Appunti per esame zoologia

ORIGINE DELLA VITA E DEGLI ANIMALI

Teoria abiogenetica Teoria biogenetica

È stata sviluppata nel IV secolo a.C nell’antica Grecia da È stata sviluppata nel 1860 da Pasteur attraverso un

Aristotele e sostiene che la materia vivente nasce a esperimento che dimostra che la vita si origina solo a

partire da forme non viventi: le mosche nascono dalla partire da esseri viventi e dai loro elementi riproduttivi

carne in putrefazione. Nascita per generazione (uova e spore)

spontanea

Modello del big bang: teoria secondo la quale l’intero universo si è generato a partire da una palla infuocata che si è

espansa e raffreddata circa 10-20 miliardi di anni fa. La nostra galassia (sole e pianeti) si è formata intorno a 4-6 miliardi

di anni fa da una nube sferica di polvere e gas cosmici che è collassata e ha formato sole e pianeti. Carl Sagan ha ideato

un calendario cosmico per scandire meglio gli eventi temporali dell’origine della vita. Il calendario cosmico è formato da

un unico anno terrestre in cui viene compressa la cronologia degli eventi dell’intero universo.

Teoria di Oparin e Haldane: 1920. Afferma che la vita sulla terra si è originata a partire da un lungo periodo di evoluzione

molecolare abiotica. Essi dedussero che organismi piccoli come i batteri si originarono a partire da un graduale

assemblaggio di piccole molecole. L’ambiente primitivo in cui si svolsero questi eventi era:

1- Povero di ossigeno ma ricco di idrogeno

2- Ricco di composti organici come CO , N , e vapore acqueo (azoto, ossigeno, carbonio e idrogeno)

2 2

3- Abbondante in energia libera che si manifestava sottoforma di calore, scariche elettriche, radioattività..

Queste condizioni hanno permesso la formazione di molecole più complesse che si sono raccolte in mari e laghi

formando un “brodo primitivo”. Inizialmente questa teoria non venne accettata dalla comunità scientifica.

Esperimento che confermò la teoria di Oparin e Haldane : Miller e Urey. 1953. Simularono in laboratorio le condizioni

ambientali della terra primitiva e dimostrarono che si potevano formare spontaneamente alcune biomolecole semplici

come gli amminoacidi che sono alla base della materia vivente.

Per l’esperimento vennero utilizzati: un pallone contenente gas (atmosfera) con 2 elettrodi (fulmini) collegato ad un

altro pallone contenente acqua (oceano) che viene scaldato per formare vapore acqueo che serve per fare circolare

→

bene i gas. dopo una settimana si ebbe la formazione di molecole organiche nel pallone di acqua (il 15% del carbonio

→

si era trasformato in amminoacidi molecole pre-biologiche poiché gli aa si uniscono tra di loro con legami peptidici

e formano proteine). I sistemi viventi sono composti da acqua, carboidrati, lipidi, amminoacidi, proteine e acidi nucleici.

I primi sistemi viventi sono comparsi circa 4 miliardi di anni fa ed erano proto-cellule ovvero cellule dotate di membrana,

anaerobiche e capaci di auto-replicazione. Si pensa che l’auto-replicazione fosse data da RNA con funzione catalitica

ovvero ribozimi. Ci fu una competizione tra proto-cellule e solo le più efficienti si sono evolute (selezione naturale). Da

qui c’è stata poi l’evoluzione del codice genetico e delle proteine.

I primi organismi presenti nel brodo primordiale, erano eterotrofi ovvero incapaci di sintetizzare cibo in maniera

autonoma (sfruttando la luce o altre sorgenti di energia) gli organismi eterotrofi, ricavano cibo dall’ambiente. A causa

della carenza dei nutrienti, si evolsero gli animali autotrofi (capaci di sintetizzare cibo in maniera autonoma), fu

introdotta la fotosintesi e l’atmosfera si arricchì di ossigeno. Le conseguenze della presenza di ossigeno nell’atmosfera

sono:

- Nuovo metabolismo: ossidativo o aerobico, che è energeticamente più efficiente.

