Regnul Animalia

Animalele (numite și Metazoa) sunt organisme eucariote multicelulare care formează regnul biologic Animalia. Cu puține excepții, animalele consumă material organic, respiră oxigen, se pot mișca, se pot reproduce sexual și se dezvoltă pornind de la o blastulă (stadiu embrionar de formă globulară, cu celulele dispuse într-un singur strat). Au fost descrise peste 1,5 milioane de specii de animale vii — dintre care aproximativ 1 milion sunt insecte — însă s-a estimat că există peste 7 milioane de specii de animale în total. Regnul animal variază de la o lungime de 8,5 micrometri la 33,6 metri. Au interacțiuni complexe între ei și mediile lor, formând rețele de hrană complexe. Regnul Animalia include oameni, dar în utilizarea colocvială termenul animal se referă adesea doar la animale non-umane. Studiul științific al animalelor este cunoscut sub numele de zoologie.
Majoritatea speciilor de animale vii se află în Bilateria, o cladă ai cărei membri au un plan al corpului bilateral simetric. Bilateria include protostomii — în care se găsesc multe grupuri de nevertebrate, cum ar fi nematodele, artropodele și moluștele — și deuterostomii, care conțin atât echinodermele cât și cordatele, acestea din urmă conținând vertebratele. Formele de viață interpretate ca animale timpurii au fost prezente în biota din Ediacaran a Precambrianului târziu. Multe încrengături de animale moderne au devenit clar recunoscute în înregistrările fosile ca specii marine în timpul exploziei cambriene, care a început în urmă cu aproximativ 542 milioane de ani. Au fost identificate 6.331 de grupuri de gene comune tuturor animalelor vii; acestea s-ar putea să fi apărut dintr-un singur strămoș comun care a trăit acum 650 de milioane de ani.
Din punct de vedere istoric, Aristotel a împărțit animalele în cele cu sânge și cele fără. Carl Linnaeus a creat prima clasificare biologică ierarhică pentru animale în 1758 în Systema Naturae, pe care Jean-Baptiste Lamarck a extins-o în 14 încrengături până în 1809. În 1874, Ernst Haeckel a împărțit regnul animal în Metazoa multicelulară (acum sinonim pentru Animalia) și protozoare, organisme unicelulare care nu mai sunt considerate animale. În timpurile moderne, clasificarea biologică a animalelor se bazează pe tehnici avansate, cum ar fi filogenetica moleculară, care sunt eficiente în demonstrarea relațiilor evolutive dintre taxoni.
Oamenii folosesc alte specii de animale pentru hrană (inclusiv carne, lapte și ouă), pentru materiale (precum piele și lână), ca animale de companie și ca animale de lucru, inclusiv pentru transport. Câinii au fost folosiți la vânătoare, în timp ce multe animale terestre și acvatice au fost vânate pentru sport. Animalele ne-umane au apărut în artă din cele mai vechi timpuri și sunt prezentate în mitologie și religie.
Cuvântul „animal” provine din cuvântul latin animalis, derivat la rândul său de la anima, ce înseamnă suflu vital sau suflet. Definiția biologică a cuvântului se referă la toți membrii regnului Animalia. În utilizarea colocvială, ca o consecință a antropocentrismului, termenul de animal este folosit pentru a se referi doar la animale non-umane.
Animalele au mai multe trăsături ce le diferențiază de alte viețuitoare. Animalele sunt organisme eucariote și multicelulare, spre deosebire de bacterii, care sunt procariote și spre deosebire de protiste, care sunt eucariote, dar unicelulare. Spre deosebire de plante și alge, care produc proprii nutrienți, animalele sunt heterotrofe, hrănindu-se cu material organic și digerându-l intern. Cu foarte puține excepții, animalele respiră aerob. Toate animalele au motilitate (capabile să-și miște spontan corpul) în cel puțin o parte a ciclului lor de viață, însă unele animale, cum ar fi bureții, coralii și midiile devin ulterior sesili (lipsa unui mijloc de auto-locomoție). Blastula este o etapă în dezvoltarea embrionară, care este unică pentru majoritatea animalelor, și care permite celulelor să fie diferențiate în țesuturi și organe specializate.
