Biologia degli invertebrati

Programma

• Biologia dei protozoi
• Biologia dei metazoi invertebrati/vertebrati
• Biologia evoluzionistica

La zoologia è una disciplina che studia in modo scientifico gli organismi, eucarioti privi di parete quindi piante, eterotrofi quindi non autonomi, che quindi si nutrono per ingestione: protozoi ed animali, i quali devono procurarsi il cibo in autonomia.

Protozoi

• Quasi animali.
• Eucariota con cellula priva di parete.
• Eterotrofi.
• Unicellulari.
• Circa 35.000 specie.
• Dimensioni: inferiori al mm.

Per organismi si intende eucarioti con cellula priva di parete, eterotrofi che si nutrono per ingestione.

Chi sono i viventi?

• Coloro che rispondono agli stimoli dell’ambiente.
• Sono costituiti da cellule.
• Hanno un metabolismo.
• Hanno capacità di autoconservazione.
• Hanno capacità di autoriproduzione.

I viventi sono protozoi a vita libera, opposti da protozoi a vita parassitaria, coloro che hanno bisogno di interazioni con altre specie.

Chi sono gli animali? Metazoa

• Organismi unicellulari.
• Organismi dotati di senso e movimento.

Quest’ultima definizione non è troppo corretta in quanto esistono organismi sessili che stanno tutta la vita fermi come ad esempio i coralli.

Quindi per animale si intendono le seguenti caratteristiche:

• Cellula di tipo eucariota priva di parete.
• Organismi eterotrofi.
• Nutrizione per ingestione.
• Organismi pluricellulari.

Gli animali sono circa 1,3 milioni specie, raggruppate per phyla, in cui il 37% sono protozoi ovvero invertebrati, 39 phyla, e il 3% metazoi ovvero vertebrati, 1 subphylum.

Ricordo che per vertebrato si intende l’animale con vertebre invece con invertebrato si intende un animale privo di vertebre ma con lo scheletro, in quanto questo fornisce la forma.

Cosa si intende con evoluzione?

Cambiamento, trasformazione degli organismi nel corso del tempo. Non è un concetto che indica un miglioramento in quanto si può avere un evoluzione anche verso una situazione meno conveniente di quella iniziale.

L’evoluzione inoltre non è lineare ma solo casuale. Non esistono percorsi predefiniti… anche l’immagine dell’evoluzione dell’uomo è sbagliata in quanto il percorso scimmia → uomo non è stato diretto ma ci sono stati numerosi tentativi.

La specie più forte quindi non è quella che sopravvive né quella più intelligente, ma quella che è più reattiva ai cambiamenti.

• L’evoluzione si verifica nella popolazione nel corso delle generazioni successive.
• Si evolve la popolazione e non l’individuo.
• I cambiamenti evolutivi sono quelli ereditabili da una generazione all’altra.

Diversi tipi di cambiamenti:

• 1) A livello genotipico: trasmesse singole basi di DNA.
• 2) A livello fenotipico: morfologici, fisiologici, comportamentali.

L’evoluzione quindi non si verifica durante la vita del singolo, procede a caso facendo numerosi tentativi, no lineare, sì casuale.

Per processo ontogenetico si intende uno sviluppo e non un evoluzione biologica.

26/09 Filogenesi

Noi uomini abbiamo un antenato comune con la scimmia, ma non deriviamo in modo diretto da lei. Ci sono stati cambiamenti, modificazioni nel tempo, qualcosa quindi che si è evoluto.

La filogenesi indica quindi la genesi, ovvero come sono formati i vari gruppi e i gradi di parentela con le scimmie... nel nostro caso.

È lo studio dei processi evolutivi che apportano modifiche nelle popolazioni. Queste popolazioni hanno in comune un unico progenitore, dal quale però ciascuna si è lentamente discostata, possiamo quindi definirle imparentate.

Questo lo si può riscontrare nelle sequenze nucleotidiche, le quali compaiono in più popolazioni.

Le linee evolutive progenitore-discendente sono interconnesse e formano l’albero evolutivo della vita, o albero filogenetico caratterizzato dai rapporti di parentela.

La filogenesi quindi definisce le relazioni evolutive tra le linee progenitore-discendente, quindi i diversi gradi di parentela.

Si può definire anche come storia evolutiva degli organismi ricostruita, trovare tutti i gradi di parentela usando/confrontando i diversi caratteri, attraverso l’analisi dei rapporti di discendenza a partire da un antenato comune.

Ricostruire la filogenesi = confrontare caratteri simili. Per carattere si intende un qualsiasi attributo di un organismo che può essere confrontato e misurato ed esaminato.

