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O Departamento de Invertebrados abriga coleções científicas de grande relevância para o estudo dos táxons alvo de suas pesquisas, incluindo um número considerável de espécimes Tipo. Tais coleções são depositárias da biodiversidade, com amostras ampliadas continuamente como resultado das atividades de pesquisa dos integrantes do DI e por meio de doações. Seus espécimes estão acomodados na Sala de Coleções Prof. Paulo Young seu estudo possibilita uma intensa e rica produção científica.
O acervo está distribuído em oito coleções principais: Aracnologia, Carcinologia, Celenterologia, Echinodermata, Mollusca, Polychaeta, Porifera e outras coleções secundárias (em número de lotes): Ascidiacea, Brachiopoda, Bryozoa, Echiura, Nematoda, Nemertea, Platyhelminthes e Sipuncula. Dentre os destaques das coleções biológicas do Departamento de Invertebrados, está a representatividade de espécimes de mar profundo de diversos filos, incluindo material tipo que é aquele utilizados como base para a descrição de novas espécies.
As coleções do DI incluem o registro de ocorrência de aproximadamente um milhão de espécimes distribuídos em cerca de 150.000 lotes. Como consequência do incêndio que atingiu o Palácio do Museu Nacional em setembro de 2018, parte considerável desses espécimes foi destruída, sendo as coleções de Mollusca e Arachnida as mais afetadas. Apesar dessa perda, as informações sobre a origem (coleta e determinação taxonômica) de cada lote foram preservadas nas bases de dados informatizadas já existentes. Além disso, esforços para a recomposição dos acervos têm sido feitos, através de coletas e recebimento de doações.