- Strato di ozono (O3) che assorbe le radiazioni ultraviolette e rende possibile la colonizzazione delle acque

superficiali e delle terre

Gli organismi più primitivi erano procarioti in particolar modo (cianobatteri). Solo dopo 1 miliardo e mezzo di anni dalla

comparsa dei procarioti si evolsero gli eucarioti.

PROCARIOTI EUCARIOTI

Non hanno un nucleo ben definito, il materiale genetico Il materiale genetico si trova all’interno di un nucleo

è libero nel citoplasma (DNA nudo). Assenza di organelli circondato da membrana. Queste cellule presentano gli

e solitamente ci sono 1 o pochi cromosomi disposti in organuli intracellulari, sono cellule più grosse e più

modo circolare. Le cellule procariotiche sono molto più complesse. Comprendono gli attuali protozoi

piccole di quelle eucariotiche (diametro di 1-5 micron). (unicellulari),funghi, piante e animali

Presentano ribosomi (sintesi proteica) 1

Teoria endosimbiontica di Lynn Margulis 1980: teoria che spiega il passaggio dalla cellula procariotica a quella

eucariotica. Secondo questa teoria ci fu una simbiosi (rapporto vantaggioso) tra una cellula procariotica aerobica

(batterio) e una cellula anaerobica più grossa. La cellula più grande avrebbe fornito biomolecole e sali minerali, mentre

quella più piccola avrebbe fornito energia. Questo rapporto mutualistico è reso stabile grazie al vantaggio selettivo

derivante dal possedere mitocondri e/o plastidi (cloroplasti). Secondo questa teoria i procarioti aerobici hanno

permesso lo sviluppo di cloroplasti e mitocondri all’interno di cellule più grosse. Ci sono varie prove a favore della teoria,

tra cui:

• Presenza di DNA nei mitocondri e plastidi, più simile a DNA procariotico che non a quello nucleare.

• Con l’introduzione sperimentale di batteri in cellule eucariotiche è risultato il loro mantenimento come unità

simbiotiche per molte generazioni. Eucarioti si sono evoluti attraverso una simbiosi tra due o più tipi di batteri

(simbiogenesi).

Evoluzione

1809 Lamarck concetto evolutivo trasformista: gli organismi cambiano le proprie caratteristiche per adattarsi

all’ambiente in cui si trovano e questi cambiamenti sono ereditabili dalla progenie. Questa teoria è stata rifiutata poiché

gli studi genetici hanno dimostrato che i tratti che un organismo può acquisire durante il corso della propria vita, non

possono essere trasmessi alla prole.

Lyell concetto evolutivo dell’attualismo (uniformismo): afferma che i fenomeni fisici e geologici che operano adesso,

hanno sempre agito, con la stessa intensità nel passato dei tempi geologici. Secondo questa teoria, le leggi della chimica

e della fisica, sono rimaste invariate durante la storia della terra.

1859 Charles Darwin, teoria dell’evoluzione: questa teoria venne pubblicata insieme a quella di Wallace. Nel 1859

Darwin pubblicò il libro “l’origine della specie”. La teoria di Darwin può essere vista come un insieme di 5 teorie principali

(di cui le prime 3 sono universalmente valide mentre le ultime 2 sono soggette a critiche da parte degli evoluzionisti).

1. CAMBIAMENTO CONTINUO: il mondo vivente non è costante ma è in continuo cambiamento e questo può

essere osservato nei resti fossili. I fossili sono rimanenze di organismi passati che danno informazioni

sull’evoluzione degli organismi e sui cambiamenti ambientali. Non tutti gli organismi possono formare fossili.

In generale si osservano le tendenze ovvero i cambiamenti nelle varie direzioni delle caratteristiche tipiche o

dei modelli di diversità in un gruppo di organismi. Le tendenze riscontrate nei fossili, dimostrano il

cambiamento continuo e questo è il risultato della comparsa di nuove specie e l’estinzione di altre.

2. DISCENDENZA COMUNE: secondo la teoria Darwiniana, la storia della vita può essere rappresentata da un

albero ramificato chiamato filogenetico in cui alla base è presente un progenitore unico comune a tutte le

specie. Nell’evoluzione pre-Darwiniana si pensava che ci fossero più origini indipendenti.

