Zoologia generale

Zoologia

Proprietà dell'acqua

Alta capacità di calore specifico: l'acqua può assorbire una grandissima quantità di calore che porta quindi ad un aumento della temperatura. Questo calore assorbito viene speso per scambiare atomi di idrogeno tra molecole adiacenti. L'alta capacità di calore specifico ha quindi la proprietà di regolazione sui cambiamenti di temperatura ambientali e quindi è un agente protettivo per la vita.

Alto calore di vaporizzazione: l'evaporazione, per tutti gli animali terrestri, è importante per il raffreddamento del proprio corpo, e quindi è un mezzo importante per liberarsi dell'eccesso di calore.

Singolare variazione di densità: l'acqua raggiunge la sua massima densità a 4°C, quando è ancora liquida, poi diventa meno densa con ulteriore raffreddamento. Senza questa proprietà le masse d'acqua solidificherebbero sul fondo in inverno, e per questo motivo la vita acquatica sarebbe limitata. Nel ghiaccio, tutte le molecole formano legami idrogeno tra loro, creando un'estesa rete cristallina nella quale le molecole sono più distanziate tra loro e quindi meno dense che a 4°C, quando alcune molecole non hanno ancora formato legami idrogeno.

Alta tensione superficiale: è un aspetto della coesione tra le molecole d'acqua, quindi la loro tendenza a tenersi insieme con legami idrogeno. Ha un ruolo fondamentale nelle funzioni di molti organismi viventi, come per esempio il trasporto dell'acqua negli xilemi degli steli delle piante, questo mantiene la colonna d'acqua unita e forze adesive mantengono l'acqua aderente allo xilema.

Bassa viscosità: per viscosità si intende una grandezza fisica che misura la resistenza di un fluido allo scorrimento (collegata quindi all'attrito tra le molecole del fluido). La bassa capacità è una proprietà molto importante poiché permette, per esempio, al sangue di fluire attraverso i capillari sottili.

Solvente: l'acqua è un ottimo solvente per gli ioni di sali, che sono molto importanti per i processi vitali. Ad esempio, NaCl, quando si scioglie in acqua, si dissocia in ioni Na⁺ e Cl^-. Le zone negative dei dipoli dell'acqua si allineano intorno agli ioni Na⁺ mentre quelle negative si dispongono intorno agli ioni Cl^-. I sali essenziali per i processi vitali si sciolgono più facilmente in acqua che in tutte le altre sostanze.

Importanza della fotosintesi e del metabolismo ossidativo

La fotosintesi produce composti organici per mezzo della luce solare e anidride carbonica atmosferica. Il processo di fotosintesi è utile per la riduzione dell'anidride carbonica a zuccheri a partire dall'acqua: queste reazioni portarono a una liberazione di ossigeno che cominciò ad accumularsi nell'atmosfera e causò la formazione dell'ozono capace di assorbire le radiazioni ultraviolette prodotte dal Sole. Per questo motivo la Terra poteva essere occupata sempre di più da organismi fotosintetici che aumentarono notevolmente la quantità di ossigeno nell'atmosfera.

Con l'accumulo di ossigeno compare un nuovo tipo di metabolismo energetico: metabolismo ossidativo. Utilizzando l'ossigeno come accettore finale di elettroni per ossidare il glucosio ad anidride carbonica e acqua, molta dell'energia di legame immagazzinata con la fotosintesi poteva essere recuperata. La fotosintesi quindi, che sviluppava ossigeno, divenne essenziale per la continuazione della vita sulla Terra.

I primi organismi responsabili della produzione del primo ossigeno rilasciato nell'atmosfera furono le "alghe azzurre", conosciute anche con il termine di "cianobatteri".

Procarioti ed eucarioti

Procarioti: organismi costituiti da un singolo cromosoma che comprende una sola molecola di DNA non localizzata in un nucleo circondato da membrana, ma presente in una regione nucleare detta nucleoide. Durante la divisione cellulare, il nucleoide si divide e copie del DNA cellulare vengono trasferite alle cellule figlie. I procarioti sono privi di organizzazione cromosomica e di una vera divisione cromosomica.

Eucarioti: organismi costituiti da cellule che contengono un nucleo circondato da membrana, contenenti cromosomi formati da cromatina. I cromosomi eucariotici contengono più DNA di quelli procariotici e la divisione cellulare avviene per mitosi.

