Appunti di Zoologia

Scienze biologiche, Unibo FM

Zoologia: introduzione

L'animale si definisce non attraverso il movimento (non tutti si muovono, come spugne e coralli), ma attraverso il suo metabolismo e le sue cellule (unità minima vivente).

• Cellula procariota: DNA libero nel citoplasma con ribosomi (unici organuli).
• Cellula eucariota: DNA racchiuso da membrana, citoplasma adattato con tanti compartimenti (ognuno con compito specifico) divisi da membrane; ci sono diversi organuli tra cui i mitocondri, luoghi dove ha sede la respirazione cellulare: demolizione sostanze usando O per produrre ATP. Sono ex-batteri e hanno perciò DNA come i procarioti.
• Eubatteri: batteri classici.
• Archeobatteri: batteri con metabolismo particolare, responsabili del riscaldamento globale, metanogeni, sopravvivono ad alte temperature e pH.
• Animali eucarioti eterotrofi pluricellulari.
• Cellula animale con membrana plasmatica, il suo nucleo è delimitato dal carioteca, ha 2 reticoli (liscio e ruvido), l’apparato di Golgi, sparsi vi sono ribosomi e mitocondri.
• Metabolismo eterotrofo: la cellula deve introdurre alimenti dall’esterno che vengono usati o come materia prima (per la sintesi di materiali) o come carburante (vengono demoliti), si produce energia.
• Vegetali eucarioti autotrofi pluricellulari.
• Cellula vegetale presenta un vacuolo (vescicola con membrana che funge da deposito di acqua e sostanze, si gonfia determinando accrescimento e turgore della cellula), una parete cellulare rigida (cellulosa) e i cloroplasti (permettono alla pianta di essere autotrofa poiché si producono autonomamente zucchero e carboidrati per l’energia).
• Funghi eucarioti eterotrofi pluricellulari. Sono diversi dagli animali perché possono anche essere unicellulari (lieviti), la parete cellulare delle singole cellule è costituita da chitina e hanno cicli vitali e riproduttivi diversi.
• Protozoi/protisti: ci sono tanti diversi gruppi e hanno tante forme diverse poiché, essendo i più antichi, le hanno provate tutte nel corso dell’evoluzione per trovare la miglior strategia per sopravvivere (il nome significa "primi animali").

Alcuni sono dei parassiti (Apicomplexa [Sporozoa]) come l’agente della malaria [Plasmodium] o il parassita che attraversa la parete placentare [Toxoplasma gondii]. Alcuni hanno scheletri calcari e silicei, strutture foraminifere (importanti per geologi).

Esempio: Paramecio cellula cigliata, presenta una bocca perché le ciglia rendono rigida tutta la cellula (non può quindi muoversi e nutrirsi come le amebe). Ha 2 nuclei (1 per la regolazione quotidiana, 1 per la riproduzione) e presenta dei vacuoli.

Biodiversità animale

È una fotografia del presente e rappresenta la maggior parte della biodiversità, 1.8 milioni di specie animali diverse. Si può studiare su diversi livelli dei geni, degli individui, delle popolazioni, della specie, dell’ecosistema. Le entità studiate vengono ordinate mediante una classificazione (chiamata sistematica) secondo un’organizzazione gerarchica delle categorie tassonomiche (dal regno alla specie che rappresenta l’unità minima).

Le specie sono definite da un binomio linneiano [Canis lupus L. 1758] e la loro definizione biologica è: un insieme di individui che, riproducendosi, danno origine a prole fertile. Questa è una delle 28 definizioni/concetti diversi di specie, da sola questa definizione non basta perché ci sono delle eccezioni.

Conosciamo circa il 10-25% di tutte le specie esistenti [i mammiferi sono, per esempio, quasi tutti noti; di insetti ne conosciamo veramente pochi; dei 7.7 milioni di animali diversi ne conosciamo meno di 1 milione]. Esistono dei "sottogruppi" e ne vengono continuamente aggiunti [Esempio: loriciferi vivono in assenza di ossigeno pur essendo animali e per loro è stato aggiunto un nuovo phylum (per gli animali che hanno metabolismo anaerobico)].

Classificazione sistematica

Per gli organismi viventi, l’unica classificazione naturale possibile è quella che rispecchia le relazioni di parentela tra diverse specie dovute alla presenza di un antenato comune. La filogenesi ci permette quindi di riconoscere i legami tra le diverse specie e ricostruisce la migliore stima delle relazioni storiche (evoluzione) fra entità usando i dati disponibili (di tipo morfologico, molecolari, ecologici, etc.).

