Zoologia sistematica

Zoologia sistematica

I protozoi

I Protozoi [PROTO- (primi), -ZOI (animali)] sono organismi microscopici unicellulari, ovvero tutte le funzioni sono svolte all’interno di una singola cellula, nonostante ciò questi organismi eucariotici sono organismi completi e anche molto sofisticati. Sono degli organismi ubiquitari, cioè sono presenti ovunque ci sia possibilità di vita. Possono essere sia sessili (forma sedentaria) che natanti (forma libera).

I protozoi possono condurre una vita libera ovvero si muovono e vivono in ambienti esterni ad altri organismi e vita simbiotica ovvero vivono all’interno di altri organismi; si parla di endosimbiosi quando un organismo vive all’interno di un altro (può essere anche un altro protozoo) e di ectosimbiosi quando un organismo vive all’esterno di un altro o sulla superficie (nel tegumento).

Forma e funzioni

• Organismi unicellulari
• Nucleo: singolo o multiplo, la forma varia nelle specie
• Mitocondri: varia in base alle specie, alcuni presentano i cosiddetti idrogenosomi così chiamati perché rilasciano idrogeno molecolare (H₂) come sottoprodotto della generazione di energia in condizioni anaerobiche (carenti di ossigeno).
• Corpi del Golgi: servono come supporto per le strutture flagellari
• Plastidi: organuli presenti nei protozoi autotrofi producono la clorofilla attraverso fotosintesi clorofilliana
• Estrusomi: vescicole ripiene di sostanze tossiche usate dall’organismo per attaccare l’ospite o per difendersi da eventuali predatori. Es Tricociste caratteristico nei protozoi ciliati
• Organelli locomotori: si trovano nei protozoi che conducono vita libera (natante). Permettono all’organismo di muoversi per poter procurarsi del cibo.

Non tutti questi organelli sono presenti in tutti i protozoi, però in generale troviamo che sono organismi unicellulari. Hanno un nucleo che può essere unico oppure in determinati raggruppamenti possiamo trovarne anche più di uno. Il nucleo può avere la stessa forma oppure può essere estremamente variabile, ma comunque è sempre presente.

I mitocondri sono presenti in quasi tutte le specie a eccezione di alcuni parassiti e in alcuni casi sono sostituiti da idrogenosomi; sono strutture simili che sfruttano invece dell’ossigeno l’idrogeno come accettore finale. I corpi del Golgi sono spesso ritrovati e servono a supporto di strutture flagellari che sono fondamentali. Alcune specie, anche se sembra strano, presentano i plastidi. I plastidi contengono la clorofilla, e la clorofilla serve per la fotosintesi. Gli organismi animali sono eterotrofi, ma all’interno dei protozoi troviamo dei raggruppamenti che sono autotrofi; per tanto non è possibile definire vita animale, infatti non sono definiti metazoi ma, appunto, protozoi (anche per questa caratteristica).

In diverse specie troviamo dei vacuoli contrattili che servono per l’escrezione di sostanze tossiche, e spesso questi vacuoli vanno ad essere concentrati in degli estrusomi che sono delle vescicole ripiene di sostanze tossiche che sono spesso e volentieri utilizzate per attaccare l’ospite o per difendersi da eventuali predatori.

Organelli locomotori

In quasi tutti i protozoi troviamo degli organelli locomotori diversamente organizzati e strutturati. Questi permettono un movimento negli organismi a vita libera e una mobilità della propria membrana per catturare le particelle di cibo. In generale, è possibile fare una super divisione in due raggruppamenti di organelli locomotori: quelli che chiamiamo ondulopodi (ciglia e flagelli) e pseudopodi.

Ciglia e flagelli hanno una struttura citoscheletrica condivisa che sono i centrioli. I centrioli, inoltre, costituiscono il corpo basale da cui prendono origine estroflessioni mobili, denominate ciglia e flagelli. I centrioli sono strutture di forma cilindrica, formati da nove triplette di microtubuli. Le triplette si associano e formano i centrioli. Ogni tripletta presenta un microtubulo intero (formato da 13 protofilamenti) e due parzialmente fusi.

Ondulopodi

Ciglia: organelli simili a peli che ricoprono completamente o in parte la superficie cellulare. Sono identici nella struttura ai flagelli ma si presentano più corti e molto più numerosi.