Biodiversità

Biodiversità: varietà degli organismi del pianeta. La biodiversità è originata dal fatto che tutte le specie sono soggette ad un errore riproduttivo adattandosi a diversi ambienti. Questo fenomeno porta a mutazioni e di conseguenza ad un'evoluzione della specie.

Origine delle biodiversità

Lo scienziato G.E. Hutchinson si chiese il motivo per il quale nella Terra ci fossero così tante specie. È possibile rispondere a questa sua domanda dicendo che esiste, tra le varie specie, un errore riproduttivo che fa in modo che le nuove specie si possano adattare a diversi ambienti rispetto a quelle precedenti. Questo fenomeno studiato è soggetto a mutazioni o per meglio dire ad un'evoluzione.

Geni e specie

• Geni: unità molecolari di informazioni racchiuse negli acidi nucleici
• Specie: gruppi di individui che possono dare origine ad una progenie
• Autotrof: organismi capaci di sintetizzare il loro cibo da sorgenti inorganiche, usando luce o altre sostanze di energia.
• Eterotrof: organismi che devono ottenere le risorse (per cibarsi) direttamente dall'ambiente.

Animali

Organismi eucarioti, pluricellulari che hanno la capacità di muoversi e riprodursi e che si nutrono per ingestione. Hanno diverse caratteristiche che possono essere: l'unicità chimica, la riproduzione, la complessità e l'organizzazione gerarchica, il metabolismo, lo sviluppo e il movimento.

Comparsa dei composti organici sulla Terra

L'evoluzione chimica dell'ambiente prebiotico (sostanze che non vengono assorbite dall'organismo) ha prodotto semplici composti organici, ovvero composti che contengono carbonio. Il carbonio ha una grande capacità di legarsi con altri atomi di carbonio in catene di lunghezze e configurazioni varie.

Carboidrati

Composti organici formati da carbonio, idrogeno e ossigeno. Svolgono la funzione di elementi strutturali e sono fonti di energia chimica. I carboidrati sono prodotti per sintesi delle piante a partire da acqua e anidride carbonica, con l'aiuto dell'energia solare (fotosintesi). Il ruolo più importante dei carboidrati è quello di servire come sorgente di energia chimica (questo avviene nel protoplasma). Alcuni carboidrati diventano componenti essenziali della struttura protoplasmatica, come i pentosi, che formano gruppi costruttivi degli acidi nucleici e dei nucleotidi.

Lipidi

Sono i grassi e le sostanze simili ai grassi. Sono formati da molecole a bassa polarità, quindi sono insolubili in acqua. Si dividono in 3 gruppi: grassi neutri, fosfolipidi e steroidi.

• Grassi neutri: sono i maggiori combustibili degli animali. I grassi neutri includono i trigliceridi, molecole costituite da glicerolo e 3 molecole di acidi grassi. Nei trigliceridi gli acidi grassi sono semplicemente acidi monocarbossilici a lunga catena. Gli acidi grassi si dicono saturi quando ogni atomo di carbonio è legato a due atomi di idrogeno; insaturi quando gli atomi di carbonio non sono "saturati" con atomi di idrogeno e possono formare legami con altri atomi.
• Fosfolipidi: componenti importanti dell'organizzazione molecolare delle membrane. Sono formati da 2 acidi grassi, un acido fosforico e una base organica. Il gruppo fosfato dei fosfolipidi è polare, di conseguenza è solubile in acqua, mentre il resto della molecola non è polare. Possono fare da ponte tra due ambienti legando molecole solubili in acqua con molecole non solubili.
• Steroidi: sono alcoli complessi. Sono un grande gruppo di molecole biologicamente importanti come il colesterolo e la vitamina D.

Acidi nucleici

Gli acidi nucleici sono sostanze complesse ad alto peso molecolare costituiti da molecole polimeriche nelle quali l'informazione genetica è codificata da sequenze di basi azotate. Sono le uniche molecole che possono replicarsi. I due tipi di acidi nucleici sono l'acido desossiribonucleico (DNA) e l'acido ribonucleico (RNA). Sono polimeri di unità ripetute dette nucleoidi, formati da uno zucchero, una base azotata e un gruppo fosfato.

Antropocene

Presenza dell'uomo che agisce sul processo evolutivo e di conseguenza sull'espansione della biodiversità sul pianeta.

Diversità

• Diversità genetica: variabilità dei geni all'interno della specie (es. sesso, aspetto fisico ecc.).
• Variabilità fra popolazioni di una stessa specie
• Variabilità all'interno di una stessa popolazione

A cosa serve la diversità genetica?

