Zoologia 2

Introduzione alla zoologia

La biologia bios logos

La parola biologia deriva dal greco (vita) e (studio) ed è la scienza che studia tutte le forme di vita e le loro caratteristiche.

Fin dall’antichità gli uomini hanno appreso alcune nozioni di biologia per sopravvivere (distinzione tra piante velenose e piante commestibili). Aristotele (343 a.C.) fu il primo a compiere studi di biologia, basandosi sull’osservazione e sulla formulazione di ipotesi e tesi. Grazie a Galileo Galilei (1564-1642) la biologia divenne una scienza sperimentale: egli introdusse il metodo scientifico che consente la verifica delle ipotesi attraverso l’esperimento. Un fondamentale contributo venne dall’invenzione del microscopio a opera di Antoni Van Leeuwenhoek a metà del 1600.

I primi studi microscopici vennero fatti su delle fette molto sottili di sughero, in modo tale che la luce potesse attraversare il campione e poterlo osservare in modo ingrandito. Da qui nasce il termine di cellula (dall’inglese ‘cell’) dato che il sughero appariva come una retina piena di celle.

La zoologia zoom logos

La parola zoologia deriva dal greco (animale) e (studio). È un ramo della biologia e studia la vita del mondo animale, in tutte le sue manifestazioni.

Il primo congresso di zoologia avvenne nel 1907 a New York, è quindi una scienza molto recente.

Proprietà della vita

Il mondo vivente è caratterizzato da due parole nettamente in contrasto tra loro.

Diversità

Unità Vi sono molti tipi di ambienti con organismi differenti

Tutte le forme di vita attuali manifestano un insieme di caratteristiche comuni basate sull’evoluzione biologica, che le distinguono dal materiale non vivente

Le 7 caratteristiche della vita

Le 7 caratteristiche della vita che hanno in comune tutti gli organismi sono:

• Cellule e organizzazione - Gli organismi mantengono un ordine interno, la più semplice unità dell’organizzazione è la cellula. Più cellule vanno a formare un tessuto, che si uniscono tra di loro a formare un organo.
• Uso dell’energia e metabolismo - Per mantenere il loro ordine interno, gli organismi necessitano di energia. Questa è utilizzata nelle reazioni chimiche conosciute con il nome di metabolismo. Gli organismi autotrofi traggono energia tramite la fotosintesi /sostanze chimiche; gli organismi eterotrofi ricavano energia da altri organismi.
• Risposta ai mutamenti ambientali - Gli organismi rispondono ai mutamenti ambientali per promuovere la loro sopravvivenza.
• Regolazione e omeostasi - Gli organismi regolano le loro cellule ed i loro corpi per mantenere relativamente stabili le condizioni interne, questo processo è chiamato omeostasi.
• Crescita e sviluppo - Aumento del numero di cellule e aumento della complessità dell’organismo.
• Riproduzione - Per mantenere la vita per molte generazioni gli organismi si devono riprodurre. Per via del materiale genetico, la progenie tende ad avere tratti simili ai genitori. Senza la riproduzione si va incontro a estinzione.
• Evoluzione biologica - Popolazioni di organismi cambiano durante il corso di molte generazioni. L’evoluzione induce tratti che promuovono la sopravvivenza ed il successo riproduttivo. Le caratteristiche che cambiano possono essere visibili (variazione del fenotipo) o invisibili (variazione del genotipo).

L'evoluzione

Tutte le forme di vita hanno una storia evolutiva comune. La vita sulla terra compare circa 3,5 - 4 miliardi di anni fa, sotto forma di cellule primitive che non erano nemmeno cellule di organismi unicellulari concepite come oggi. La prima forma di vita era un organizzazione di frammenti di RNA all’interno di goccioline di acqua, dove potevano avvenire delle semplici reazioni chimiche. Da questa forma di vita e grazie al fenomeno di selezione ed evoluzione, si è arrivati ai primi organismi unicellulari. Questi poi subiscono cambiamenti evolutivi che danno luogo alle specie che oggi conosciamo. La comprensione della storia evolutiva ci aiuta a far luce sulla struttura e sulla funzione di un organismo.