Flagelli: appendici locomotorie che permettono il movimento. Essi sono generalmente unici (o poco numerosi), notevolmente più lunghi rispetto alle ciglia. La struttura dei flagelli è simile alle ciglia ovvero sono composti da 9 coppie di microtubuli alla periferia e due microtubuli non accoppiati disposti al centro. Questa struttura è detta 9+2 e prende il nome di assonema e si ritrova in quasi tutte le forme di ciglia e flagelli eucariotici, dai protozoi all'uomo.

Pseudopodi

Le altre tipologie di organelli locomotori che troviamo all’interno dei protozoi e in tantissime specie (come amebe) sono gli pseudopodi. Gli pseudopodi permettono diverse tipologie di movimento, di fissarsi al substrato o di aumentare la loro superficie corporea. Fra gli pseudopodi abbiamo:

• Lobopodi: organelli locomotori delle amebe. Sono espansioni della membrana citoplasmatica contenenti un flusso citoplasmatico che scorre continuamente via dal corpo cellulare in direzione di un fronte esterno. All’interno del flusso troviamo un citoplasma periferico, con una consistenza gelatinosa chiamato ectoplasma e un citoplasma più interno, di consistenza semifluida chiamato endoplasma. Durante la locomozione endoplasma scorre in avanti e l'ectoplasma scorre indietro lungo la parte esterna della cellula. Lo scorrimento citoplasmatico è di fatto responsabile del progressivo spostamento della cellula.
• Filopodi: estroflessioni citoplasmatiche, sottili, con estremità appuntita, costituito di solo ectoplasma.
• Reticulopodi: estroflessioni citoplasmatiche, filiformi, anastomizzati fra di loro costituendo una sorte di rete.
• Assopodi: estroflessioni citoplasmatiche, sono dei sottili filamenti radiali di citoplasma, sostenuti interamente da lunghi fasci di microtubuli. Nell’insieme, gli assopodi hanno l’aspetto di raggi. Queste ultime tre strutture sono più rigide e servono più che altro a fissarsi meglio al substrato.

Le ciglia e i flagelli sono detti ondulopodi; ondulopodi in quanto hanno un movimento ondulatorio. Se i flagelli oltre che per la locomozione sono utilizzati anche per l’alimentazione questo si può considerare anche per le ciglia. La differenza fra ciglia e flagelli sta anche nella tipologia spinta che danno all’organismo; e le ciglia per spostare un organismo in maniera efficiente hanno bisogno di essere coordinate e di muoversi simultaneamente, questa coordinazione è detta metacronia in cui il battito ciliare e/o flagellare è finemente gestito.

Un diplomonade, Giardia lamblia - Paramecium Caudatum - ciliato. Flagellato. Parassita che causa disturbi Intestinali. Amoeba proteus - Amoebozoa lobosa.

Nutrizione e digestione

Per quanto possa sembrare strano, alcuni protozoi sono autotrofi. Autotrofi significa che riescono a trarre sostanze complesse come gli zuccheri partendo da sostanze inorganiche come H₂O e CO₂ e la luce solare trasformandole in glucosio e ossigeno molecolare. Questo fa sì che questi organismi vengano definiti autotrofi. Riescono a procurarsi il cibo da sé grazie alla fotosintesi. Fra gli eterotrofi che invece hanno la necessità di procurarsi del cibo proveniente dall’esterno, tra i protozoi eterotrofi troviamo:

• Fagotrofi o olozoici: vanno a catturare, ad alimentarsi su particelle di cibo presenti in cui vivono che ingeriscono sulla superficie cellulare. Catturano il cibo nell’ambiente in cui vivono, la maggior parte dei protozoi hanno vita acquatica quindi si alimentano fagocitando le particelle presenti nell’acqua. L’alimentazione avviene per fagocitosi, si crea il fagosoma (vacuolo alimentare) che poi viene digerito dall’attacco lisosomiale. In alcuni organismi l’ingerimento delle particelle avviene in punti NON specifici dell’organismo, come nelle amebe, in altri vi è un’area specializzata per l’introduzione del cibo detta citostoma (bocca cellulare) e un'area specializzata per l’espulsione delle sostanze di scarto detta citopigio o citoprocto (ano cellulare), in cui le sostanze escono per esocitosi.
• Altri organismi si nutrono di materiale organico già disciolto in soluzione, questo avviene tramite degli scambi attraverso la membrana plasmatica. Questi organismi prendono il nome di osmotrofi o saprozoici.

