Appunti Biologia e sistematica animale

Biologia e sistematica animale:

Introduzione:

Biologia animale = zoologia È una disciplina base delle scienze biologiche che si

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occupa dello studio degli animali.

Animale Organismo vivente pluricellulare caratterizzato da cellule eucarioti, prive di

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parete cellulare, in genere eterotrofi, che si nutrono per ingestione. Caratterizzati, inoltre,

di motilità (l’insieme delle capacità di movimento di un individuo o di una sua parte del

corpo). Movimento ≠ motilità.

Molti animali influenzano direttamente la vita dell’uomo in vari modi, come per esempio:

Parassiti (zecche, verme solitario, …);

 Animali “sfruttati” dall’uomo (baco da seta, ape da miele, …);

 Animali che attaccano i nostri coltivi (mosca da frutta, …);

 Animali che danneggiano i manufatti.

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La zoologia ci permette di conoscere il modo interattivo in cui viviamo. Per capire queste

interazioni si usa la rete alimentare.

Inizialmente si pensava che gli animali fossero uno dei 5 regni in cui sono divisi gli esseri

viventi. Questi 5 regni sono: protisti, monere, funghi, piante e animali. Questa

classificazione però è ritenuta antica e obsoleta, non si usa più.

Cellula eucariote Ha un nucleo cellulare, all’interno del quale è presente il DNA.

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Cellula procariote Sono prive di nucleo e il DNA è libero nel citoplasma.

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Ad oggi sono state scoperte e descritte 1,2 – 1,5 milioni di specie animali, ma le stime

dicono che ce ne sono almeno 10 milioni, la maggior parte delle quali ancora da scoprire.

Inoltre, si stima che il 99,9% delle specie sulla Terra siano estinte. Il 97% degli animali

sono invertebrati, in netta prevalenza insetti.

Tecnicamente l’uovo di struzzo non è la più grande cellula (eucariote) conosciuta, ma

probabilmente è la più pesante. Al momento le più grandi note sono le cellule nervose,

che hanno assoni incredibilmente lunghi.

La maggior parte degli animali è di piccole dimensioni.

Aristotele Tentativo di applicare la filosofia alla parte del mondo naturale.

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Metodo: individuare le differenze, sia tra gli individui che tra i gruppi. Stabilendo un

gruppo quando si vede che tutti i membri hanno lo stesso insieme di caratteristiche

distintive.

Credeva che tutti gli esseri viventi potessero essere disposti in scala gerarchica, cioè,

ordinata per complessità crescente. Questa scala venne tenuta valida fino al tardo

Ottocento. Secondo questa teoria, oggi chiamata fissismo (definita poi da Linneo), gli

organismi non hanno mai subito variazioni nel corso del tempo. Aristotele pensava che

gli organismi viventi fossero sempre esistiti, senza fare però alcun riferimento alla loro

origine.

Carlo Linneo Riformatore della nomenclatura e fondatore della moderna sistematica,

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ideò il metodo di classificazione che adotta la nomenclatura binomia, assegnando agli

organismi viventi due nomi: uno per il genere e uno per la specie.

Classificò gli animali in 5 categorie sistematiche, anche chiamate unità tassonomiche:

(Vita) (Dominio) Regno (Phylum) Classe Ordine (Famiglia) Genere

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Specie. Quelle tra parentesi NON erano previste da Linneo.

Linneo formulò il concetto di fissismo (poi abbandonato dopo le scoperte di Darwin) e, in

seguito, ammise la possibilità dell’emergere di specie nuove per ibridazione.

La nomenclatura binomiale si basava su due nomi, in latino, che indicavano:

Il primo nome, che inizia con lettera maiuscola, si riferisce al Genere di

 appartenenza dell'organismo stesso ed è uguale per tutte le specie che condividono

alcuni caratteri principali (nomen genericum);

Il secondo termine, che inizia con lettera minuscola, è spesso descrittivo e designa

 la specie propriamente detta (nome specifico).

Georges Louis Buffon Costruì la proposta della nomenclatura binomiale. Fu un

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importante precursore di Lamarck e Darwin, avanzando l’ipotesi che i viventi si fossero

originati a partire da un esiguo numero di antichissimi antenati, cercando di spiegare la

biodiversità.

Georges Cuvier Usò i fossili per affermare che gli organismi non sono immutabili nel

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tempo. Propose la teoria del Catastrofismo, ossia che sulla Terra erano avvenute molte

catastrofi naturali che avevano causato l’estinzione di molte specie umane.

