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A Evolução dos Cnidários: Insights dos Quadrapyrgites

Estudo revela como os cnidários antigos se adaptaram nas suas formas de alimentação ao longo de milhões de anos.

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Os cnidários são animais aquáticos simples que vivem principalmente no oceano. Esse grupo inclui águas-vivas, corais e gorgônias. Eles têm um ciclo de vida único que normalmente tem duas etapas principais: a fase de medusa, que é livre e em forma de sino, e a fase de pólipo, que está grudada em uma superfície.

Águas-vivas nadando

As águas-vivas, um tipo de medusa, nadam contraindo os músculos e empurrando a água para fora do corpo. Esse movimento permite que elas subam na água. Elas não precisam de órgãos especiais para respirar, já que as camadas do corpo estão sempre em contato com a água, facilitando a entrada de oxigênio. Por outro lado, os Pólipos, que são como pequenas anêmonas do mar, usam seus tentáculos para pegar comida da água.

Cnidários antigos

Os cientistas estudaram formas antigas de cnidários usando registros Fósseis. Eles descobriram que as primeiras estruturas parecidas com águas-vivas datam de uma época chamada período Ediacarano, cerca de 560 milhões de anos atrás. Alguns fósseis mostraram sinais de ter uma forma semelhante à das águas-vivas, enquanto outros podem ter pertencido a tipos iniciais de corais. Esses primeiros animais eram, na maioria, estacionários e não nadavam livremente.

Os primeiros fósseis conhecidos de águas-vivas nadando vêm do período Cambriano, há cerca de 519 milhões de anos. Essas águas-vivas tinham estruturas corporais semelhantes às águas-vivas modernas, sugerindo que elas podem ter nadado muito antes do que se pensava.

Evidências fósseis do período Cambriano

Durante o início do Cambriano, pesquisadores descobriram fósseis tiny parecidos com águas-vivas, que deram pistas sobre como esses animais evoluíram. Diferentes famílias desses fósseis foram identificadas, cada uma mostrando formas corporais únicas. Uma família, Olivooidae, tinha várias formas, algumas parecidas com águas-vivas modernas.

Um fóssil específico, Olivooides, foi examinado de perto usando técnicas de imagem avançadas. Esses embriões mostram uma estrutura interna complexa, indicando que mesmo nos estágios iniciais, esses animais tinham características especializadas. Isso sugere que a capacidade deles de se mover e se alimentar pode ter sido mais avançada do que se pensava.

Entendendo Quadrapyrgites

Entre esses fósseis, Quadrapyrgites é particularmente notável. Ele tinha uma forma que lembra as águas-vivas modernas e uma cobertura externa única. A camada externa tinha várias características que permitiam interagir com a água ao redor. A estrutura do seu corpo sugere que ele podia realizar movimentos de alimentação, um pouco como as águas-vivas fazem hoje.

Os estudos de Quadrapyrgites revelaram que esse organismo podia alternar entre estágios de expansão e contração, permitindo que ele puxasse água para dentro e empurrasse para fora. Esse ciclo pode ter sido vital para capturar partículas de comida da água ao redor.

Simulando movimento e alimentação

Para aprender mais sobre como esses animais antigos se moviam e se alimentavam, os cientistas usaram simulações por computador. Eles criaram modelos para imitar a forma como Quadrapyrgites se expandiria e contrairia. Os resultados mostraram como esses movimentos criavam fluxo de água ao redor do organismo, aumentando sua capacidade de pegar comida.

Ao mudar a velocidade desses movimentos, os pesquisadores puderam ver como isso afetava o fluxo da água. Movimentos mais rápidos aumentaram a troca de água, provavelmente melhorando a eficiência alimentar do pólipo.

Como o fluxo de água afeta a alimentação

O fluxo de água é crucial para a alimentação em animais aquáticos. Fluxos mais rápidos permitem que mais água passe e podem ajudar a trazer partículas de comida mais perto do animal. Porém, se o fluxo da água for muito rápido, ele pode levar a comida embora antes que o animal consiga alcançar.

As simulações indicaram que Quadrapyrgites provavelmente prosperou em ambientes com fluxo de água moderado. Esse ambiente ajudaria na captura de comida de forma eficaz, sem ser levado por correntes fortes.

