Zoologia generale

Caratteristiche chimiche e biologiche delle sostanze e degli organismi viventi

Acqua e carboidrati

L’acqua rappresenta dal 60% al 90% degli organismi viventi, ha un’alta capacità di calore specifico (molta energia per aumentare di temperatura), un alto calore di vaporizzazione, una singolare variazione di densità durante i cambiamenti di temperatura, minore densità allo stato solido, un’alta tensione superficiale, una bassa viscosità ed è un ottimo solvente.

I carboidrati sono composti di carbonio, idrogeno e ossigeno. Possono essere monosaccaridi (glucosio, galattosio, fruttosio) o polisaccaridi (maltosio disaccaride [due zuccheri]), sono fonti di energia chimica, esempi sono zuccheri, amidi (poli) o cellulosa (poli). Sono prodotti per sintesi dalle piante, da acqua e anidride carbonica (fotosintesi).

Lipidi e proteine

I lipidi sono grassi e simili, sono formati da molecole a bassa polarità e quindi insolubili in acqua. Possono essere:

• Grassi neutri: i più utilizzati dagli animali come riserva energetica e termoregolazione, ad esempio i trigliceridi. Sono saturi se ogni atomo di carbonio ha due atomi di idrogeno.
• Fosfolipidi: compongono le membrane, teste polari solubili e code apolari insolubili, simili a trigliceridi ma con acido fosforico e basi azotate.
• Steroidi: sono alcoli complessi con ruoli strutturali e di comunicazioni intraspecifiche, ad esempio colesterolo, vitamina D e ormoni sessuali.

Le proteine sono molecole composte da combinazioni dei 20 aminoacidi che si legano tra loro con legami peptidici facendo lunghe catene. L’organizzazione può essere di quattro tipi: struttura primaria (catena), secondaria (primaria ripiegata, elicoidale), terziaria (secondaria ripiegata, tridimensionale), quaternaria (varie terziarie, con più di una catena). Strutturali (come miosina, collagene, cheratina), in membrane, enzimi catalizzatori di molte reazioni, trasporto (esempio emoglobina).

Acidi nucleici

Gli acidi nucleici sono polimeri di nucleotidi ad alto peso molecolare in grado di autoreplicarsi, sono DNA (adenina, guanina, citosina, timina) e RNA (timina sostituita con uracile), contengono ognuno uno zucchero, una base azotata ed un gruppo fosfato. Organizzati in cromosomi (con 2 cromatidi). Il gene è la porzione di DNA che codifica (porta informazione).

Riproduzione asessuale e sessuale

Tipologie di riproduzione

Le due forme di riproduzione sono:

• Asessuale: un solo genitore, no organi sessuali specifici, figlio clone. Può essere scissione binaria (batteri, divisione per mitosi della madre in due figli), scissione multipla, gemmazione (cnidari, divisione asimmetrica, da un’escrescenza), gemmulazione (formazione di individuo da gemmula), frammentazione (animale pluricellulare si divide e forma due nuovi individui).
• Sessuale: due genitori che producono gameti che si fondono in uno zigote, figlio diverso da entrambi. Si ha meiosi (doppia divisione: i cromosomi si separano una volta, ma la cellula si divide due volte formando quattro cellule aploidi) e poi fecondazione (i gameti si fondono e tornano diploidi). Si hanno organi sessuali. Può essere bisessuale (gameti provengono da due individui dioici [sessi separati] geneticamente diversi, figlio con nuovo genotipo), ermafroditismo (organismi con gonadi maschili e femminili insieme [monoici]. È sufficiente se si autofecondano, insufficiente se non si autofecondano), partenogenesi (sviluppo di un embrione da un uovo non fecondato. Ameiotica se non c’è meiosi, meiotica se c’è meiosi).

Determinazione del sesso

Negli animali ci sono cellule somatiche (specializzate e muoiono con l’individuo) e cellule germinali (formano i gameti, si formano nelle prime fasi dello sviluppo embrionale). Determinazione del sesso: esistono due tipi di cromosomi: cromosomi sessuali (determinano il sesso) e autosomi (controllano gli altri caratteri) nelle femmine i cromosomi sessuali sono uguali XX, nei maschi sono diversi XY. Gli eventi che portano alla formazione dei gameti sono detti gametogenesi: spermatogenesi (nei testicoli, crea spermatozoi) e ovogenesi (negli ovari crea ovuli).

Apparati riproduttivi

Gli apparati riproduttivi sono composti da organi sessuali primari (gonadi) e organi sessuali accessori (supporto per gonadi ed embrione).

• Apparato maschile: i testicoli producono sperma (circondato da cellule interstiziali che producono l’ormone sessuale maschile) che viene poi trasferito ai vasi efferenti dove matura, poi al dotto eiaculatore.
• Apparato femminile: l’ovario produce le uova e l’ormone sessuale femminile, quando maturano vanno nella tuba uterina, poi nell’utero (negli euteri c’è anche la placenta).