Osmoregolazione

Questi organismi essendo osmotrofi (nella maggior parte dei casi), ma anche per i fagotrofi hanno bisogno di mantenere la pressione osmotica costante fra il mondo interno ed esterno. Questo significa che hanno bisogno di strutture particolari che servono per osmoregolare. I protozoi hanno bisogno di mantenere costante la pressione osmotica che vi è tra l’organismo e il mondo esterno. Per questo i protozoi hanno organelli specializzati nell’osmoregolazione detti vacuoli contrattili, in essi si vanno anche a concentrare i prodotti di scarto della cellula. Sulla superficie dei vacuoli c’è un complesso di pompe e trasportatori che mantengono sotto controllo la pressione osmotica. Quando il vacuolo è troppo pieno perché ha assunto troppa acqua, per differenza di potenziale, espellerà tutta l’acqua in eccesso fuori dalla cellula. Il vacuolo contrattile serve come meccanismo di protezione che impedisce alla cellula di assorbire troppa acqua ed eventualmente esplodere. Il vacuolo contrattile espelle l'acqua fuori dalla cellula contraendosi, un ciclo richiede alcuni secondi, a seconda della specie e l'osmolarità dell'ambiente.

La riproduzione

La riproduzione può essere sessuale o asessuale. Ma, per quanto riguarda i protozoi il discorso è più complicato perché possedendo una morfologia dinamica, in alcuni casi l’organismo stesso si può trasformare in gamete e portare alla formazione un nuovo zigote per incrementare la variabilità genetica. In generale, la più comune tipologia di riproduzione asessuale è la scissione binaria: è una divisione mitotica che porta alla formazione di più cellule figlie partendo da un’unica cellula madre. La scissione binaria può essere di diverso tipo, in base al taglio del setto che va a tagliare l’organismo e può avvenire longitudinalmente o trasversalmente. I ciliati natanti (a vita libera) attuano questo tipo di riproduzione.

In alcuni ciliati, che sono quelli sessi (quindi vivono nel substrato), la riproduzione può avvenire anche per gemmazione. La formazione della gemma è una formazione sulla superficie corporea esterna di una serie di raggruppamenti cellulari che vengono a staccarsi o rimangono adesi alla superficie del corpo generante. Quindi si vanno a formare delle strutture che si staccano dall’organismo generante sotto forma di gemme. Un’altra tipologia di riproduzione e molto utile per questi tipi di organismi è la scissione multipla. La scissione multipla è caratterizzata da un rapido susseguirsi di divisioni cellulari. I vantaggi sono la rapidissima colonizzazione, sempre che l'ambiente rimanga stabile, mentre lo svantaggio è la scarsissima adattabilità. La schizogonia è un tipo di scissione multipla tipica dei protozoi (sporozoi), e si alterna con una fase di riproduzione asessuata detta sporogonia. Apicomplessi e Amebe attuano questo tipo di riproduzione.

Ben diversa è la riproduzione di tipo sessuale, anche nei protozoi ci sono casi in cui la riproduzione è di tipo sessuale. L’ultimo ancestore comune “LUCA” era un organismo cellulare, tutto quello che ritroviamo negli organismi più complessi (noi compresi) deve essersi in qualche modo evoluto. E l’evoluzione può avvenire per gradualismo o per la teoria degli equilibri punteggiati in maniera relativamente lenta. Passo passo si sono andate ad evolvere una serie di caratteristiche e complessi che hanno permesso la riproduzione sessuale.

In alcuni casi dobbiamo per forza risalire che (in questo caso – protozoi) l’organismo completo si può trasformare in uno spermatozoo o cellula uovo nel caso degli organismi più complessi. In questo caso parleremo di isogameti e anisogameti. Isogameti quando sono uguali e anisogameti quando sono diversi. Si parla di isogamia quando i gameti sono morfologicamente indistinguibili, anisogameti quando i gameti sono distinguibili.

Meiosi che va ad agire in questi organismi:

• Meiosi gametica: solo i gameti sono aploidi e lo zigote è diploide; ciclo diplonte.
• La meiosi zigotica avviene dopo la formazione dello zigote; lo zigote si trasforma in due organismi differenti che possono andare a formare i gameti che si andranno a incrociare e a fare la riproduzione.

Questi organismi (i protozoi) hanno questa variabilità (dinamismo morfologico) che gli permette di cambiare da una fase all’altra in maniera molto funzionale. Infatti, all’interno dello stesso ciclo possiamo trovare la riproduzione di tipo sessuale e la riproduzione di tipo asessuale. In alcuni casi la riproduzione può essere di tipo autogamia, ciò sta a dire che i gameti che si vanno a fondere sono derivati dallo stesso organismo. Infine, un altro tipo di riproduzione è la gamontogamia, gli organismi in questione quando si uniscono si chiamano gamonti e sono appaiati tra di loro. Nella maggior parte dei protozoi l’appaiamento avviene tramite fusione delle membrane plasmatiche dei due organismi facendo avvenire lo scambio di materiale genetico. Questo scambio è chiamato coniugazione.

