Appunti Zoologia

Lezione 1 - 01/03/22

Esame orale. Due domande, una sui piani organizzativi e le varietà animali o sulle funzioni animali e una su un phyla.

Un organismo modello è una specie studiata per capire determinati fenomeni biologici che siano validi per altri organismi. Questo è possibile poiché ci sono principi biologici fondamentali, metabolici, di sviluppo e i geni che li codificano si mantengono attraverso l’evoluzione. Sono geni che producono proteine talmente importanti per lo sviluppo dell’animale che sono identici o simili nelle specie.

Quando si deve trovare un modello ci sono delle caratteristiche da considerare: le dimensioni, il tempo di generazione, l’accessibilità, la manipolazione, la genetica, la conservazione dei meccanismi.

Esempio: il moscerino della frutta (o Drosophila melanogaster) è uno dei modelli animali più usati a partire da Morgan, che conduceva le sue ricerche sulla base delle tesi di Mendel per quanto riguarda la trasmissione del cromosoma x.

Per questa specie si è studiata una dieta artificiale, ha grande capacità di produrre prole e solo due settimane di gestazione per 600 uova circa. Hanno solo quattro paia di cromosomi, con quattro autosomi e due sessuali. Il sequenziamento del genoma è stato completato nel 1998 (dopo il Caenorhabditis elegans che è stato il primo).

Le ricerche basate su questo insetto sono state utili per il nostro sistema nervoso, per lo studio dei cicli circadiani. Questi regolano la fisiologia del nostro corpo con alternanza sonno veglia, necessità di nutrizione eccetera. Sono sincronizzati sull’alternanza luce buio. Ci sono dei geni che permettono il mantenimento di questi ritmi endogeni, tanto che se privati della luce questi ritmi si sfasano e tendenzialmente rallentano. Questi geni che sono endogeni riescono quindi a sincronizzarsi alle tempistiche del tempo esterno. Questi cicli sono talmente importanti che si sono tenuti invariati a partire almeno dal progenitore comune della drosophila e dell’uomo quindi circa 500 milioni di anni fa, a livello dell’esplosione del cambriano, grazie a dei geni altamente invariati. Questo accade poiché il sistema nervoso centrale riceve informazioni sul ritmo luce buio grazie alla percezione della retina e a seguito di questi si regola.

Ci sono vari modelli invertebrati come l’Hydra (in grado di rigenerare i propri tessuti), il Caenorhabditis elegans (nematode tanto studiato per l’embriogenesi, il differenziamento e l’apoptosi anche perché tutti hanno lo stesso numero di cellule), la Cepaea nemoralis (la chiocciola su cui si sono fatti studi sull’ereditarietà e l’evoluzione grazie all’osservazione dei disegni), l’Euprymna scolopes (il calamaro delle Hawaii in grado di produrre luce o grazie a delle specifiche cellule o con la simbiosi con dei batteri), il Longilo pelaei (per il suo assone gigante, necessario data l’assenza di guaina mielinica), l’Arbacia punctulata e la Paracentrotus lividus (studiati per lo sviluppo embrionale), oppure la Ciona intestinalis (organismi marini che fanno parte del phylum cordati poiché sono gli antenati di tutti i vertebrati, di cui si sono studiati i pochi geni e quelli in comune con i discendenti). Il Danio rerio, o zebrafish, è un pesce che nelle prime fasi dello sviluppo ha corpo trasparente, consentendo lo studio di sviluppo, tossicologia e tossicopatologia.

Importantissimi sono il Rattus norvegicus e il Mus musculus, il ratto e il topo, usati in tantissimi studi, anche per quanto riguarda il comportamento.

I fenomeni, per essere studiati completamente, devono essere studiati a partire dalle loro origini in maniera gerarchica, quindi dai geni.

Si studiano i phyla animali, quindi i tipi o gruppi, in quali fila si trovano i modelli animali e come svolgono le funzioni vitali.

Lezione 2 - 04/03/2022

Modelli di organizzazione e sviluppo: simmetria, cefalia

Classificazione che divide gli esseri viventi in 5 regni: procarioti (monera: batteri e cianobatteri) ed eucarioti (piante, i funghi, gli animali e protisti).

Linnaeus (medico svedese 1707/1778) fu il primo ad introdurre una nomenclatura binomia (primo nome: genere, secondo nome: specie): ad ogni specie viene assegnati due nomi latinizzati.

Lui propone di riconoscere gli esseri viventi in base alle loro caratteristiche e di raggrupparli con essi. Creò una gerarchia divisa in gruppi progressivamente più ampi. Le specie imparentate vengono associate in gruppi più ampi, più specie appartengono ad uno stesso genere, più generi appartengono ad una stessa famiglia, e così via…… fino al regno.

