Appunti anatomia comparata

1° lezione: anatomia comparata

Anatomia comparata: è lo studio delle forme e delle strutture degli organismi, il confronto delle caratteristiche in comune e non, viene usata per lo studio del funzionamento degli organi, ora soprattutto per lo studio della storia evolutiva e quindi del legame tra le strutture durante l’evoluzione.

Diverse. La forma di un organo è codificata nel patrimonio genetico è anche da diversi meccanismi che ne modificano la forma durante la vita, possono quindi variare nel tempo, possono cambiare individualmente, quindi grazie al singolo oppure tramite cambiamenti trasmessi nel lungo tempo dando la speciazione, processi evolutivi.

Terminologia anatomica delle regioni, dei piani e delle sezioni

• Prossimale: più vicino all’asse del corpo.
• Distale: più lontano all’asse del corpo.
• Mediale: più vicino alla regione centrale dell’asse de corpo.
• Laterale: più scostata all’asse del corpo.
• Pari: numero pari.
• Impari: numero dispari.
• Metameria: strutture che si ripetono in senso antero-posteriore, vertebre.

Somiglianze morfologiche

Somiglianze morfologiche: caratteri. Utilizzate per lo studio della storia evolutiva.

• Caratteri simili perché ereditati dall’antenato comune possono presentare differenze, detti omologie.
• Caratteri simili per funzionamento, in quanto specie che vivono in ambienti simili, non hanno antenati in comune, dette omoplasie, non utili per la storia evolutiva.

Caratteri condivisi: sinapomorfie.

Caratteri derivati: apomorfie.

Classificazione

Classificazione: organizzazione in nomi secondo un sistema gerarchico dei viventi in taxa, ogni taxon, singolare di taxa, rappresenta un raggruppamento gerarchico, dati in base alla tassonomia linneana basata su somiglianze per la denominazione di una specie, la scienza della classificazione è chiamata sistematica.

Nomenclatura binaria

• Specie: Panthera tigris, possibili sottospecie.
• Genere: Panthera, molti caratteri in comune.
• Famiglia: Carnivora.
• Categorie: specie, genere, famiglia, ordine, classe, phylum, regno, dominio, sotto- sub, sopra- super, infra- ecc.
• Indicazioni nome autore: Panthera tigris Linnaeus 1758.

Evoluzione

Evoluzione: evolutio, Spencer. Processo di cambiamento nel tempo, attraverso il quale cambiano le caratteristiche delle popolazioni ereditabili nel corso delle generazioni, discendenza con modificazioni, tutti i viventi hanno un antenato in comune, ancestore.

Prima teoria dell’evoluzione: Jean-Baptiste Lamarck

1° legge: uso e disuso, più si utilizza, più di sviluppa.

2° legge: ereditarietà dei caratteri acquisiti, il carattere viene trasmesso alla progenie.

Padri teoria evoluzione: Darwin e Wallace

Secondo Darwin:

La selezione naturale è alla base dei meccanismi dell’evoluzione.

• In natura nascono più individui di quanti ne possano sopravvivere.
• Nelle popolazioni ci sono piccole differenze individuali, variazioni casuali.
• La sopravvivenza dipende in parte dalle caratteristiche ereditarie.
• In una popolazione diversificata gli individui con caratteristiche favorevoli sopravvivono e si riproducono.
• Le popolazioni nel tempo generano nuove specie.

Prove a sostegno

• Selezione artificiale: coltivazione e allevamento selettivo.
• Paleontologia: osservazioni ossa organismi passati.
• Anatomia comparata: somiglianze es. arti.
• Organi vestigiali: residui di organi ancestrali, coccige, membrana nittitante.
• Biologia molecolare: paragona sequenze di DNA e proteine di organismi diversi, > % di DNA e proteine = > parentela.

Lezione 2

Darwin e Wallace hanno sviluppato questa teoria che porta tutti i viventi ad un antenato comune. In natura nascono molti più individui rispetto a quanti ne riescono a sopravvivere. Sovrappopolamento. C’è una variabilità individuale: la sopravvivenza dipende dalle variazioni ereditate dai genitori: chi sopravvive si riproduce e trasmette queste caratteristiche alla prole.

Secondo Lamarck potevano essere ereditate caratteristiche acquisite nel corso della vita, per Darwin no. Trasmissione dei caratteri necessari, perdita caratteri inutili → selezione naturale.

Si arriva a nuove specie nel corso di molti anni grazie alla variabilità spontanea.

Fossili → ci raccontano la biodiversità dei tempi passati e quanto questi siano vicini o lontani con le specie attuali.

