Appunti Biologia applicata

PLANCTON

Categoria ecologica che include tutti gli organismi viventi che sono trasportati passivamente

dalla corrente d’acqua.

Molti organismi planctonici sono di dimensioni microscopiche, alghe unicellulari, protozoi,

larve, piccoli animali come i crostacei, ma il plancton comprende anche organismi di grandi

dimensioni come, ad esempio, grandi meduse o alghe galleggianti.

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FILTRATORI E DETRITIVORI

Numerosi animali raccolgono il nutrimento loro necessario rimanendo ancorati al fondo e

consumando microrganismi e materia organica in particelle.

Al contrario del plancton, il necton comprende gli organismi acquatici che nuotano

attivamente: pesci, molluschi, crostacei, rettili marini, uccelli marini, mammiferi marini, ecc.

L'organizzazione in “banchi” è un vantaggio importante per le specie migratrici perché

facilita la locomozione, la scoperta della preda, la difesa dai predatori e l'incremento

numerico.

ALGHE

Sono «foto attive» perché dotate di clorofille ed altri pigmenti, possono avere un corpo

unicellulare, coloniale o pluricellulare, le dimensioni delle alghe, quindi, possono essere

microscopiche o gigantesche. In tutte le alghe è presente la clorofilla.

MOLLUSCHI

Costituiscono il secondo gruppo più numeroso (110 000 specie) dopo gli insetti.

Colonizzano il mare, le acque dolci e la terraferma. Vivono in tutti gli ambienti marini per cui

si trovano sia nel plancton (larve), sia nei fondali che in mare aperto.

CROSTACEI

Rappresentano un gruppo di grande importanza negli ecosistemi marini (gamberi, granchi,

aragoste, ecc.). Sono animali fondamentalmente marini. Solo qualche specie ha colonizzato

la terraferma, alcuni le acque dolci ma la stragrande maggioranza di essi sono marini.

Questi animali erano considerati bioindicatori dell’ecosistema marino.

RETTILI

I rettili che abitano stabilmente o che frequentano l'ambiente marino sono: tartarughe

marine, iguane marine, serpenti di mare, coccodrilli d'acqua salata.

Non essendo dotati di branchie devono comunque respirare tramite i polmoni e quindi

risalire in superficie per rifornirsi d'aria, anche se dopo lunghe apnee. Possono respirare

anche dall’epidermide, solo che è una respirazione limitata nel tempo.

UCCELLI

Sono specie di uccelli che si sono adattate alla vita marina, alcuni mantenendo la capacità

del volo come gli albatri o i gabbiani, altri perdendola durante l'evoluzione come i pinguini,

che per quanto goffi sulla terraferma sono perfettamente idrodinamici sott'acqua,

raggiungendo anche elevate velocità.

MAMMIFERI

I cetacei sono mammiferi marini adattati alla vita marina acquisendo importanti

adattamenti.

Come tutti gli animali terrestri riadattati alla vita marina, essi sono vincolati alla respirazione

aerea e non possono rimanere indefinitamente immersi.

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Gli odontoceti (cetacei dentati) predano organismi di dimensioni maggiori come calamari e

pesci. Le orche si cibano anche di mammiferi marini, quali foche e otarie i cetacei vivono

permanentemente nelle acque, altri mammiferi sono diventati acquaioli, pur svolgendo

parte delle loro attività sulla costa ad esempio i trichechi, le foche, i leoni marini, ecc.

La bioluminescenza in chimica è l’emissione di luce visibile da parte di alcuni organismi

viventi, come risultato di naturali reazioni chimiche: è uno dei prodotti risultanti

dall’ossidazione di piccole molecole, che prendono il nome di luciferine.

Vere e proprie reazioni chimiche, catalizzate da specifici enzimi: luciferasi e fotoproteine.

Le luciferine responsabili della maggior parte delle reazioni sono quattro, ben conservate tra

le specie.

Per capire meglio come funziona la bioluminescenza prendiamo il caso dei batteri, la cui

emissione di luce deriva dall’ossidazione di un composto chiamato flavina mononucleotide

ridotto (FMNH₂) e di un’aldeide a lunga catena (RCHO).

Dimorfismo sessuale

L’evoluzione del sesso ha permesso a noi di arrivare dove ora siamo, grazie alla

discriminazione tra i due sessi.

Questa variabilità da specie a specie è ancora più curiosa dato che altri processi di sviluppo

delle altre funzioni sono molto più conservati dal punto di vista evolutivo nelle varie specie.

Mentre le altre funzioni di un organismo sono su base individuale, la riproduzione sessuata,

che si è evoluta come tale al fine di una maggiore adeguatezza (fitness) di specie, richiede

due individui di sesso diverso per manifestarsi.

Non solo per esplicarsi, ma fondamentalmente per esitare nel suo scopo di prosecuzione di

specie sempre più evolute.

Per evoluzione si intende la selezione naturale che agisce sulla variabilità individuale e

favorisce gli individui più adatti che, meglio riproducendosi, cambiano nel tempo la

discendenza. Presenta una serie di meccanismi destinati alla riproduzione della vita vegetale

e animale che culminano nella riproduzione sessuata fino alla riproduzione sessuata della

specie umana.

Peculiarità della riproduzione sessuata: assicurare dentro ogni specie una variabilità tale da

esprimere nuove caratteristiche che rendano parte della progenie più adatta a sopravvivere

e a riprodursi in un determinato ambiente, attraverso quella particolare divisione che è la

meiosi e la fecondazione che permette l’unione.