Strutture OMOLOGHE Strutture ANALOGHE

Strutture che derivano da antenati comuni e hanno Strutture che hanno la stessa funzione ma non la

la stessa origine filogenetica (caratteristiche stessa origine filogenetica. Ad esempio le branchie e

ereditarie con qualche modifica, partendo da una i polmoni.

comune struttura di un antenato). Per esempio la

vescica natatoria e i polmoni

Le caratteristiche embriologiche ed i primi stadi di sviluppo, consentono di individuare omologie e parentele comuni.

Spesso anche tra gruppi molto diversi ci sono caratteristiche condivise nei primi stadi di sviluppo. Ci sono numerosi

vertebrati che durante lo sviluppo embrionale possiedono archi branchiali e quindi sono apparentemente simili tra loro

(uomo, uccello, rettile e pesce) nonostante ci sia un’enorme differenza nello stadio adulto.

3. MOLTIPLICAZIONE DELLA SPECIE: il numero totale di specie, tende ad aumentare nel tempo, anche se la

maggior parte si estinguerà. Una specie è un gruppo di organismi che sono in grado di accoppiarsi tra di loro e

di generare una prole feconda. Tra specie diverse ci sono barriere riproduttive che sono caratteristiche

biologiche che non permettono l’incrocio. Ma come si formano queste barriere se inizialmente 2 specie sono

interfeconde? Le barriere riproduttive evolvono gradualmente. Solitamente le barriere riproduttive sono

barriere geografiche (allontanamento tra 2 specie che non permette il contatto fisico).

➔ SPECIAZIONE ALLOPATRICA. La popolazione si dice allopatrica se tolte le barriere, essa è in grado di

incrociarsi nuovamente (barriere geografiche) 2

➔ SPECIAZIONE SIMPATRICA invece è una speciazione che si ha senza presenza di barriere geografiche ovvero

gli organismi possiedono una divergenza fisica o comportamentale che gli permette di specializzarsi per

colonizzare zone diverse della stessa area. Queste divergenze adattative sfociano in barriere riproduttive

4. GRADUALISMO: secondo questa teoria le differenze tra specie si sono evolute a partire dall’accumulo di piccoli

cambiamenti avuti in lunghi periodi di tempo. Teoria in accordo con quella di Lyell che afferma che non si

possono spiegare cambiamenti del passato andando ad invocare cambiamenti catastrofici che attualmente

non osserviamo, ciò che osserviamo sono piccoli cambiamenti fenotipici che si possono accumulare nel corso

degli anni e creare una diversità tra le specie. (Darwin osservò che esistono anche mutazioni che possono

cambiare drasticamente un fenotipo anche in un singolo evento mutazionale). Si pensa quindi ad un

gradualismo filetico che però non è sempre visibile nei fossili.

Teoria degli equilibri punteggiati 1972→ afferma che i cambiamenti fenotipici si hanno in periodi molto brevi,

cui seguono periodi lunghi e di stabilità evolutiva (è differente dal gradualismo in cui si ha un processo

costante).

5. SELEZIONE NATURALE: la selezione naturale altera le popolazioni naturali. Un esempio di selezione naturale

proceduta in maniera molto rapida è il melanismo industriale. Le falene in seguito all’annerimento dei tronchi

di alberi di betulla, dati dalla cenere causata dall’industrializzazione, si sono adattate cambiando il proprio

fenotipo e passando da un colore bianco a un colore scuro. Con la diminuzione dell’utilizzo di carbone, i tronchi

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degli alberi tornarono chiari e anche le falene cambiarono il proprio fenotipo, tornando chiare. Critica la

selezione naturale non può generare specie o strutture ma può solo modificare quelle già esistenti.

Neodarwinismo: nella teoria dell’evoluzione secondo Darwin non si ha un meccanismo corretto dell’ereditarietà.

Darwin infatti ipotizzava l’ereditarietà come una sorta di mescolamento delle caratteristiche dei genitori (Lamarck).

