Appunti completi zoologia parte generale

Zoologia generale

Indice

• Introduzione alla zoologia
• L’organismo animale
• Il bauplan
• Bauplan II
• Nutrizione
• Respirazione
• Circolazione
• Escrezione
• Osmoregolazione
• Tegumento
• Apparato scheletrico
• Sistema nervoso
• Recettori sensoriali
• Sistema endocrino
• Movimento
• Simbiosi
• Riproduzione
• Sviluppo
• Cenni di tassonomia

Lezioni 1 e 2: introduzione alla zoologia

La zoologia è lo studio degli animali, inclusi i protozoi (protisti) per tradizione. I protisti sono organismi unicellulari con caratteristiche di animalità. La zoologia studia la morfologia, la fisiologia, l'ecologia e l'etologia dell'animale dal punto di vista evoluzionistico ed analizza strategie riproduttive e funzioni fisiologiche. Ha l’obiettivo di conoscere nel dettaglio le specie e altri aspetti nel contesto ambientale in cui avvengono la speciazione e i meccanismi di classificazione delle specie animali.

Phylum: gruppi zoologici

Gli esseri viventi sono suddivisi in 5 regni:

• Batteri: procarioti, microrganismi unicellulari
• Protisti: eucarioti, microrganismi unicellulari
• Funghi: eucarioti, pluricellulari
• Piante: eucarioti, pluricellulari
• Animali: eucarioti, pluricellulari

Numero di specie descritte: ~1.8 milioni, numero di specie stimate: ~9 milioni.

Gli animali sono suddivisi "erroneamente" in vertebrati ed invertebrati:

• Vertebrati: con apparato scheletrico, sottogruppo di un solo phylum, 3% delle specie;
• Invertebrati: senza apparato scheletrico, molti phylum interi, 97% delle specie;

Biodiversità

La biodiversità è la ricchezza in specie dei vari ambienti, ma anche l’insieme dei processi evolutivi che l’hanno generata e le relazioni sistemiche che conferiscono ad ogni specie un ruolo cruciale. La biodiversità sulla terra è elevatissima e perlopiù inesplorata. Gli animali sono il regno a maggiore ricchezza in specie, e tra gli animali, la diversità è dominata dagli artropodi e dagli insetti.

• Kingdom Animalia:
• Phylum Artropodi (Arthropoda): - 75% degli animali
• Class Insetti (Insecta): - maggior parte degli artropodi
• Order Coleotteri (Coleoptera): ~290.000 specie
• Subphylum Crostacei (Crustacea)
• Superclass Miriapodi o millepiedi (Myriapoda)
• Subphylum Chelicerata
• Class Aracnidi (Arachnida)
• Order Araneidi o Ragni (Araneae)

Storia della zoologia

Aristotele, il primo grande biologo della storia, riteneva che tutti gli esseri viventi potessero essere disposti in una scala gerarchica, cioè ordinata per complessità crescente (scala Naturae, scala della natura). In questa gerarchia, gli organismi più semplici occupano lo scalino più basso, l’uomo quello più alto e tutti gli altri organismi si trovano in una posizione intermedia. Secondo questa teoria (nota come fissismo), gli organismi non avrebbero mai subito variazioni nel corso del tempo. Aristotele riteneva che gli organismi viventi fossero sempre esistiti, senza fare però alcun riferimento alla loro origine.

Carlo Linneo

Introdusse il concetto di specie. Naturalista svedese, formulò un primo valido concetto di specie basato su caratteri morfologici. Ideò la nomenclatura binomia per l’identificazione di ogni singola specie; classificò e ordinò tutti i viventi in un sistema Naturale secondo un’organizzazione gerarchica di ampiezza progressiva. Nel 1825 pubblicò Philosophia botanica, un’opera che esercitò una grande influenza su molti contemporanei dove veniva affermato e ribadito che:

• Le specie erano spontaneamente disposte in un sistema naturale che si prestava alla classificazione;
• Le specie erano state create in forma eterna ed immutabile secondo un progetto divino (fissismo).