Questi devono essere caratteri informativi omologhi e non analoghi. I caratteri omologhi sono stati di carattere che derivano da un carattere condiviso dall’antenato comune del gruppo e si individuano mediante l’anatomia comparata [Esempio: arto dei vertebrati che presenta lo stesso piano organizzativo pur svolgendo in ogni animale una funzione diversa]; i caratteri analoghi sono stati di carattere che non riflettono un’origine evolutiva comune ma dipendono da un’evoluzione indipendente.

Evoluzione = discendenza con modificazione (diversificazione) a partire da antenati comuni. Le prove a favore di essa sono tutti dati osservazionali.

Evoluzione biologica = è il cambiamento delle proprietà di popolazioni di organismi, o gruppi di popolazioni, durante il corso delle loro generazioni (storia).

Bauplan

Piano di costruzione e organizzazione. L’organismo ha due possibili organizzazioni fisiche:

• Simmetria raggiata: è la simmetria più popolare tra gli animali, appartiene agli animali sessili o che si muovono di moto non direzionali (meduse, polipi). Viene tracciata un’asse orale-aborale e da essa passano infiniti piani di simmetria;
• Simmetria bilaterale: questa simmetria è stata selezionata quando gli animali hanno cominciato a camminare di moto direzionale. Un piano (longitudinale sagittale) divide l’animale in due parti simmetriche; questo piano passa attraverso il polo orale-aborale.

Gli organismi possono essere suddivisi anche in base al numero dei foglietti embrionali che presentano durante le prime fasi dello sviluppo embrionale (durante la gastrulazione):

• Diblastici: presentano due foglietti (ectoderma e endoderma) come le meduse;
• Triblastici: presentano tre foglietti (ectoderma, mesoderma ed endoderma) come la tenia; questi animali hanno avuto più successo evolutivo.

Sempre durante lo sviluppo embrionale di tutti gli animali si definisce il blastoporo. Gli organismi si dividono dunque in:

• Protostomi se da esso deriva la bocca (protostomia);
• Deuterostomi ("muniti secondariamente di bocca") se da esso deriva l'ano, come l'uomo.

Per quanto riguarda gli organismi triblastici, questi possono essere ulteriormente divisi in base alla presenza o meno, sempre durante lo sviluppo embrionale, di spazi o cavità interne. Il celoma è una cavità interna (che non è in comunicazione con l'esterno) scavata nel mesoderma (schizocelia) /una cavità circondata dal mesoderma (enterocelia).

• Se l'organismo (come la tenia) ha tutti gli organi e le strutture ammassate senza spazi allora sarà un organismo acelomato (o senza celoma);
• Se l'organismo (come gli anellidi e i vertebrati) presenta delle cavità, allora esso sarà celomato (o con celoma);
• Se l'organismo (come i nematodi) presenta una cavità che non è dentro il mesoderma ma si trova tra il mesoderma e l'endoderma, allora esso prenderà il nome di pseudocelomato (o con uno pseudoceloma).

La presenza di questa cavità ha assicurato alcuni vantaggi: la sospensione degli organi; un miglioramento per far circolare le sostanze; un miglioramento per la locomozione, dal momento che ad esso sono seguite numerose innovazioni.

Metameria e tagmatizzazione

Un'altra caratteristica degli animali che ci permette di osservarne il piano organizzativo e di descriverlo è la metameria. Questa consiste nella segmentazione di un organismo data dall'unione di tanti metameri (che sono i singoli segmenti) in cui tutti gli organi (tranne l'intestino) si ripetono. La segmentazione avviene a livello embrionale (fase in cui è più facile osservare la metameria) e ha avuto molto successo in natura (insetti, scorpioni, ragni, crostacei). Un corpo segmentato ha infatti la capacità di contenere i danni (effetto tampone). Inoltre ti permette di "giocare" con i singoli segmenti a livello evolutivo. Quindi la metameria consiste nella ripetizione di strutture ed organi accompagnata da una divisione in cavità collegate tutte dal celoma; ogni segmento è autonomo dagli altri e può dunque danneggiarsi o modificarsi senza recare danno o problemi agli altri.

