27.1: Características del Reino Animal

Habilidades para Desarrollar

• Enumerar las características que distinguen al reino Animalia de otros reinos
• Explicar los procesos de reproducción animal y desarrollo embrionario
• Describir los roles que juegan los genes Hox en el desarrollo

A pesar de que los miembros del reino animal son increíblemente diversos, la mayoría de los animales comparten ciertas características que los distinguen de los organismos en otros reinos. Todos los animales son organismos eucariotas, multicelulares, y casi todos los animales tienen una estructura tisular compleja con tejidos diferenciados y especializados. La mayoría de los animales son móviles, al menos durante ciertas etapas de la vida. Todos los animales requieren de una fuente de alimento y por lo tanto son heterótrofos, ingiriendo otros organismos vivos o muertos; esta característica los distingue de los organismos autótrofos, como la mayoría de las plantas, que sintetizan sus propios nutrientes a través de la fotosíntesis. Como heterótrofos, los animales pueden ser carnívoros, herbívoros, omnívoros o parásitos (Figura\(\PageIndex{1}\)). La mayoría de los animales se reproducen sexualmente, y las crías pasan por una serie de etapas de desarrollo que establecen un plan corporal determinado y fijo. El plan corporal se refiere a la morfología de un animal, determinada por señales de desarrollo.

Figura\(\PageIndex{1}\): Todos los animales son heterótrofos que derivan energía de los alimentos. El (a) oso negro es omnívoro, comiendo tanto plantas como animales. El (b) gusano del corazón Dirofilaria immitis es un parásito que deriva energía de sus huéspedes. Pasa su etapa larvaria en mosquitos y su etapa adulta infestando el corazón de perros y otros mamíferos, como se muestra aquí. (crédito a: modificación de obra por el Servicio Forestal del USDA; crédito b: modificación de obra por Clyde Robinson)

Estructura compleja del tejido

Como organismos multicelulares, los animales difieren de las plantas y los hongos porque sus células no tienen paredes celulares, sus células pueden estar incrustadas en una matriz extracelular (como hueso, piel o tejido conectivo), y sus células tienen estructuras únicas para la comunicación intercelular (como uniones de brecha). Además, los animales poseen tejidos únicos, ausentes en hongos y plantas, que permiten la coordinación (tejido nervioso) de la motilidad (tejido muscular). Los animales también se caracterizan por tejidos conectivos especializados que proporcionan soporte estructural a células y órganos. Este tejido conectivo constituye el entorno extracelular de las células y está compuesto por materiales orgánicos e inorgánicos. En los vertebrados, el tejido óseo es un tipo de tejido conectivo que soporta toda la estructura corporal. Los cuerpos complejos y actividades de los vertebrados exigen tales tejidos de apoyo. Los tejidos epiteliales cubren, alinean, protegen y secretan. Los tejidos epiteliales incluyen la epidermis del tegumento, el revestimiento del tracto digestivo y la tráquea, y conforman los conductos del hígado y las glándulas de animales avanzados.

El reino animal se divide en Parazoa (esponjas) y Eumetazoa (todos los demás animales). Como animales muy simples, los organismos del grupo Parazoa (“al lado del animal”) no contienen verdaderos tejidos especializados; aunque sí poseen células especializadas que realizan diferentes funciones, esas células no están organizadas en tejidos. Estos organismos son considerados animales ya que carecen de la capacidad de elaborar su propio alimento. Los animales con tejidos verdaderos están en el grupo Eumetazoa (“verdaderos animales”). Cuando pensamos en animales, solemos pensar en los eumetazoos, ya que la mayoría de los animales entran en esta categoría.

Los diferentes tipos de tejidos en los verdaderos animales son los encargados de llevar a cabo funciones específicas para el organismo. Esta diferenciación y especialización de los tejidos es parte de lo que permite una diversidad animal tan increíble. Por ejemplo, la evolución de los tejidos nerviosos y musculares ha dado como resultado la capacidad única de los animales para detectar y responder rápidamente a los cambios en su entorno. Esto permite que los animales sobrevivan en ambientes donde deben competir con otras especies para satisfacer sus demandas nutricionales.

