Zoologia

Domini della vita e protozoi

Esistono 3 domini della vita: archea, batteri ed eucarioti... Noi studiamo gli eucarioti, all'interno dei quali ci sono protozoi e animali, i primi caratterizzati da molta più variabilità.

Caratteristiche dei protozoi

I protozoi sono organismi considerati precedenti agli animali, perché da un loro gruppo originano poi i metazoi (a metà tra protozoi e animali); quindi sono cellule eucariote unicellulari, con dimensioni di 2-3 micron. Sono considerati un regno degli eucarioti, sono un regno polifiletico, cioè altamente variabile, sono cellule animali (quindi non hanno cloroplasti, tranne alcune eccezioni), sono eterotrofi (non in grado di prodursi energia da soli, lo possono fare gli autotrofi che contengono cloroplasti e che fanno fotosintesi per prodursi energia da soli... solo alcune eccezioni di protozoi sono autotrofi) e dotati di movimento (tranne alcune eccezioni). I protozoi sono la maggior parte degli eucarioti e contengono 17/18 phyla, sono nati 1,5 miliardi di anni fa.

Bauplan dei protozoi

Sono rivestiti da una membrana plasmatica chiamata pellicola (struttura dinamica), alcuni presentano anche guscio o teca che li avvolgono. Hanno simmetria sferica perché sono singole cellule; spesso sono cellule plurinucleate, di solito con un macronucleo metabolicamente attivo e tanti micronuclei inerti.

Movimento

I protozoi sono divisi in non motili, ameboidi, ciliati e flagellati... Il movimento ameboidale avviene grazie alla loro capacità di variare la densità del citoplasma grazie a delle proteine che passano da una forma compatta (citoplasma liquido) a disorganizzata (gel) e che formano gli pseudopodi che permettono il movimento strisciante; altri protozoi hanno il flagello (100 micron) che permette un movimento flagellare (ad elica di elicottero), altri invece hanno le ciglia (1 ciglio = 5 micron), di solito corte e tante che si muovono con battito e fase di recupero.

Alimentazione

I protozoi hanno un’alimentazione basata sulla fagocitosi (sollevamento di espansioni citoplasmatiche che circondano e inglobano il materiale consentendo ingresso di solidi) o sulla pinocitosi (ingresso di liquidi)... In entrambi i casi si crea un vacuolo digestivo che si fonde con i lisosomi contenenti enzimi digestivi; l’ingresso di materiale avviene in una zona della cellula-protozoo chiamata citostoma (bocca cellulare) e l’indigerito viene espulso dal citopigio (regione della cellula, non consiste in nessuna struttura) grazie alla fusione del vacuolo con la membrana plasmatica della cellula... Citostoma e citopigio rendono la cellula-protozoo una cellula polarizzata.

Riproduzione

La riproduzione può essere sia sessuale che asessuata, ma principalmente è asessuata e consiste in una mitosi binaria o multipla e gemmazione... La mitosi binaria è una normale mitosi, quindi duplicazione + divisione in due cellule figlie, la mitosi multipla è l’insieme di tante mitosi binarie a formare un clone di cellule figlie... In questi due casi le figlie sono identiche alla madre... La gemmazione invece non consiste in duplicazione + divisione ma gemmazione della figlia dalla madre, quindi la cellula figlia sarà una e potrà essere diversa dalla madre per dimensioni e morfologia.

La riproduzione sessuale comprende la gametogamia, l’autogamia e la coniugazione. La gametogamia: una singola cellula fa meiosi, si trasforma in 4 gameti che si uniranno a 4 gameti prodotti da un’altra cellula-protozoo dotata di capacità motili; l’autogamia: consiste nell’unione di gameti prodotti dallo stesso individuo, avviene autofecondazione (molto raramente) quindi sono monoici (ermafroditi)... Hanno un macronucleo 2n e 2 micronuclei 2n che contengono il DNA, i due micronuclei fanno meiosi incompleta, senza citodieresi, quindi originano 8 micronuclei aploidi di cui 7 degenerano, degenera anche il macronucleo quindi rimane un micronucleo n, il quale fa mitosi, ottengo 2 micronuclei n che si fondono, ottengo 1 micronucleo 2n che fa mitosi fino ad ottenere 4 micronuclei 2n, 2 dei quali si fondono e danno origine al macronucleo quindi siamo tornati alla situazione iniziale... Questi eventi di ricombinazione interna danno variabilità. Coniugazione: consiste nello stesso meccanismo dell’autogamia però tra due cellule diverse, inoltre quando si arriva alla situazione in cui ognuna ha due micronuclei n, avviene lo scambio di un micronucleo e poi la fusione... Questo dona ancora più variabilità.