Toate animalele sunt compuse din celule, înconjurate de o membrană extracelulară specifică compusă din colagen și glicoproteine elastice. În timpul dezvoltării, membrana extracelulară animală formează un cadru relativ flexibil pe care celulele se pot deplasa și reorganiza, făcând posibilă formarea structurilor complexe. Aceasta poate fi calcificată, formând structuri precum oase și cochilii. În schimb, celulele altor organisme multicelulare (în principal alge, plante și ciuperci) sunt ținute pe loc de pereții celulari, dezvoltându-se prin creștere progresivă. Celulele animale posedă în mod unic joncțiunile celulare numite joncțiuni ocluzive, de comunicare și de ancorare.
Cu puține excepții — în special bureții și Placozoa — animalele au corpul format din mai multe țesuturi. Acestea includ mușchii care permit locomoția și țesuturile nervoase care transmit semnale și coordonează corpul. De obicei, există un tub digestiv intern, cu o singură deschidere (la Ctenophora, Cnidaria și viermi plați) sau două deschideri (la majoritatea bilaterienilor).
Aproape toate animalele folosesc o formă de reproducere sexuală. Ei produc gameți haploizi prin meioză; gameții mai mici, mobili, sunt spermatozoizi, iar gameții mai mari, non-motili, sunt ovule. Aceștia fuzionează pentru a forma zigoți, care se dezvoltă prin mitoză într-o formă globulară goală, numită blastulă. La bureți, larvele de blastulă înoată într-un nou loc, se atașează pe fundul mării și se dezvoltă într-un nou burete. La majoritatea celorlalte grupuri, blastula suferă o rearanjare mai complicată. Mai întâi se invaginează (se întoarce spre interior) pentru a forma o gastrulă cu un tub digestiv și două straturi germinale separate: un ectoderm extern și un endoderm intern. În majoritatea cazurilor, între ele se dezvoltă și un al treilea strat de germeni, mezodermul. Aceste straturi germinale se diferențiază apoi pentru a forma țesuturi și organe.
Cazurile repetate de împerechere cu o rudă apropiată în timpul reproducerii sexuale conduc în general la depresie consangvinizată în cadrul unei populații din cauza prevalenței crescute a trăsăturilor recesive dăunătoare. Animalele au dezvoltat numeroase mecanisme pentru a evita consangvinizarea apropiată.
Unele animale sunt capabile de reproducere asexuată, ceea ce duce adesea la o clonă genetică a părintelui. Acest lucru poate avea loc prin fragmentare, înmugurire (cum ar fi hidra și alți Cnidaria) sau partenogeneză, unde ouăle fertile sunt produse fără împerechere, cum ar fi la afide.
Animalele sunt clasificate în grupuri ecologice în funcție de modul în care obțin sau consumă material organic, inclusiv carnivore, erbivore, omnivore, detritivore, și paraziți. Interacțiunile dintre animale formează rețele de hrană complexe. La speciile carnivore sau omnivore, prădarea este o interacțiune consumator-resursă în care un prădător se hrănește cu un alt organism (numit pradă). Presiunile selective impuse unii altora duc la o cursă evolutivă a înarmărilor între prădător și pradă, rezultând diverse adaptări anti-prădător. Aproape toți prădătorii multicelulari sunt animale. Unii consumatori folosesc metode multiple; de exemplu, la viespile parasitoide, larvele se hrănesc cu țesuturile vii ale gazdelor, ucigându-le în acest proces, însă adulții consumă nectar în principal din flori. Alte animale pot avea comportamente de hrănire foarte specifice, cum ar fi broaștele țestoase marine care consumă în principal bureți.
Majoritatea animalelor se bazează pe biomasa și energia produsă de plante prin fotosinteză. Erbivorele mănâncă material vegetal direct, în timp ce carnivorele și alte animale de niveluri trofice superioare îl achiziționează în mod indirect consumând alte animale. Animalele oxidează carbohidrații, lipidele, proteinele și alte biomolecule pentru a debloca energia chimică a oxigenului molecular, care permite animalului să crească și să susțină procese biologice, cum ar fi locomoția. Animalele care trăiesc în apropierea izvoarelor hidrotermale consumă materii organice din arhee și bacterii produse în aceste locuri prin chemosinteză (prin oxidarea compușilor anorganici, cum ar fi hidrogenul sulfurat).
Animalele au evoluat inițial în mare. Linii de artropode au colonizat uscatul în același timp cu plantele terestre, probabil acum 510-471 milioane de ani în urmă, în timpul Cambrianului târziu sau Ordovicianului timpuriu. Vertebrate precum Tiktaalik au început să meargă pe uscat în Devonianul târziu, acum aproximativ 375 de milioane de ani. Animalele ocupă practic toate habitatele și microhabitatele pământului, inclusiv apă sărată, fisuri hidrotermale, apă dulce, izvoare termale, mlaștini, păduri, pășuni, deșerturi, aer și interiorul animalelor, plantelor, ciupercilor și rocilor. Animalele nu sunt totuși deosebit de tolerante la căldură; foarte puțini dintre ei pot supraviețui la temperaturi constante peste 50 °C. Doar foarte puține specii de animale (în principal nematode) locuiesc în cele mai extreme deșerturi reci din Antarctica continentală.