Diversi tipi di caratteri

• Morfologici.
• Molecolari, seq. nucleotidiche.
• Biochimici.
• Cariologici, confronto cariotipo, dimensioni cromosomi…
• Comportamentali.

I caratteri sono:

• Peculiari di ogni taxon, gruppo/specie.
• Devono consentire di evidenziare le variazioni entro un taxon, gruppo.
• Devono consentire di evidenziare le variazioni tra i taxa.
• Devono evidenziare rapporti di parentela recenti.

Stabilire rapporti di parentela

Esistono 2 diversi tipi di caratteri:

• 1) Omologhi: sono caratteri ereditati da un antenato comune, sono indici di parentela e hanno uno sviluppo embrionale comune. Servono per costruire l’albero.

Se prendiamo in considerazione un arto possiamo dire che questo ha caratteristiche comuni con arti di altre specie. Possono quindi essere morfologicamente diversi anche se hanno un progenitore comune, quindi stessa origine embrionale.

Possono, o non, avere la stessa forma. Possono, o non, svolgere la stessa funzione.

Omologia anatomica

Quindi uccello, coccodrillo, balena etc hanno un progenitore comune a quell’animale estinto. C’è quindi una relazione di tipo: morfologia-funzione e fisiologia-funzione.

Omologia embrionale

La tiroide umana è omologa ad una struttura bastoncellare, endostilo, presente nei Tunicati o Urochordati, sessoni e marini. L’endostilo produce muco, produce quindi ormoni molto simili al T3 e T4 umani, sono quindi precursori dei nostri ormoni.

Gli ormoni tiroidei sono prodotti dalla tiroide e sono legati al cibo e alla dieta.

Queste 2 parti seppure simili, hanno stesso processo embrionale ma funzioni diverse.

Phylum Chordata

Come si vede dall’immagine si parte dalla mammella per poi arrivare ai tunicati, sono quindi sulla stessa linea evolutiva dell’homo sapiens.

• 2) Analoghi: non sono ereditati da un antenato comune, non hanno origine embrionale comune, geni diversi, non hanno origine evolutiva comune, no antenato comune recente, possono avere una forma molto simile, possono svolgere la stessa funzione, non indicano parentela.

Es occhio umano e octopus, occhio del polpo.

Nb: il polpo è piovra ed è diverso dal polipo che è corallo. L’occhio del polpo ha subito numerose modifiche e soprattutto il bulbo, poiché il polpo è un cacciatore.

Ali di uccello, pipistrello ed insetto

Queste ali sono dimensionalmente molto diverse ma morfologicamente simili:

• Sottili.
• Leggere poiché devono far sollevare.
• Forma allungata e leggera.

Sono simili pur partendo da un progenitore molto diverso.

Una volta che abbiamo stabilito che il carattere è omologo dobbiamo vedere se è:

• 1) Plesiomorfo = primitivo, presente nell’antenato comune ad un gruppo di organismi.
• 2) Apomorfo = derivato, carattere che si è evoluto a partire dallo stato primitivo cioè modificato.

Sono entrambi concetti relativi, cambia a seconda dei gruppi che si confrontano.

Ogni taxon è definito dalla condivisione di caratteri derivati, apomorfi: sinapomorfie.

Cladogramma

La corda rappresenta un carattere plesiomorfo comune a questo gruppo di organismi: ci sono successivamente dicotomie:

• 1) Tunicati: mantengono la corda.
• 2) Altri: ottengono le vertebre, carattere apomorfo.

Le vertebre quindi non sono più apomorfe, perché le nuove apomorfe sono le penne, e quindi è plesiomorfo, per questo motivo sono definiti caratteri relativi e non assoluti.

• → Stato derivato e apomorfo sono relativi.
• → Lo stato del carattere dipende dal livello gerarchico su cui si lavora.

Clado = unione tra antenato comune e suoi discendenti.

Gruppi evolutivi

• 1) Gruppo monofiletico: comprende l’antenato comune più recente, specie ancestrale, e tutti i suoi discendenti.
• 2) Gruppo parafiletico: comprende l’antenato comune più recente ma non tutti i suoi discendenti.
• 3) Gruppo polifiletico: non contiene l’antenato comune, ma tutti i membri.

Rappresentare la filogenesi

Si può fare attraverso un cladogramma, modo formale di rappresentare una gerarchia di cladi entro cladi, ovvero tra loro, oppure attraverso l’albero evolutivo o filogenetico.

Questi non sono equivalenti poiché forniscono informazioni diverse.

Per trasformare un cladogramma in un albero filogenetico bisogna aggiungere al cladogramma:

• Informazioni sulla durata delle linee evolutive.
• Informazioni sull’ammontare dei cambiamenti nelle varie linee filetiche.