Jean – Baptiste Lamarck Coniò il termine biologia ed elaborò la prima teoria

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evoluzionista, basata su: uso e disuso di organi e strutture; eredità dei caratteri acquisiti.

Arrivando alla conclusione, corretta, che gli organismi sono il risultato di un processo

graduale di modificazioni, avvenuto sotto la pressione delle esigenze ambientali, ma

basandosi sul presupposto NON corretto dell’ereditabilità dei caratteri acquisiti.

Charles Darwin Pubblicò la teoria della selezione naturale, che si basa su tre concetti:

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C’è variazione, tra gli individui di una popolazione, in tratti anatomici, fisiologici,

 comportamentali;

Questa variazione è almeno in parte ereditabile: I figli tendono ad assomigliare ai

 genitori;

Questa variazione si traduce in una variazione nel successo riproduttivo (numero

 di figli) tra gli individui della popolazione.

Gli individui che hanno tratti che permettono loro di sfruttare l’ambiente sopravvivono e

lasciano più figli. Dopo molte generazioni, i tratti favorevoli sono diventati comuni nella

popolazione. Su un lungo periodo, questo porta alla formazione di nuove specie.

Organi o strutture omologhi Organi o strutture di specie diverse derivanti dalla

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stessa porzione dell’embrione.

Organi o strutture analoghe Organi o strutture di specie diverse con origine diversa

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ma con la stessa funzione.

Sviluppo dell’individuo Processi vari e complessi, di accrescimento e

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differenziamento, che subisce l'organismo animale per raggiungere, dall'uovo, la forma

dell'adulto. La ontogenesi si contrappone alla filogenesi o sviluppo della specie.

Biodiversità ed evoluzione:

L’odierna concezione dei meccanismi evolutivi si basa sul dualismo dei concetti di caso,

riferito alla mutazione, e di necessità, riferita alla selezione. Da questo si è affermato che

l’evoluzione si svolge per vie autonome e imprevedibili.

Alcuni studiosi, come Darwin, affermarono che a cambiare ed evolvere è il gene, soggetto

a mutazione e selezione.

A evolvere è l’intero organismo. Il principale soggetto è l’individuo (fenotipo e genotipo)

che è dotato di fitness più o meno elevata.

Concetto di specie:

Specie Nella sistematica biologica, è la categoria che rappresenta l’unità fondamentale

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di base del sistema di classificazione. Questo venne criticato perché non si può applicare

agli organismi che si riproducono solo asessuatamente e perché non considera le

dimensioni spazio – temporali della specie stessa.

Specie evolutiva (Simpson) Una singola linea evolutiva di popolazioni derivanti da

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uno stesso antenato, che rimangono distinte da altre simili linee e hanno tendenze

evolutive e destino storico propri. Questo concetto si può riferire a organismi che si

riproducono sia sessualmente sia asessualmente.

Specie filogenetica Indicata come un insieme indivisibile di organismi, che

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comprende tutti i discendenti da un fenomeno di cladogenesi ed è diagnosticamente

distinguibile da altri gruppi.

Specie criptiche Sono specie gemelle, sono specie diverse ma all’occhio

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indistinguibili.

Filogenesi Storia evolutiva di un gruppo di organismi alla luce delle loro relazioni

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reciproche di discendenza e di affinità. È possibile riconoscere diversi livelli di indagine:

dall’analisi di dati si ricavano dendrogrammi o cladogrammi, da questi si ottengono gli

alberi filogenetici che mostrano la supposta filogenesi di un taxon.

Albero filogenetico Diagramma che mostra le relazioni di discendenza comune di

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gruppi tassonomici di organismi.

Ciascun nodo rappresenta l’antenato comune più recente dei gruppi che si trovano ai

nodi successivi e la lunghezza delle ramificazioni può essere correlata al tempo o ai

cambiamenti genetici che intercorrono tra essi.

Il primo albero filogenetico della vita è di Ernst Haeckel. Gli individui sono rappresentati

divisi in 3 regni sulla base di caratteri morfologici e fisiologici.

Un albero filogenetico può essere:

Radicato Se si sviluppa a partire da un unico nodo;

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Non radicato Se si sviluppa senza partire da un nodo comune;

 

Scalato Se indica gli intervalli tra le varie specie;

 

Non scalato Se si posizionano tutte le specie su uno stesso intervallo

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temporale.