Organi vestigiali → organi residui es. membrana nittitante: pellicola che è permasta negli occhi di certi rettili, carattere non fondamentale che tuttavia è stato mantenuto.

2 es. coccige: residuo della coda, parte terminale dell’osso sacro.

3 es. arti posteriori dei cetacei: molto ridotti, tendono a scomparire.

Prove moderne che vengono dalla biologia molecolare: studia proteine e DNA per andare a vedere che correlazione c’è tra una specie e un’altra.

Neo-darwinismo: è la sintesi moderna → evoluzione alla luce del discorso delle variazioni genetiche.

La variazione genetica delle popolazioni viene prodotta in modo casuale grazie a mutazioni e ricombinazioni. Le modificazioni portano al cambiamento di proteine, le modificazioni di geni regolatori sono importanti perché agiscono sull’espressione dei geni. Vanno a modificare poi le proteine. A seguito di cambiamenti genetici si creano caratteri diversi che possono essere vantaggiosi. Si vanno a creare dei geni regolatori: se una mutazione avviene in un gene regolatore, questo gene la trasmetterà in modo sostanzioso ai geni che si genereranno a partire da esso.

I caratteri genetici sono selezionati dalla selezione naturale oppure tramite la deriva genetica, genetic drifts, dovuta a fenomeni casuali, oppure ancora tramite l’effetto fondamentale nel quale alcuni individui di una popolazione si isolano e dopo diverso tempo avviene la speciazione.

L’evoluzione è costante? secondo Darwin sì.

Guardando i fossili però dovremmo vedere dei caratteri che mutando portano a poco a poco alla specie successiva: tuttavia la paleontologia non ci dice questo.

Gradualismo: gli organismi mutano costantemente, per adattarsi all’ambiente che cambia.

Equilibri punteggiati: equilibri perché la popolazione resta in equilibrio, punteggiato perché ad un certo punto compare la nuova specie.

Grazie ai fossili sappiamo che le specie compaiono repentinamente, gli equilibri degli organismi si mantengono fino ad un punto critico di variazioni ambientali in cui si accumulano le mutazioni favorevoli creando una nuova specie, le mutazioni erano già presenti.

Tipi di evoluzione

Microevoluzione: a livello di popolazioni, accumulo di mutazioni nel DNA es Biston betularia.

Macroevoluzione: tempi molto lunghi, su grande scala, oltre che nuove specie anche nuovi ordini gerarchici.

Non sempre la speciazione è lenta, i ciclidi dei laghi africani si sono evoluti in 200-300 anni come per i fringuelli delle Galapagos, perché ci sono stati fattori che hanno velocizzato il processo.

Specie

Specie: un’entità evolutiva a sé stante separata dalle altre specie che dovrebbe rispondere ai seguenti criteri:

• 1- Condivisione di caratteri morfologici, molecolari, comportamentali.
• 2- Interfecondità → prole fertile.
• 3- Antenato in comune.

Non vengono sempre rispettati.

4- Specie morfologica: concezione classica. Stessa specie = caratteri morfologici simili; gruppi di individui sono considerati appartenenti alla stessa specie unicamente in base ai loro caratteri morfologici. Ma NO CLONI.

5- Specie biologica: nicchia specie-specifica, biospecie ecologica: popolazioni riproduttivamente isolate da altre, occupano in natura una specifica nicchia ecologica. Rientrano in questa definizione specie potenzialmente riproduttive ma che occupando nicchie ecologiche diverse, in natura non si riproducono; es. la cornacchia nera, se cambia il secondo nome della nomenclatura binomia è una specie diversa. Vanno a formare degli ibridi che tuttavia rimangono separati: non sono interfecondi tra loro.

6- Concetto genetico di specie: biologia molecolare, DNA barcoding. DNA e RNA diversi per un certo valore = specie diverse, usa tecniche molecolari, viene utilizzato per capire eventuali mescolanze; due individui appartengono a specie diverse se la somiglianza delle sequenze di DNA o RNA va oltre una determinata soglia. Una soglia individuata per determinati organismi è quasi sempre diversa da quella nota per altri viventi. Concetto basato su criteri di somiglianza derivati da dati ricavati mediante tecniche molecolari di elettroforesi o di sequenze genetiche, RNA, DNA. In campo fossile ricordiamo applicazioni come quella per l’uomo di Neanderthal → incroci che hanno fatto permanere parte del suo DNA nella nostra specie.

7- Specie filogenetica: il più piccolo raggruppamento di organismi che condividono lo stesso antenato.