A permettere alle popolazioni di adattarsi ai cambiamenti climatici ed alle condizioni ambientali locali. Se una popolazione è composta da pochi individui essa perde la gran parte delle caratteristiche che hanno consentito la comparsa e l'esistenza delle specie, rischiando così l'estinzione.

Diversità specifica:

Diversità di specie presente in una data regione. Data una precisa località è chiamata ricchezza di specie il numero di specie all'interno di quella regione e abbondanza il numero di individui di ciascuna specie presente.

Diversità funzionale (diversità sovraspecifica):

• Corporazione di specie con lo stesso ruolo ecologico
• Ridondanza
• Intensità di interazione

Limite delle risorse biologiche

L'attività umana, aumentando la velocità di consumo delle risorse, sta erodendo la capacità della Terra di sostenere la vita (sovrasfruttamento delle risorse).

Cause di perdita delle biodiversità

• Perdita e frammentazione di habitat (17 milioni di ettari di foresta tropicale all'anno)
• Invasione di specie introdotte
• Sovrasfruttamento
• Inquinamento e cambiamento climatico globale

Processo riproduttivo e cicli vitali

Riproduzione asessuale:

Gemmazione nell'idra (idrozoo d'acqua dolce) nella quale si stacca una gemma dalla colonia madre che viene trasportata dall'acqua e può colonizzare substrati lontani da esso. Riproduzione di nuovi individui senza intervento di gameti.

• Gemmazione: da un'escrescenza del corpo di un individuo, se ne genera un altro che si separa dal genitore una volta raggiunta la maturazione. È molto comune negli cnidari.
• Gemmulazione: formazione di un nuovo organismo a partire da un aggregato di cellule rivestite da una capsula chiamata gemmula. Le cellule racchiuse nella gemmula fuoriescono dal rivestimento dando vita al nuovo individuo (es. spugne).
• Frammentazione: avviene quando un animale pluricellulare si scinde in 2 parti, entrambe capaci di diventare un individuo completo (invertebrati).

Riproduzione sessuale:

Es. amplesso: accoppiamento tra due specie gonocoriche (maschio, femmina) nella quale gli spermatozoi devono essere inseriti nel corpo della femmina e l'uovo prodotto dalla femmina può essere fecondato dallo spermatozoo prodotto dal maschio. Prevede l'accoppiamento che fa sì che attraverso un meccanismo chiamato meiosi si producano cellule aploidi sia nel maschio (spermatozoi) che nella femmina (cellule uovo) che fecondandosi ripristinano il corredo genetico originario portando metà dell'informazione genetica da parte del maschio alla cellula uovo formando una nuova cellula diploide detta zigote.

La riproduzione sessuata può avvenire anche senza copula per esempio nei pesci dove il maschio attende che la femmina deponga le uova per poi emettere lo sperma (fecondazione esterna).

Metamorfosi:

Fenomeno biologico che prevede la trasformazione di una determinata struttura fino alla fase adulta. Es. da girino a rana (o comunque dalla fase larvale fino alla formazione dell'adulto) nella fase pre-metamorfosi l'organismo può essere in fase larvale e può avere una forma e un ruolo ecologico completamente diverso da quello della fase adulta (un girino nuota e mangia fitoplancton e diventa una rana incapace di respirare sotto acqua e incapace di nuotare).

Determinazione del sesso

Cromosomi sessuali che vengono assemblati dalla riproduzione.

Singamica:

La femmina a doppio cromosoma sessuale produce attraverso la meiosi uova con un singolo cromosoma sessuale X mentre il maschio produce cromosomi sessuali X che portano alla formazione di una femmina (XX) e cromosomi sessuali Y che portano alla formazione di un maschio (XY).

Mitosi:

Duplicazione del corredo genetico seguita da una divisione, quindi il cromosoma si raddoppia e si divide dando origine a due metà che sono specularmente uguali alla cellula madre.

Meiosi:

Raddoppio del corredo cromosomico tramite diverse fasi che portano alla telofase nella quale si formano 4 cellule aploidi (gameti), ciascuna con una quantità aploide di DNA.