Monofilia Il gruppo comprende tutte e sole le specie discendenti di un antenato

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comune. Un gruppo con tale proprietà è detto monofiletico, o clade.

Polifilia Il gruppo non comprende al suo interno un antenato comune. Un gruppo con

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tale proprietà si chiama polifiletico ed è poco pertinente in cladistica.

Parafilia Il gruppo include specie derivate tutte da un progenitore comune

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appartenente al gruppo, ma senza includere tutti i suoi discendenti. Un tale

raggruppamento è detto parafiletico.

Esempio:

Biodiversità animale:

Eredità genetica Cambiamenti fenotipici ereditabili da una cellula o un organismo in

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cui non si osserva una variazione del genotipo. Viene ereditata un’impronta molecolare

sul genotipo che determina il grado di attivazione dei geni, la cui sequenza rimane

invariata.

Nelle sotto – caste delle operaie di Apis mellifera, un meccanismo epigenetico (una

metilazione reversibile del DNA) appare correlato ai diversi e mutevoli ruoli (guardie,

allevatrici, bottinatrici, …) che possono assumere questi insetti nella loro complessa

struttura sociale (diverso fenotipo).

Selezione sessuale Deriva dalla competizione per il partner e influisce

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profondamente, dal punto di vista evolutivo, sulla morfologia, sul comportamento, sulla

storia naturale e su altre caratteristiche di molti organismi.

Selezione artificiale È la selezione intenzionale e programmata delle caratteristiche

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biologiche di una specie o popolazione che non risponde ai criteri di autoorganizzazione

propri dell’ambiente naturale. La selezione artificiale si attua senza competizione per la

sopravvivenza tra individui che mutino in modo casuale.

Con questa selezione si ottiene una specie politipica, cioè, che appartengono a una sola

specie ma che si differenziano da caratteristiche fenotipiche ben diverse.

Adattamento Quando in un organismo si sviluppano determinate strutture e funzioni

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che lo rendono atto a vivere in una particolare condizione ambientale.

Nella realtà biologica l’adattamento si esprime, dal microscopico al macroscopico, come

funzionalità.

Le imperfezioni sono le vere prove dell’evoluzione.

Strutture vestigiali e atavismi Sono le strutture residuali del corpo, la cui presenza

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sarebbe incomprensibile senza l’ipotesi evolutiva. Ad oggi queste strutture hanno poca

utilità, ma sono la dimostrazione del processo evolutivo che è stato fatto.

Per esempio, il cane ha circa 1000 geni per i recettori olfattivi, noi ne abbiamo attivi circa

300, gli altri si sono spenti lungo la nostra linea evolutiva.

Adattamenti:

Criptismo Fenomeno che permette di nascondersi in mezzo alla natura,

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utilizzato dai predatori per nascondersi dalle prede al fine di attaccarle;

Mimetismo batesiano Quando una specie non velenosa assume le

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caratteristiche di una specie velenosa, in modo da “ingannare” altre specie che

vorrebbero attaccarla;

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Mimetismo Quando varie specie non appetibili si imitano a

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mulleriano

vicenda per incrementare la forza del messaggio di avvertimento.

L’adattamento non è un cambiamento che avviene (solo) a livello dell’individuo, ma un

carattere che si è diffuso nella popolazione, in un processo di selezione naturale, come

risposta a pressioni e in grado di aumentare la fitness del suo portatore.

Comuni errori rispetto alla selezione naturale e all’adattamento:

Le specie non si devono necessariamente adattare ad un ambiente per non

 estinguersi;

Gli adattamenti possono insorgere anche in assenza di evidenti pressioni

 ambientali;

Anche se esistono delle “direzioni evolutive”, trend, un adattamento non ha un

 fine;

Gli adattamenti non sono sinonimo di “progresso”;

 Un adattamento non è perfetto, anche se può sembrarlo ad una superficiale

 analisi.

Apomorfia Si dice di un carattere derivato a partire da una forma ancestrale.

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Plesiomorfia Si dice di un carattere presente nella sua forma ancestrale.

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Sinapomorfie Carattere nuovo condiviso.

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Simplesiomorfie Carattere primitivo condiviso tra due o più taxa.

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È corretto raggruppare secondo le sinapomorfie e simplesiomorfie.

Convergenze Caratteri indipendenti in linee diverse.

