Appunti integrati di Zoologia

Corso zoologia per il 1° anno di biologia

Zoologia 1

Zoologia

Introduzione alla scienza

La zoologia è una parte della biologia, e come tutte le scienze utilizza il metodo scientifico.

Il metodo scientifico è un metodo che parte dall’osservazione della natura e di quello che abbiamo attorno. Il metodo scientifico per sua natura è contestabile.

Ciò significa che non tutte le informazioni che abbiamo sono necessariamente legge assoluta ma tutto può essere contestato e rivalutato con nuovi metodi.

Questo metodo è chiamato sperimentale perché si basa su valutazioni di natura scientifica definita da più step:

• Osservare un fenomeno, un processo o una struttura.
• Formulare una domanda relativa al fenomeno osservato.
• Documentarsi.
• Formulare ipotesi di possibili soluzioni.
• Costruire un modello, una rappresentazione semplificata del fenomeno osservato.
• Verificare l’ipotesi sperimentalmente.
• Interpretare i risultati e formulare delle ipotesi.

Se le previsioni di un’ipotesi e di un eventuale modello resistono a ripetute verifiche diventano leggi scientifiche.

Un gruppo di ipotesi verificate e correlate costituiscono una teoria.

Quando si parla di evoluzione si sta parlando di una teoria, la teoria di Darwin che come tale non è verità certa e assoluta ma è pienamente accettata dalla comunità scientifica in quanto sostenuta da molte tesi.

La scienza inoltre non dà mai risposte assolute e immutabili ma sostiene l’autocorrezione, è quindi pienamente smentibile.

Esempio di applicazione del metodo scientifico

1- Osservo: esistono forme chiare e forme scure della falena “Biston bertularia”.

Questa specie di falene era composta da individui caratterizzati dal colore chiaro, questo colore permetteva loro di mimetizzarsi con l’ambiente circostante. Con la seconda rivoluzione industriale e l’elevata quantità di fuliggine che era solita scurire le superfici interessate da questa specie, Biston bertularia è stata costretta a cambiare colore delle sue ali e del suo corpo per far fronte alla nuova situazione e sfuggire ai predatori.

Mi pongo un’ipotesi: il colore dipende da cosa mangiano.

Ipotesi nulla: in ambienti inquinati le falene sono più scure perché mangiano fuliggine, indipendentemente dalla colorazione dei genitori.

Verifica: allevo le larve di genitori diversi in cattività.

Dai dati ottenuti si evince che l’ipotesi formulata all’inizio non è confermata dalle osservazioni fatte.

La mia ipotesi è sbagliata, rifiuto l’ipotesi e ne formulo un’altra per spiegare il fenomeno.

Nuova ipotesi: il colore dipende dalla necessità di mimetizzarsi e scappare dai predatori.

Ipotesi nulla: in ambienti inquinati le falene scure sopravvivono di più perché mimetizzate sulla corteccia nera degli alberi, e viceversa in ambienti non inquinati le falene chiare.

Verifica: verifico osservando i tassi di predazione.

I nuovi dati sperimentali confermano la nostra ipotesi.

Organismi viventi

Gli esseri viventi sono tutti diversi tra loro, esistono milioni di specie diverse di cui molte ancora sconosciute. Tutti gli esseri viventi, anche se non appartengono alla stessa specie hanno caratteristiche comuni.

Come riconoscere un essere vivente da un oggetto inanimato

1- Unicità chimica.

• Stessa natura chimica della materia non vivente ma con struttura più complessa.
• Presenza di macromolecole: acidi nucleici, proteine, carboidrati, lipidi.

2- Complessità e gerarchia.

3- Riproduzione.

Può essere sessuata o asessuata.

Durante la riproduzione asessuata, l’essere vivente è in grado di clonare se stesso senza la partecipazione di un altro individuo della stessa specie.

