Appunti esame Biologia animale completo

Capitolo 22

Storia della vita sulla terra

La cronologia geologica è una linea temporale della storia della terra dalle sue origini fino al presente. La linea temporale si può dividere in quattro eoni, che si dividono a loro volta in ere e prendono il nome in base agli organismi che si sono sviluppati (prefisso -oico). I primi 3 eoni sono collettivamente noti come Precambriano (guardare immagine sul libro pag 499). Ambientali che potevano causare l'estinzione o la creazione di nuovi organismi. La vita sulla Terra si è originata circa 4.5 miliardi di anni fa, gli animali e la loro diversità può essere studiata solo dal periodo storico del Precambriano (700-800 milioni di anni fa).

A ritroso le Ere sono state le seguenti:

• Periodo quaternario (1 milione di anni fa) + Periodo Terziario
• Era Cenozoica (oggi-65 milioni di anni fa)
• Dal periodo Cretaceo al Triassico → Era Mesozoico (dai 65-350 milioni fa)
• Dal Permiano al Cambriano (avvenne un’esplosione di forme di vita) → Era Paleozoica (350-500 milioni di anni fa)
• Precambriano (550 milioni di anni fa -…)

Nell'archeano, circa 3,5 miliardi di anni fa, si svilupparono le prime cellule procariotiche che non avevano un nucleo e inizialmente erano formate da un metabolismo anaerobio cioè vivevano senza ossigeno.

I procarioti poi si divisero in due gruppi: in batteri e gli archeobatteri. I batteri sono gli organismi procarioti presenti oggi sulla terra. Gli eucarioti si distinguono dai procarioti per l'utilizzo dell'energia e gli organismi possono essere eterotrofi o autotrofi, si pensa che i primi organismi siano stati eterotrofi. L'ossigeno poi ha permesso la formazione di nuove specie aerobiche e di conseguenza nuove forme di vita eucariotiche.

Nel Protozoico si sono originate le cellule eucariotiche che si possono essere create in seguito a due eventi: simbiosi che ha permesso al battere e archeobatteri di entrare in contatto e l'endosimbiosi dove un organismo è stato inglobato in un altro. Nel Protozoico comparvero anche i primi animali.

Periodi della vita sulla terra

La proliferazione è iniziata nel Fanerozoico diviso in Cenozoico, Paleozoico e Mesozoico che sono divisi in periodi.

• Cambriano: Durante questo periodo si verificò un'esplosione delle specie viventi perché si scoprirono tantissimi fossili contenenti organismi con corpi molli. Vennero generati gli echinodermi, artropodi, molluschi e i cordati ed il clima era caldo con intensi cambiamenti climatici, ma verso la fine ci fu una glaciazione che causò un'estinzione di massa.
• Siluriano: Il clima fu mite, comparvero nuovi tipi di organismi marini come i pesci e iniziarono a formarsi le barriere coralline.
• Devoniano: Maggiore incremento del numero delle specie, apparvero felci e piante con il seme, si svilupparono i tetrapodi cioè organismi con 4 zampe.
• Carbonifero: Ci sono ricchi depositi di carbone, si sviluppano piante molto grandi e una mutazione importante fu la comparsa dell'uomo.
• Permiano: La deriva dei continenti è conclusa in questo periodo ed era stati formati un parco giochi terra e parco giochi dentro. Apparvero anche i primi mammiferi. Alla fine di questo periodo si verificò la più grande estinzione di massa.
• Triassico: I rettili erano abbondanti in questo periodo, i primi dinosauri si possono vedere le caratteristiche anatomiche.
• Giurassico: I dinosauri divennero gli animali più presenti.
• Terziario: I mammiferi del Cretaceo iniziarono a differenziarsi, apparvero le balene, gli uccelli e gli insetti. Apparvero gli ominidi, che erano un esempio di uomini moderni, scimpanzé, gorilla.
• Quaternario: Le glaciazioni sono state prevalenti ed è venuta l'estinzione di molte specie di mammiferi molto grandi, mentre alcune specie di ominidi diventano sempre più simili all'uomo.

