Anatomia comparata

Anatomia comparata 23/09/19

Branca dell’anatomia che confronta la forma e struttura di organismi diversi, funzione, storia, evidenziando similitudini e differenze in relazione alla loro funzione e alla loro storia evolutiva.

Dai rettili si sono sviluppate due linee evolutive: mammiferi e uccelli.

La forma di un organismo è strettamente connessa con la sua funzione: differenze morfo-funzionali tra i vari animali, vantaggi evolutivi. Esempio: differenza testa nei pesci e in animali terrestri, testa mobile, consente di avere un campo visivo migliore, per cacciare, difendersi meglio.

Esempio orso e uccelli, differenza nella forma degli arti per le penne. Dal punto di vista strutturale sono identiche, ma la conquista evolutiva maggiore sono le penne che permettono agli uccelli di spostare una quantità d’aria sufficiente per volare; forma del corpo degli uccelli che ricorda la forma affusolata di un aereo, per esprimere il concetto di forma – funzione.

La morfologia degli organismi non è statica ma dinamica, che può cambiare. Le cause che promuovono il cambiamento sono divise in due classi: prossime ed evolutive.

Cause prossime

Avvengono nel corso della vita dell’individuo.

• Causa fisiologica: l’anatomia di un organo può variare in relazione al suo stato funzionale. Esempio cuore, diastole fase in cui il cuore si rilassa e sistole in cui il cuore si contrae. Cuore fatto da ventricolo destro e sinistro, quest’ultimo è più grande. Camera del ventricolo sinistro in fase di diastole è più grande rispetto che in fase di sistole. Altro esempio è la vescica.
• Cause patologiche: esempio patologie cardiache, esempio cardiomiopatia evolutiva. Il cuore malato ha una parete con spessore minore e una camera ventricolare con dimensione maggiore.
• Causa ciclo vitale: anatomia di uomo adulto e di un feto hanno strutture diverse. Oppure nel caso delle rane che fanno sviluppo indiretto, la larva non è uguale all’adulto, il girino ha una testa e una coda, compaiono prima gli arti posteriori, poi anteriori. Poi fa metamorfosi e quindi passa allo stadio adulto, perde coda, arti molto evidenti e funzionanti, cambia respirazione da quella branchiale a quella polmonare ed epidermica.
• Causa adattamento: si vede soprattutto a livello del manto, esempio volpe artica che si presenta con un colore diverso a seconda della stagione per potersi mimetizzarsi meglio, bruno nella stagione estiva, bianco in inverno.

Cause evolutive

Avvengono nel corso dell’evoluzione della specie in tempi lunghi: cambiamento nella morfologia di un organismo da una generazione all’altra, esempio negli arti dei vertebrati. Hanno stessa organizzazione strutturale con delle differenze morfologiche. Formati dagli stessi elementi ossei ma evoluti per diverse ragioni di movimento.

Processo evolutivo: avere meccanismi di sopravvivenza che consentono di adattarsi ai diversi ambienti e cambiamenti, tramite il processo di selezione casuale. I caratteri verranno tramandati alla generazione successiva. L’uomo è l’unico animale capace di modificare l’ambiente, e non è viceversa.

Lamarck

La sua visione era che l’ambiente era in grado di indurre un cambiamento morfologico. Esempio giraffe hanno collo lungo per poter mangiare, ma per Lamarck l’adattamento è una risposta all’ambiente, quindi per lui se ci fossero piante basse le giraffe tornerebbero ad avere un collo corto.

Darwin

Le trasformazioni morfologiche di una specie sono dovute a variazioni casuali negli individui, su cui in seguito opera l’ambiente, selezionando quegli individui in cui i cambiamenti morfologici conferiscono un vantaggio di sopravvivenza e riproduzione.

La sua teoria, come quella di Wallance, si basa su due concetti: variazione e selezione naturale. È importante la casualità del cambiamento. Il cambiamento non ha lo scopo di adattare l’organismo all’ambiente e non è garantito che compaiano sempre varianti che consentano la sopravvivenza.

Le prove della teoria evolutiva sono state, oltre che gli esperimenti: la comparazione dello scheletro degli arti; organi vestigiali; embriologia, analisi comparata dello sviluppo dei vertebrati. In tutti gli embrioni dei vertebrati compaiono tasche faringee, che in seguito diventano branchie funzionali nei ciclostomi, condroitti, osteitti e anfibi allo stadio larvale, ma non in rettili, uccelli e mammiferi. Ciò ci permette di dedurre che questi ultimi tre gruppi derivano evolutivamente da animali acquatici, che respiravano con branchie, per cui nel corso dello sviluppo inizia la formazione delle branchie, ma in seguito non procede perché la selezione naturale ne rende inutile la presenza.