Filogenesi

Filogenesi: studio di come si arriva ad un certo gruppo di organismi, distinto dagli altri, pur condividendo lo stesso antenato. Si costruisce questa storia evolutiva basandosi sulle relazioni tra gruppi e sulla loro storia. Si ricostruisce a ritroso l’albero genealogico.

Origine di un gruppo, insieme delle relazioni di discendenza evolutiva tra gruppi di organismi rappresentati tramite alberi filogenetici, dendrogrammi, rappresentano i rapporti di discendenza dovuti a storia evolutiva in comune. “Penso sia andata così” → Darwin scrive in uno schemino. Partiti da un progenitore comune e da quello si sono sviluppate progressivamente linee evolutive diverse.

Il metodo più diffuso di ricostruzione filogenetica è l’analisi cladistica:

• 8- Analisi dei caratteri, morfologici, molecolari e comportamentali, ereditati con variazioni dell’antenato comune.
• 9- Vengono considerate le sinapomorfie, caratteri condivisi da più discendenti.
• 10- L’albero è dicotomico, ad ogni nodo derivano due rami, uno più simile all’antenato dell’altro, quelli più simili sono i sister group.
• 11- Caratteri ancestrali: plesiomorfie.

Caratteri ancestrali → plesiomorfie, non danno informazioni sul grado di parentela degli organismi.

Caratteri derivati → apomorfie.

Caratteri derivati condivisi → sinapomorfie.

Somiglianze morfologiche e caratteri

Somiglianze morfologiche:

• Caratteri simili perché ereditati dal medesimo carattere presente in un antenato comune, non sempre stessa funzione: omologie.
• Caratteri simili per funzione perché dovuti alla stessa pressione selettiva o evolutiva ma non presenti in un antenato comune, a volte molto distante evolutivamente: omoplasie, principalmente analogie.

Quando due gruppi condividono lo stesso ambiente: balena mammifero e pesci → arrivano a somigliarsi questi due gruppi, “convergenza evolutiva”, pur restando due gruppi diversi.

Analogia: somiglianze, caratteri non validi per la filogenesi, convergenza evolutiva es ali.

Clade, gruppi monofiletici: è un taxon che include l’antenato comune e tutti i suoi discendenti, anche detto gruppo monofiletico. Un taxon che non li include tutti è parafiletico.

Un clade può essere molto grande, può riunire tanti discendenti diversi.

Una filogenesi è simile all’albero genealogico di una famiglia. Ogni ramificazione corrisponde all’origine di un nuovo gruppo, ordine, classe, specie… qualsiasi cosa.

Ogni linea filetica ha una parte di storia esclusiva e una in comune e condivisa con altre linee filetiche.

Ogni linea filetica ha progenitori esclusivi e progenitori condivisi con altri gruppi filetici, es. i mammiferi hanno un pezzo di storia comune, un progenitore comune.

La filogenesi è una scienza in continuo divenire.

Es. due cladogrammi diversi nei due libri di testo Abelli, più moderno, e Liem… Abelli: mammiferi divisi in 4 gruppi monofiletici. Liem:

Sistematica cladistica

Sistematica cladistica: classificare i viventi in base ai gruppi monofiletici risultati dal cladiogramma, quindi creare i rapporti di discendenza; nuovi dati e nuove tecnologie portano a nuove classificazioni.

La classificazione filogenetica assegna un nome solo ai cladi, in genere i nomi tradizionali rimangono, in certi casi però i nomi linneani non corrispondono più alla classificazione filogenetica come ad esempio i rettili.

Scuola fenetica: rettili non contengono gli uccelli, basata su similarità globale →.

Scuola cladistica: rettili contengono gli uccelli. Sauropsida, rettili come gruppo monofiletico.

Negli alberi filogenetici può venire aggiunta la componente temporale e abbondanza per denotare radiazioni adattative e rarefazioni es estinzioni.

I cladi che arrivano in fondo ci sono ancora, quelli che si fermano prima si sono estinti. Es. arcosauromorfi →

Es. cetartiodattili scoperti fossili di cetacei estinti con arti posteriori che assomigliavano particolarmente agli artiodattili.

Lezione 3 - 4/03/2022

Filogenesi vertebrati

Cordati = cranioti/vertebrati + cefalocordati + tunicati.

Craniata e vertebrata sono considerati due gruppi monofiletici distinti → i craniata hanno il cranio, i vertebrata hanno cranio + vertebre, perciò quasi sempre i vertebrata sono anche craniata.

Cranioti: vertebrati + mixine.

Cordati: gruppo monofiletico.