Ciclo cellulare, mitosi e meiosi

Ciclo cellulare

La cellula eucariotica attraversa un ciclo cellulare diviso in fasi: G1 (growth), S (synthesis), G2 (le prime tre sono interfase, attività che consentono la mitosi), M (mitosis [divisione cellulare che porta a due cellule identiche, si contrappone a meiosi]), C (citocinesi, divisione fisica delle due cellule).

Mitosi

Mitosi: divisa in:

• Profase (centrioli [regolano movimento e orientamento di cromosomi] si dividono, si forma il fuso nelle due cellule in via di formazione, i cromatidi [filamento formato da duplicazione di cromosoma] vanno alle parti opposte),
• Metafase (cromatidi si dispongono all’equatore del fuso),
• Anafase (fusi si accorciano e cromatidi ai poli opposti della cellula),
• Telofase (fuso si disgrega e si forma involucro nucleale).

Meiosi

Meiosi: ogni cellula del corpo contiene due cromosomi omologhi (uno proviene dalla madre e uno dal padre). La meiosi consiste in due divisioni:

• Meiosi 1 con profase (appaiamento cromosomi omologhi, avviene crossing over [tratti cromosoma materno in cromosoma paterno]), metafase (fibre del fuso si collegano ai cromosomi), anafase (ripartizione casuale dei cromosomi nelle cellule figlie),
• Meiosi 2 con profase, metafase, anafase, telofase. Durante questi step i cromosomi si dividono una sola volta, quindi i gameti avranno un solo membro della coppia di omologhi (aploidi). Quando i gameti si uniscono (fecondazione) si forma lo zigote (diploide). Migliore perché più ricombinazione genetica grazie a riassortimento casuale e crossing over (scambio di materiale tramite pezzi di cromosomi omologhi in profase 1).

Modelli riproduttivi e sviluppo embrionale

Tipologie riproduttive

Modelli riproduttivi:

• Ovipari (depongono le uova all’esterno quando gli embrioni non sono sviluppati. La fecondazione può essere interna o esterna),
• Ovovivipari (le femmine tengono le uova fecondate nel corpo dove avviene lo sviluppo embrionale, fecondazione interna),
• Vivipari (le uova si sviluppano nell’utero e l’embrione viene nutrito dalla madre, non dal tuorlo, fecondazione interna).

Sviluppo embrionale

Lo sviluppo consiste di una serie di cambiamenti in un individuo dal concepimento alla maturità e può essere diretto (nascituro simile ad adulto ma piccolo e non sessualmente maturo [esempio cefalopodi, rettili, uccelli e mammiferi]) o indiretto (nascituro diverso da adulto [larva], deve compiere metamorfosi, esempio maggior parte invertebrati marini).

Gametogenesi può essere spermatogenesi (nei tubi seminiferi dei testicoli le cellule germinali si sviluppano accanto a cellule di sostegno, vi sono gli spermatogoni che si dividono per mitosi e si accrescono fino a diventare spermatocita primario che, dopo la meiosi, diventa spermatocita secondario e si formano quattro spermatidi che si differenziano poi in spermatozoi formati da una testa con un nucleo e un acrosoma [organello che secerne sostanze per entrare nell’uovo]) o oogenesi (le cellule germinali primordiali [oogoni] aumentano di numero tramite mitosi, poi si ingrandiscono diventando oociti primari e dopo la meiosi si formano prima un oocita secondario [grande] e un primo globulo polare [piccolo] e poi un uovo e un altro globulo polare [che poi muoiono]. La differenza con spermatogenesi è che ogni oocita primario genera un gamete funzionale e non quattro).

L’evento iniziale dello sviluppo è la fecondazione ossia l’unione del gamete maschile e femminile per formare lo zigote (ricombinazione geni parentali). Quando lo spermatozoo entra in contatto con la membrana vitellina dell’uovo, quest’ultimo si modifica per evitare ad altri spermatozoi di entrare (polispermia), successivamente lo spermatozoo perde il flagello, il suo nucleo si ingrandisce (pronucleo) e migra verso il pronucleo della cellula uovo fondendosi e formando lo zigote che inizia la segmentazione (cioè si divide senza aumentare in volume in tante piccole cellule: blastomeri) che può essere oloblastica (in uova con poco tuorlo [isolecitiche e mesolecitiche], il solco di divisione passa attraverso tutta la cellula, può essere radiale [deuterostomi, ogni solco di divisione è parallelo o perpendicolare all’asse animale-vegetativo dell’uovo] spirale [tutti i non-deuterostomi, divisione obliqua 45° rispetto all’asse, anellidi, nemertini, turbellari, molluschi eccetto cefalopodi], rotazionale [maggior parte dei mammiferi], bilaterale), meroblastica (in uova con tanto tuorlo [telolecitiche], il solco passa attraverso una piccola parte). Animali con uova telolecitiche avranno uno sviluppo diretto (alla schiusa sono adulti in miniatura), con uova isolecitiche e mesolecitiche avranno sviluppo indiretto (larve diverse dagli adulti, subiscono metamorfosi).