Concetti dell’evoluzione di Darwin

Genotipo: è il nostro genoma, i geni che abbiamo nel nostro patrimonio genetico, indica la maggior parte delle caratteristiche che deve avere il fenotipo. Il fenotipo è l’insieme delle caratteristiche morfologiche e funzionali di un organismo. Alcuni caratteri del fenotipo dipendono anche dall’interazione tra il genotipo e l’ambiente.

Omologia e analogia

Strutture omologhe in organismi diversi quando svolgono una funzione simile, dal punto di vista anatomico sono simili e derivano dalla stessa struttura ancestrale, quindi questi organismi dovevano avere un antenato in comune.

Un esempio di omologia è l’arto anteriore della talpa e del gorilla: entrambi i loro arti anteriori derivano dall’arto anteriore di un mammifero primitivo da cui sono discese le due specie.

Strutture analoghe, quando svolgono la stessa funzione ma non hanno un antenato comune. Per esempio, l’ala di una mosca e quella di un uccello sono simili per analogia. L’antenato comune dei due animali, con tutta probabilità, era privo di ali, considerando inoltre che l’ala di un insetto non è un arto modificato, come quello di un uccello, ma deriva da una plica del tegumento dorsale.

Esempio di omologia sono gli arti dei vertebrati, sono strutture che svolgono la stessa funzione, esempio arto gorilla, delfino, pipistrello, piccione. Provengono dall’evoluzione di una stessa struttura ancestrale, infatti hanno in comune di derivare dai rettili. Morfologia, posizione e funzioni simili, sviluppo embrionale sovrapponibile, da geni ortologhi.

Omonoma

Metameria, due tipi omonoma o eteronoma. Quando ci sono strutture che si ripetono in modo perfettamente uguale, in direzione cefalo – caudalica, esempio nei pesci, fasci muscolari che si ripetono dal capo verso la coda.

Eteronoma

Quando c’è una ripetizione di strutture diverse tra loro, esempio colonna vertebrale, formata da vertebre che si ripetono dal capo alla parte caudale ma sono diverse tra loro. Esempio colonna del pesce.

Analogia

In specie molto lontane tra loro dal punto di vista evolutivo, dovute da convergenza evolutiva e parallelismo.

Convergenza evolutiva

Quando due animali filogeneticamente lontani sviluppano una stessa struttura. Esempio coniglio e pollo hanno entrambi intestino cieco, entrambi sono erbivori, intestino cieco comparso in modo evolutivo in modo indipendente l’uno dall’altro, ma in base alla dieta.

Parallelismo

È la comparsa di strutture analoghe in specie filogeneticamente vicine che seguono strade evolutive semplici in contesti ambientali simili: ad esempio le ventose sulle dita degli anuri, comparse indipendentemente in molte specie con costumi arboricoli, favorite dalla selezione naturale in quanto migliorano l’adesione al substrato.

Strutture con morfologia simile ma che svolgono funzione diversa. Esempio pesce dragone ha espansioni che ricordano foglie delle alghe, ma hanno funzioni diverse. Nei teleostei hanno una funzione di mimetismo, nelle alghe hanno una funzione di sostegno degli organi riproduttivi, ancoraggio al substrato e di fotosintesi.

Paralogia, quando ci sono strutture che svolgono funzioni diverse ma che hanno avuto origine dalla stessa struttura ancestrale. Esempio canali di membrana del sodio, potassio e calcio.

Piani di sezione dei vertebrati

Piani immaginari per descrivere il corpo dell’animale. I vertebrati sono animali a simmetria bilaterale, cioè la maggior parte delle loro strutture si ripete in modo simmetrico rispetto ad un piano, detto piano sagittale, rispetto a questo il corpo dell’animale si divide in parte dx e sx. Questa simmetria è legata ad una locomozione relativamente rapida, in cui l’animale spinge sempre in avanti il capo.

Regione anteriore, cefalica, = parte di un organo che è portata avanti nella locomozione; regione posteriore, caudale, = la parte opposta.

La simmetria bilaterale comporta anche che durante la locomozione una regione del corpo sia tenuta verso l’alto, regione dorsale, e un’altra verso il basso, regione ventrale.