La tassonomia (sistematica) è l’identificazione, la denominazione e la classificazione delle specie. Per quanto possa sembrare antica, è un qualcosa di importante, molto attuale, è sempre importante riconoscere le specie. Perché questo? Per sapere su che specie stai studiando, che modello animale studio. Ci interessano molto le specie di interesse medico, veterinario, agrario, anche per gestire l’ecosistema.

Che cosa è una specie? Organismi morfologicamente simili, ci sono diverse definizioni e diversi approcci.

La definizione più completa è stata data da Mayr, biologo e genetista del 1963 che definisce il concetto di specie come “le specie sono gruppi di popolazioni naturali interfeconde, capaci di incrociarsi per produrre progenie fertile e riproduttivamente isolate da altri gruppi simili”.

Il concetto biologico di specie è importante perché colloca la tassonomia delle specie nello schema concettuale della genetica della popolazione. Il concetto ecologico di specie: l’insieme delle risorse e degli habitat sfruttati da una specie costituisce la sua nicchia ecologica: appartengono alla stessa specie organismi che condividono gli habitat e risorse con altri individui, tutti quelli che hanno la stessa nicchia ecologica appartengono alla stessa specie.

Il concetto fenetico di specie: approccio più antico, avere caratteristiche morfologiche fisiche ci permettono di riconoscere gli stessi individui. L’insieme delle caratteristiche morfologiche che permette a un tassonomo di definire una specie (attributi fenetici condivisi).

Il concetto filogenetico di specie: l’insieme di popolazioni che condividono un antenato comune.

Per studiare una specie utilizziamo oggi anche il DNA barcoding: il DNA barcoding fa uso di brevi sequenze di genoma che possono distinguere le specie l’una dall’altra.

Si tratta in particolare di un breve segmento di DNA mitocondriale che codifica per l’enzima citocromo ossidasi. Tutte le specie che hanno una serie di geni uguali allora appartengono alla stessa.

Marcatore molecolare: fa parte del genoma mitocondriale che è diverso rispetto a quello del nucleo, noi usiamo un gene particolare per “classificare” le diverse specie. Facendo così abbiamo creato una banca dati molto ampie dove abbiamo una codifica delle diverse specie.

Sembra che tale sequenza sia in grado di distinguere circa il 95% delle specie fino ad ora saggiate nell’ambito degli uccelli, dei pesci e dei Lepidotteri. Questo può essere il punto di partenza per l’identificazione globale di tutti gli animali.

Comunque gli approcci più antichi non vanno dimenticati, vanno usati assieme al DNA barcoding.

Isolamento riproduttivo

Isolamento riproduttivo: sono delle barriere evolutive si distinguono in pre-zigotiche: prima della formazione dello zigote e quelle post zigotiche: intervengono dopo la formazione dello zigote.

Le pre-zigotiche sono:

• Isolamento temporale: gameti dei due prodotti sono sviluppati in momenti diversi dell’anno, non possono entrare in contatto (definizione sulla slide);
• Isolamento di habitat o spaziale: due popolazione non si incontrano fisicamente in quanto abitano in luoghi diversi;
• Isolamento comportamentale: gli individui delle due specie non si riconoscono come potenziali partner riproduttivi.

Sono quelle più efficaci perché non fanno perdere tempo.

Se non intervengono queste barriere l’accoppiamento avviene comunque e possono intervenire altre 2 barriere:

• Isolamento meccanico: differenze anatomiche a livello degli organi genitali.
• Isolamento gametico: i gameti femminili e maschili non si uniscono.

Le barriere post zigotiche:

• Mortalità degli ibridi: lo zigote ibrido non completa lo sviluppo o non sopravvivono solo fino al raggiungimento della maturità sessuale;
• Sterilità degli ibridi: gli ibridi non sono in grado di produrre gameti funzionali.

Le barriere di isolamento possono essere annullate dalle variazioni delle condizioni ambientali (es: pesce lago Vittoria).

Modelli di speciazione

Modelli di speciazione: l’evento fondamentale, ai fini dell’origine di una nuova specie, è l’isolamento riproduttivo.

