Esqueleto de un vertebrado
El esqueleto de los vertebrados, como el esqueleto del gato que se observa en la imagen, es una estructura de soporte interna; es decir, se trata de un endoesqueleto. Este esqueleto, que crece a la vez que lo hace el cuerpo del animal, puede estar compuesto por cartílago (en agnatos y peces cartilaginosos) o por hueso (en el resto de los vertebrados).
Vertebrados, grupo de animales provistos de columna vertebral (estructura de sostén formada por varias unidades que reciben el nombre de vértebras). La notocorda o varilla esquelética dorsal propia de los cordados persiste en los estados embrionarios pero, salvo en lampreas y mixinos que se mantiene durante toda la vida, en el resto de los vertebrados es reemplazada por la columna vertebral. Esta estructura dura pero flexible, tiene una función de soporte, constituye un excelente anclaje para la unión de los músculos, y protege la médula espinal. El subfilo Vertebrados, perteneciente al filo Cordados, incluye a los mamíferos (entre los que se encuentran los seres humanos), las aves, los reptiles, los anfibios, los peces óseos, los peces cartilaginosos, las lampreas y los mixinos. En todos los vertebrados, la columna vertebral forma parte del endoesqueleto. A diferencia del exoesqueleto que cubre o envuelve el cuerpo de los insectos, por ejemplo, el cual debe mudarse periódicamente a medida que crece el animal, el endoesqueleto de los vertebrados crece a la vez que lo hace el resto del cuerpo.
Los vertebrados constituyen solo aproximadamente un 2% del número total de especies animales que existen en nuestro planeta y pertenecen a uno de los más de 30 filos que existen en el reino Animal. A pesar de eso, los vertebrados ocupan una posición dominante en casi todos los hábitats e incluyen los animales más conocidos. Si preguntamos al azar por el nombre de algún animal, la mayoría de las personas nos darían el nombre de un vertebrado.
Esqueleto de una serpiente
Una serpiente tiene entre 180 y más de 400 vértebras, lo que le confiere una gran flexibilidad en sus movimientos. Las vértebras permiten también la fijación de los potentes paquetes musculares, que son responsables de la locomoción, la captura de presas y la deglución de estas.
Hay muchas razonas que justifican el éxito de los vertebrados. Una de ellas es su tamaño. Los invertebrados, esto es, los animales sin columna vertebral, como los gusanos y los insectos, suelen ser pequeños y de movimientos lentos. Los vertebrados, en cambio, tienen una estructura de soporte interna más versátil. Su esqueleto puede adaptarse y funciona tanto en un animal que pese 4 toneladas como en otro que pese solo 113 gramos. Como resultado, los vertebrados han sido capaces de desarrollar cuerpos de mayor tamaño y de movimientos más rápidos que los invertebrados.
Los vertebrados también poseen un sistema nervioso muy desarrollado que les permite reaccionar rápidamente a los cambios que se producen a su alrededor. Además, los vertebrados se caracterizan por poseer una caja o cubierta cerebral llamada cráneo que protege el encéfalo.
Los animales vertebrados tienen una larga historia evolutiva. Los primeros vertebrados bien diferenciados aparecen en los depósitos de los estratos rocosos del ordovícico de la era paleozoica. Recientemente, en noviembre de 1999, se descubrieron fósiles de dos peces con 540 millones de años de antigüedad, lo que les convierte en los fósiles de vertebrados más antiguos que se conocen.
Cerebros de vertebrados
Aunque casi todos los vertebrados comparten el mismo tipo básico de estructura cerebral o encéfalo formada por tres partes, el desarrollo de sus elementos constituyentes varía a través de la escala evolutiva. En peces, el telencéfalo (una de las partes, que más tarde originará el cerebro) es pequeño con respecto al resto del encéfalo (cerebro, cerebelo y tronco cerebral) y se encarga de recibir información procedente de los sentidos. En reptiles y anfibios, el telencéfalo es más grande en proporción y comienza a enlazar las informaciones recibidas y a procesarlas. Las aves tienen unos lóbulos ópticos que están bien desarrollados; por ello el telencéfalo es más grande. En los mamíferos, el telencéfalo predomina en la estructura cerebral. El más desarrollado es el de los primates, en los cuales las capacidades cognitivas son las más evolucionadas.