Le influenze ambientali possono essere positive o negative in alcuni casi, un cambiamento può far sì che nuovi tipi di organismi facciano la loro comparsa, ma essi possono anche causare l'estinzione. In alcuni casi, i cambiamenti biologici e le estinzioni sono correlati alle principali modificazioni ambientali, che includono:

• Clima e temperatura: Le temperature inizialmente erano molto fredde perché la terra si doveva raffreddare, ma poi si verificarono degli intervalli di glaciazioni e temperature molto alte. Inoltre, la temperatura nelle diverse parti del pianeta è differente perché nei Poli la temperatura è molto fredda e nell'Equatore molto calda.
• Formazione dei diversi continenti: Inizialmente era presente un territorio continentale ed un territorio acquatico e gli organismi si differenziarono in organismi che vivevano in ambiente acquatico e organismi che vivevano in ambiente terrestre. In seguito, i continenti si iniziarono a separare e si verificò la deriva dei continenti.
• Atmosfera: La composizione dell'atmosfera cambia notevolmente perché si iniziano a sviluppare degli organismi in grado di produrre ossigeno svolgendo la fotosintesi.
• Catastrofi naturali:
• Glaciazioni: I ghiacciai si sono spostati attraverso i continenti alterando la composizione delle specie e alterando il livello delle acque degli oceani.
• Eruzioni vulcaniche: Le eruzioni vulcaniche possono creare una estinzione degli organismi, possono creare nuove isole e possono rilasciare detriti nell'atmosfera che influenzano la temperatura.
• Impatti meteoritici: CO2 che proviene da attività umane viene assorbito dall’acqua e scinde H+ e OH-, e l’OH- si lega con la CO2 e forma lo ione bicarbonato HCO3-, H+ è dannoso per gli organismi che depositano il carbonato di calcio e infatti l’oceano diventa sempre più acido. Le barriere coralline e le conchiglie di molluschi con l'acidificazione non si formano e queste servono per creare diversità animale.

Gli effetti di uno o più di questi eventi hanno talvolta causato l'estinzione di molte specie contemporaneamente. Questi eventi si chiamano estinzioni di massa.

Estinzioni di massa

Cambiamenti riguardanti la diversità, infatti la diversità è aumentata; osservando il grafico infatti l’asse x è divisa nelle 3 Ere mentre nell’asse delle y c’è il tempo geologico. 600 milioni di anni fa il numero di famiglie (livello tassonomico: specie, genere, famiglie..) non era tantissimo, poi è cresciuto repentinamente quasi con un andamento esponenziale, poi a metà del Paleozoico la diversità si è stabilizzata e poi si sono verificati dei crolli della diversità (fecero un conteggio dei fossili), ci furono 5 momenti in cui avvennero dei crolli della diversità. Il crollo più drammatico è quello che separa l’era Paleozoica all’Era Mesozoica circa 240 milioni di anni fa e avvenne un’estinzione di massa, poi ci fu una ripresa nel Triassico e una crescita fortissima che si ferma con un ulteriore estinzione di massa del Cretaceo circa 65 milioni di anni fa.

Discontinuità delle Ere geologiche influenzano la diversità nella vita, in seguito a catastrofi naturali e sono catastrofi della vita soprattutto quella del Permiano e del Cretaceo e determinano tra il Cenozoico e Mesozoico e Mesozoico e Paleozoico. Contrazione della vita, grafici letti verticalmente con Paleozoico, Mesozoico e Cenozoico dal basso verso l’alto, orizzontalmente ci sono un insieme di gruppi animali, i cefalopodi come seppie e calamari in passato erano molto più biodiversi, alcuni gruppi sono sempre stati formati da poche famiglie mentre altri gruppi come quelle dei bivalvi cioè le cozze stanno aumentando il numero delle famiglie. Alcuni gruppi sono estinti a causa di una diminuzione della biodiversità a causa dello sviluppo di altri gruppi.

L'estinzione del Cretaceo è stato uno dei più impattanti causato dall’impatto di un asteroide che ha colpito il Pianeta e ha creato delle polveri nella Terra che hanno cambiato le condizioni della Terra e alcune specie (dette stenoterme) non sono riuscite a sopravvivere perché queste specie possono vivere solo in determinati intervalli di temperatura.

Cinque grandi estinzioni di massa si sono verificate verso la fine dei periodi Ordoviciano, Devoniano, Permiano, Triassico e Cretaceo. I periodi del tempo geologico sono spesso basati su questi eventi.