L’attuale classificazione si fonda sulla classificazione di Linneo e si basa su 7 raggruppamenti, di ampiezza progressiva, detti categorie sistematiche:

• Regno
• Phylum
• Subphylum
• Superclasse
• Classe
• Sottoclasse
• Coorte
• Superordine
• Ordine
• Sottordine
• Superfamiglia
• Famiglia
• Sottofamiglia
• Tribù
• Genere
• Sottogenere
• Specie
• Sottospecie

La nomenclatura binomiale

Con questo metodo tassonomico a ciascun organismo sono attribuiti due nomi in latino: il primo nome inizia con lettera maiuscola e si riferisce al genere di appartenenza dell’organismo stesso, che è lo stesso per tutte le specie che condividono alcuni caratteri principali. Il secondo nome ha l'iniziale minuscola, è spesso descrittivo e designa la specie propriamente detta. Va scritto in corsivo; autore e anno si può omettere solo nel caso di Linneo. I due nomi insieme identificano la specie in modo univoco in tutto il mondo. Il leone, la tigre, il leopardo, e il giaguaro delle nevi appartengono allo stesso genere Panthera, ma sono specie differenti:

• Panthera Leo
• Panthera tigris
• Panthera pardus
• Panthera uncia

Esempio di tassonomia:

• Regno: animali
• Phylum: cordati
• Subphylum: vertebrati
• Classe: mammiferi
• Ordine: primati
• Famiglia: ominidi
• Genere: gorilla
• Specie: beringei
• Sottospecie: Gorilla beringei beringei

Un codice internazionale (International Code of Zoological Nomenclature) assicura, attraverso regole condivise, che ogni specie animale sia descritta e nomenclatura secondo criteri comuni. Ai tempi di Linneo la classificazione degli organismi si basava solo sull’osservazione dei caratteri morfologici e anatomici.

Specie biologica

La definizione di specie biologica è stata proposta nel 1942 da Ernst Mayr. Secondo questa definizione, le specie sono insiemi di popolazioni naturali i cui individui possono incrociarsi tra loro e generare prole fertile. Oggi si ricorre anche allo studio dei fossili, delle strutture omologhe, delle fasi embrionali, delle sequenze di DNA e proteine.

George Louis Leclerc, Conte di Buffon

Biologo, matematico e cosmologo, contribuì alla proposta della nomenclatura binomia. Fu il più importante precursore di Lamarck e Darwin durante l'Illuminismo.

Georges Cuvier

Paleontologo e anatomo-comparatista, fu all'avanguardia all'inizio dell’800 quando la paleontologia mise in crisi l’idea dell’immutabilità delle specie. Le numerose scoperte di fossili dimostravano infatti che gli organismi viventi non sono immutabili. Georges Cuvier, convinto creazionista, propose allora la teoria delle catastrofi, o catastrofismo. Secondo questa teoria, la terra, nel corso della sua lunga storia, sarebbe stata interessata da eventi catastrofici di corta durata e di carattere violento. In seguito a questi eventi, le specie sarebbero andate incontro a estinzione, per essere sostituite successivamente da nuove specie. Secondo Cuvier, si sarebbero verificate almeno 27 catastrofi; l’ultima sarebbe stata il diluvio universale. L’estinzione oggi è considerata una componente fondamentale dell’evoluzione.

Jean-Baptiste Lamarck

Coniò il termine biologia e pubblicò nel 1809 l'opera Philosophie zoologiche, elaborando la prima teoria evoluzionistica basata su: uso e disuso di organi e strutture, ed ereditarietà dei caratteri acquisiti. Lamarck giunse alla conclusione corretta che gli organismi, così come si presentavano al momento attuale, fossero il risultato di un processo graduale di modificazioni avvenuto sotto la pressione delle esigenze ambientali. Il modello di Lamarck si basava sul presupposto non corretto dell’ereditabilità dei caratteri acquisiti: gli organi degli animali diventerebbero più o meno sviluppati in seguito all’uso o al disuso, e questi mutamenti sarebbero trasmissibili dai genitori ai figli.