En casi todos los vertebrados, el endoesqueleto está compuesto por hueso. El hueso es un tejido vivo que, además de soportar y proteger, también es el principal reservorio de calcio y fósforo. A diferencia de la concha de la ostra y de la cubierta corporal del saltamontes, el hueso tiene capacidad de remodelación después de alcanzar el tamaño definitivo, lo que permite su reparación en caso de fractura (o rotura). Los únicos vertebrados que no tienen ese tipo de esqueleto son los peces cartilaginosos, un grupo de peces entre los que se incluyen los tiburones y las rayas. Como su nombre indica, el esqueleto de estas especies está compuesto de cartílago, un tejido fibroso que otros vertebrados poseen especialmente en las articulaciones.
Las vértebras que componen la columna vertebral están unidas por ligamentos de tejido conjuntivo, aunque entre una vértebra y la siguiente hay un grueso disco fibroso de cartílago, denominado disco intervertebral, que forma la articulación principal entre dos vértebras adyacentes. Estos discos intervertebrales permiten un cierto movimiento y, como resultado, la columna vertebral puede doblarse. El movimiento de la columna depende del número de vértebras que la componen y la forma que tienen. Las ranas, por ejemplo, solo tienen unas nueve vértebras y sus columnas vertebrales casi no pueden flexionarse. Los seres humanos tienen 33 vértebras, haciendo la columna mucho más flexible y algunas serpientes tienen más de 400 vértebras, lo que les permite enrollar totalmente su cuerpo.
Además de la columna vertebral, los vertebrados comparten muchas otras características. La forma típica del cuerpo de los vertebrados es alargada, con simetría bilateral, y con los órganos de los sentidos muy desarrollados y localizados en la cabeza. La mayoría de los vertebrados tienen mandíbulas y poseen el encéfalo protegido por una caja ósea llamada cráneo. Casi todos tienen extremidades, pero la forma y uso de las mismas varía enormemente, debido a que algunos animales han debido adaptarse a hábitats que exigían gran especialización. Los peces, por ejemplo, tienen varias aletas pares y una aleta caudal, mientras que los demás vertebrados tienen cuatro extremidades o descienden de antepasados que tenían cuatro extremidades. Los animales con cuatro extremidades, conocidos como tetrápodos, utilizan sus extremidades para nadar, andar, correr o volar.
Embriones de vertebrados
Los vertebrados, que evolucionaron a partir de los peces, recorren etapas embrionarias similares. En la región dorsal se forma una notocorda flexible y a cada lado se desarrollan masas de tejido llamadas somitos o somites. Éstas dan lugar a las principales estructuras: músculos, vértebras, tejido conectivo y, más tarde, las glándulas mayores. Justo encima de la notocorda hay un cordón nervioso hueco. Todos los embriones de vertebrados presentan hendiduras branquiales, que desaparecen durante el desarrollo en las formas no acuáticas (como en humanos).
Aunque los vertebrados no tienen esqueletos externos, a menudo poseen una serie de estructuras anatómicas que los protegen. La mayoría de los peces poseen el cuerpo cubierto de escamas, mientras que las aves y los mamíferos tienen los cuerpos cubiertos de plumas o pelo respectivamente. Los pelos y las plumas no son tan duros como las escamas, aunque tienen otras funciones además de la protección del cuerpo. Una de las más importantes es el aislamiento térmico. Esas estructuras protectoras permiten a las aves y mamíferos regular la temperatura interna de su cuerpo, gracias a lo cual pueden permanecer activos en un amplio rango de temperaturas.
Las hendiduras branquiales faríngeas propias de los cordados, están presentes en algún estado del ciclo vital de los vertebrados. En los organismos acuáticos estas hendiduras branquiales se asocian con branquias filamentosas muy vascularizadas, y juntos actúan como sistema respiratorio durante toda la vida. Los anfibios y los vertebrados terrestres respiran mediante pulmones, pero utilizan las hendiduras branquiales solo cuando presentan estados larvarios en su desarrollo, y tienen un carácter vestigial en todos los individuos adultos.
Los sistemas urogenital y excretor se sitúan al final del tracto digestivo y tienen aberturas ventrales cerca del extremo posterior del cuerpo. El corazón y los principales conductos circulatorios ocupan una posición dorsal con respecto al aparato digestivo. El tronco contiene una cavidad corporal, o cavidad celómica, revestida de peritoneo, dentro de la cual están suspendidos muchos de los órganos viscerales por medio del mesenterio. El sistema muscular se compone de bloques segmentados de tejido muscular, y se caracteriza por su simetría bilateral. Esta segmentación y esta simetría se repiten en los sistemas nervioso, circulatorio y urogenital, así como en los elementos esqueléticos del cuerpo.
La reproducción de todos los vertebrados es sexual y nacen de huevos o dan a luz crías vivas. Entre las escasas excepciones a esta regla se encuentran los huicos o largartos cola de látigo, los cuales se pueden reproducir sin fecundación, en un proceso denominado partenogénesis.
