Zoologia

Zoologia programma

Piani organizzativi dei principali phyla dei Metazoi e dei Protozoi

Simmetrie, apparati organici (tegumentale, di sostegno e mobilità, respiratorio e circolatorio, digerente, escretorio, riproduttivo, sensoriale e nervoso). Cenni su cicli di sviluppo, ecologia, dispersione, comportamento, distribuzione, tassonomia.

Principali gruppi di organismi

1. Protozoi: (Flagellati, Ciliati, Sporozoi, Sarcodini).
2. Spugne: (Calcispongie, Demospongie, Silicospongie).
3. Cnidari: Idrozoi (Idroidi, Sifonofori), Scifozoi, Antozoi (Esacoralli e Ottocoralli). Ctenofori.
4. Platelminti: (Turbellari, Trematodi Cestodi). Nematodi. Rotiferi.
5. Molluschi: (Caudofoveati e Solenogastri, Poliplacofori, Monoplacofori, Gasteropodi, Cefalopodi, Bivalvi, Scafopodi).
6. Anellidi: (Policheti, Oligocheti, Irudinei). Echiuridi. "Lofoforati" (Briozoi, Brachiopodi, Foronidei).
7. Onicofori. Artropodi Chelicerati: Merostomi, Aracnidi (Ragni, Scorpioni, Acari), Picnogonidi. Miriapodi (Diplopodi, Chilopodi).
8. Artropodi Crostacei: (Remipedia, Malacostraci (Decapodi, Stomatopodi, Peracaridi), Branchiopodi (Anostraci, Notostraci, Cladoceri), Copepodi, Cirripedi, Ostracodi).
9. Artropodi: Collemboli; Insetti Ametaboli (Tisanuri); Insetti Eterometaboli (Odonati, Efemerotteri, Fasmoidei, Ortotteri, Isotteri, Eterotteri e Omotteri); Insetti Olometaboli (Coleotteri, Ditteri, Lepidotteri, Tricotteri, Imenotteri).
10. Echinodermi: (Echinoidei, Oloturoidei, Asteroidei, Ofiuroidei, Crinoidei).
11. Cordati: Urocordati (Larvacei, Ascidiacei, Taliacei), Cefalocordati, Vertebrati (Ciclostomi, Condroitti, Osteiti, Anfibi, Rettili, Uccelli, Mammiferi).

Cenni di ecologia e processi riproduttivi

Cenni di ecologia: comunità biotica ed ecosistema, habitat, biotopo, catene alimentari. Principali biocenosi marine, di acque dolci e terrestri. Processi riproduttivi: riproduzione sessuale, significato adattativo ed aspetti evolutivi; caratteri sessuali primari e secondari; determinazione del sesso; accoppiamento, fecondazione esterna ed interna; gonocorismo ed ermafroditismo. Metagenesi; partenogenesi ed eterogonia; neotenia e pedogenesi. Sviluppo embrionale e post-embrionale, metamorfosi. Moltiplicazione agamica. Variabilità, origine e aspetti adattativi ed evolutivi. Rapporti intraspecifici: colonie e società; stimoli e segnali, comunicazione, corteggiamento, cure parentali. Territorialismo. Rapporti interspecifici: predazione, competizione, simbiosi e parassitismo, addomesticamento (razze artificiali). Coevoluzione. Colorazioni adattative: criptismo, aposematismo e mimetismi.

Cenni di fisiologia adattativa

Cenni di fisiologia adattativa riferiti ai vari gruppi animali trattati: respirazione, osmoregolazione, escrezione, riproduzione, locomozione, alimentazione, sensibilità, termoregolazione, stadi di resistenza. Ritmi biologici, migrazioni, orientamento. Struttura e dinamica delle popolazioni animali. Flusso genico e meccanismi di dispersione. Variazione geografica, razze. La specie: concetto e definizione di specie biologica. Specie tipologica, nominale, adimensionale, multidimensionale. L’evoluzione biologica ed origine della diversità animale. La teoria sintetica dell’evoluzione. Microevoluzione, speciazione, macroevoluzione. Anagenesi e cladogenesi. Speciazione geografica e simpatrica. Meccanismi di isolamento riproduttivo. Selezione naturale, deriva genetica, effetto del fondatore e colli di bottiglia. Nicchia ecologica, radiazione adattativa. Evoluzione convergente, parallela e divergente. Meccanismi di isolamento riproduttivo. Principi di biogeografia. Areali e loro dinamica. Relitti (adattativi e conservativi), endemismi. Faune insulari.

Principi e metodi della sistematica biologica

Omologia e analogia, apomorfia e plesiomorfia, ricostruzione dei rapporti filogenetici, taxon e categoria. Sistematica, classificazione, tassonomia, uso dei caratteri. Cenni di nomenclatura zoologica. Cenni di storia del pensiero evoluzionistico.