O papel dos vórtices na alimentação

Enquanto Quadrapyrgites se expandia e contraía, ele criava movimentos giratórios, conhecidos como vórtices, ao redor do seu corpo. Esses vórtices ajudam a reunir partículas de comida e levá-las para a boca do pólipo. O estudo desses movimentos revelou que eles poderiam aumentar as chances de pegar comida durante o processo de alimentação.

Os padrões desses vórtices foram comparados aos movimentos de águas-vivas modernas, onde padrões semelhantes de vórtices podem ser observados durante a natação. Em ambos os casos, os padrões de fluxo ajudam tanto na alimentação quanto no movimento.

Significado evolutivo

As descobertas sobre os mecanismos de alimentação dos primeiros cnidários, como Quadrapyrgites, são significativas para entender como essas criaturas evoluíram. À medida que o tamanho e a complexidade desses pólipos aumentaram, seus métodos de alimentação provavelmente também se adaptaram.

Pólipos maiores precisariam desenvolver músculos mais fortes e estruturas melhores para capturar comida de forma eficaz, possivelmente levando à evolução de comportamentos de natação mais avançados vistos nas águas-vivas modernas.

Direções para pesquisas futuras

Há muitas áreas para exploração adicional sobre a alimentação e o movimento dos cnidários antigos. Por exemplo, estudos futuros poderiam focar em como esses organismos viviam em comunidades, influenciando o comportamento alimentar uns dos outros e se adaptando aos seus ambientes locais.

Compreender as interações dessas formas de vida primárias com seus arredores fornece um ótimo entendimento da história evolutiva da vida aquática. Ao examinar como organismos antigos gerenciavam sua alimentação e movimento, os pesquisadores podem entender melhor as complexidades da vida no antigo oceano.

Conclusão

O estudo dos cnidários antigos, como o Quadrapyrgites, mostra como esses primeiros animais se adaptaram aos seus ambientes ao longo de milhões de anos. Através de várias etapas da vida, eles desenvolveram estruturas e mecanismos únicos que permitiram que prosperassem em um mundo subaquático competitivo.

As percepções obtidas a partir desses estudos são essenciais para desvendar a história da vida marinha e sua evolução ao longo do tempo, destacando as conexões entre organismos aquáticos antigos e modernos.

Fonte original

Título: Dynamic simulations of feeding and respiration of the early Cambrian periderm-bearing cnidarian polyps

Resumo: Although fossil evidence suggests the existence of an early muscular system in the ancient cnidarian jellyfish from the early Cambrian Kuanchuanpu biota (ca. 535 Ma), south China, the mechanisms underlying the feeding and respiration of the early jellyfish are conjectural. Recently, the polyp inside the periderm of olivooids was demonstrated to be a calyx-like structure, most likely bearing short tentacles and bundles of coronal muscles at the edge of the calyx, thus presumably contributing to feeding and respiration. Here, we simulate the contraction and expansion of the microscopic periderm-bearing olivooid Quadrapyrgites via the fluid-structure interaction computational fluid dynamics (CFD) method to investigate their feeding and respiratory activities. The simulations show that the rate of water inhalation by the polyp subumbrella is positively correlated with the rate of contraction and expansion of the coronal muscles, consistent with the previous feeding and respiration hypothesis. The dynamic simulations also show that the frequent inhalation/exhalation of water through the periderm polyp expansion/contraction conducted by the muscular system of Quadrapyrgites most likely represents the ancestral feeding and respiration patterns of Cambrian sedentary medusozoans that predated the rhythmic jet-propelled swimming of the modern jellyfish. Most importantly for these Cambrian microscopic sedentary medusozoans, the increase of body size and stronger capacity of muscle contraction may have been indispensable in the stepwise evolution of active feeding and subsequent swimming in a higher flow (or higher Reynolds number) environment. Impact statementTo the best of our knowledge, our study is the first to simulate the feeding and respiration patterns of Quadrapyrgites by introducing a dynamic fluid-structure coupling method, revealing the relationship between the ancient medusozoans and modern jellyfish.

Autores: Tao Zhang, X. Wang, J. Han, J. Xiao, Y. Yong, C. Yu, N. Yue, J. Sun, K. He, W. Hao, B. Wang, D. Wang, X. Yang

Última atualização: 2024-04-20 00:00:00

Idioma: English

Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.07.28.550931

Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.07.28.550931.full.pdf

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

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