Successivamente la gastrulazione trasforma la blastula in gastrula composta da tre foglietti germinativi (nei triblastici): ectoderma (strato superficiale, dà origine all’epitelio [capelli, unghie, pelle], al tubo neurale [sistema nervoso, cervello, midollo] e alle cellule della cresta neurale [nervi, gangli, cranio]), endoderma (strato profondo, epitelio del tubo digerente, tratto respiratorio, tratto urogenitale, fegato, pancreas), mesoderma (strato centrale, sistema muscolare, organi riproduttivi, sistema circolatorio, scheletro, questo foglietto si può formare per schizocelia [formazione di cellule mesodermiche vicino al blastoporo che lo costruiscono] enterocelia [formazione di cellule sull’archenteron che formano delle tasche che delimitano enteroceli]), si forma inoltre un blastoporo e un archenteron (intestino primitivo).

Nei protostomi (blastoporo della gastrula diventa bocca, esempio molluschi) il destino di ogni cellula dipende dal tipo di citoplasma che essa acquisisce nello sviluppo (sviluppo a mosaico), nei deuterostomi (blastoporo della gastrula diventa ano, esempio stella marina) il destino dipende dall’interazione con le cellule vicine, inizialmente un blastomero potrebbe svilupparsi come vuole ma viene limitato dai vicini (sviluppo regolativo), la capacità di influenzare altre cellule si dice induzione. Successivamente abbiamo l’organizzazione spaziale dell’embrione ossia la determinazione dell’asse antero-posteriore, destra-sinistra e dorso-ventrale. Lo sviluppo può essere determinativo (protostomi, blastomero da solo non è in grado di produrre individuo completo) indeterminativo (deuterostomi, blastomero può).

In alcuni animali si ha metameria: suddivisione del corpo in segmenti regolata da geni per la segmentazione che attivano geni omeotici (specifici del segmento, formano appendici) che contengono un omeobox (sequenza di DNA) che determinano anche la forma di organi e arti. I vertebrati hanno una modalità di sviluppo comune, infatti gli embrioni allo stadio postgrastrula sono simili, più avanti si differenziano.

Rettili, uccelli e mammiferi formano gli amnioti [gli embrioni si sviluppano in un uovo amniotico con un sacco: amnios, pieno di liquido. Si ha anche il sacco del tuorlo (nei pesci, se ne nutrono anche dopo la schiusa), l’allantoide (deposito di residui metabolici e superficie di scambio di gas), il corion (parte esterna) (più avanti allantoide e corion si uniscono: membrana corionallantoidea)]. La maggior parte dei mammiferi ha la placenta per nutrire l’embrione e l’utero per accoglierlo (la blastocisti scende verso l’utero e vi si impianta), l’allantoide qui serve per formare il cordone ombelicale (lega l’embrione alla placenta) ed il corion a formare gran parte della placenta.

Le prime due settimane sono periodo germinativo, le otto settimane dopo sono il periodo embrionale (differenziamento organi), dopo è il periodo fetale (si forma il feto, fase di crescita).

Differenze tra protostomi e deuterostomi

Differenze tra protostomi e deuterostomi: nei protostomi il blastoporo forma la bocca e nei deuterostomi forma l’ano, i protostomi hanno segmentazione spirale (solchi di divisione obliqui rispetto all’asse dell’uovo) e i deuterostomi hanno segmentazione radiale (solchi di divisione paralleli e perpendicolari all’asse dell’uovo), il celoma (cavità che contiene i visceri e li tiene fermi tramite membrane dette mesenteri, può anche servire da scheletro idrostatico) nei protostomi si sviluppa per schizocelia (fessurazione del mesoderma) e nei deuterostomi per enterocelia (evaginazioni dell’archenteron [intestino primitivo] che formano sacchetti celomatici]) ad eccezione dei vertebrati che sono deuterostomi ed hanno cavità celomatica formata per delaminazione del mesoderma in due foglietti. Gli acelomati non lo hanno (platelminti), pseudocelomati (cavità intorno all’intestino non completamente rivestita da mesoderma derivata dal blastocele embrionale, nematodi), eucelomati (anellidi).