Balena albastră (Balaenoptera musculus) este cel mai mare animal care a trăit vreodată, cu o greutate de până la cel puțin 190 de tone și care măsoară până la 33,6 metri lungime. Cel mai mare animal de uscat existent este elefantul african de tufă (Loxodonta africana), care cântărește până la 12,25 tone și măsoară până la 10,67 metri lungime. Cele mai mari animale de uscat care au trăit vreodată au fost dinozaurii sauropode, cum ar fi Argentinosaurus, care ar fi putut cântări până la 73 de tone.
Multe animale sunt microscopice; unele Myxozoa nu cresc niciodată mai mult de 20 µm, iar una dintre cele mai mici specii (Myxobolus shekel) nu depășește 8,5 µm când este complet adultă.
Următorul tabel listează numărul estimat al speciilor existente pentru grupurile de animale cu cel mai mare număr de specii, împreună cu principalele lor habitate (terestre, apă dulce, și apă marină). Estimările speciilor prezentate aici se bazează pe cifre descrise științific; estimări mult mai mari au fost calculate pe baza diferitelor mijloace de predicție, iar acestea pot varia extrem de mult. De exemplu, au fost descrise aproximativ 25.000-27.000 de specii de nematode, în timp ce estimările publicate ale numărului total de specii de nematode includ 10.000-20.000, 500.000, 10 milioane și 100 de milioane. În 2011, utilizând modele în cadrul ierarhiei taxonilor, numărul total de specii de animale — inclusiv cele care nu au fost încă descrise — a fost calculat la aproximativ 7,77 milioane.
Primele fosile care ar putea reprezenta animale apar în rocile vechi de 665 milioane de ani ale Formațiunii Trezona din Australia de Sud. Aceste fosile sunt interpretate ca fiind cel mai probabil bureți timpurii.
Cele mai vechi animale se găsesc în biota Ediacaranului, spre sfârșitul Precambrianului, în urmă cu aproximativ 610 milioane de ani. Mult timp au existat îndoieli dacă aceasta a inclus animale, însă descoperirea colesterolului lipidic animal în fosilele de Dickinsonia a stabilit că acestea erau într-adevăr animale. Se consideră că inițial animalele au provenit dintr-un mediu cu oxigen scăzut, sugerând că erau capabile să trăiască în întregime prin respirație anaerobă, dar pe măsură ce s-au specializat pentru metabolismul aerob au devenit pe deplin dependente de oxigenul din mediul lor.
Multe încrengături de animale apar pentru prima dată în registrul fosil în timpul exploziei din Cambrian, începând cu aproximativ 542 milioane de ani în urmă, în paturi precum șistul Burgess. În aceste roci apar: moluște, brahiopode, onicofore, tardigrade, artropode, echinoderme și hemicordate, împreună cu numeroase forme acum extincte, cum ar fi prădătorul Anomalocaris. Evidența bruscă a evenimentului poate fi totuși un artefact al registrului fosil mai degrabă decât să arate că toate aceste animale au apărut simultan.
Unii paleontologi au sugerat că animalele au apărut mult mai devreme decât Explozia cambriană, posibil încă cu 1 miliard de ani în urmă. Urmele fosile, cum ar fi amprente și adăposturi găsite în perioada Tonian, pot indica prezența unor animale asemănătoare cu viermi triploblastici, aproximativ la fel de mari (lățime de aproximativ 5 mm) și complexe ca viermii de pământ. Totuși, urme similare sunt produse astăzi de gigantul protist unicelular Gromia sphaerica, astfel încât urmele fosile din Tonian nu ar putea indica evoluția timpurie a animalelor. În același timp, paturile stratificate ale microorganismelor numite stromatolite au scăzut în diversitate, probabil din cauza pășunatului de către animalele nou-dezvoltate.
Animalele sunt monofiletice, adică provin dintr-un strămoș comun. Animalele sunt soră cu Choanoflagellata, cu care formează Choanozoa. Animalele cele mai primitive, Porifera, Ctenophora, Cnidaria și Placozoa au planuri corporale lipsite de simetrie bilaterală. Relațiile lor sunt încă disputate; grupul soră al tuturor celorlalte animale ar putea fi Porifera sau Ctenophora, ambele lipsite de gene Hox, importante în dezvoltarea planului corporal.