Invece, durante la riproduzione di tipo sessuale, che rimane la più comune tra gli animali, prevede che concorrano 2 organismi diversi, i quali metteranno a disposizione parte del loro materiale genetico per creare un nuovo individuo che risulterà essere una combinazione dei geni genitoriali.

4- Programma genetico.

Come quindi intuibile dal discorso della riproduzione, gli esseri viventi hanno un patrimonio genetico avente tutte le informazioni per il corretto sviluppo e funzionamento dell’organismo.

5- Metabolismo.

Una lucertola regola la propria temperatura corporea grazie al comportamento sotterrandosi nelle ore più fredde per trattenere calore corporeo, nascondendosi dal sole nelle ore più calde e esponendosi al sole quando le temperature ottimali prevalgono.

• Gli organismi ricavano energia dal proprio ambiente.
• Metabolismo: complesso di reazioni biochimiche di sintesi (anabolismo) e di degradazione (catabolismo), che si svolgono in ogni organismo e che ne determinano l’accrescimento, il rinnovamento, il mantenimento.
• Un organismo ha bisogno di un costante apporto di materia organica ed energia per mantenere il suo metabolismo attivo e quindi vivere.

Omeostasi

L’omeostasi è la tendenza naturale al raggiungimento di una relativa stabilità, sia delle proprietà chimico-fisiche interne che comportamentali che accomuna tutti gli esseri viventi.

6- Sviluppo.

Tutti gli esseri viventi hanno un ciclo vitale con nascita, crescita, riproduzione e morte.

Estate. Metamorfosi olometabola della farfalla Danaus plexippus.

7- Interazioni con l’ambiente e adattamento.

La Pernice bianca o Lagopus muta helvetica.

Essa si adatta alle condizioni dell’ambiente e cambia la colorazione della livrea, delle sue piume.

Infatti, d’estate ha una colorazione scura per mimetizzarsi con le rocce scoperte mentre in inverno, in ambiente nevoso, tenderà ad avere colori più chiari.

Altri chiari esempi di mimetizzazione evoluta sono gli insetti foglia che sono stati capaci di modificare il proprio corpo drasticamente ai fini dell’adattamento.

8- Movimento.

Molti animali hanno movimento controllato dal proprio organismo.

9- Discendenza comune.

È sbagliato dire che esistono animali superiori, non esiste quindi una scala all’apice della quale c’è l’uomo perché ogni organismo si è evoluto per vivere in determinati punti geografici a determinate condizioni.

Animali e nomenclatura

Animali

Quindi come si riconosce un animale da un organismo qualunque?

Esistono circa 10 milioni di specie animali, la maggior parte dei quali sono invertebrati (senza colonna vertebrale).

Nonostante ciò, se qualcuno ci chiedesse un elenco dei primi animali che ci vengono in mente risponderemmo: cane, gatto, topo, uccelli… tutti vertebrati insomma.

Abbiamo una visione e una conoscenza che è molto più approfondita dei vertebrati che non degli invertebrati anche se la proporzione è completamente diversa.

In questo corso vedremo entrambi.

Per rispondere alla domanda: “come riconoscere un animale da un altro essere vivente?” ci basta ricordare che un animale è sempre un organismo pluricellulare, eterotrofo (non riesce a produrre materia organica da solo ma deve assimilarla da organismi vegetali direttamente o indirettamente) con organizzazione eucariotica priva di parete cellulare.

È da tenere a mente che anche i funghi sono eucarioti, pluricellulari, eterotrofi; quindi cosa ci distingue dai funghi?

Ci distingue il modo in cui introduciamo alimenti nel nostro corpo, la presenza di sistema nervoso per la ricezione degli stimoli esterni e l’eventuale risposta ad essi, presenza di muscoli e nervi per il movimento.

La caratteristica più esclusiva degli animali è la presenza dei geni homeobox.

Nomenclatura animale

Quando si parla di un organismo, che esso sia una pianta un fungo un animale e così via, può essere chiamato con il suo nome comune: il gatto, il cane, il topo; oppure con un nome scientifico attribuito ad ogni specie secondo regole specifiche, le regole della nomenclatura.