Tettonica placche: Il movimento delle masse continentali che sono placche, crosta terrestre è formata da terra emerse e immersa, il confine della placca europea è la dorsale medio-oceanica che risale solo in prossimità dell’Islanda. Nel Precambriano c’erano due oceani e un’unica terra emersa, durante il Cambriano si forma un unico grande continente detto Pangea (unione di tutta la Terra) e invece nel Cambriano si formarono gli attuali continenti perché la Pangea iniziò a frammentarsi. Lo struzzo in Africa, il kiwi in Nuova Zelanda, l’Emu in Australia si sono diversificati insieme ai continenti che si separavano e la stessa cosa accade per i mammiferi che si sono diversificati con la frammentazione dei continenti. Anche gli esseri umani sono nati inizialmente in Africa e poi le popolazioni si sono differenziate nei diversi continenti aumentando la biodiversità.

I fossili

I fossili sono i resti riconducibili a forme di vita estinte che occupavano la Terra. Chi studia i fossili è il paleontologo. La maggior parte dei fossili è formata da resti di animali dotati di gusci o resti microscopici di piante. Molte delle rocce studiate sono rocce sedimentarie che si sono formate in seguito a disgregazione del vento e dell'acqua di particelle di rocce più vecchie, in questo modo la ghiaia, la sabbia o il fango (che sono particelle disgregate) possono seppellire organismi vivi o morti sul fondo di fiumi, laghi e oceani.

Un modo comune di stimare l'età di un fossile consiste nell'analizzare gli isotopi elementari contenuti nella roccia in cui si trova, noto come datazione con radioisotopi. Gli isotopi radioattivi sono Instabili e decadono con una specifica velocità che può essere utilizzata per comprendere la vita del fossile. La maggior parte delle rocce con fossili sono sedimentarie, i sedimenti si accumulano e diventano roccia. Le rocce più profonde contengono organismi più antichi; inoltre, le particelle più grandi e più pesanti si sedimentano per prime mentre quelle più leggere e piccole per ultime.

Nei fossili si possono vedere tutte le strutture e tutti i dettagli dell’organismo per riuscire a accertare che gli organismi si sono evoluti ed è aumentata la diversità. I primi fossili si formarono circa 3,5 miliardi di anni fa. Alcuni organismi piuttosto che altri possono diventare fossili; alcuni fattori sono per esempio l'anatomia, le dimensioni, l'ambiente e alcune volte ci possono essere degli errori che consentano di fossilizzare solo determinati organismi. I fossili sono considerati una prova della teoria dell'evoluzione e hanno fornito un'enorme quantità di informazioni sui tipi di organismi viventi del passato.

Capitolo 23

Sistematica

Classificazione secondo relazioni evolutive o discendenza verticale, mette in relazione i grandi gruppi (es. mammiferi e rettili).

Tassonomia

È un inscatolamento (tutti i mammiferi in un solo gruppo con caratteristiche simili).

Evoluzione biologica

Un cambiamento ereditabile nel corso di più generazioni in una o più caratteristiche di una popolazione o specie (riproduzione con gameti che è fonte di eredità a causa del matching con l’ambiente ed è un cambiamento ereditabile oppure possono cambiare le frequenze alleliche). L'evoluzione può essere esaminata su piccola scala quando in relazione ai cambiamenti del tempo di un singolo gene in una popolazione, oppure può essere considerata su scala maggiore quando è riferita alla formazione di nuove specie o gruppi di specie imparentate, cioè un accumulo di modificazioni.

La specie

Gruppo di organismi imparentati (un pool genico è in comune) e che condividono un aspetto distintivo. In grado di incrociarsi e avere successo riproduttivo gametico.

Popolazione

Membri della stessa specie si possono incrociare e dare una discendenza fertile.

Darwin

Il principio fondamentale che sta alla base dell’evoluzione è che le specie biologiche cambiano nel corso di molte generazioni. Darwin ipotizzò che le forme di vita esistenti sono il prodotto delle modificazione di forme di vita preesistenti. Disse che gli organismi sono polimorfi. Fece questo viaggio con la nave Beagle, si fece influenzare da alcune idee presenti a quell’epoca come le idee di Malthus. Le isole Galapagos e Hawaii si sono originate nuove isole in seguito a colate laviche, anche i becchi degli uccelli si differenziano in seguito a differenziazione per adattarsi a ambienti differenti e ad alimentazione differente. Darwin iniziò a studiare i rilievi meteorologici, geologici, i minerali e le popolazioni e si accorse che nel corso di molte generazioni sono avvenuti dei cambiamenti evolutivi per esempio per consentire di ottenere il cibo in maniera più efficace.

Lineo ha classificato gli organismi, il cambiamento si pensava fosse un cambiamento adattativo mentre Darwin disse che la selezione naturale eliminava gli organismi meno adatti.