Aceste gene se găsesc în Placozoa și în animalele superioare, Bilateria. Au fost identificate 6.331 de grupuri de gene comune tuturor animalelor vii; acestea s-ar putea să fi apărut dintr-un singur strămoș comun care a trăit acum 650 de milioane de ani în Precambrian. 25 dintre acestea sunt grupe noi de gene de bază, găsite numai la animale; dintre acestea, 8 sunt pentru componentele esențiale ale căilor de semnalizare Wnt și TGF-β, care ar fi putut permite animalelor să devină multicelulare, oferind un model pentru sistemul de axe al corpului (în trei dimensiuni), iar alte 7 sunt pentru factorii de transcripție inclusiv secvențele Homeobox implicate în controlul dezvoltării.
Arborele filogenetic (numai liniile majore) indică aproximativ acum câte milioane de ani în urmă (Ma) s-au divizat în descendenți.
Mai multor încrengături animale le lipsește simetria bilaterală. Dintre acestea, bureții (Porifera) probabil s-au separat primii, reprezentând cel mai vechi filum animal. Bureților le lipsește organizarea complexă găsită la majoritatea celorlalte filuri animale; celulele lor sunt diferențiate, dar în majoritatea cazurilor nu sunt organizate în țesuturi distincte. De obicei, se hrănesc trăgând apă prin pori iar hrana din apă este filtrată.
Ctenophora și Cnidaria (care include meduze, anemone de mare și corali) sunt simetric radial și au tuburi digestive cu o singură deschidere, care servește atât ca gură, cât și ca anus. Animalele din ambele încrengături au țesuturi distincte, dar acestea nu sunt organizate în organe. Sunt diploblastice, având doar două straturi germinale principale, ectoderm și endoderm. Micii placozoa sunt asemănători, dar nu au un tub digestiv permanent.
Din animalele rămase, marea majoritate — cuprinzând aproximativ 29 de încrengături și peste un milion de specii — formează o cladă, Bilateria. Corpul este triploblastic, cu trei straturi germinale bine dezvoltate, iar țesuturile lor formează organe distincte. Tubul digestiv are două deschideri, o gură și un anus, și există o cavitate internă a corpului, un celom sau pseudocelom. Animalele cu acest plan al corpului bilateral simetric și cu tendința de a se deplasa într-o direcție au un cap (anterior) și un capăt (posterior), precum și un spate (dorsal) și o burtă (ventral); prin urmare, au și o parte stângă și una dreaptă.
A avea un capăt frontal înseamnă că această parte a corpului întâlnește stimuli, cum ar fi hrana, favorizând cefalizarea, dezvoltarea unui cap cu organe de simț și gură. Mulți bilateria au o combinație de mușchi circulari care contractă corpul, făcându-l mai lung și un set opus de mușchi longitudinali, care scurtează corpul; aceasta permite animalelor cu corp moale cu un schelet hidrostatic să se miște prin peristaltism. De asemenea, au un intestin care se extinde prin corpul practic cilindric de la gură la anus. Multe filum bilateria au larve primare care înoată cu ajutorul cililor și au un organ apical care conține celule senzoriale. Cu toate acestea, există excepții de la fiecare dintre aceste caracteristici; de exemplu, echinodermele adulte sunt simetric radial (spre deosebire de larvele lor), în timp ce unii viermi paraziți au structuri corporale extrem de simplificate.
Studiile genetice au schimbat considerabil înțelegerea zoologilor despre relațiile din Bilateria. Majoritatea par să aparțină de două linii majore: protostomia și deuterostomia. Cei mai primitivi bilateria sunt Xenacoelomorpha.
Cogniția animalelor cuprinde capacitățile mentale ale animalelor ne-umane. Studiul condiționării și învățării animalelor utilizat în acest domeniu a fost dezvoltat din psihologia comparată. De asemenea, a fost puternic influențat de cercetări în etologie, ecologie comportamentală și psihologie evoluționistă; se folosește uneori denumirea alternativă de etologie cognitivă. Multe comportamente asociate cu termenul de inteligență animală sunt subsumate în cadrul cogniției animalelor.
Cercetătorii au examinat cogniția animalelor la mamifere (în special primate, cetacee, elefanți, câini, pisici, porci, cai, bovine, ratoni și rozătoare), păsări (inclusiv papagali, păsări de curte, corbi și porumbei), reptile (șopârle, șerpi și broaște țestoase), pești și nevertebrate (inclusiv cefalopode, păianjeni și insecte).