Classificazione dei protozoi

Il regno dei protozoi contiene 17/18 phyla.

Coanoflagellati

Partiamo con i coanoflagellati, sono acquatici, marini o dulcacquicoli, possono essere singole cellule oppure formare colonie (primo passo verso la pluricellularità), sono formati da un corpo cellulare con nucleo e una corona di microvilli, al centro della quale c’è un flagello che, muovendosi, genera un flusso d’acqua richiamandola dall’esterno... I microvilli producono sostanze appiccicose che intrappolano il particolato che trovano nell’acqua e avviene la fagocitosi perché il muco viene richiamato all’interno e avviene la digestione del particolato. Questi flagellati sono il sister group degli animali pluricellulari.

Amebozoi

Passiamo agli amebozoi, non hanno una forma ben definita, sono le classiche amebe, emettono pseudopodi per muoversi (strisciando) e per fare fagocitosi; possono esistere in condizione di corpo nudo oppure essere protette dentro a teche/gusci dette tecamebe. Alcuni esempi sono Entamoeba Hystolitica che è un parassita umano che buca le pareti dell’intestino, arriva al circolo sanguigno e raggiunge tutti i tessuti lisandoli, in particolare polmone e fegato... Si prende bevendo acqua contaminata o mangiando alimenti lavati con quell’acqua; un altro esempio è Dyctostelium che non sono parassiti, ma vivono liberi, sono in grado di formare colonie, generando quindi un peduncolo di 3-4 mm con cui si ancorano al substrato, le cellule vanno in uno stato di quiescenza, formano spore fino a quando scoppiano e lanciano le spore ad alcuni cm di distanza formando un nuovo individuo per diffusione.

Euglenozoi

Passiamo agli euglenozoi, sono protozoi simbionti [simbiosi significa organismi di specie diverse che vivono insieme... Se è vantaggiosa per entrambi si chiama mutualismo, se lo è solo per uno si chiama parassitismo, se lo è per uno ma per l’altro non è uno svantaggio si chiama commensalismo], possono vivere sia liberi che come parassiti, all’interno hanno la classe dei kinetoplastidi caratterizzati dall’avere un unico e grande mitocondrio detto anche kinetoplasto contenente molecole circolari di DNA... Il kinetoplasto è un’evoluzione del centriolo ed è situato nella regione apicale, a lui si attacca il flagello, internamente alla cellula, scorre internamente lungo tutta la cellula ed esce nella zona terminale... Internamente il flagello è legato alla membrana plasmatica quindi aumenta l’efficienza di movimento perché funge da vela... Questo serve alle forme parassitarie di kinetoplastidi dette tripanosomi perché sono parassiti del sangue e devono contrastare le correnti.

Tra i tripanosomi più famosi conosciamo le due specie Tripanosoma Brucei e Tripanosoma Cruzi: sono due specie che si sono differenziate geograficamente, brucei è africana e viene trasmessa dalle mosche tze tze causando la malattia del sonno, mentre cruzi è sudamericana, viene trasmessa dalle cimici e causa il morbo di Chargas; la mosca ad esempio ha il tripanosoma nelle ghiandole salivari quindi lo trasmette mordendo, mentre la cimice lo ha nell’intestino quindi lo trasmette defecando... Per quanto riguarda la malattia del sonno, tripanosoma si inserisce nel SNC dell’uomo che diventa letargico/perde i sensi. All’interno dei kinetoplastidi c’è anche la Leishmania che è un altro parassita umano trasmesso dai pappataci ricoperti di setole (zanzarine) che ci pungono e attaccano la leishmaniosi.

Negli Euglenozoi abbiamo un’altra classe importante cioè Euglena viridis, che sono protozoi ricchi di cloroplasti (eccezione perché i protozoi sono cellule animali, quindi, non dovrebbero avere i cloroplasti come le vegetali) perché si nutrono di alghe senza digerirle tutte, dotati di flagello che gli permette di muoversi verso le zone con luce per poter fare fotosintesi e prodursi energia.