Il corpo è organizzato in una serie di segmenti a forma di anello che determinano la forma anulata. Questa divisione in segmenti è sia interna che esterna. L’organizzazione segmentale del corpo è detta metameria. Questa ha fatto sì che ogni segmento abbia le sue strutture nervose, escretorie e circolatorie. Il celoma si forma per schizocelia e cioè per escavazione segmentale di una massa mesodermica. Dal mesoderma si formano anche i muscoli: uno subito sotto l’epidermide (muscoli circolari), ancora sotto un altro strato (muscoli longitudinali) che decorre fra i setti che separano un segmento dall’altro. La disposizione segmentale offre 3 vantaggi:

1. Formazione di compartimenti idrostatici che fungono da supporto e locomozione. Ciascun segmento può essere controllato indipendentemente. Il liquido celomatico fornisce uno scheletro idrostatico antagonista all’azione dei muscoli.
2. Diminuisce gli effetti di eventuali danni. Se un segmento è danneggiato, quelli adiacenti, separati da setti, continuano a svolgere le loro funzioni.
3. Possono modificare certe regioni del corpo per svolgere funzioni specializzate come alimentazione, locomozione e riproduzione.

La metameria può essere:

• Metameria omonoma: tipica degli anellidi, tutti i segmenti sono uguali; no tagmatizzazione.
• Metameria eteronoma: tipica degli artropodi, il corpo è diviso in regioni o tagmi e ognuna di queste è specializzata; anche detta tagmatizzazione.

Riassumendo

Per descrivere sul piano organizzativo e strutturale (bauplan) un animale guardo:

• Simmetria: nessuna, raggiata o bilaterale
• Blastoporo: protostomi o deuterostomi
• Foglietti: diblastici o triblastici
• Cavità interna: acelomato, pseudocelomato o celomato
• Origine celoma: per schizocelia o per enterocelia
• Metameria: omonoma o eteronoma
• Eutelia (numero costante di cellule dalla nascita)

Filogenesi del regno animale

Ci sono diversi modi per rappresentare la filogenesi, uno di questi è quello a "tappeto erboso": tutto parte dai protozoi, poi si sale alle larve cnidari (medusa) e si arriva ai triblastici acelomati (verme solitario) e da questo si diramano tutti gli altri gruppi. In questa rappresentazione, i punti di biforcazione sono detti nodi e rappresentano un progenitore comune, le linee sono dette braccia e i singoli nomi alle estremità o OTU ("Operational Taxonomic Unit") rappresentano le unità che devono essere tutti dello stesso rango. Parto da dei progenitori comuni che sono i protisti, il primo regno che si divide è quello dei poriferi (spugne), poi abbiamo i diblastici raggianti, poi gli organismi che hanno una simmetria bilaterale, poi i celomati e così via...

La divisione iniziale è tra parazoi (come le spugne [poriferi] che sono solo ammassi di cellule, non hanno tessuti) ed eumetazoi (che sono organismi che presentano tessuti). Gli eumetazoi si dividono in bilateri e radiati (medusa). I radiati si dividono in deuterostomi (cordati) e protostomi. I protostomi si dividono in cuticolari (tutti quelli che hanno uno scheletro esterno, la cuticola, e quindi realizzano la muta; riguarda soprattutto gli ecdisozi) e lofotrocozoi (differenziazioni dovute alla larva "trocofora").

Phylum: Placozoa

Piano organizzativo: diblastici, acelomati, nessuna simmetria.

Questo è l’unico phylum che appartiene al sottoregno dei Pagocitellozoi. Sono organismi marini di acque basse, microscopici e somiglianti alle amebe; non sono più grandi di alcuni millimetri. Inizialmente furono considerati fasi larvali di meduse. Questo phylum comprende sicuro una specie: Trichoplax adhaerens. Si muovono o strisciando sul substrato o nuotando; sono le ciglia e le contrazioni muscolari che lo permettono. Posseggono la capacità di cambiare forma, come le amebe. Si tratta di organismi caratterizzati da un'organizzazione assai semplice con corpo marcatamente depresso, irregolare, flagellato da entrambi i lati. L’aspetto ventrale presenta flagelli specializzati nell’alimentazione, quello ventrale è rivestito da un epitelio piatto di origine ectodermica, anch'esso flagellato ma privo di cellule ghiandolari perché non si occupa dell’alimentazione. Fra i due foglietti cellulari si trovano cellule stellate e fusiformi immerse in un liquido, tutte collegate, che contraendosi permettono il movimento dell'organismo.