• Profase I: i cromosomi omologhi entrano in contatto reciproco formando i bivalenti che risultano essere, nella tarda profase I, due paia di cromatidi. Avviene il crossing-over: scambio delle informazioni dal punto di vista genetico.
• Metafase I: i bivalenti si allineano all'equatore del fuso.
• Anafase I: le diadi dei bivalenti sono attratte verso i poli opposti.
• Profase II: le cellule figlie contengono uno dei due omologhi di ciascun cromosoma, ma con una quantità di DNA diploide.
• Metafase II: le diadi si allineano all'equatore del fuso.
• Anafase II: i cromatidi di ciascuna diade si separano.
• Telofase II

Metagamica:

La determinazione del sesso non è determinata solo dal corredo cromosomico ma può dipendere per esempio dalla temperatura o altre condizioni ambientali (soprattutto nei rettili).

Fenotipica:

Es. Echiuridi: se la larva prodotta dalla femmina entra in contatto con la femmina stessa, questa viene risucchiata dalla proboscide e si trasformerà in individuo maschio diventando un parassita all'interno della femmina adulta utile solo per la produzione di spermatozoi quando la femmina ne avrà bisogno. Se invece la larva non incontra la femmina adulta ma ad esempio andrà contro uno scoglio, questa si trasforma in femmina.

Fenotipo e genotipo

Fenotipo: l'insieme di tutte le caratteristiche manifestate da un organismo vivente, quindi la sua morfologia, il suo sviluppo, le sue proprietà biochimiche e fisiologiche comprensive del comportamento.

Genotipo: la costituzione genetica di un individuo o di un organismo vivente. L'insieme di tutti i geni che compongono il DNA. Genotipo + influenze esterne danno origine al fenotipo.

Spermatogenesi e oogesi

Spermatogenesi: spermatogonio → spermatocita primario (diploide) → spermatociti secondari (aploidi, 2) → spermatidi (aploidi) → spermatozoi

Oogenesi: oogonio → oocita primario → primo globulo polare e un singolo oocita secondario → un uovo aploide

Ermafroditismo

È presente nell'organismo sia la componente maschile che la componente femminile (es. oligocheti lombrichi)

• Proterandrici: quando il maschio si sviluppa nella prima fase della vita e poi nella seconda fase inverte il sesso diventando femmina.
• Proteroginici: nella prima fase di maturità sessuale l'animale è femmina, mentre nella seconda fase l'individuo inverte il sesso e diventa maschio.

Tipi di riproduzione

Ovipari: organismi che depongono le uova all'esterno, quando gli embrioni devono ancora svilupparsi. Le uova possono essere fecondate sia internamente, prima che vengano deposte dalla femmina, sia esternamente, una volta deposte. (maggior parte degli invertebrati)

Vivipari: le uova si sviluppano nell'ovidotto o nell'utero e l'embrione riceve il nutrimento direttamente dalla madre. La viviparità è tipica dei mammiferi.

Ovovivipari: quando le femmine di una specie trattengono le uova fecondate all'interno del loro corpo, dove avviene lo sviluppo embrionale.

I principi dello sviluppo

• Formazione di gameti: attraverso la gametogenesi formazione e maturazione di spermatozoi e uova. (spermatogenesi e oogenesi)
• Fecondazione: (interna o esterna) fusione dello spermatozoo con la cellula uovo e successiva formazione dello zigote.
• Segmentazione: divisione dell'uovo e formazione dei blastomeri.
• Gastrulazione: formazione dei foglietti embrionali.
• Organogenesi: formazione degli organi, induzione cellulare e differenziamento.
• Crescita: sviluppo degli organi, accrescimento e raggiungimento della forma adulta.

Fecondazione

Fecondazione interna: il gamete maschile viene introdotto all'interno del corpo femminile, dove trova la cellula uovo.

Fecondazione esterna: i gameti maschili e femminili vengono rilasciati nell'ambiente e quindi gli spermatozoi fecondano l'uovo all'esterno degli organi sessuali femminili.

Fase di adesione e penetrazione di uno spermatozoo in un uovo di riccio di mare:

Appena il primo spermatozoo tocca la membrana plasmatica dell'uovo, questa attiva dei meccanismi su base elettrica che isolano l'ingresso degli altri spermatozoi nella membrana e si forma il cono di fecondazione con successiva liberazione del contenuto dei granuli corticali che determina un ingresso d'acqua e la formazione della membrana di fecondazione che isola lo spermatozoo dall'ambiente esterno. (i granuli corticali servono per evitare la polispermia)

Segmentazione radiale

Paragonabile alla segmentazione oloblastica nei mammiferi placentati. I piani sono simmetrici rispetto all'asse polare e producono file o strati di cellule impilate.