Alveolati

Passiamo ora al phylum degli alveolati comprendono le classi di Ciliophora, Dinozoa e Apicomplexa; i ciliophora sono il più grande gruppo di protozoi, sono a vita libera principalmente, comprendono poche specie parassitarie, sono in grado di muoversi ma non di contrastare le correnti, costituiscono il microplancton (il macro plancton è costituito dalle meduse ma non fanno parte dei protozoi), si muovono molto velocemente sia grazie all’alto numero di ciglia (circa 600 a formare un complesso di 3mm) accompagnato dalla presenza di un flagello che da solo muove tanta acqua; i ciliophora fanno fagocitosi con il citostoma (cellula polarizzata), inoltre possiedono i vacuoli contrattili dedicati all’osmoregolazione cioè allo scambio di acqua per regolare la pressione osmotica interna; i ciliophora hanno strutture che gli permettono di ancorarsi ad un substrato o ad altri ciliophora per la riproduzione che avviene con la coniugazione, oppure per legare cibo che poi fagocitano... Queste strutture si chiamano tricocisti e sono organelli allungati, estraibili con un’estremità a punta; i ciliati sono tutti plurinucleati cioè hanno macro e micronuclei e fanno coniugazione.

Per quanto riguarda i dinozoi, sono detti anche dinoflagellati, sono rivestiti da teche di cellulosa, sono principalmente autotrofi a vita libera, fanno fagocitosi con il citostoma e una specie famosa sono le Zooxantelle che vivono in simbiosi con i coralli, danno origine alle barriere coralline.

Per quanto riguarda gli apicomplexa, sono endoparassiti (attaccano cavità, organi e tessuti interni) con un complesso apicale che contiene DNA di alga e che penetra nelle nostre cellule dove produce e rilascia spore infettanti dette oocisti; una specie di apicomplexa è il Toxoplasma che causa all’uomo Toxoplasmosi che è positiva per noi perché permette alle donne di mangiare cibo crudo e affettati quando saranno incinte, è asintomatica tranne in caso di immunodeficienze; il toxoplasma fa un ciclo tra topo (ospite intermedio) e gatto (definitivo)... Il topo li ha al suo interno, il gatto mangia il topo, prende i parassiti nell’intestino, defeca, libera le cisti di toxoplasma nell’ambiente e il topo le mangia e si riprende il parassita (ciclo dixeno = 2 ospiti)... Noi umani potremmo sostituirci al topo se siamo a contatto con gatti selvatici, prendiamo il toxoplasma che arriva al SNC ma non da problemi, a meno che non venga preso da una donna incinta, in quel caso il parassita supera la barriera placentale e arriva al SNC del feto causandogli toxoplasmosi congenita che può portare a deficit o morte. Il toxoplasma nel SNC del topo gli modifica il comportamento, infatti il topo affetto verrà richiamato dall’urina di gatto invece che allontanarsi... Nell’uomo è più difficile studiarne i sintomi ma si pensa che diventiamo più spericolati.

Un’altra specie parassitaria all’interno di Apicomplexa è il Plasmodio della malaria trasmesso con le zanzare femmine che contengono spore nelle ghiandole salivari, il plasmodio è un dixeno quindi il ciclo si chiude solo se passa attraverso entrambi gli ospiti cioè zanzara e uomo. La zanzara punge un uomo affetto quindi nel cui sangue c’è il protozoo che si stava riproducendo quindi che si era trasformato in gametociti, questi nella zanzara si fondono e ripristinano la condizione 2n, poi avvengono ulteriori divisioni, i parassiti si incistano nella parete intestinale, vanno nelle cavità della zanzara e arrivano alle ghiandole salivari con cui pungono un uomo non affetto, gli passano il plasmodio, nell’uomo abbandonano subito il circolo sanguigno, arrivano agli epatociti dove avviene la prima fase di divisione multipla (moltiplicazione) detta esoeritrocitaria, fino a quando l’epatocita scoppia e ii parassiti rientrano nel sangue negli eritrociti dove avviene la seconda fase di moltiplicazione detta eritrocitaria, fino a quando scoppia anche il globulo rosso e i parassiti continuano ad infettare altri eritrociti. La malaria può anche essere recidiva perché il parassita potrebbe rimanere quiescente nel fegato ed iniziare a moltiplicarsi in seguito; la forma di malaria più grave è la Falciparum in cui il plasmodio modifica la morfologia degli eritrociti (non avviene scoppio) ostacolando il flusso e facilitando la trombosi che può causare ictus o morte; esistono malarie terzane o quartane che coordinano il momento di scoppio del globulo rosso che causa febbre perché vengono rilasciati i cataboliti del parassita... Nel ciclo terzano scoppia ogni 48 h, nel quartano ogni 72.

Rizaria

Infine l’ultimo phylum di protozoi che guardiamo è Rizaria in cui c’è la classe dei foraminiferi che sono protozoi marini dotati di un guscio di carbonato di calcio che riveste la cellula, non è una teca ma un rivestimento unico forato, dai cui fori escono tentacolini utili per captare cibo che verrà introdotto con fagocitosi; i foraminiferi si dividono in planctonici (vivono nella colonna d’acqua, sanno muoversi ma non contrastare le correnti), nectonici (contrastano le correnti, solo pluricellulari), bentonici (strisciano sul fondale) e fossolici (scavano nel fondale).