Main divisions of protostomes

I protostomi si dividono in:

• Lophotrochozoa (con Plathielmynthes, struttura a ferro di cavallo per alimentazione [lofoforo], forma larvale [trocofora] piccola, con corona di ciglia)
• Ecdysozoa (hanno cuticola che muta con accrescimento del corpo, esempio nematodi).

Teorie evolutive di Lamarck e Darwin

Teorie di Lamarck e Darwin

Lamarck aveva ipotizzato l’ereditarietà dei caratteri acquisiti per adattarsi all’ambiente. Darwin ipotizzò che la biosfera è in continua mutazione, che discendiamo tutti da un antenato comune (albero filogenetico), che l’evoluzione produce nuove specie (speciazione) e trasforma quelle esistenti, la selezione naturale. Le teorie a supporto del Darwinismo sono: cambiamento continuo, discendenza comune, moltiplicazione delle specie (le specie sono in continua moltiplicazione ed estinzione), gradualismo e selezione naturale.

Radiazione adattiva ed evoluzione

La radiazione adattiva è un fenomeno secondo cui un gruppo di organismi raggiunge un’area a lui nuova, nel corso del tempo gli individui si specializzeranno, non avendo predatori, creando nuove specie. L’evoluzione per equilibri intermittenti prevede un’evoluzione rapida in periodi di grandi sconvolgimenti, in contrapposizione con l’evoluzione graduale. Il fitness misura la probabilità di un individuo rispetto ad un altro di sopravvivere in determinate condizioni.

Speciazione

La speciazione è il processo che porta alla formazione di una o più specie da una popolazione ancestrale comune e presuppone la comparsa di barriere riproduttive (caratteristiche che impediscono l’incrocio tra due specie diverse, possono essere precopula [per evitare sprechi di energie, possono essere cioè due specie si riproducono in luoghi diversi, cioè il periodo in cui ci si riproduce è diverso, cioè il canto specie-specifico degli uccelli, meccaniche [cioè apparati riproduttori di forme incompatibili] o postcopula [riconoscimento chimico tra spermatozoi e uovo, avviene la fecondazione ma zigote muore o non si forma, mortalità dell’ibrido adulto in formazione sterile poi muore, adulto sterile, breakdown dell’ibrido adulto non sterile ma prole debole]) che si creano ad esempio quando alcune popolazioni di una specie rimangono separate a lungo diventando popolazioni allopatriche e viene detto speciazione allopatrica, che può avvenire per speciazione vicariante (cambiamenti ambientali frammentano l’habitat) o per il principio del fondatore (pochi individui si separano e raggiungono luoghi in cui non ci sono altri membri della stessa specie).

Quando gli animali tornano alla popolazione prima della completa formazione delle barriere riproduttive e si incrociano si dice che si ibridano e nascono gli ibridi. Se la speciazione non dipende da separazione geografica può essere speciazione simpatrica (quando alcuni membri di una specie si specializzano per colonizzare zone dello stesso areale) o speciazione parapatrica (intermedia tra allopatrica e simpatrica, specie distanti ma con una linea di contatto).

Microevoluzione e macroevoluzione

Microevoluzione

Microevoluzione: evoluzione di singole specie e popolazioni. Secondo l’equilibrio di Harding-Weinberg l’ereditarietà di per sé non produce cambiamenti evolutivi, poiché in una popolazione i rapporti tra le frequenze alleliche raggiungono una situazione di equilibrio e rimangono stabili eccetto mutazioni, selezione naturale, migrazione o deriva genetica (variazione casuale delle frequenze alleliche [proporzione con cui un allele è presente in una popolazione] o scomparsa casuale di alleli. Due esempi: collo di bottiglia: bottiglia con 500 biglie di due colori, bottiglia con 10 biglie più grandi [quindi due bottiglie con stessa frequenza allelica] se rovescio le bottiglie in una tazza la prima sarà più probabile che si aggira intorno a valori medi per ogni colore, la seconda è più probabile che spicchi uno dei due colori, quindi più popolazione è grande e meno effetti della deriva genetica. Effetto del fondatore: popolazione metà con occhi rossi e bianchi, se solo alcuni individui rossi vanno su un’altra isola lì esisteranno solo quelli, grande effetto di deriva genetica).

È più facile per grandi popolazioni ma è comunque quasi impossibile (ad esempio perché la frequenza delle mutazioni deve essere uguale alla frequenza delle retromutazioni, o perché gli alleli non devono essere sottoposti a selezione naturale, o perché non ci devono essere apporti di alleli nuovi dall’esterno) quindi le frequenze alleliche cambiano con le generazioni.

Macroevoluzione

Macroevoluzione: cambiamenti evolutivi su ampia scala. Una specie può originare un’altra specie o estinguersi a differenza delle proprie caratteristiche di sopravvivenza e riproduzione (selezione delle specie). Possono accadere estinzioni di massa (come quella del Cambr...