Zoologia

La zoologia è una disciplina della biologia che studia gli animali. Studio della diversità animale dal livello ecosistemico a quello culturale, dai pattern ai processi.

Evoluzione della diversità animale

Per comprendere la diversità animale bisogna studiare la sua lunga storia caratterizzata da continui cambiamenti che noi chiamiamo evoluzione. Si può rappresentare la storia della vita animale come un albero genealogico che via via si ramifica; questo albero rappresenta una filogenesi. Ciascuna ramificazione corrisponde alla formazione di una nuova specie da una ancestrale. Lo studio della diversità ha due obiettivi principali: il primo è ricostruire la filogenesi della vita animale e collocare nella storia evolutiva tutte le caratteristiche che rendono il mondo animale così vario. Il secondo è comprendere i processi storici che generano la diversità delle specie.

Origini della teoria darwiniana dell’evoluzione

Charles Darwin e Alfred Wallace furono i primi a elaborare una teoria scientifica per spiegare l’evoluzione. Anche se non furono i primi a prendere in considerazione questo argomento.

Idee evolutive pre-darwiniane

Lamarckismo: La prima spiegazione scientifica dell’evoluzione è opera del biologo Lamarck. La sua ipotesi, cioè l’ereditarietà dei caratteri acquisiti, era molto semplice: gli organismi, nel tentativo di adattarsi al proprio ambiente, acquisirebbero adattamenti che vengono poi ereditati dalla loro progenie. (ES: le giraffe hanno evoluto il collo lungo sforzandosi di raggiungere il cibo). Il concetto di Lamarck è oggi detto trasformista, e ovviamente non è accettato perché è dimostrato che tratti acquisiti nel corso della vita non possono essere trasmessi alla prole.

Teoria di Darwin

La teoria Darwiniana si basa su cinque principi fondamentali:

• Cambiamento continuo: Teoria base dell’evoluzione. Afferma che il mondo vivente è in continuo cambiamento e le caratteristiche degli organismi si modificano nel corso delle generazioni.
• Discendenza comune: Tutte le forme viventi discendono da un antenato comune.
• Moltiplicazione delle specie: L’evoluzione produce nuove specie modificando quelle già esistenti.
• Gradualismo: Le grandi differenze tra due specie derivano dalla somma di tanti piccoli cambiamenti avvenuti in un lungo periodo di tempo.
• Selezione naturale: Gli organismi si adeguano al proprio ambiente in un processo noto come adattamento.

Microevoluzione

La microevoluzione si occupa dei cambiamenti che avvengono in tempi brevi nell'ambito di una specie. Un esempio molto studiato è la modificazione della farfalla Biston betularia in seguito all'inquinamento.

Macroevoluzione

La macroevoluzione si occupa dei grandi cambiamenti che sono avvenuti in tempi lunghi: per esempio, quelli che hanno portato alla diversificazione di gruppi di specie, come la differenziazione dei vertebrati dagli invertebrati o dei mammiferi dai rettili.

Ecologia animale

Ecologia: Studio delle relazioni fra gli organismi e il loro ambiente allo scopo di spiegare la distribuzione e l’abbondanza della vita sulla terra.

Habitat

Spazio fisico in cui un animale vive. All’interno dell’habitat si trovano le risorse fisiche e biologiche che un animale utilizza per sopravvivere e riprodursi. L’insieme di tali risorse è definito nicchia ecologica.

Popolazione

Insieme di individui interfecondi che condividono un medesimo patrimonio genetico.

Comunità

Insieme di popolazioni che interagiscono tra di loro in diversi modi: competizione, predazione, parassitismo, commensalismo e mutualismo.

Ecosistema

Consiste nella comunità e il loro ambiente abiotico. Nessun ecosistema, compreso la biosfera, è completamente chiuso, poiché tutti gli ecosistemi scambiano energia e sostanze con l’esterno.

N.B. Vai a rivederti un po’ di nozioni base di ecologia: specie, popolazione (a volte le chiede).

Processo riproduttivo

Le due forme fondamentali di riproduzione sono quella asessuale e sessuale.

Riproduzione asessuale

Per riproduzione asessuale si intende la produzione di individui senza la formazione di gameti. In questo tipo di riproduzione tutta la progenie ha lo stesso genotipo ed è definita clone. Le principali forme di riproduzione asessuale sono:

• Scissione binaria: prevede la divisione della cellula madre per mitosi in due cellule figlie identiche. Invece nella scissione multipla (o schizogonia) si ha prima un’iniziale cariogamia (divisione dei nuclei) e successivamente divisione del citoplasma con formazione di tante cellule figlie.
• Gemmazione: è una divisione ineguale dell’organismo. Da un’escrescenza del corpo di un individuo adulto si forma un nuovo individuo, che poi si stacca dal genitore una volta raggiunta la maturazione.
• Gemmulazione: è la formazione di un nuovo individuo a partire da un aggregato di cellule rivestite da una capsula resistente, chiamata gemmula.
• Frammentazione: un animale pluricellulare si scinde in due o più parti che diventano poi due individui completi.