Comparsa della pluricellularità

La comparsa della pluricellularità compare 1 miliardo di anni fa, non sostituisce gli unicellulari che anzi sono tutt’oggi la maggior parte dei viventi; esistono 5 livelli di organizzazione dei viventi cioè protoplasma (tutto ciò che è contenuto dentro a una membrana plasmatica quindi citosol, nucleo e organelli, rappresentato dai protozoi), livello cellulare (le singole cellule iniziano ad interagire tra di loro formando colonie), livello cellula-tessuto (le cellule si organizzano in tessuti, pluricellulari), livello tessuto-organo (i tessuti si organizzano in organi) e livelli organo-sistema (gli organi si organizzano in sistemi o apparati). La transizione da unicellulare a pluricellulare avviene tra il primo e il secondo.

4,6 miliardi di anni fa compare la Terra, 3,8 miliardi di anni fa compare la vita sulla terra, 2,5 miliardi di anni fa compaiono gli eucarioti, 543 milioni di anni fa vengono trovati i primi fossili di animali pluricellulari, avviene l’esplosione del Cambriano in cui avviene una radiazione evolutiva cioè nell’era del Cambriano troviamo tutti i phyla esistenti. Il mondo pluricellulare è diviso in 3 livelli organizzativi: metazoi o parazoi (non hanno simmetria ne membrana basale, sono a metà tra protozoi e animali, contengono i primi casi di pluricellularità con poriferi e placozoi), eumetazoi (organismi basali con simmetria radiale, detti anche radiati, avviene la comparsa della membrana basale) e bilateri. Metazoi ed eumetazoi sono animali diblastici (ectoderma ed endoderma), i bilateri triblastici (hanno anche mesoderma).

Ipotesi sulla pluricellularità

La comparsa della pluricellularità comporta il differenziamento e specializzazione di un ammasso di cellule che da tutte identiche diventano ognuna specializzata in una certa funzione (alimentare, movimento, riproduzione...), poi il tutto viene circondato da flagelli, successivamente avviene l’invaginazione dell’area digestiva che porta alla formazione della cavità detta archenteron (intestino primitivo) da cui si forma un canale che può avere una o due aperture (portando così all’apparato digerente incompleto con bocca-ano in una sola apertura o completo con due aperture separate). Questa è la situazione che si ipotizza sia successa a un metazoo ancestrale ed è avvenuta secondo diverse ipotesi: la prima ipotesi sostiene che una singola cellula abbia fatto tante mitosi quindi abbia formato tante cellule figlie che però non sono andate incontro a citodieresi quindi rimangono unite e vanno incontro a differenziamento altrimenti sarebbero una colonia), la seconda ipotesi dice che singole cellule separate si uniscono a formare un organismo pluricellulare e infine la terza ipotesi dice che una cellula va incontro a polinucleazione, diventa polinucleata (sincizio) e poi ogni nucleo diventerà una cellula... La più probabile è la prima.

Parazoi

I parazoi contengono due phylum: poriferi e placozoi.

Poriferi

I poriferi sono nati 1,2 miliardi di anni fa, praticamente sono le spugne, vivono in acqua sia marina che dolce, significano portatori di pori, infatti sono grandi filtratori cioè dai pori entra acqua, da questa recuperano materiale organico e poi la buttano fuori dall’osculo (buco centrale grande, non poro). Esiste un dibattito sul fatto di considerare le spugne dei parazoi pluricellulari o animali coloniali (quindi singole unità cellulari vicine) perché criterio per essere considerato pluricellulare è la presenza di membrana basale che permette alle cellule di stare unite e vicine... I parazoi ne hanno una discontinua.

Bauplan: sono organismi diblastici, non hanno una vera e propria simmetria ma hanno singoli moduli che si dispongono in modi diversi in base al substrato a cui devono aderire, hanno una membrana basale discontinua, hanno un ectoderma chiamato pinacoderma e un endoderma chiamato coanoderma, tra i due non c’è il mesoderma ma c’è il mesoilo cioè una matrice amorfa proteica; il pinacoderma è costituito da pinacociti cioè cellule appiattite tra le quali ci sono i pori, mentre il coanoderma è formato da coanociti che sono cellule uguali ai protozoi coanoflagellati (unicellulari) quindi hanno un flagello che muovendosi genera un flusso in ingresso di acqua, circondato da una corona di microvilli che producono muco che intrappola il cibo che viene internalizzato con fagocitosi e digerito in un vacuolo di digestione.