27/09 Albero della vita di Hacchel

Albero della vita di Hacchel, circa 1870.

Dà una rappresentazione generale dell’evoluzione, si parte con i batteri alla base e mano a mano che si sale ci sono organismi sempre più complessi.

Ipotesi filogenetiche che includono la progressione verticale.

C’è quindi un evoluzione che dal basso va verso l’alto, sono tutti idonei a vivere nell’ambiente anche se con soluzioni diverse. Preferiamo quindi una rappresentazione in verticale, la seguente no.

I migliori cladogrammi sono quelli che analizzano caratteri morfologici e ?

Sistematica

Scienza che studia la diversità degli organismi viventi, la loro filogenesi e la loro classificazione, classificare = ordinare per insiemi, ripartire in gruppi elementi che hanno uno o più caratteri, caratteri omologhi quindi.

La classificazione biologica è inserita quindi nel mondo animale, piante utili, animali eduli.., bisogna quindi effettuare una ricerca di criteri e procedure condivise per creare una classificazione condivisa, ordinare gli organismi viventi in gruppi sulla base della individuazione di caratteri comuni.

Carlo Linneo è il fondatore della tassonomia moderna, lui crea il systema naturae che indica come dividere la natura, diviso in 2 principi:

• 1) Classificazione gerarchica: formazione di insiemi.
• 2) Nomenclatura binomia: meccanismo per cui ad ogni specie viene dato un nome specifico.

Per tassonomia si intende parte della sistematica che riguarda i metodi di identificazione, determinazione e classificazione dei taxa.

Classificazione gerarchica

Classificazione gerarchica, meno livelli di classificazione rispetto a quella botanica.

Organismi classificati in serie ascendenti con grado di inclusione crescente → stile matrioska quindi insiemi grandi seguiti da sottoinsiemi.

La gerarchia zoologica comprende 6 ranghi, taxa, principali, già evidenziati da Linneo.

Ordine crescente: specie → genere → famiglia → ordine → classe → subphlum → phylum.

Solo la specie interagisce con l’ambiente.

La specie è quindi:

• Unità di base della sistematica, classificazione.
• Solo le specie esistono come tali in natura.
• Sono riconoscibili e definibili in modo oggettivo e distinguibili l’una dall’altra.
• Trasmette i geni.

→ Ogni organismo appartiene solo ad una specie, eccezioni: ibridi cioè il frutto dell’accoppiamento di individui appartenenti a specie diverse, individui partenogenetici ovvero coloro che si riproducono per partenogenesi, ovvero solo per opera della femmina.

All’interno delle specie abbiamo delle popolazioni con tratti comuni ma diverse le une dalle altre, homo sapiens italiano ≠ da quello africano.

Una specie viene nominata in base al codice di nomenclatura binomia ideato da Linneo, ed esistono diversi concetti per definire una specie.

“Il nome della specie è formato da 2 parole:

• Nome genere + nome specifico.
• Entrambi in latino e in corsivo con l’iniziale del genere in maiuscolo come l’iniziale del nome generico, invece in minuscolo quella del nome specifico.
• Al binomio sempre associato il nome dell’autore”.

Es: ruga.

Come si definisce una specie?

1) Concetto tipologico di specie: gruppo di individui simili separati da tutti gli altri da una netta discontinuità morfologica.

Carattere discriminante: aspetto morfologico.

2) Concetto biologico di specie: insieme di organismi di popolazioni diverse effettivamente o potenzialmente in grado di accoppiarsi o incrociarsi tra loro, dando origine a prole feconda, anche questa quindi potrà crearne altre.

Carattere discriminante: non è l’aspetto, la morfologia, ma l’isolamento riproduttivo.

Es: incrocio tra asino, 31 coppie di cromosomi, e cavalla, 32 coppie: mulo sterile.

Incrocio tra asina e cavallo: bardotto che è sterile.

Sia il mulo che il bardotto sono ibridi, quindi entrambi sterile che non riescono a riprodursi e a trasferire i loro geni. Questi ibridi non sono delle specie quindi, dato che non riescono a generare nuove specie.

Ci sono però alcune problematiche:

• Organismi estinti.
• Organismi a riproduzione asessuale.
• Popolazioni allopatriche per le quali non esiste possibilità di verificare la compatibilità riproduttiva.

Bauplane → schema o disegno strutturale di un organismo, quindi dei diversi.

Descrive gli aspetti morfologici.

Simmetria

Uno dei metodi di classificazione è la simmetria = disposizione delle parti del corpo di un organismo rispetto a un asse o a un piano di riferimento che passa per il centro del corpo stesso.

Serve a confrontare le parti per capire se sono uguali.