Hay unas 40.000 especies de vertebrados, que se clasifican en cinco grupos: peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos. Los científicos dividen a los peces en tres grupos: peces sin mandíbulas, peces cartilaginosos y peces óseos. Los otros grupos de vertebrados constituyen los tetrápodos, que tienen pulmones y suelen ser animales terrestres.
Lamprea de mar atrapando a un pez
La lamprea de mar, un vertebrado parásito, pertenece al más primitivo de los grupos de peces vivos, los agnatos o peces sin mandíbulas. Estas especies no tienen mandíbulas y la boca es circular a modo de ventosa. La lamprea se alimenta de sangre. Usan el disco para sujetarse a otro pez, y con su pequeña y musculosa lengua perforan un pequeño hueco en el tegumento del pez. Esta conducta parásita raramente mata al hospedador, pero las heridas causadas por las lampreas a menudo se infectan.
Los agnatos son los únicos vertebrados que no han desarrollado mandíbulas. Comprenden unas 80 especies —una pequeña parte del número total de peces— que resultan fáciles de reconocer por sus bocas en forma de embudo. El endoesqueleto del adulto está compuesto por cartílago. Tienen cuerpo anguiliforme, carecen de escamas y aletas pares, y presentan aberturas branquiales en forma de poros. Son animales poiquilotermos porque la temperatura de su cuerpo es variable.
Raya venenosa de manchas azules
Las rayas venenosas son peces cartilaginosos con un cuerpo aplanado, que habitan en el fondo del mar. Tienen uno o más aguijones en su cola, hendiduras branquiales en la parte inferior del cuerpo, dientes modificados que forman dos grandes placas trituradoras, y carecen de aleta dorsal.
Los peces cartilaginosos o condríctios tienen mandíbulas y poseen un esqueleto enteramente cartilaginoso. Comprenden unas 1.000 especies, entre las que se incluyen tiburones, rayas y torpedos, así como las quimeras. Los peces cartilaginosos están distribuidos en todos los océanos. Muchas rayas se alimentan en los fondos marinos, pero los tiburones, en cambio, cazan en las aguas abiertas. La temperatura de su cuerpo es variable, es decir, son poiquilotermos.
Anatomía externa de un pez
Esta ilustración muestra las principales características anatómicas externas de los peces. Algunas especies no tienen todas las aletas que aparecen en la ilustración y otras carecen de escamas u opérculo.
Los peces óseos u osteíctios son unos de los vertebrados con más éxito. Como su nombre indica, tienen un esqueleto óseo y la mayoría posee vejiga natatoria, una especie de saco lleno de aire que utilizan para controlar su natación. La temperatura de su cuerpo es variable, es decir, son poiquilotermos. Se han identificado unas 24.000 especies de peces óseos, aunque probablemente queden muchas más por descubrir. El salmón, el esturión y el bacalao son algunos peces óseos comunes.
Anfibios
Los miembros de la clase Anfibios son los vertebrados terrestres más primitivos. Hay tres órdenes: Caudados o Urodelos, o anfibios con cola, que incluye sirenas (arriba, izquierda), salamandras (arriba, derecha) y tritones; Anuros, o anfibios sin cola, que incluye ranas y sapos (abajo, izquierda); y Gimnofiones, que incluye anfibios muy modificados similares a gusanos llamados cecilias (abajo, derecha ). Aunque pasan buena parte de su vida en o cerca del agua, algunos, como los sapos, salamandras y tritones, pueden pasar periodos considerables en tierra.
Los anfibios constituyen el menos numeroso de los cuatro grupos de tetrápodos, con unas 4.000 especies. La mayoría de los anfibios, como las ranas y los sapos, viven en ambientes húmedos o acuáticos. La respiración es branquial, pulmonar o cutánea. La temperatura de su cuerpo es variable, es decir, son poiquilotermos. Como los peces, la mayoría de los anfibios son ovíparos. Los anfibios generalmente depositan los huevos en el agua ya que estos no están bien protegidos contra la desecación. Cuando los huevos eclosionan producen larvas acuáticas que respiran por branquias. Tras una metamorfosis pierden las branquias y los pulmones maduran para la respiración.