Un esempio:

Mutazioni che possono avvenire in un organismo e che portano alla comparsa di una nuova specie. I cambiamenti evolutivi coinvolgono modificazioni di strutture esistenti. Queste strutture possono essere modificate per svolgere nuovi compiti. Le gambe utilizzate per camminare si sono modificate in pinne di un delfino oppure nell’ala di un pipistrello.

Ciò significa che delfino e pipistrello hanno un organismo ancestrale in comune. Dallo studio di queste somiglianze anatomiche è possibile capire quale è la storia alle spalle dei diversi organismi.

I due meccanismi alla base dei cambiamenti evolutivi sono:

Discendenza verticale con mutazioni

Mutazione significa modificazione nel materiale genetico degli organismi. Di generazione in generazione ci sono delle mutazioni del tutto casuali che vengono ereditate. Possono portare alla formazione di una specie nuova, che deriverà da una specie preesistente.

Queste mutazioni possono essere:

• Benefiche, che migliorano la capacità di sopravvivenza dell’organismo
• Neutre, non sono dannose ma non migliorano la specie, e infatti vanno generalmente perse
• Negative, che non saranno mai portate avanti poiché l’organismo avrà una minore possibilità di sopravvivenza e scomparirà grazie alla selezione naturale

→Evoluzione verticale del cavallo da un progenitore di dimensioni minori (hyracotherium) vi è stato un accumulo di mutazioni che hanno alterato alcuni tratti della specie.

Trasferimento genico orizzontale

Trasferimento di materiale genetico non avviene più all’interno della stessa specie, ma vi è un salto di specie (cambiamenti genetici tra specie differenti). Sono relativamente rari e del tutto casuali.

Esempio: i geni che conferiscono resistenza agli antibiotici vengono alcune volte trasferiti tra batteri di specie differenti.

Escherichia coli (batterio intestinale) ha un gene che codifica per la resistenza agli antibiotici che, attraverso il trasferimento genico viene trasferito ad una specie completamente differente, lo Streptococcus (batterio polmonare), inserendosi all’interno del suo genoma. Se precedentemente era possibile eliminare lo Streptococco con l’antibiotico, ora ha sviluppato una resistenza ad esso.

Fondamenti di sistematica

L'origine della vita

Big Bang ➡13.7 miliardi di anni l’universo ebbe inizio con il

Sistema Solare ➡4.6 miliardi di anni nascita del nostro

Terra ➡4.5 miliardi di anni età della

4 miliardi di anni .➡ la terra si raffreddò al punto da ……………………………………………………………………………….consentire la solidificazione degli strati ……………………………………………………………………………….più esterni e la formazione degli oceani

Vita ➡4 - 3.5 miliardi di anni emerse la

L’origine della vita si divide in 4 fasi:

Fase 1 Origine delle molecole organiche

FASE 1 Origine delle molecole organiche: …………….i nucleotidi e gli amminoacidi furono prodotti prima delle cellule

Non ci sono delle prove scientifiche che dimostrano come questo fenomeno sia potuto avvenire, quindi gli scienziati iniziarono a formulare delle ipotesi.

→ Ipotesi dell’atmosfera (ipotesi dell’esistenza del ‘brodo riducente primordiale’) negli anni ’50 esperimenti hanno simulato le condizioni della Terra primordiale, ricca di vapore acqueo, idrogeno, metano e ammoniaca. Grazie ad una scarica elettrica, che sulla terra poteva essere data da temporali e fulmini e alla condensazione del vapore acqueo, si formarono amminoacidi, zuccheri e basi azotate.

→ Ipotesi dei meteoriti extraterrestre avrebbero portato molecole organiche da un altro pianeta. Gli oppositori obiettano che gran parte del materiale sarebbe andato distrutto durate l’intenso riscaldamento e la collisione.