Esistono modi leggermente diversi per dare i nomi agli animali e alle piante.

Lo scopo di adottare una nomenclatura di tipo scientifico è quello di essere in grado di riconoscere subito l’organismo oggetto di studio; se io dicessi: “stiamo studiando un cane” sarei molto vago e impreciso data la vastità delle forme di cane esistenti.

Classificazione in ranghi

La tassonomia ha lo scopo di dividere in gruppi le specie animali a seconda di alcune caratteristiche (i caratteri omologhi) che li accomunano.

La classificazione ha lo scopo di organizzare le varie categorie di animali secondo una gerarchia in cui gruppi più grandi includono gruppi più piccoli i quali includono a loro volta gruppi più piccoli. Nel gruppo degli esseri viventi, ci rendiamo conto che esistono tantissimi elementi mentre scendendo lungo la gerarchia si arriva fino alle specie che identificano un solo tipo di organismo.

La gerarchia è costituita da categorie tassonomiche o ranghi tassonomici.

Come si dà il nome alle specie?

Abbiamo detto che esiste il nome comune e il nome scientifico, quello scientifico si dice binomiale perché è sempre composto da 2 nomi in latino.

Questo metodo di nomenclatura fu inventato da Carlo Linneo e si usa in tutto il mondo. Si usano 2 termini per identificare l’organismo sotto osservazione, il genere e la specie. È importante scrivere il genere con la prima lettera maiuscola e tutto il resto è minuscolo, si usa inoltre sempre il latino con un formato diverso dal testo come: “Homo sapiens” oppure “H. sapiens”.

Data la credenza della presenza di una sottospecie all’interno di quella di Homo sapiens, spesso si può trovare nei testi il nome Homo sapiens sapiens.

I nomi latini non vengono mai tradotti ed è questa la caratteristica fondamentale che ne determina la precisione. I nomi comuni possono spesso essere imprecisi e identificare più organismi simili ma comunque diversi.

È l’ICZN a decidere il nome, questa è un’organizzazione internazionale atta a mettere tutti d’accordo con il nome scelto per identificare una specie.

L’acronimo sta per International Commission on Zoological Nomenclature.

Il nome di una specie viene deciso dalla prima persona che la descrive e pubblica. Il nome del classificatore e la data di pubblicazione sono dati tipicamente dopo il nome scientifico. Se la classificazione della specie è cambiata più tardi il classificatore originario è dato tra parentesi mentre il nuovo subito di seguito.

Bison (Bison) bison bison (Linneus, 1758) Skinner & Kaisen, 1947.

Descrizione

Oltre al nome è spesso necessaria anche una descrizione, dopo il 1930, i nuovi nomi devono essere accompagnati da una descrizione (o farvi riferimento) spiegando cosa significa il nome.

Apis mellifera Apis pubescens, thorace subgriseo, abdomine fusco, pedibus utrinque, margine ciliatus.

Priorità

Il nome valido più anticamente pubblicato è quello che viene usato persino se vi è un errore nel nome originale.

Il caso di Haliaeetus Savigny è un classico esempio di un errore di battitura (la doppia “e”) che una volta pubblicato non è stato più possibile correggere. Haliaeetus Savigny, 1809.

Perché non posso usare solo il genere?

Lo stesso nome generico può essere usato per piante e animali.

Cannabis.

Cannabis L. Cannabis Blyth, 1850.

Parole e lettere

I nomi devono essere parole pronunciabili, di solito latinizzati, usando lettere latine, senza punteggiatura. In zoologia si accettano i tautonimi cioè nomi con genere e specie identiche come: “Bos bos”.

Raggruppare le specie

Le specie non si raggruppano per somiglianza ma per parentela.

La similarità infatti non riflette una parentela comune; se considero una farfalla, un pipistrello e un uccello, mi accorgo che tutti hanno le ali ma non ha senso scientifico raggruppare gli animali con le ali perché sono arrivati alla capacita di volare da strade diverse; il criterio considerato sarà infatti la struttura delle ali.