Caratteri derivati condivisi, le sinapomorfie che possono condividere sono poche, e sono:

• 1- Tasche faringee.
• 2- Endostilo e tiroide → la tiroide è una ghiandola endocrina che fissa gli ormoni. Sappiamo che si origina dalla faringe. Non in tutti i cordati funziona da ghiandola endocrina, pur avendo stessa forma e stessa posizione: in questo caso viene chiamato endostilo. Per questo la tiroide è una sinapomorfia.
• 3- Corda o notocorda → ha una posizione dorsale, e sopra ad essa c’è un sistema nervoso tubulare, il cordone nervoso tubulare dorsale.
• 4- Cordone nervoso tubulare dorsale.
• 5- Coda postanale.

Possono essere presenti anche solo nell’embrione.

Sono deuterostomi → echinodermi, cordati e sono tre cladi che fanno parte degli eutarostomata.

Le sinapomorfie devono essere sempre presenti, sia nella vita adulta sia nella vita embrionale. Alcune sinapomorfie sono sempre riconoscibili durante la nostra vita, come la tiroide.

Ora come adulti non abbiamo la coda, né la faringe fessurata.

Nelle prime fasi di sviluppo si forma un intestino primitivo, che andando avanti nello sviluppo questo si deve aprire in una seconda apertura, chiamata anale, e in base a dove si forma vengono classificati tre gruppi: i deutostomi in cui si forma la seconda apertura che è la bocca. Nei protostomi i plastoporo si forma dalla parte opposta del… 21:00 riascolta!

È importante riuscire a trovare anche la parentela dei fossili con le specie estinte e ancora viventi. I fossili fanno parte di un periodo chiamato Cambriano, in cui non solo sono comparsi i cordati, ma anche tanti altri animali. Viene chiamata esplosione del Cambriano, poiché sono comparse tantissime nuove forme di vita e anche tante estinzioni di questi stessi animali. In Canada si trova il più famoso deposito di questi fossili del Cambriano, il deposito di Burgess, e anche in Cina, il deposito dello Yunnan.

Il Pikaia gracilens, circa 505 mya, è un cordato rinvenuto proprio nel Burgess, ed è considerato il sister group degli altri cordati.

Cordati

Ci sono 3 gruppi monofiletici dentro i cordati, Phylum: Chordata; subphylum Tunicata, Cephalochordata, Craniata-Vertebrata, Cranioti-Vertebrati possono essere considerati un unico clade grazie a nuovi studi, con i 3 taxa dei cordati si possono fare 3 ipotesi di filogenesi: la più tradizionale è l’ultima cioè i tunicati si sono separati prima. La più moderna è quella secondo cui si sono separati prima i cefalocordati.

Le sinapomorfie si possono trovare sia negli individui adulti che nella vita larvale, ad esempio nell’embrione umano sono presenti le tasche faringee che non saranno presenti negli adulti, un altro esempio è la coda postanale, ne rimane solo il coccige, viene studiato dalla biologia dello sviluppo.

Sono tutti deuterostomi, che appartengono anche ad altri animali, è un carattere plesiomorfo, esistono due caratteri nelle prime fasi di sviluppo degli animali, deuterostomi e proteostomi, quando si forma l’apparato digerente degli animali la bocca dell’apparato si può formare in corrispondenza dell’apertura dell’intestino primitivo oppure si può formare l’ano, nei proteostomi si forma la bocca, nei deuterostomi per invaginazione.

Caratteristiche dei cefalocordati

40:00 Vediamo le caratteristiche dei cefalocordati.

Hanno la corda lungo tutto il dorso fino anche alla testa. Hanno le loro sinapomorfie, cioè quelle degli anfiossi.

Gli anfiossi non hanno gli organi di senso olfattivi, cosa che invece i cranioti hanno.

Cladi dei cordati

Una filogenesi valida usa vari caratteri, nel caso ci siano dei fossili essi sono utili per individuare le caratteristiche dei taxa moderni, i fossili più antichi risalgono al Cambriano che è avvenuto 540 milioni di anni fa, in questo periodo c’è stata l’esplosione del Cambriano, si sono evolute tantissime forme viventi, i siti più importanti sono in Canada, Burgess, e in Cina, Yunnan, il primo fossile che si può inserire nei cordati è il Pikaia gracilens che è stato trovato in Canada, è il sister group di tutti gli altri cordati.

Cefalocordati: anfiossi

Cefalocordati: anfiossi il sister group degli altri due, quindi quelli più distanti, si chiamano così perché hanno la corda dorsale che va dalla testa alla punta della coda, sopra la corda vi è il tubo neurale, vi è la faringe che è nel collo con fessure con tasche faringee, sono marini, filtratori, l’acqua viene filtrata, sono animali e