→ Ipotesi dei camini vulcanici del mare profondo quando il magma esce dai vulcani in profondità, va incontro ad un rapido raffreddamento a contatto con l’acqua oceanica. Questo contatto improvviso va a creare un processo chimico che permette la sintesi delle molecole organiche. In questi ambienti esistono micro organismi che ricavano energia da composti chimici presenti nei camini (non dal sole, organismi autotrofi chemiosintetici).

Fase 2: Origine polimeri organici

FASE 2 : Origine polimeri organici ……i nucleotidi e gli amminoacidi polimerizzarono a formare DNA, RNA e proteine

Semplici molecole polimerizzano a formare polimeri organici complessi. Sperimentalmente, la sintesi dei polimeri non è possibile in soluzioni acquose non è avvenuta nel brodo ∼ primordiale.

Esperimenti hanno dimostrato la formazione di polimeri di acidi nucleici e di polipeptidi su superfici argillose, quindi l’ipotesi più probabile è quella dei camini vulcanici.

Fase 3: Formazione di strutture di confine

FASE 3 : Formazione di strutture di confine ………………………………i polimeri furono circondati da membrane

Le struttura appena formate dovevano poi essere in grado di organizzarsi e si formò quindi protobionte → una cellula primordiale Il (o prebionte) era dotato di una struttura di confine che separava l’ambiente esterno dai contenuti interni. I polimeri nel protobionte contenevano informazioni di tipo genetico e avevano funzione enzimatica per semplici vie metaboliche. Erano capaci di auto-duplicarsi (ovviamente non in maniera precisa come le cellule).

I protobionti possono essersi formati da:

• Coacervati Goccioline che si formano spontaneamente dall’associazione di polimeri carichi. Gli enzimi sono intrappolati all’interno e possono eseguire primitive funzioni metaboliche.
• Microsfere Piccole vescicole piene d’acqua circondate da una barriera macromolecolare.
• Liposomi Vescicole circondate da un doppio strato lipidico. L’argilla può catalizzare la formazione di liposomi che si accrescono e si dividono con una primitiva forma di auto-replicazione. Possono includere RNA.

Fase 4: Origine del mondo a RNA

FASE 4 : Origine del mondo a RNA …………….i polimeri circondati da membrane svilupparono proprietà cellulari

La maggioranza degli scienziati è a favore dell’RNA come prima macromolecola dei protobionti. L’RNA è l’unica molecola che riesce a svolgere 3 funzioni chiave:

• Capacità di immagazzinare informazioni
• Capacità di duplicazione DNA e proteine non hanno tutte e tre le funzioni
• Funzione enzimatica - ribozimi

LUCA

La prima cellula da cui tutto ebbe inizio LUCA - Gli scienziati ritengono che tutti i viventi si siano originati da un Ultimo Antenato Comune Universale (LUCA) tra 4.0 e 3.5 miliardi di anni fa. Poco dopo i 2 domini procariotici, Bacteria e Archea, si sono separati.

Tra i 2.5 e 2 miliardi di anni fa comparve poi la prima specie eucariotica unicellulare.

1.5 miliardi di anni fa comparvero le specie multicellulari eucariotiche.

I cambiamenti negli organismi viventi sono il risultato di cambiamenti genetici ma anche modificazioni ambientali come inondazioni, glaciazioni, eruzioni vulcaniche e impatti meteoritici ↳ consentono la comparsa di nuovi tipi di organismi e sono responsabili di 5 grandi ………..estinzioni di massa" come facciamo a saperlo?

Stratigrafia sedimentaria e fossili

• Legge della sovrapposizione - In sequenze stratigrafiche non deformate, il giacimento o sedimento più antico si troverà in fondo alla sequenza.
• Principio della successione faunistica - gli strati di roccia sedimentaria contengono flora e fauna fossilizzata. Questi fossili si succedono l’un l’altro verticalmente in uno specifico e affidabile ordine che può essere identificato in vaste distanze orizzontali.

Si ottiene però una datazione relativa spesso imprecisa per i fenomeni di rovesciamento e ripiegamento degli strati e per la distruzione dei fossili a causa delle grandi pressioni e del calore a cui possono essere esposte le rocce.