Filogenesi

Ricostruzione delle tappe che caratterizzano l’evoluzione di un gruppo sistematico di animali o niente; anche, la rappresentazione grafica di tale ricostruzione, l’albero filogenetico ovvero la rappresentazione del percorso che descrive la storia evolutiva delle specie dove ogni ramificazione definisce un evento.

La sistematica non deve solo mettere ordine nella varietà delle forme viventi, ma allestire una classificazione che rifletta i rapporti filogenetici tra le varie specie. Un albero filogenetico cerca di rappresentare i rapporti evolutivi esistenti tra gli organismi comparando anatomia comparata, embriologia comparata, paleontologia e biologia molecolare.

Cladogramma

La condivisione di caratteri derivati costituisce una prerogativa esclusiva di un particolare clade.

Caratteri

Se due organismi hanno caratteristiche simili, questo indica che possono averle ereditate da un comune antenato.

Si parla di caratteristiche omologhe e analoghe.

Caratteri omologhi

Sono caratteri che derivano da un antenato in comune.

Esempio: i vertebrati.

Se si vanno a vedere certe strutture come gli arti di un vertebrato come uccelli, rettili, i mammiferi, il pipistrello, il cavallo ecc… ci si accorge che lo stesso arto non è uguale in tutti ma osservando le ossa si può notare un progetto osseo comune.

Da questo progetto comune si arriva a modificazioni più o meno diverse a seconda delle necessità evolutive di una determinata specie.

Caratteri analoghi

Sono caratteristiche con la stessa funzione ma evolutesi a partire da strutture diverse come le ali di un uccello (vertebrato) e un insetto (invertebrato).

Mentre le ali di un uccello sono caratterizzate dalla presenza di strutture ossee e muscoli, le ali degli insetti sono prevalentemente modificazione della corazza.

Come regola generale per ricostruire relazioni filogenetiche

• Bisogna tener conto solo delle omologie.
• Tanto maggiore è il numero delle omologie rinvenibili tra due specie, quanto più vicine esse sono.
• Si utilizzano anche dati molecolari e quindi i geni simili.

Cladistica e sistematica tradizionale

La sistematica tradizionale può essere considerata un modo di classificare gli animali sporcato da idee egocentriche e dalla influenza spesso religiosa centrata nel posizionare l’uomo nella punta di una piramide gerarchica e gli animali in ordine di complessità evolutiva. Oggi sappiamo che ordinare gli animali per complessità non ha alcun senso scientifico e che gli animali vanno classificati in base alle omologie, embriologia, genetica.

Noi scienziati studiamo l’uomo come un animale anche se con caratteristiche diverse. Secondo la sistematica tradizionale, inoltre, gli uccelli sono un gruppo a sé stante, oggi sappiamo come suggerisce la cladistica che gli uccelli sono invece un sottogruppo dei rettili e lo sappiamo dagli studi sugli embrioni, sul DNA, e soprattutto sui fossili. Se parliamo quindi di rettili escludendo gli uccelli bisogna ricordare che si sta parlando di un gruppo parafiletico.

Domini e regni

In passato si credeva all’esistenza di due soli regni (animali e vegetali), poi 5 regni (piante, funghi, animali, protisti, monera) poi 6 regni (archebatteri, protisti, funghi, animali, eubatteri).

Oggi tutto ciò non è più accettato!

Tutt’oggi si riconosce questo tipo di classificazione:

Noi animali facciamo parte del dominio degli eucarioti a causa della complessità delle nostre cellule e degli unikonti opisthokonti insieme ai funghi per la presenza di un flagello in posizione posteriore con configurazione 9 coppie più 2.

A questo punto ci distingue dai funghi la modalità di nutrizione, la presenza di parete cellulare di chitina nei funghi e la presenza di sistema nervoso e muscolare e la presenza dei geni homeobox.