En comparación con los anfibios, los reptiles están bastante mejor adaptados a la vida en el medio terrestre. Tienen la piel seca, con escamas o escudos dérmicos y ponen huevos con cáscara (amnióticos) que contienen alimento y membranas protectoras que permiten el desarrollo embrionario fuera del medio acuático. La temperatura de su cuerpo es variable, es decir, son poiquilotermos. Su esqueleto es óseo y la respiración pulmonar. Comprenden unas 7.000 especies vivas entre las que se incluyen serpientes, lagartos, cocodrilos y tortugas. Cuando los dinosaurios habitaban la Tierra, hace entre 230 y 65 millones de años, los reptiles superaban en número a todos los vertebrados terrestres.
Características externas de un ave
En la ilustración se muestran las principales características anatómicas externas que se utilizan en la descripción e identificación de las aves.
Las aves comprenden unas 10.000 especies vivas, que se caracterizan por presentar su cuerpo cubierto de plumas. Todas presentan extremidades anteriores modificadas para el vuelo, aunque no todas las aves pueden volar. Además, las aves tienen un esqueleto muy ligero con huesos huecos que no pesan demasiado y poseen un sistema respiratorio muy eficiente para contrarrestar la alta demanda metabólica que supone el vuelo. Además, son capaces de regular la temperatura de su cuerpo de manera que no dependa de la temperatura del medio en el que viven; son animales homeotermos. Todas poseen picos córneos y son ovíparas.
Los mamíferos se caracterizan por presentar el cuerpo cubierto de pelo, aunque en algunas especies es escaso. La temperatura de su cuerpo es constante, es decir, son animales homeotermos. Poseen un encéfalo muy desarrollado. Casi todos son vivíparos y se alimentan de la leche producida en las mamas de la hembra. Los mamíferos alcanzan unas 4.600 especies e incluyen los animales más grandes tanto en el medio terrestre como en el acuático. Perros, osos, monos, ballenas y seres humanos son mamíferos.
| 4 | | EVOLUCIÓN DE LOS VERTEBRADOS |
Lanceta
Aunque externamente esta especie de lanceta, el anfioxo, parece un pez, es en realidad un invertebrado marino sencillo, sin corazón ni aletas y prácticamente sin cerebro. Se considera precursor de los vertebrados y en lugar de columna vertebral tiene una varilla rígida llamada notocorda que sirve de soporte a los músculos natatorios.
Los animales vertebrados tienen una larga historia evolutiva. Los biólogos consideran que los vertebrados evolucionaron durante millones de años a partir de animales similares a las actuales lancetas, las cuales remueven la arena del lecho marino y filtran el alimento del agua. Las lancetas poseen ciertos rasgos similares a los vertebrados, incluyendo una estructura de soporte denominada notocorda que se extiende a lo largo de toda la longitud de su cuerpo. En las lancetas, la notocorda es la única parte dura del cuerpo y permite al animal avanzar serpenteando sin perder su forma. En la mayoría de los vertebrados, la notocorda se pierde al principio del desarrollo y su función es asumida por los huesos. Las características compartidas por lancetas y vertebrados hacen que los científicos los clasifiquen juntos en el filo Cordados.
Los científicos desconocen cómo tuvo lugar exactamente la transición de lancetas a vertebrados. Los fósiles de animales parecidos a peces encontrados en China indican que los vertebrados evolucionaron al principio del periodo cámbrico, un intervalo de tiempo geológico que comenzó hace unos 570 millones de años. Estos peces carecían de esqueleto óseo y de dientes (los científicos sugieren que sus estructuras esqueléticas estaban formadas por cartílago); sin embargo, tenían hendiduras branquiales y una organización muscular similar a la de los peces actuales. Una vez que los vertebrados adquirieron partes del cuerpo duras, aumentó el número de restos fósiles encontrados. Los peces denominados ostracodermos, que tenían placas óseas cubriendo su cuerpo, aparecieron por primera vez en el periodo cámbrico tardío, hace unos 500 millones de años. Los ostracodermos carecían de mandíbulas, como las actuales lampreas y mixinos. Probablemente, se alimentaban introduciendo agua en la boca y tragando cualquier alimento que flotaba en ella.
Con el desarrollo de las mandíbulas, los vertebrados adquirieron una característica valiosa en la lucha por la supervivencia, que les proporcionó la posibilidad de obtener alimentos de diferentes formas. Las mandíbulas aparecen por primera vez en el grupo de los peces, hace unos 420 millones de años, durante el silúrico. A diferencia de los primeros vertebrados, los peces con mandíbula desarrollaron esqueletos internos complejos y pares de aletas que les ayudaban a maniobrar al perseguir su alimento o escapar de sus enemigos.
A lo largo de los años, la evolución ha originado vertebrados con diferentes tipos de cuerpos y conductas. Como consecuencia, los vertebrados pueden encontrarse hoy en día en casi todos los lugares.