Comportamentul animalelor non-umane a captivat imaginația umană din antichitate și, de-a lungul secolelor, mulți scriitori au speculat despre mintea animalelor sau despre absența lor. Speculațiile despre inteligența animalelor au intrat treptat în domeniul studiului științific după ce Darwin a plasat oamenii și animalele într-un continuum. Această metodă va fi extinsă de George Romanes, care a jucat un rol cheie în apărarea darwinismului și a rafinării sale de-a lungul anilor.
Nemulțumit de abordarea anterioară, E. L. Thorndike a adus comportamentul animalelor în laborator pentru examinare obiectivă. Observațiile minuțioase ale lui Thorndike asupra evadării pisicilor, câinilor și puiilor din cutiile de puzzle l-au determinat să concluzioneze că ceea ce observatorului uman naiv i se pare un comportament inteligent poate fi atribuit strict asociațiilor simple. Potrivit lui Thorndike, folosind Canonul lui Morgan, inferența rațiunii, a perspicacității sau a conștiinței animale este inutilă și înșelătoare. Cam în același timp, I. P. Pavlov și-a început studiile seminale ale reflexelor condiționate la câini. Pavlov a abandonat rapid încercările de a deduce procesele mentale canine; asemenea încercări, a spus el, au dus doar la dezacord și confuzie. Cu toate acestea, era dispus să propună procese fiziologice nevizibile care ar putea explica observațiile sale.
În epoca clasică, Aristotel a împărțit animalele, pe baza propriilor sale observații, în cele cu sânge (aproximativ, vertebratele) și cele fără. Animalele au fost apoi aranjate pe o scară pornind de la om (cu sânge, 2 picioare, suflet rațional) în jos, prin tetrapode (cu sânge, 4 picioare, suflet sensibil) și alte grupuri, cum ar fi crustacee (fără sânge, multe picioare, suflet sensibil) până la creaturi care generate spontan precum bureții (fără sânge, fără picioare, suflet vegetal). Aristotel nu era sigur dacă bureții erau animale (conform sistemului său ele trebuind să aibă senzații, apetit și locomoție) sau plante. Aristotel știa că bureții pot simți atingerea și se vor contracta dacă sunt pe punctul de a fi scoși de pe stâncile lor și, de asemenea, că erau înrădăcinați ca plantele și nu se mișcau niciodată.
În 1758, Carl Linnaeus a creat prima clasificare ierarhică în Systema Naturae. În schema sa inițială, animalele reprezentau unul dintre cele trei regnuri și erau împărțite în clasele: Vermes, Insecta, Pești, Amfibii, Aves și Mammalia. De atunci, ultimii patru au fost incluși într-o singură încrengătură, Chordata, în timp ce Insecta (care includea crustaceii și arahnidele) și Vermes au fost redenumiți sau separați. Procesul a fost început în 1793 de Jean-Baptiste de Lamarck, care a numit Vermes une espèce de chaos (o specie haotică) și a împărțit grupul în trei încrengături noi: viermi, echinoderme și polipi (care conținea corali și meduze). În 1809, în Philosophie Zoologique, Lamarck a creat 9 încrengături în afară de vertebrate (unde încă mai avea 4 încrengături: mamifere, păsări, reptile și pești) și moluște, și anume cirripede, anelide, crustacee, arahnide, insecte, viermi, radiata, polipi și infusoria.
În 1817, în Le Règne Animal, Georges Cuvier a folosit anatomia comparativă pentru a grupa animalele în patru ramificații („ramuri” cu diferite planuri ale corpului, care corespund aproximativ încrengăturilor) și anume: vertebrate, moluște, animale articulate (artropode și anelide) și zoofite (radiata) (echinoderme, cnidaria și alte forme). Această împărțire în patru a fost urmată de embriologul Karl Ernst von Baer în 1828, de zoologul Louis Agassiz în 1857 și de anatomistul comparativ Richard Owen în 1860.
În 1874, Ernst Haeckel a împărțit regnul animal în două subregnuri: Metazoa (animale multicelulare, cu cinci încrengături: celenterate, echinoderme, articulate, moluște și vertebrate) și Protozoare (animale unicelulare), inclusiv o a șasea încrengătură, bureți. Protozoarele au fost mutate mai târziu în fostul regn Protista, lăsând doar Metazoa ca sinonim al Animalia.