Datazione con radioisotopi

• I fossili possono essere datati usando isotopi elementari presenti nelle rocce circostanti.

Si raffronta la quantità di un dato isotopo radioattivo e dei suoi prodotti di decadimento (= tempo di dimezzamento). Si pensa che la documentazione fossile sottostimi l’effettiva data di comparsa delle specie.

Esistono vari tipi di datazione radiometrica, differenti nella precisione della misura, nei costi e nelle scale temporali per le quali possono essere utilizzati.

Il primo ad essere stato sviluppato è quello del Carbonio-14 utilizzabile per materiali di età compresa tra i 30.000 e i 100 anni. La sua principale utilizzazione è in archeologia per datare i reperti costituiti da materia organica, quindi contenenti atomi di carbonio.

L'evoluzione

= accumulo di cambiamenti casuali ereditabili nel corso di più generazioni in una o più caratteristiche di una popolazione o specie.

Osservata a piccola scala, si riferisce a cambiamenti nel tempo di un singolo gene in una sola popolazione.

Osservata a scala più grande invece, si riferisce alla formazione di una nuova specie (gruppo di organismi imparentati che condividono un aspetto distintivo). Non è un singolo gene che agisce ma un insieme di geni che si accumulano e esprimono caratteri nuovi.

Diversi individui presentano caratteristiche nuove rispetto alla specie precedente e non riescono più ibridarsi con essa, ma vanno a formare una popolazione in grado di incrociarsi per produrre prole vitale e fertile soltanto tra se stessa.

Origini dell’evoluzione

Origini dell’evoluzione sistema di classificazione

Nel 1600, John Ray sviluppò un primo (concetto moderno di specie). Carolus Linnaeus, padre della tassonomia, divise questa classificazione in 2 Regni (animale e vegetale). Nessuno dei due però propose che il cambiamento evolutivo promuove la formazione di nuove specie.

Successivamente nel 1700, un esiguo numero di scienziati europei cominciò a suggerire che le forme di vita non fossero fisse. La teoria di Jean Babptiste Lamarck enunciata nel 1809 propose che alcuni animali restano uguali mentre altri cambiano e che i fossili sono resti di animali estinti. Introdusse inoltre il concetto di ereditarietà dei caratteri acquisiti (esempio del collo della giraffa).

A metà degli anni ’40 del 1800 Darwin aveva formulato la sua teoria dell’evoluzione e nel 1856 iniziò a scrivere il suo libro. The Origin of the Species di Darwin descriveva le sue idee con grande dettaglio e con il supporto delle sue osservazioni.

Teoria di Darwin dell’evoluzione

Teoria di Darwin dell’evoluzione selezione evoluzione ↓ ↓ come origine della diversità della vita come causa dell’evoluzione

Gli organismi vengono plasmati per adeguarsi al loro ambiente naturale (adattamento). Darwin sviluppò questa teoria attraverso 5 osservazioni da cui trasse 3 deduzioni principali.

Osservazione 1

Gli individui hanno una grande fertilità potenziale, che permette crescita esponenziale una delle popolazioni.

Osservazione 2 Deduzione 1

Le popolazioni naturali di solito non lotta per la sopravvivenza Esiste una fra crescono esponenzialmente ma si gli individui di una popolazione. costanti nel mantengono pressoché tempo.

Osservazione 3

Risorse naturali sono limitate. Le

Osservazione 4 Deduzione 2 Deduzione 3

Variazione Vi è fra gli individui di una Individui diversi mostrano selezione naturale, La popolazione. sopravvivenza capacità e agendo su molte riproduttiva differenziali che generazioni, favoriscono i caratteri produce nuovi gradualmente Osservazione 5 → vantaggiosi selezione adattamenti e nuove specie. variazione ereditabile. La è naturale.

Il Darwinismo comprende 5 teorie diverse, ancora valide oggi:

• Cambiamento continuo 1. - Il mondo vivente non è n&