• Piano di sezione sagittale: che divide il corpo in due parti perfettamente uguali, tutti gli animali hanno simmetria bilaterale. Due parti perfettamente uguali vuol dire che gli organi che trovo da una parte sono più o meno uguali dalle due parti, gli organi impari si trovano in corrispondenza dell’asse mediano, esempio cervello, cuore. La simmetria bilaterale ha permesso il movimento degli animali in avanti. La regione di un organo più vicina al piano sagittale è definita regione mediale, mentre quella più lontana è definita regione laterale.
• In un organo allungato, regione prossimale = regione più vicina alla base d’impianto dell’organo e regione distale = quella all’estremità opposta.
• Piano di sezione trasversale: divide l’animale in una parte anteriore, comprendente il capo, e una posteriore, comprendente la coda.
• Piano di sezione frontale: che divide la parte dorsale e quella ventrale.

Piani di sezione nell’uomo: il piano mediale divide la parte destra e sinistra, il piano trasversale divide la parte superiore e posteriore.

Tipicamente, ma non sempre, un organo impari è disposto lungo il piano sagittale ed è diviso in due parti speculari, mentre gli organi pari si dispongono ai lati opposti del piano sagittale.

Tecniche di studio usate in anatomia comparata

Dissezione, tecniche per immagine, TAC, radiografia, e tecniche di biologia molecolare, genotipo.

• Dissezione: suddivisione, aprire il corpo per vedere organizzazione organi, a sua volta dissezione dell’organo.

Cordati 30/09/19

Phylum.

Presenza di:

• Notocorda;
• Tubo neurale cavo;
• Faringe con fessure branchiali in almeno una delle fasi del ciclo vitale dell’organismo;
• Eumetazoi;
• Simmetria bilaterale;
• Triblastici.

Sono eumetazoi, organismi pluricellulari, cellule che si organizzano in tessuti, un tessuto è una serie di cellule specializzate a svolgere una determinata funzione, hanno simmetria bilaterale importante e compare coi cordati, spinge gli animali ad avere una locomozione in avanti.

Sono deuterostomi: dal blastoporo deriva l’ano, nell’animale adulto il sistema nervoso è posto dorsalmente rispetto all’apparato digerente.

Ectoderma, endoderma e mesoderma, triblastici, maggiore complessità. Sono celomati: cavità mesodermica in cui sono presenti gli organi viscerali.

Tutti questi caratteri si ritrovano nei vertebrati, per questo i vertebrati sono un subphylum dei cordati. Altri subphyla dei cordati sono i tunicati e cefalocordati, anfiossi. Subphylum cranioti, per la presenza di un cranio.

[I vertebrati quindi sono eumetazoi bilateri deuterostomi cordati]

Notocorda

Notocorda, o corda dorsale: svolge funzione di sostegno, è tipo uno scheletro primitivo. Nei cefalocordati è presente per tutto il ciclo vitale, negli urocordati è presente solo nello stadio larvale e nei vertebrati compare nei primi stadi embrionali per poi essere sostituita dalla colonna vertebrale.

Assenza di connettivo. Cellule di grosse dimensioni all’interno delle quali ci sono vescicole ricche di polisaccaridi acidi, = zucchero complesso formato da una serie di monosaccaridi, è ricco di gruppi OH che gli permettono di essere idrofilica, quindi richiama acqua, questo conferisce alle cellule turgidità e quindi resistenza alle cellule.

Cellule rivestite da una guaina connettivale e guaina di collagene. Attività contrattile importante perché legata al movimento dei cefalocordati. La colorazione istologica permette di mettere in evidenza il nucleo, in posizione laterale perché schiacciato. Le sue caratteristiche fisiche sono: alta flessibilità ed incomprimibile, in larghezza e lunghezza. È costituita da una sorta di cordone, posto dorsalmente al canale alimentare, che, associato ai muscoli, consente il movimento ondulatorio del corpo. Inoltre il nuoto è consentito da una coda muscolare postanale, sostenuta dalla notocorda e fornita di muscoli.

Cordone nervoso cavo

È un tubo pieno di liquido situato sopra la superficie dorsale del tubo neurale. Nei cefalocordati e urocordati non dà origine all’encefalo. Nei vertebrati sì e corrisponde alla parte anteriore di questo cordone cavo; durante lo sviluppo embrionale la parte anteriore del cordone si ingrossa per formare l’encefalo mentre la parte posteriore dà origine al midollo spinale.

