wilhelm Lambert Gloger, plecând de la observaţia că păsările din zonele mai umede sunt mai închise la culoare decât cele din regiunile cu o ariditate mai mare. Mai mult de 90% din speciile de păsări se supun acestei reguli. Conform acestei reguli, cantitatea de melanină creşte la rasele care trăiesc în habitate calde şi umede.

La rasa neagră, melanocitele conţin mai multe granule de melanină, ceea ce determină şi o incidenta a cancerului de piele mult mai redusa decât la alte rase. Italienii au mai multă melanină decât nordicii sau irlandezii.

Regula oului

Cu referire specială la păsările care trăiesc în emisfera nordică, această regulă arată că numărul de ouă depuse de o pasăre creşte pe măsură ce aceasta se deplasează spre o latitudine mai nordică.

Acest fapt compensează faptul că la latitudini mai ridicate ponta este depusă o dată pe an, în timp ce, la latitudini mai mici, păsările depun ponte mai reduse ca număr de ouă dar de mai multe ori pe an.

ADAPTĂRI MORFO-STRUCTURALE

http://www.columbia.edu/cu/opg/pub/pub.html

Soluţie izotonă

Soluţie hipertonă

Soluţie hipotonă

Forma corpului

corp fuziform în secţiune sagitală

corp uniform în secţiune sagitală

corp aplatizat dorso-ventral în secţiune verticală

corp fuziform în secţiune verticală, contur circular

corp aplatizat latero-lateral, secţiune verticală

Balena ucigaşă – Orcinus orca (Fam Dephinidae)

Cel mai mare mamifer prădător (10 m lungime, 10 tone)

Corpul hidrodinamic, fusiform