Riproduzione sessuale

È la creazione di individui a partire da gameti. Ci sono diverse forme:

• Riproduzione bisessuale: prevede l’unione di due gameti derivanti da due individui diversi.
• Ermafroditismo: lo troviamo negli animali che possiedono sia organi maschili che femminili. Si definisce simultaneo quando questi individui ermafroditi sono in grado di produrre sia gameti maschili che femminili. In questo caso può essere sufficiente, se i gameti maschili e femminili dello stesso individuo sono in grado di autofecondarsi. Nella maggior parte dei casi però è insufficiente, ovvero è necessario uno scambio di gameti tra individui diversi della stessa specie. Gli ermafroditi sequenziali sono invece programmati per subire, nel corso della vita, un cambiamento di sesso.
• Partenogenesi: consiste nello sviluppo di un individuo a partire da un uovo non fecondato. Può essere ameiotica quando non c’è meiosi, di conseguenza la progenie è clone del genitore, o meiotica.

Il regno dei viventi

I viventi si dividono in 3 domini: Bacteria, Archea, Eukaria. A loro volta i domini si dividono in 6 regni: Archea: archea; bacteria: batteri; Eukaria: protisti, funghi, piante, animali.

La classificazione degli esseri viventi

La branca della biologia che si occupa della classificazione è chiamata sistematica. L’insieme dei criteri con cui si classificano gli animali è detta tassonomia. La classificazione è fondata su un sistema gerarchico. Le categorie sistemiche sono ordinate in 7 raggruppamenti a partire dalla più piccola alla più grande:

1. Specie
2. Genere
3. Famiglia
4. Ordine
5. Classe
6. Phylum
7. Regno

La specie è la categoria fondamentale e raggruppa individui con caratteristiche molto simili che accoppiandosi generano prole simili ai genitori e feconda. Il genere raggruppa specie simili tra loro, esempio cane e lupo appartengono al genere canis. La famiglia raggruppa generi simili tra loro. Volpe, cane e il lupo vengono raggruppati nella famiglia dei canidi. L’ordine raggruppa più famiglie simili tra loro. Cane e leone raggruppati nell’ordine dei carnivori. La classe raggruppa gli ordini simili tra loro. Mammiferi sono animali che allattano. Il phylum raggruppa diverse classi simili. Il regno è la categoria sistematica più ampia e comprende più phyla.

I protisti

Il regno dei protisti è formato da microrganismi eucarioti unicellulari, e comprende circa 50.000 specie diverse tra alghe, muffe mucillaginose e protozoi. È un gruppo altamente eterogeneo. I protisti rappresentano il primo e fondamentale stadio evolutivo degli organismi eucarioti, prodotto dall’endosimbiosi tra organismi procarioti autotrofi ed eterotrofi (cianobatteri e batteri).

Protozoi

Un protozoo è un organismo completo in cui tutte le attività sono svolte all’interno di una singola membrana plasmatica. I protozoi, del regno dei protisti, si suddividono in 7 phyla, i più importanti dei quali sono: sarcomastigophora (flagellati e amebe), apicomplexa (sporozoi), ciliophora (ciliati). Sono dotati di una grande capacità adattativa e hanno colonizzato ogni tipo di ambiente marino e di acqua dolce. Vivono su terreno umido e su materia organica in decomposizione. Hanno un ruolo fondamentale nell’economia della natura e infatti circa 10.000 specie sono endosimbionti o ectosimbionti di animali, piante o altri protozoi. Queste interazioni possono essere di diverso tipo: mutualistica: positive per entrambi i partner; commensalistica: positiva solo per un partner senza causare danno all’altro; parassitaria: vantaggiosa per un partner e svantaggiosa per l’altro. (Alcune fra le malattie più gravi per l’uomo sono causate da protozoi)

Forma e funzione

Sebbene unicellulari, i protozoi risultano essere organismi completi e svolgono tutte le funzioni fondamentali per la vita della cellula: alimentazione, riproduzione, movimento e percezione di stimoli. I vari e numerosi organuli sono generalmente più complessi di quelli di un organismo pluricellulare, e alcuni di questi hanno caratteristiche molto particolari.