Fessure branchiali

Aperture a livello della faringe, la parte più anteriore del canale alimentare, che consentono all’acqua di uscire. Anche nei vertebrati, ma hanno funzione diversa, nei cefalo e urocordati hanno funzione legata al processo di alimentazione perché esce semplicemente l’acqua a livello della trachea, perché sono filtratori, si nutrono di sostanze che sono in sospensione nell’acqua. Nei pesci, vertebrati, è legata alla respirazione, nei tetrapodi sono presenti in stato embrionale, anfibi, rettili, uccelli e mammiferi.

Il meccanismo del flusso di acqua per la respirazione o per l’alimentazione, filtrazione, introduce l’endostilo: una doccia che corre lungo la parte inferiore della faringe, costituita da cellule secernenti muco, il quale ha funzione di catturare le particelle di cibo.

Simmetria bilaterale: assenza dell’asse di simmetria primario. Simmetria laterale, destro-sinistra: il corpo può essere diviso in due parti uguali da un piano sagittale, gli invertebrati hanno simmetria radiale, questa può dividere l’animale con diversi piani, con la bilaterale sono un piano che divide dx e sx.

Funzione del cranio: proteggere organi sensoriali ed encefalo. Struttura che si è evoluta grazie ad una simmetria bilaterale.

Deuterostomi e protostomi

Triblastici: l’embrione è formato da tre foglietti embrionali.

Celomati: tubo neurale e notocorda dorsali. Cavità celomatica mesodermica che circonda i visceri addominali.

Bassi cordati: cefalocordati e urocordati.

Cefalocordati

Comprende numero limitato di forme animali, sono simili fra di loro, indicati come “anfiosso” e nella sistematica formale è “branchiostoma”.

Asymmetron lucayanum: ha aspetto pesciforme, per la sua forma affusolata, nella parte caudale si vede una coda, ma gli mancano pinne pari, che si trovano dorsalmente a livello pettorale. Dimensione che va a 0.5 a 8 cm, vive sui fondali. Fa sporgere solo la testa dalla sabbia, è un filtratore e passa la sua vita per lo più in modo sedentario. Si possono spostare facilmente anche se in modo poco efficace poiché hanno pinne scarsamente sviluppate. Possiedono solo una pinna dorsale e mancano di pinne pari o di qualsiasi altra appendice presente nei pesci. Le branchie sono protette da strutture di cartilagine.

Notocorda è presente per tutto il ciclo vitale dalla parte caudale a quella cefalica ed è la principale struttura scheletrica. Notocorda contiene cellule muscolari che gli permettono di variare la propria turgidità.

Il cordone nervoso dorsale non dà origine all’encefalo. Nella parte anteriore si trovano organi sensoriali, paragonabili a occhi e naso. Nella parte anteriore del tubo neurale è presente una piccola vescica cerebrale.

Gran parte della muscolatura dell’anfiosso è metamerica, cioè costituita da una sequenza lineare di miotomi a forma di V separati da sottili setti di tessuto connettivo. Hanno epidermide sottile. Sistema di riproduzione primitivo, le gonadi sono metameriche, come apparato di secrezione organizzato in protonefridi.

La parte più specializzata e complessa è il tubo digerente, che inizia con apertura boccale, preceduta da un vestibolo, delimitato cirri rigidi fatti di cartilagine, dopo c’è la trachea in cui sono presenti 50 fessure branchiali, posizionati sui lati in modo pari, il lato destro e sinistro. Le fessure branchiali sono ricoperte da pliche di cartilagine che vanno a delimitare uno spazio chiamato atrio o spazio parabranchiale, il quale è collegato con l’esterno attraverso l’atrioporo. Anche il velum, una membrana che circonda la bocca nella parte posteriore del vestibolo, ha tentacoli che selezionano le particelle.

Lungo il tubo digerente non si trovano organi, è presente una estroflessione sacciforme dell’intestino paragonata al fegato anche se l’omologia è dubbia. Qui potrebbero avvenire processi di fagocitosi e di digestione intracellulare. Non è presente lo stomaco.

Epitelio della trachea è ciliato per favorire il movimento dell’acqua che viene spinta dalla trachea alle fessure branchiali, c’è anche l’endostilo, è una regione che cattura il cibo che produce muco con ghiandole unicellulari mucipare, si presenta come una doccia, la trachea si entroflette in questo endostilo. Le ciglia muovono sia l’acqua che il muco. I cefalocordati respirano attraverso la pelle.

Gli anfiossi sono a sessi separati; i gameti vengono liberati dall’atrio e la fecondazione è esterna