Incistamento e excistamento

La maggior parte dei protozoi sono parassiti. I parassiti (per definizione) possono sopravvivere a condizioni avverse, in alcuni momenti della loro vita, creando delle cisti. Esse sono forme di vita quiescenti ricoperte da involucro che rimangono con un metabolismo basale ridotto al minimo. Le cisti si formano in condizioni particolari e sfavorevoli (mancanza di cibo, pH, ecc.). Una volta che le condizioni favorevoli si ripresentano le cisti si spaccano (si aprono) e il protozoo ricomincia a svolgere le sue funzioni. Durante l’incistamento (all’interno delle cisti) sono in funzione pochissime strutture, gli organelli sono ridotti, rimane in funzione solo l’apparato del Golgi perché produce le sostanze per rafforzare la parete della cisti. L’excistamento avviene durante condizioni favorevoli.

Eucarioti

• Discicristati
• Cromalveolati
• Opistoconti
• Tetramastigoti
• Coanoflagella
• Cinetoplasti
• Eterolobosi
• Amebozoi
• Euglenidi
• Alveolati
• Metazoi
• Cromisti
• Funghi
• Piante
• Rizari

Questo schema è un albero genealogico dei taxa superiori degli eucarioti basato su dati relativi a sequenze di rDNA e di proteine e tenendo conto di caratteri morfologici. Quindi all’interno degli eucarioti sono state fatte tutte queste suddivisioni che per qualche carattere ci hanno consentito di raggruppare diversi organismi in determinati modi. Quest’albero ci permette di ritrovare i metazoi e sono tutti gli animali che andremo a trattare e studiare. Coanoflagellati si crede che siano il punto di contatto fra la vita di tipo unicellulare e la vita di tipo pluricellulare.

L’autopomorfia

L’autopomorfia sono quei caratteri apomorfi esclusivi di un taxon che compaiono. Non ci danno informazioni filogenetiche, ma ci danno informazioni per classificare a livello tassonomico gli organismi. Le autopomorfie presenti nei progenitori dei protozoi sono:

• Sistemi di membrane molto differenziate, per quanto possa sembrarci banale gli eucarioti si sono dovuti evolvere dai procarioti. Queste strutture/sistemi membranosi hanno permesso l’evoluzione e lo sviluppo di alcuni organelli molto utili alla cellula.
• Oltre al discorso dei mitocondri con la teoria dell’endosimbiosi; dobbiamo valutare che anche il REL, il RER, il nucleo, il Golgi, i vacuoli e tutte le compartimentazioni cellulari hanno una membrana plasmatica alloro esterno. È un setto di separazione semipermeabile che permette di mantenere una differenza fra l’esterno e l’interno.
• Diversi studi molecolari hanno permesso di risalire a quelle che sono le diverse strutture proteiche presenti all’interno di questo progenitore comune. Es. proteine associate al citoscheletro, proteine che ne permettono il movimento (quindi movimento interno ed esterno).
• Altre autopomorfie che troviamo in questo organismo sono la calmodulina e l’ubiquitina, proteine che legano ATP. Questo significa che l’energia sfruttata trasformata da ATP ad ADP è già molto funzionale poiché ci sono delle proteine che trattano queste molecole energetiche. Quindi vuol dire che hanno evoluto uno sfruttamento di queste molecole.
• Inoltre, cosa che non trovavamo nei procarioti sono gli istoni. Gli istoni permettono di condensare la cromatina, quindi sono delle strutture che servono ad avvolgere il DNA. Perché il DNA deve essere avvolto all’interno della cellula eucariotica? Ogni cellula eucariotica presenta una quantità tale di DNA che se non fosse condensato in cromatina raggiungerebbe, a livello di lunghezza, dimensioni incredibili (parliamo di metri). Quindi il DNA deve essere condensato per diminuire le dimensioni e per una questione di protezione. In questo modo il DNA è più protetto.
• Spliceosomi, proteine nucleari, proteine dei pori nucleari sono tutte proteine che in una cellula procariote non troviamo in quanto vi è assenza di nucleo e non c’è bisogno di compartimentare. Proteggere il nucleo è fondamentale perché al suo interno vi è materiale genetico e se si danneggia possono venir fuori gravi conseguenze, esempio i tumori.