Enlace al aprendizaje

Vea una presentación del biólogo E.O. Wilson sobre la importancia de la diversidad.

Reproducción y Desarrollo Animal

La mayoría de los animales son organismos diploides, lo que significa que sus células corporales (somáticas) son diploides y las células reproductivas haploides (gameto) se producen a través de la meiosis. Existen algunas excepciones: Por ejemplo, en abejas, avispas y hormigas, el macho es haploide porque se desarrolla a partir de huevos no fertilizados. La mayoría de los animales se someten a reproducción sexual: Este hecho distingue a los animales de los hongos, protistas y bacterias, donde la reproducción asexual es común o exclusiva. Sin embargo, algunos grupos, como cnidarios, gusanos planos y lombrices intestinales, experimentan reproducción asexual, aunque casi todos esos animales también tienen una fase sexual en su ciclo de vida.

Procesos de Reproducción Animal y Desarrollo Embrionario

Durante la reproducción sexual, los gametos haploides de los individuos machos y hembras de una especie se combinan en un proceso llamado fertilización. Por lo general, el esperma masculino pequeño y móvil fertiliza el óvulo femenino mucho más grande y sésil. Este proceso produce un óvulo fertilizado diploide llamado cigoto.

Algunas especies animales, incluidas las estrellas de mar y las anémonas marinas, así como algunos insectos, reptiles y peces, son capaces de reproducción asexual. Las formas más comunes de reproducción asexual para animales acuáticos estacionarios incluyen la gemación y la fragmentación, donde parte de un individuo parental puede separarse y crecer en un nuevo individuo. En contraste, una forma de reproducción asexual que se encuentra en ciertos insectos y vertebrados se llama partenogénesis (o “comienzo virgen”), donde los huevos no fertilizados pueden convertirse en nuevas crías masculinas. Este tipo de partenogénesis se llama haplodiploidía. Estos tipos de reproducción asexual producen descendencia genéticamente idéntica, lo que es desventajoso desde la perspectiva de la adaptabilidad evolutiva debido a la acumulación potencial de mutaciones deletéreas. Sin embargo, para los animales que tienen una capacidad limitada para atraer parejas, la reproducción asexual puede asegurar la propagación genética.

Después de la fertilización, ocurren una serie de etapas de desarrollo durante las cuales se establecen capas germinales primarias y se reorganizan para formar un embrión. Durante este proceso, los tejidos animales comienzan a especializarse y organizarse en órganos y sistemas de órganos, determinando su morfología y fisiología futuras. Algunos animales, como los saltamontes, sufren metamorfosis incompleta, en la que los jóvenes se asemejan al adulto. Otros animales, como algunos insectos, se someten a metamorfosis completa donde los individuos ingresan a una o más etapas larvarias que pueden diferir en estructura y función del adulto (Figura

Mire el siguiente video para ver cómo el desarrollo embrionario humano (después de las etapas de desarrollo de la blástula y la gastrula) refleja la evolución.

El papel de los genes homeobox (Hox) en el desarrollo animal

Desde principios del ^siglo XIX, los científicos han observado que muchos animales, desde los muy simples hasta los complejos, compartían morfología y desarrollo embrionarios similares. Sorprendentemente, un embrión humano y un embrión de rana, en cierta etapa del desarrollo embrionario, se parecen notablemente. Durante mucho tiempo, los científicos no entendieron por qué tantas especies animales se veían similares durante el desarrollo embrionario pero eran muy diferentes cuando eran adultos. Se preguntaron qué dictaba la dirección de desarrollo que tomaría una mosca, un ratón, una rana o un embrión humano. Cerca de finales del siglo ^XX, se descubrió una clase particular de genes que tenían este mismo trabajo. Estos genes que determinan la estructura animal se denominan “genes homeóticos”, y contienen secuencias de ADN llamadas homeoboxes. Los genes animales que contienen secuencias homeobox se denominan específicamente genes Hox. Esta familia de genes se encarga de determinar el plan general del cuerpo, como el número de segmentos corporales de un animal, el número y colocación de apéndices y la direccionalidad cabeza-cola del animal. Los primeros genes Hox que se secuenciaron fueron los de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster). Una sola mutación Hox en la mosca de la fruta puede resultar en que un par extra de alas o incluso apéndices crezcan a partir de la parte “incorrecta” del cuerpo.