Possiamo dividerle in:

• Speciazione allopatrica: il flusso fenico è ostacolato dalla presenza di una barriera geografica che separa fisicamente due popolazioni. Processi geologici possono creare tali barriere geografiche oppure laghi che si prosciugano (con formazioni di piccoli laghi), oppure la colonizzazione da parte di una specie di nuove aree (vedi speciazione isole Galapagos). Le popolazioni così separate evolvono per selezione naturale e/o per deriva genetica. (cambiamento casuale del pool genico di una popolazione costituita da pochi individui). Assumendo caratteristiche morfologiche, ecologiche, comportamentali, genetiche diverse al punto di impedire l’incrocio interfecondo;
• Speciazione simpatrica: origine di una nuova specie in seguito a isolamento riproduttivo senza l’intervento di una barriera geografica. In che modo posso formarsi barriere riproduttive tra popolazione simpatiche? Una popolazione si divide in due attraverso l’adattamento di due sottopopolazioni a nicchie ecologiche diverse nella stessa località negli animali è tipica di specie parassite zoofaghe e fitofaghe tramite il passaggio di parte della popolazione a un nuovo ospite o pianta alimentare.

Albero evolutivo e filogenesi

Uno degli scopi principali della sistematica è quello di ricostruire i rapporti tra i taxa (viventi ed estinti) sotto forma di albero evolutivo o filogenesi. Questo albero viene costruito studiando le caratteristiche degli organismi (caratteri, caratteristiche morfologiche, cromosomiche o molecolari) che variano da specie a specie.

Modelli di similarità tra gli organismi che indicano un antenato comune.

Uno degli scopi principali della sistematica è quello di ricostruire i rapporti tra i taxa (viventi ed estinti) sotto forma di albero evolutivo o filogenesi. Questo albero viene costruito studiando le caratteristiche degli organismi (caratteri, caratteristiche morfologiche, cromosomiche o molecolari) che variano da specie a specie. Modelli di similarità tra gli organismi che indicano un antenato comune (omologie):

Albero filogenetico degli organismi animali:

Il regno animale, nella sua diversificazione, è frutto di un lungo cammino evolutivo.

Teoria di evoluzione per selezione naturale

Teoria di evoluzione per selezione naturale (Charles Darwin, 1858):

Il meccanismo principale dell’evoluzione è la selezione naturale cioè la diversa potenzialità riproduttiva dei genotipi (gli individui portatori di certi corredi genici hanno più probabilità di sopravvivere e riprodursi di altri con corredi genomici diversi e riprodursi di altri con corredi genici diversi e per questo motivo i loro alleli hanno maggiori probabilità di diffondersi nelle generazioni a venire).

Phylum e bauplan

Phylum = raggruppamento più ampio di individui che condividono lo stesso piano strutturale (bauplan), nell’ambito degli animali ne abbiamo circa trenta ma potrebbero anche essere anche di più. Per il 97% sono invertebrati, animali privi di colonna vertebrale.

Il termine invertebrati non è una categoria tassonomica ma semplicemente un termine di comodo per designare tutti gli animali eccetto i vertebrati.

Bauplan = lo schema di organizzazione corporea fondamentale (assi di simmetria corporea, localizzazione e origine embriologica delle diverse parti del corpo).

Le specie animali attualmente viventi sono circa 1.500.00 e sono classificate in circa 30 phyla. Tutti i 30 phyla contengono invertebrati (animali privi di una colonna vertebrale). I vertebrati sono classificati tutti nell’unico phylum Chordata che comprende anche alcuni invertebrati.

Livelli di organizzazione

Livelli di organizzazione unicellulare (protisti) tutte le funzioni vitali vengono svolte all’interno di una cellula, aggregati di cellule (colonie, presenti in alcuni protisti) non presentano veri e propri tessuti ma le cellule hanno già una suddivisione di compiti.

Tutti gli animali sono pluricellulari.

L’organizzazione diblastica è la più semplice organizzazione a livello di tessuto. Le parti del corpo sono organizzate in strati derivanti da due foglietti di tessuto embrionale.

L’organizzazione diblastica è la più semplice organizzazione a livello di tessuto. Le parti del corpo sono organizzate in strati derivanti da due foglietti di tessuto embrionale. L’ectoderma che dà origine all’epidermide, e l’endoderma che dà origine al gastoderma. Il tessuto che riveste la cavità intestinale. Tra i due tessuti è presente la mesoglea, priva di cellule o contenente cellule provenienti dai due strati. L’organizzazione triblastica presenta tessuti derivanti da tre strati embrionali: l’ectoderma forma lo strato più esterno, l’endoderma limita l’intestino. Un terzo strato embrionale, il mesoderma, è interposto tra i due. Da quest’ultimo derivano cellule di sostegno, cellule contrattili e sangue. Gli animali triblastici possono essere acelomati, pseudocelomati e celomati.