Nucleo

Il nucleo è racchiuso da una membrana nucleare dotata di pori. Spesso contiene due nucleoli. N.B. Nei ciliati (ciliophora) sono presenti due nuclei con forma e funzioni diverse: un macronucleo che è metabolicamente attivo ma poliploide (quindi si divide per amitosi ad ogni divisione), un micronucleo metabolicamente inerte ma diploide (quindi depositario dell’informazione genetica, va in contro a mitosi e successivamente in meiosi).

Mitocondri

Sono organuli deputati alla sintesi di ATP grazie alla respirazione. Contengono un proprio DNA circolare. Le creste mitocondriali (ripiegamento membrana interna) possono variare da un gruppo e l’altro e possono essere lamellari, tubulari, discoidali o ramificate. Queste diverse forme hanno valore tassonomico.

Plastidi

Organuli che contengono pigmenti fotosintetici. Derivanti da procarioti fotosintetici (teoria dell’endosimbiosi). I cloroplasti contengono differenti tipi di clorofilla (a, b o c), ma altri contengono altri tipi di pigmenti come, ad esempio, le ficobilline (nei plastidi delle alghe rosse).

Estrusomi

Organuli che i protozoi usano per espellere una sostanza nell’ambiente in seguito a stimoli chimici o meccanici. Es: le tricocisti dei ciliati.

Organuli locomotori

Si muovono per mezzo di ciglia, flagelli e pseudopodi. Le utilizzano anche per creare correnti d’acqua finalizzate ad altre funzioni, come nutrizione e riproduzione.

Ciglia e flagelli

Non esiste una reale distinzione tra i due ma generalmente: ciglia: numerose, muove l’acqua parallelamente alla superficie in cui è inserito; flagelli: uno o pochi, muove l’acqua parallelamente al suo asse.

Struttura

Costituiti da nove paia di microtubuli, disposti a cerchio intorno a due microtubuli centrali. Questa disposizione 9+2 è chiamata assonema ed è ricoperto da una membrana continua con la membrana cellulare. Nel punto in cui l’assonema si inserisce nella cellula abbiamo il cinetosoma (o corpo basale). Il movimento flagellare è dato da uno scorrimento dei microtubuli.

Pseudopodi

Sono estensioni del citoplasma cellulare usati dalle amebe per la locomozione, e ce ne sono di diversi tipi: lobopodi: espansioni corte e tozze; filopodi: estensioni sottili solitamente ramificate; reticulopodi: sottili ma si differenziano da filopodi perché formano una sorta di rete; assopodi: lunghi e sottili, sostenuti da fasci di microtubuli.

Movimento pseudopodiale

Innanzitutto, si ha un’estensione di citoplasma, nota come cappuccio ialino. Il materiale endoplasmatico che comincia a fluire in questo cappuccio passa da uno stato liquido a uno stato di gel, trasformandosi in ectoplasma (un tubo rigido esterno che si allunga man mano che il flusso avanza).

Nutrizione e digestione

I protozoi possono essere divisi in autotrofi (sintetizzano i nutrienti a partire da materia inorganica) e eterotrofi (si nutrono di molecole organiche sintetizzate da altri organismi). Per quanto riguarda gli eterotrofi, questi si dividono a loro volta in protozoi che ingeriscono cibo particolato (fagosomi od olozoici), o protozoi che si nutrono di sostanze organiche in soluzione. La nutrizione olozoica implica la fagocitosi, ovvero un processo in cui la membrana cellulare forma un’invaginazione con la quale circonda la particella di cibo che viene a trovarsi quindi in una vescicola delimitata da membrana, chiamata vacuolo alimentare o fagosoma. La digestione ha inizio quando i lisosomi (degli organelli ricchi di enzimi litici), si fondono con il fagosoma. Tutto il materiale non digerito viene poi riversato all’esterno mediante esocitosi. Nella maggior parte dei ciliati, flagellati e apicomplessi, la fagocitosi avviene in una zona specifica, chiamata citostoma o “bocca” cellulare. Nelle amebe invece avviene in un punto qualsiasi. Molti ciliati inoltre differenziano un’altra struttura per l’espulsione dei materiali di rifiuto, il citopigio o citoprocto.

Escrezione e osmoregolazione

Il bilancio idrico, od osmoregolazione, è mantenuto grazie all’azione di vacuoli contrattili, che funzionano come pompe per rimuovere l’eccesso di acqua. Si trovano infatti soprattutto in protozoi che vivono in ambienti iposmotici. Secondo un’ipotesi recente, questi vacuoli trasportano attivamente ioni H e cotrasportano ioni bicarbonato HCO^3-. L’accumulo nel vacuolo di questi ioni porta la pressione osmotica a richiamare acqua all’interno. Successivamente il vacuolo si fonde con la membrana e riversa acqua e ioni all’esterno. Alcuni protozoi sono dotati di vacuoli più complessi, come ad esempio il paramecium.