Charles Darwin (1809 - 1882)

Darwin, biologo, geologo, zoologo, e botanico, propose la sua teoria dell’evoluzione delle specie per selezione naturale con la pubblicazione dell’opera L’origine delle Specie (1859). Molti dei dati su cui si basò la sua teoria furono raccolti durante un viaggio intorno al mondo sul brigantino Beagle, e in particolare durante la sua sosta alle Isole Galapagos. I fringuelli di Darwin sono il simbolo dell’evoluzione sulle isole Galapagos: quando Darwin visitò queste isole, notò che esistevano 13 specie di fringuelli. Queste specie non si trovano in altri luoghi del mondo. Darwin osservò che ciascuna specie presentava un becco con una morfologia diversa e concluse che questi diversi becchi fossero il risultato di un processo di selezione naturale: adattamenti allo specifico tipo di alimentazione e allo specifico habitat dei fringuelli.

Es. Selezione naturale:

• All’interno di una popolazione di giraffe alcune presentano il collo più lungo;
• Un cambiamento climatico provoca la diminuzione della vegetazione;
• Le giraffe con il collo più lungo possono alimentarsi, sopravvivere e trasmettere questo carattere alla prole.

Gli individui più adatti al proprio ambiente sopravvivono e si riproducono con successo. La sopravvivenza dei favoriti è il risultato di un processo di selezione da parte dell’ambiente, chiamato da Darwin selezione naturale, per analogia con la selezione artificiale effettuata dagli allevatori e dagli agricoltori.

La biodiversità e l’evoluzione

Le specie, progressivamente diversificandosi, nel corso del tempo, sono andate dando origine a nuove specie, grazie ad un processo di evoluzione. L’evoluzione biologica consiste in modificazioni, trasmissibili alla discendenza, delle caratteristiche ereditarie di una popolazione.

Filogenesi: genesi dei phyla, processo evolutivo degli organismi dalla loro comparsa sulla terra fino ad oggi.

Un albero filogenetico è un diagramma che mostra le relazioni di discendenza comune di gruppi di organismi. La rappresentazione delle relazioni in questa forma è tipica della visione evoluzionistica, secondo la quale lo sviluppo delle forme di vita è avvenuto a partire da un progenitore comune, il quale ha dato origine a diverse linee di discendenza. Il primo albero filogenetico dei viventi è di Ernst Haeckel. Gli organismi sono rappresentati divisi in 3 regni sulla base di caratteri morfologici e fisiologici.

La classificazione in uso e classica (benché in parte superata) è quella dei 5 regni, basata su caratteristiche nutrizionali e organizzazione cellulare. Il moderno albero filogenetico dei viventi è basato su biologia molecolare e ha 3 domini: Bacteria, Archaea, Eukarya.

In un albero filogenetico, ciascun nodo (o biforcazione) rappresenta l’antenato comune più recente dei gruppi che si trovano ai nodi successivi, e la lunghezza delle ramificazioni può più o meno essere correlata al tempo o ai cambiamenti genetici che intercorrono tra di essi.

Gli alberi filogenetici vengono costruiti in base a dati morfologici, biochimici, e molecolari. Un albero radicato (rooted) si sviluppa a partire da un unico nodo rappresentante il più recente antenato comune degli organismi che si trovano alle estremità dell’albero. È in grado di fornire informazioni sia sulla correlazione genetica esistente tra gli organismi presenti sulle sue ramificazioni, sia sui rapporti evolutivi che intercorrono tra gli stessi.

La rappresentazione può:

• Non tenere conto della scala temporale (unscaled);
• Prendere in considerazione la scala temporale (scaled).
• Albero non radicato: illustra le relazioni genetiche tra gli organismi che si trovano ai suoi apici, ma non fornisce informazioni in merito alla loro evoluzione.
• Non fornisce informazioni in merito alla storia evolutiva ma solo alle differenze tra specie.

Protozoi

Protozoi: protisti animali;

Phyla principali

(verranno studiati in dettaglio più in seguito)

• Poriferi: Portatori di pori, Spugne: flusso d’acqua che, passando all’interno, permette alimentazione e altro.
• Cnidari (celenterati): Due forme: Polipo (forme sessili attaccate al substrato) e Medusa.
• Platelminti (vermi piatti): allungati, si muovono per strisciamento e nuoto; molti parassiti anche nell’uomo; acquatici e terrestri.
• Anellidi: vermi segmentati, modello tipico: lombrico; acquatici e terrestri.
• Molluschi
• Cefalopodi: polpo, seppie, calamari
• Nematodi (vermi cilindrici): affusolati, non segmentati; acquatici e terrestri; molti parassiti.
• Artropodi: crostacei, aracnidi, insetti; premiati dalla selezione naturale.
• Echinodermi: animali esclusivamente marini: stelle marine, ricci di mare, cetrioli di mare; parenti dei cordati.
• Cordati: 3 Subphylum: Vertebrati, Urocordati, Cefalocordati.