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La fitness È una misura del contributo di un fenotipo o genotipo alle generazioni

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future. Ha vari componenti, come per esempio: tasso di sopravvivenza, velocità di

sviluppo e successo nell’accoppiamento.

Cos’è un animale?

Problemi biologici condivisi:

Comuni a tutti gli organismi;

 Specifici della condizione animale.



L’intera impostazione di base dell’organismo animale è condizionata da due condizioni

irrinunciabili:

Eterotrofia

 Movimento.



Come tutti gli organismi, gli animali attuano i processi metabolici e i processi di

autoconservazione, mantenimento.

Autoconservazione Garantisce la continuità del metabolismo. È resa possibile dal

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metabolismo stesso.

Processi metabolici: Autoconservazione:

Organizzazione del corpo animale:

Bauplan Piano organizzativo: architettura funzionale del corpo.

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Sottintende: organizzazione strutturale; capacità, limiti e vincoli; aspetti funzionali.

Evidenzia il significato adattativo dello schema strutturale di un animale ed i vincoli

evolutivi che operano su di esso.

Caratteri:

Simmetria;

 Livello di organizzazione;

 Ripetitività delle parti;

 Architettura digerente;

 Cavità del corpo;

 Scheletro;

 Appendici.



L’organizzazione strutturale di un organismo, o di una sua struttura, può non essere la

più funzionale in assoluto, ma, con determinati presupposti storici – genealogici, è quella

migliore possibile.

Per esempio, l’ornitorinco: depone le uova ma allatta i cuccioli, ha lo scheletro di un

rettile, ma è un mammifero che per giunta somiglia a un uccello.

Prima definizione geometrica della struttura:

Polarità Distribuzione persistente e asimmetrica di strutture lungo un asse. Si

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esprime a livello di organelli, di cellule, di organi e di interi organismi. Unisce il polo orale

a quello aborale.

La polarità è centrale per lo sviluppo degli animali per la progressiva formazione della

complessità strutturale.

Sebbene la polarità sia universale negli organismi pluricellulari e porti a funzioni cellulari

differenziate e alla formazione degli organi, i requisiti alla base della polarità sono

strettamente correlati alla mobilità.

Un organismo mobile è in grado di aggiustare il suo orientamento nel mondo fisico.

Negli organismi mobili, un asse polare ha un valore adattativo: gli organi per la

percezione sensoriale e per l'analisi dell'ambiente sono concentrati nella zona anteriore

del corpo che incontra l'ambiente per prima.

Simmetria Distribuzione ordinata delle parti di un oggetto tale che si possa

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individuare un elemento geometrico rispetto al quale a ogni punto dell’oggetto posto da

una parte di esso corrisponda, a uguale distanza, un punto dall’altra parte.

Simmetria sferica Tutti i diametri della sfera sono assi di simmetria, e tutti i piani

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passanti per il centro sono piani di simmetria, che dividono il corpo in due metà

simmetriche. Le caratteristiche sono:

Assenza di polarità;

 Differenziazione centro – periferia;

 Nessuna specializzazione;

 In pochi protozoi planctonici.



Simmetria radiale, o raggiata Esiste un asse principale, l’asse della ruota per lo più

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a poli non equivalenti, e tutti i piani che passano per esso, pur distinti in principali e

secondari, sono piani di simmetria. Le caratteristiche sono:

Polarità e asse oro – boreale;

 Possono interagire con l’ambiente da ogni lato il corpo;

 Per esempio gli cnidari.

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Simmetria biradiale Forma specializzata di simmetria radiale, dovuta alla presenza di

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strutture pari su un corpo a simmetria radiale. Esistono due piani longitudinali

perpendicolari tra loro e contenenti un asse oro – boreale; solo questi assi dividono il

corpo in metà specula.

Simmetria bilaterale È determinata da un solo piano che passa per l’asse principale

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del corpo, che si chiama anche mediano o sagittale. Le caratteristiche sono:

Associata a fenomeni di cefalizzazione e con la locomozione direzionale;

 Interagiscono con l’ambiente prima di tutto con l’estremità anteriore, cefalica, e

 poi con la posteriore, caudale;

Sono la maggior parte degli animali.

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Simmetria bilaterale doppia Il corpo ammette 2 piani di simmetria passanti per il

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suo centro e tra loro perpendicolari, come nella simmetria raggiata tetramera, ma le due

metà in cui ciascun piano lo divide sono identiche tra loro, ma non a quelle determinate

dall'altro. Quindi, ment