Alimentazione: sul ventre presentano cellule flagellate specializzate che, mentre l’animale si muove, inglobano alghe e protozoi. Queste cellule sono di origine endodermica. Sempre sulla faccia ventrale vi sono ghiandole enzimatiche che secernono enzimi digestivi e fagocitano poi il cibo. La digestione è extracellulare.

Sistema nervoso: no.

Apparato circolatorio: no.

Apparato escretore: per diffusione.

Apparato riproduttore: si riproducono per via asessuale o agamica tramite scissione binaria.

Phylum: Poriferi

Dimensioni: 1 mm - 2m (raggiunti da alcune forme coloniali).

Numero specie: 10.000 totali di cui solo 200 in acqua dolce (la vita è nata nel mare e si è poi spostata sulla Terra). Nel Mar Mediterraneo ne abbiamo 600 specie marine e 10 d’acqua dolce.

Sono animali sessili, della fauna bentholica, che costituiscono quindi il benthos, il quale si contrappone alla fauna planctonica (costituita dal plancton, viaggia trascinato dalle correnti d’acqua) e alla fauna nectonica (composta dagli animali che si muovono attivamente). Alcune spugne sulla loro superficie accolgono dei crostacei (come i Cirripedi) e vivono in simbiosi [si parla di simbiosi ogni volta che due organismi anche di regni diversi vivono insieme]. Questa simbiosi prende il nome di inquilinismo, cioè quando si hanno degli organismi che si insediano fisicamente sulla spugna e vivono insieme. Le spugne possono anche vivere in simbiosi mutualistica con altri animali. Con “mutualismo” si intende qualcosa che da un “mutuo vantaggio”.

Esempio: il paguro cerca una struttura per proteggere l’addome molle e trova una conchiglia con sopra una spugna. Entrambi trarranno vantaggio da questa simbiosi, dal momento che il paguro sarà più mimetizzato e la spugna, invece che essere fissa in un punto, viene spostata e portata a spasso.

Caratteristiche principali:

• Piano corporeo asimmetrico, la forma è influenzata sia dalla genetica che da fattori ambientali; possono avere colorazioni vivaci grazie a pigmenti carotenoidi;
• Presenza di 3 tipi di cellule: pinacociti, cellule mesenchimatiche e coanociti;
• Presenza di una cavità centrale o spazi ramificati (sistema acquifero) attraverso cui l’acqua circola, permettendo la filtrazione degli alimenti;
• Assenza sia di tessuti che di organi.

Struttura

Il loro corpo non presenta né organi, né tessuti e le cellule sono piuttosto indipendenti. Le spugne presentano un corpo a sacco, con la base attaccata al substrato e con una apertura nella parte superiore, detta osculo (no bocca). La parete è costellata da piccole aperture (per questo sono state chiamate “porifere” = “portatrici di pori”) attraverso cui l’acqua entra nella cavità centrale del corpo, detta spongocele, e poi uscirà dall’osculo. Il loro corpo è infatti costituito da una rete di canali e cavità comunicanti tra loro e con l’esterno mediante pori. Questo complesso costituisce il sistema acquifero che porta ossigeno e nutrimento all’animale e si apre all’esterno mediante pori inalanti o ostii. Questi, tramite canali, conducono l’acqua al coanoderma dove spesso si trovano delle camere flagellate. Dopo la filtrazione, l’acqua prosegue lungo canali efferenti per ritornare alle aperture esalanti, gli osculi.

La struttura presenta due superfici di cellule, una esterna e una interna, tra cui è presente un tessuto connettivo detto mesoilo all’interno del quale si sviluppa il sistema acquifero. Le cellule esterne costituiscono il pinacoderma, formato da pinacociti e presenta una struttura a sincizio; le cellule interne, i coanociti, formano il coanoderma. I coanociti flagellati possono essere organizzati in camere flagellate: l’acqua vi scorre dentro grazie al battito del loro flagello (espansione della membrana citoplasmatica, componente del citoscheletro), che crea una corrente d’acqua. I coanociti sono filtratori, fermano le particelle di cibo grazie ad una struttura filtratrice: il collare di microvilli. Questa aumenta la superficie di contatto. Tra questi vi è il mesoilo, strato in cui sono presenti tanti tipi di cellule, come gli amebociti (cellule con movimento ameboide), gli archeociti (cellule staminali, totipotenti) e gli scleriti (formati dagli spongoblasti, tante di queste cellule formano uno scheletro).

La digestione è intracellulare, dal momento che il cibo entra per endocitosi e gli enzimi lo frammentano. Le particelle più...