Come può essere:

• Simmetria raggiata: disegnando un qualunque piano di simmetria ho sempre l’animale diviso in 2 parti identiche. È tipica degli animali che hanno forma tondeggiante/sferica, o tubulare, sono organismi sessili, che stanno sempre in acqua, o che si muovono nella colonna d’acqua dall’alto verso il basso e si nutrono di organismi sospesi nell’acqua.
• Simmetria biradiata.
• Simmetria pentaradiata: variante di quella raggiata, divisa in 5 piani speculari, sono globosi o tondeggianti e sono vagili-sedentari quindi con molta inerzia infatti tendono a star fermi e spostarsi solamente per cercarsi il cibo.
• Simmetria bilaterale: c’è un solo piano che passa al centro dell’organismo e lo divide in 2 parti uguali, non sono tondeggianti.. la stra grande maggioranza ha questa simmetria. La bilateralità è associata alla locomozione per cui si muovo, si sono quindi slanciati assumendo una forma slanciata es coccinella.

Può anche esserci un piano trasversale, vedi rana, che ci mostra le parti del corpo, es delle regioni corporee:

• Dorsale.
• Ventrale.
• Anteriore.
• Posteriore.
• Prossimale, lo è il braccio, il femore.
• Distale, la mano lo è rispetto al mio corpo, come il piede.

Organizzazione gerarchica dei piani strutturali

Organizzazione gerarchica dei piani strutturali degli organismi, cellula eucariota senza parete, eterotrofi, nutrizione per ingestione.

Organizzazione a livello di protoplasma: protisti → Protozoa.

Cellulare: poliferi → Parazoa.

Cellula-tessuto: cnidari.

Tessuto-organo: platelminti.

Organo-sistema: dai nemertini.

Al crescere del livello di organizzazione e di complessità anatomica emergono:

• Morfologie/bauplan nuovi.
• Meccanismi di funzionamenti nuovi.
• Esigenze fisiologiche diverse.
• Aumento delle dimensioni corporee.

02/10 Sistemi e apparati

Sistemi/apparati: morfologia-funzione.

• Superficie del corpo e sistemi di sostegno, scheletro.
• Apparato locomotivo: movimento e locomozione.
• Apparato digerente e nutrizione.
• ….

Omeostasi

Claude Bernard, fisiologo francese, 1859: ambiente interno vs ambiente esterno, aria, acqua dolce, terreno, acqua di mare. L’organismo uni/pluri interagisce di continuo con questo ambiente.

Walter Cannon, 1930, conia il termine omeostasi:

• Capacità di mantenere costante il proprio ambiente interno, fluidi corporei, nelle cellule, concentrazione di ioni e molecole, costante e in modo autonomo anche se l’ambiente esterno varia.
• Garantisce il corretto funzionamento cellulare.

Con queste 2 condizioni rispettate è garantito il buon funzionamento della cellula.

Es: se si mangia un pacchetto di patatine salate, si ingerisce il cloruro di sodio, sale, questo si scioglie e quindi ioni Cl e ioni Na aumentano e questo incremento può danneggiare il funzionamento delle cellule, per cui bevendo diluiamo la concentrazione tornando ad un corretto funzionamento. Consente la sopravvivenza dell’organismo.

Concetto dinamico:

• Interazione fra i fattori ambientali tendono a far variare l’ambiente interno di un organismo e i processi fisiologici che regolano la composizione dei fluidi interni.
• Non è un concetto fisso, ma dinamico. È un processo costante e continuo.

Apparati e funzioni

Apparati digerenti → energia.

Sistemi di trasporto → nutrienti, ormoni, gas respiratori, metaboliti, cataboliti.

Sistemi di regolazione della temperatura.

Apparato per scambi gassosi → ossigeno e anidride carbonica.

Apparato escretori → bilancio idrico-salino, eliminazione cataboliti azotati.

Sistemi di coordinazione

Apparato endocrino → ormoni.

Sistema nervoso → neurotrasmettitori, neurormoni, apparato endocrino che media le informazioni.

Organi di senso.

Locomozione: tegumento + scheletro + muscolatura, nel loro insieme contribuiscono quindi alla locomozione.

Se l’individuo non fa o omeostasi o non rispetta i sistemi di coordinazione: muore.

Riproduzione e sessualità: non sono indispensabili per la sopravvivenza dell’individuo, ma per la continuità nel tempo per la sopravvivenza della specie, affinché ci sia una trasmissione dei geni.

Tegumento

Tegumento, concetto generale e non specifico di una specie.

È il rivestimento esterno del corpo, es derma, che contribuisce in parte a dare la forma.

Funzioni:

• Separa ciò che è l’ambiente dell’animale e ciò che non lo è, esterno/interno.
• Comunicazione tra ambiente esterno.