Teoria dell'evoluzione

Le specie biologiche mostrano caratteristiche che cambiano nel corso delle generazioni e si sviluppa la teoria della discendenza con modificazione per mezzo della variazione e selezione naturale. Si può verificare la variazione all'interno di una determinata specie e la selezione naturale, quest'ultima permette lo sviluppo degli organismi che hanno una maggiore probabilità di sopravvivenza e di riprodursi in un particolare ambiente. In questo modo si forma un adattamento, che è una forma di cambiamento evolutivo in cui le caratteristiche della popolazione cambiano per permettere ai membri di adattarsi meglio all'ambiente naturale.

La teoria di Darwin precedette il lavoro di Mendel in campo genetico. La genetica ha permesso di capire le relazioni tra i tratti distintivi e l’ereditarietà.

La sintesi moderna dell’evoluzione

• Esiste una variazione naturale causata da modificazioni casuali del materiale genetico come per esempio mutazioni, crossingover e poliploidia.
• Può essere positiva, negativa o neutrale → può essere selezionato negativamente o positivamente.
• Se una modificazione genetica favorisce la sopravvivenza di un individuo e/o la sua capacità di riprodursi con successo, la selezione naturale può aumentare la frequenza di quella caratteristica nelle generazioni future.

Osservazioni del cambiamento evolutivo: La discendenza con modificazioni può spiegare la diversità e l'unità del nostro pianeta. Inizialmente l'evoluzione si comprese con lo studio dei fossili, la distribuzione degli organismi viventi sul nostro pianeta e il confronto delle caratteristiche anatomiche simili in specie differenti.

• Fossili: Questi organismi mostrano la storia della vita fino a 4 miliardi di anni fa, forniscono le informazioni dettagliate sulla qualificazione evolutiva in una serie di organismi imparentati e vengono confrontati in base alla loro età dal più piccolo al più recente e mostrano che gli organismi si sono modificati per aumentare la possibilità di alimentazione e per sopravvivere in aree differenti.
• Biogeografia: È lo studio della distribuzione geografica delle specie estinte e attuali. Nelle isole che sono isolate dalle altre c'è una grande evoluzione di nuove specie e gli organismi che si formano sono chiamate endemiche, cioè si trovano solo in una particolare area geografica.
• Evoluzione convergente: Molte differenti specie di due distinte linee evolutive mostrano caratteristiche simili perché occupano ambienti simili. Organismi che hanno caratteristiche simili si definiscono strutture analoghe o caratteristiche convergenti.
• Allevamento selettivo: Si verifica quando vengono attuate delle procedure che modificano le caratteristiche di specie addomesticate. Le persone in questo modo scelgono i genitori con caratteristiche con fenotipi desiderabili.
• Omologie:
  • Anatomiche
  • Di sviluppo
  • Molecolari

Fossili

Furono scoperti i fossili di Tiktaalik roseae che chiarirono il problema delle fasi che hanno portato all'evoluzione dei tetrapodi, cioè degli animali a quattro zampe. T. roseae è una forma di transizione tra i pesci, che sono animali acquatici, e tetrapodi, che sono, di norma, animali terrestri. A differenza di un vero e proprio pesce, T. roseae possiede un cranio largo e un collo flessibile e i suoi occhi sono posti alla sommità della testa come un coccodrillo. Per cercare le prede. Questi pesci avevano una vita anfibia (un po' dentro e un po' fuori dall’acqua).

Ostriche, i molluschi hanno cambiato la forma delle loro conchiglie. Si sono appiattite ed ingrandite. Familgia del cavallo: I fossili più antichi erano animali piccoli con zampe corte e larghe estremità. Ci furono cambiamenti adattativi:

• Dalle dimensioni di un cane a cavalli.
• Da 4 dita alle zampe anteriori e 3 a quelle posteriori si giunge a un dito singolo, racchiuso in un duro zoccolo.
• Da denti piccoli a denti più grandi e con creste.

Questi cambiamenti sono attribuiti ad adattamenti ai cambiamenti climatici globali.

Omologie anatomiche

Negli arti dei moderni vertebrati, lo stesso insieme di ossa ha subito modificazioni evolutive per essere usate per molti differenti scopi. Le strutture omologhe sono derivate da un comune antenato. Le strutture vestigiali sono caratteristiche anatomiche che non hanno una funzione evidente, ma che somigliano a strutture dei presunti antenati.