Animali con e senza tessuti

I poriferi, gli animali più primitivi, non hanno organizzazione tissutale (parazoi) degli cnidari in poi tutti gli animali hanno tessuti (eumetozoi) l’organizzazione diblastica è tipica degli cnidari dei platelminti in poi gli animali sono tutti triblastici.

La simmetria negli esseri viventi

Si distinguono due tipi di simmetria corporea:

• Simmetria radiale: esistono infiniti piani passanti per l’asse principale dell’oggetto ognuno dei quali è tale da suddividerlo in due parti uguali;
• Simmetria bilaterale: esiste un solo piano tale da suddividere l’oggetto in due parti specularmente simmetriche (una destra e una sinistra).

La simmetria di un animale è collegata al suo stile di vita. Gli animali a simmetria radiale sono per lo più forme sessili (sono ancorati al substrato) o si fanno trasportare dalla corrente o sono deboli nuotatori. Interagiscono nei confronti dell’ambiente in modo equivalente su ogni lato del corpo.

Gli cnidari hanno una tipica simmetria radiale:

I poriferi non hanno una vera e propria simmetria, sono spesso a forma irregolari, asimmetrici.

Gli animali a simmetria bilaterale sono in grado di spostarsi autonomamente secondo una direzione precisa. In essi si ha cefalizzazione processo evolutivo per cui i centri nervosi tendono ad aggregarsi nella ragione anteriore del corpo, con relativo differenziamento del capo (dai platelminti in poi), sviluppo del sistema nervoso centrale.

I vantaggi della cefalizzazione

I vantaggi della cefalizzazione:

Concentrare i sensi nella regione anteriore del corpo (bocca) che per prima incontra l’ambiente, proteggere i centri nervosi con una scatola cranica (vertebrati).

Lezione 3 - 08/03/2022

Echinodermi e simmetria

Echinodermi: sono secondariamente a simmetria raggiata (le loro larve hanno simmetria bilaterale), adattamento alla vita bentonica con acquisizione secondaria della simmetria radiale.

Hanno una larva liberamente natante che si muove liberamente nell’acqua. Questi animali che vivono sul fondo del mare possono essere più o meno mobili.

Negli animali la simmetria bilaterale = nei quali abbiamo l’adattamento alla vita bentonica, negli animali a simmetria raggiata che non si muovono molto, permettono all’animale, circondato dall’acqua.

È una simmetria raggiata secondaria, acquisita secondariamente, dopo lo sviluppo.

Animali a simmetria bilaterale

Animali a simmetria bilaterale:

• Acelomati, privi di celoma, lo spazio tra epidermide e digerente è invaso da mesoderma (ammasso spugnoso di cellule, parenchima). Platelminti.

Esempio: Planaria, estremamente sottile proprio per la mancanza del celoma.

• Pseudocelomati, hanno una cavità corporea che circonda l’intestino della pseudocele non rivestita da mesoderma. Nematodi.

Esempio: ematode, si trovano in tutti gli ambienti (terreno, acqua, mare, endoparassiti dell’uomo), il corpo è cilindrico e ha uno pseudoceloma (cavità in bianco) non c’è però il rivestimento di mesoderma che avvolge la parete corporea e il digerente (membrana simile al peritoneo); è un tessuto di origine mesodermica.

• Celomati, con vero celoma tappezzato da uno strato di cellule di origine mesodermica.

Cos’è il celoma?

Cos’è il celoma?

Il celoma è una cavità corporea piena di liquido che si trova tra la parete esterna del corpo e il sistema digerente. Permette agli animali di cambiare la forma, la struttura. Gli animali cambiano: da piatti a struttura cilindrica. Anche il corpo ha il celoma, che contiene tutte le parti digestive.

Esempio: lombrico, dotato di celoma.

In sezione trasversale: tubo digerente tagliato trasversalmente.

Cosa serve?

• Separa la muscolatura del digerente dalla muscolatura associata al resto del corpo, (il cibo viene sospinto indipendentemente dai movimenti del corpo);
• Formare uno spazio all’interno del corpo dell’animale dove possono collocarsi i vari organi e apparati (es: spazio per le ghiandole associate al digerente, le gonadi…);
• Crea uno spazio dove le gonadi accumulano gameti e liberarli quando le condizioni ambientali sono adeguate;
• Funziona come scheletro idrostatico, se si prende un lombrico riesce a muoversi perché la muscolatura circolare longitudinale agisce sul celoma, che si comporta come un sistema di sostegno (sacco incomprimibile) e permette il movimento del lombrico. Scheletro idro = uno o più sacchi che permettono ai muscoli di avere un sostegno.

I celomati

Protostomi e