Lezione 3: l’organismo animale

Autotrofia: non dipendono da fonti esterne di molecole organiche che vengono prodotte autonomamente.

Eterotrofia: si nutrono di molecole organiche complesse prodotte da altri organismi.

Gli organismi autotrofi sono in grado di nutrirsi utilizzando semplici sostanze inorganiche, come avviene per le piante che necessitano solo di anidride carbonica ricavata dall’aria, di acqua e sali minerali assorbiti dal terreno. Le piante sono fotoautotrofe perché utilizzano il sole come fonte di energia; in casi molto più rari, come accade per alcuni batteri, l’organismo ricava l’energia necessaria dall’ossidazione di sostanze inorganiche (chemio-autotrofia).

Gli organismi eterotrofi si nutrono di sostanze organiche complesse prodotte dagli organismi autotrofi: è tipico il caso degli animali che si alimentano attraverso l’ingestione di vegetali (animali erbivori) o di animali (carnivori). Un caso importante di eterotrofismo è quello dei decompositori capaci di nutrirsi di detriti organici di animali e piante presenti nel terreno.

Problemi biologici condivisi

• Quelli comuni a tutti gli organismi eucarioti
• Quelli comuni agli organismi eterotrofi
• Quelli specifici della condizione animale: l’intera impostazione di base dell’organismo animale è condizionata da queste due condizioni irrinunciabili
• Eterotrofia per ingestione: Condizione limitante: gli animali sono costantemente nel bisogno di cacciare altri organismi per nutrirsi
• Movimento: Sviluppano una serie di capacità correlate fondamentali

Altri aspetti degli animali

(animalità)

• Eterotrofia: nutrimento costante sotto forma di molecole complesse (sintetizzate da altri organismi) per ottenere energia e per fare nuove sintesi
• Fabbisogno di O₂
• Motilità vistosa — locomozione
• Coordinamento nervoso: Risposta rapida agli stimoli
• Forma del corpo e aspetto definiti (spesso presenza di appendici)
• Organi interni
• Accrescimento definito
• Pareti cellulari delicate (senza cellulosa)
• Carboidrati accumulati sotto forma di glicogeno

Aspetti di unitarietà

Come tutti gli organismi viventi, gli animali attuano processi metabolici e processi di autoconservazione.

Metabolismo

• Sintesi
• Nutrizione: immissione di sostanze alimentari
• Estrazione di energia contenuta nei legami chimici - ossidazione (combustione) - respirazione cellulare
• Per questo processo è necessario l’ossigeno
• Respirazione: immissione di ossigeno

Autoconservazione

• Controllo dell’equilibrio interno, in rapporto ai cambiamenti ambientali: Omeostasi
• Termoregolazione
• Equilibrio idrico-salino (osmoregolazione)

Riproduzione

• Processi asessuali
• Processi sessuali

Sviluppo

• Processi di adattativi
• Autoconservazione: Garantisce la continuità del metabolismo ed è resa possibile dal metabolismo stesso.

Motivo unificatore: programma intrinseco

Il programma genetico contenuto nel DNA (proprietà fondamentale della vita) dirige:

• La realizzazione del “progetto”
• Costruzione delle strutture
• Espletamento delle funzioni
• È responsabile delle modificazioni storiche che intervengono nel programma stesso:
• Della variabilità
• Dell’adattamento
• Del processo evolutivo <— selezione naturale

(elemento esterno, imposta un filtro su tutte le varianti che vengono stabilite all’interno del programma genetico).

Organizzazione della materia vivente

L’organizzazione strutturale della realtà biologica è impostata secondo progressivi livelli gerarchici. Tra ogni livello c’è un salto di qualità, tale che emergono nuove proprietà e caratteristiche: non basta sommare gli elementi del livello precedente per formare unità del livello successivo.

Cellule e tessuti

In generale, salvo alcune eccezioni, gli animali hanno un corpo costituito da cellule differenziate.