Si bien hay muchos genes que juegan un papel en el desarrollo morfológico de un animal, lo que hace que los genes Hox sean tan poderosos es que sirven como genes de control maestro que pueden activar o desactivar un gran número de otros genes. Los genes Hox hacen esto codificando factores de transcripción que controlan la expresión de muchos otros genes. Los genes Hox son homólogos en el reino animal, es decir, las secuencias genéticas de los genes Hox y sus posiciones en los cromosomas son notablemente similares en la mayoría de los animales debido a su presencia en un ancestro común, desde gusanos hasta moscas, ratones y humanos (Figura\(\PageIndex{4}\)). Una de las contribuciones al aumento de la complejidad del cuerpo animal es que los genes Hox han sufrido al menos dos eventos de duplicación durante la evolución animal, con los genes adicionales que permiten la evolución de tipos de cuerpos más complejos.

Conexión de arte

 

Figura\(\PageIndex{4}\): Los genes Hox son genes altamente conservados que codifican factores de transcripción que determinan el curso del desarrollo embrionario en animales. En vertebrados, los genes se han duplicado en cuatro grupos: Hox-A, Hox-B, Hox-C y Hox-D. Los genes dentro de estos grupos se expresan en ciertos segmentos del cuerpo en ciertas etapas de desarrollo. Aquí se muestra la homología entre los genes Hox en ratones y humanos. Observe cómo la expresión del gen Hox, como se indica con el sombreado naranja, rosa, azul y verde, ocurre en los mismos segmentos corporales tanto en el ratón como en el humano.

Si un gen Hox 13 en un ratón fue reemplazado por un gen Hox 1, ¿cómo podría esto alterar el desarrollo animal?

Resumen

Los animales constituyen un reino de organismos increíblemente diverso. Aunque los animales varían en complejidad desde simples esponjas marinas hasta seres humanos, la mayoría de los miembros del reino animal comparten ciertas características. Los animales son organismos eucariotas, multicelulares, heterótrofos que ingieren su alimento y generalmente se convierten en criaturas móviles con un plan corporal fijo. Una característica principal única del reino animal es la presencia de tejidos diferenciados, como los tejidos nerviosos, musculares y conectivos, los cuales están especializados para realizar funciones específicas. La mayoría de los animales se someten a reproducción sexual, lo que lleva a una serie de etapas embrionarias de desarrollo que son relativamente similares en todo el reino animal. Una clase de genes de control transcripcional llamados genes Hox dirige la organización de los principales planes del cuerpo animal, y estos genes son fuertemente homólogos en todo el reino animal.

Conexiones de arte

Figura\(\PageIndex{4}\): Si un gen Hox 13 en un ratón fue reemplazado por un gen Hox 1, ¿cómo podría esto alterar el desarrollo animal?

Contestar

El animal podría desarrollar dos cabezas y ninguna cola.

Glosario

blástula

Etapa de desarrollo de 16—32 células de un embrión animal

plan de cuerpo

morfología o forma constante de un organismo

escote

división celular de un óvulo fertilizado (cigoto) para formar un embrión multicelular

gastrula

etapa de desarrollo animal caracterizado por la formación de la cavidad digestiva

capa de germen

colección de células formadas durante la embriogénesis que dará lugar a futuros tejidos corporales, más pronunciados en la embriogénesis de vertebrados

Gen Hox

(también, gen homeobox) gen de control maestro que puede activar o desactivar un gran número de otros genes durante la embriogénesis

organogénesis

formación de órganos en la embriogénesis animal