Perché i sessi sono due?

I gameti maschili e femminili hanno diversa forma (Y ha perso un pezzo di X) e dimensione.

Questo deriva dall’evoluzione di pressioni opposte dirette da una parte a massimizzare il

numero dei gameti, la loro possibilità di incontro e la massa cellulare per il successivo

sviluppo dello zigote: la competenza riproduttiva dei due partner è massimizzata se uno dei

gameti interagenti è piccolo e mobile e se l’altro è immobile e grande quanto basta per

assicurare le risorse per lo sviluppo dello zigote.

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Se sottoposta a controllo da parte di altri cromosomi si determinerebbe XY : XX : YY

(verosimilmente ridotta fertilità o maggior morbilità, inibizione della diffusione dei nuovi

geni determinanti il sesso).

Queste condizioni dirimenti spiegano perché i sessi sono due e solo due e perché la

differente forma dei gameti è comune a tante specie.

Quindi l’evoluzione ha rapidamente condotto alla presenza di due sessi completamente

separati negli organismi multicellulari (organismi ermafroditi con gameti dei due sessi con

autofertilizzazione vanno incontro a progenie a basso livello di adeguatezza).

I cromosomi sessuali sono diventati eteromorfi X e Y.

L’eteromorfismo dei cromosomi sessuali spiega perché la determinazione del sesso è

bloccata nel suo stato attuale negli uccelli e nei mammiferi (Mawaribuchi S. e al., 2012) e

non in vertebrati inferiori, dove i cromosomi sessuali sono omomorfici e soggetti a rari

eventi ricombinanti. Inoltre, c’è una tendenza alla crescita del corpo lungo le

diverse linee evolutive delle varie specie e quelle che

posseggono il sistema XY sono accompagnate da un

dimorfismo sessuale della dimensione corporea, vale a

dire aumento del rapporto maschio/femmina.

In natura nelle varie specie sono rari i casi di selezione

“debole” del sesso.

Una scelta di fondo canalizzata in modo tutto-o-nulla è

più facile da implementare, tenendo conto che la

decisione di sviluppo innescata dal segnale iniziale di

determinazione sessuale deve essere stabilizzato e

mantenuto durante lo sviluppo.

Determinazione cromosomica

Regolata dai geni presenti sui cromosomi sessuali, avviene al momento della fecondazione.

I cromosomi omologhi sono detti autosomi se uguali, eterosomi se diversi (ex. sessuali).

Sistema a digametia maschile: il maschio è portatore di 2 cromosomi sessuali diversi.

Maschio X0 e femmina XX.

Sistema a digametia femminile: presente negli uccelli, nei lepidotteri e in molti rettili in cui

sono presenti cromosomi sessuali. Maschio ZZ e femmina WZ. I maschi sono generalmente

più piccoli delle femmine.

Baltzer nel 1912 scoprì per la prima volta la determinazione del sesso ambientale

nell’echiuride Bonellia viridis: le larve se entrano in contatto con la proboscide della

femmina diventano maschi, altrimenti femmine se non la toccano.

La determinazione del sesso può essere regolata da vari fattori ambientali dopo la

fecondazione (determinazione metagamica): in questi casi, sebbene non vi sia una

determinazione genetica, il sesso è comunque regolato da geni, la cui espressione è però

controllata dalle circostanze ambientali in cui avviene lo sviluppo.

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In rari casi il sesso del nascituro è già determinato prima ancora della fecondazione

(determinazione progamica): nel polichete Dinophilus gyrociliatus sono prodotte uova più

grandi che daranno femmine e più piccole (maschi) dopo la fecondazione. La produzione del

numero di uova con diverse dimensioni è regolata dallo stato nutrizionale della madre.

Gli effetti ambientali possono determinare il sesso in due modi:

1. Graduale: graduale spostamento del rapporto sessi in relazione al variare del

parametro ambientale che induce lo sviluppo di un determinato sesso. Sono molti i

fattori ambientali che hanno un effetto del genere.

2. Soglia: si verifica quando il rapporto sessi varia da uno a zero in uno stretto range di

variazione del parametro ambientale: c’è un punto limite a destra del quale si

ottiene un solo sesso e a sinistra l’altro. Temperatura e l’esposizione al sesso

opposto generano questo effetto.

Tutto questo è determinato dal signaling (molecole

segnale che bloccano o sbloccano geni, temperatura e

ritmi circadiani).

Il sesso viene determinato anche dalla temperatura

(rettili). I cromosomi sessuali sono comuni negli

squamati, rari nei cheloni e assenti nei loricati. La

determinazione ambientale del sesso è mediata dalla

temperatura d’incubazione delle uova è di tipo soglia.

Si suppone che una temperatura più elevata durante lo sviluppo possa determinare una

maggiore percentuale di crescita che si ripercuoterà sulla taglia definitiva dell’adulto.

Il maschio dei loricati trarrebbe vantaggio dalla taglia maggiore perché per avere accesso

alle femmine per accoppiarsi deve lottare con altri maschi.

Nelle tartarughe la competizione tra i maschi è, in genere, ridotta o assente, per cui è più

importante che le femmine siano più grandi per poter contenere più uova e un maschio più

piccolo è anche più rapido nel raggiungere le femmine.

Il caso dei coccodrilli è più problematico: forse può essere adattativo in ambienti in cui, o si

verificano imprevedibili cambiamenti di temperatura, oppure in specie che hanno una

distribuzione geograf