Weissman fu il primo a dimostrare che le modifiche apportate ad un organismo nel corso della sua vita non sono

ereditabili. Weissman ha rivisitato la teoria di Darwin. Il neodarwinismo integra il concetto di evoluzione con la genetica,

identifica cromosomi e geni come fattori ereditari, identifica la presenza di mutazioni e la ricombinazione e la variazione

nella frequenza allelica.

Classificazione

La tassonomia è la disciplina scientifica che si occupa di attribuire un nome agli organismi viventi e di classificarli. La

tassonomia è una sottodisciplina della sistematica e studia le relazioni di parentela tra gli organismi e la loro storia

evolutiva. Uno zoologo sistematico ha il compito di ricostruire le relazioni evolutive tra gli organismi e di classificarli in

base a queste ultime.

→

Linneo 1700 classificazione di piante e animali, attraverso un sistema gerarchico in cui utilizzava la morfologia (gran

parte della classificazione di Linneo oggi è stata modificata a causa delle scoperte recenti, ma il principio alla base rimane

sempre valido). Questo sistema gerarchico prevedeva delle categorie maggiori dette TAXA. Ogni organismo è

classificato in almeno 7 taxa. Dal più grande al più piccolo:

1. REGNO

2. PHYLUM

3. CLASSE

4. ORDINE

5. FAMIGLIA

6. GENERE

7. SPECIE

Oggi sono state individuate anche sottocategorie come sottofamiglie o sottoclassi e questo permette di individuare

ranghi intermedi.

Secondo la nomenclatura binaria (Linneo), ogni specie ha un nome latino composto da 2 parole scritte in corsivo. La

prima indica il genere e va scritta con la lettera maiuscola, la seconda indica l’epitopo e va scritto con la lettera minuscola.

Ad esempio Homo sapiens (la prima parola può essere abbreviata poiché è condivisa da più specie, mentre la seconda

è univoca: H.sapiens.). Subito dopo viene riportatoil nome della persona che per prima ha descritto la specie. Se sono

state apportare modifiche, il nome va scritto nella parentesi: F.catus Linnaeus e V.niloticus (Linnaeus).

Concetto biologico di specie (Mayr e Dobzhansky) 1900: “la specie è una comunità riproduttiva di popolazioni

→

riproduttivamente isolate dalle altre, che occupa una determinata nicchia in natura” secondo questa definizione la

3

specie è considerata in base alla riproduttività e non in base alla morfologia e viene presa in considerazione una nicchia

(ruolo ecologico) ma non una origine filogenetica. Questa definizione non viene sempre applicata.

CLADO: (dal greco=ramo) gruppo di organismi che condividono un certo stato di un carattere, che li distingue da altri

gruppi simili e affini. Il clado può essere applicato a qualsiasi grado tassonomico (specie, genere, phylum, ecc.). Definisco

un clado ogni volta che definisco una caratteristica tipica di certi individui e non di altri. Alla base di ogni ramificazione

deve essere presente il carattere che permette tale ramificazione (si dice “formalizzato”. Questa cosa non accade

nell’albero filogenetico). Un cladogramma è rappresentato come una gerarchia annidata di taxa a livelli crescenti. Si

parte da un gruppo chiamato outgroup che è filogeneticamente affine, ma non interno al gruppo che stiamo studiando.

L’albero filogenetico a differenza dei cladogrammi, rappresenta reali eventi di discendenza verificatasi nel passato.

Spesso i cladogrammi sono utilizzati come approssimazione di alberi filogenetici (non vengono prese in considerazione

informazione riguardanti gli antenati, la durata delle linee evolutive e l’ammontare dei diversi cambiamenti, nelle

diverse linee filetiche.

TEORIA TASSONOMICA: stabilisce i principi da usare per determinare e classificare i gruppi tassonomici.

1. TEORIA EVOLUZIONISTICA TRADIZIONALE → integra due differenti principi evoluzionistici per classificare taxa, ovvero

l’origine comune e la quantità di cambiamento evolutivo adattativo intervenuto. I taxa dunque devono avere una

singola origine evolutiva. Questa tassonomia studia la filogenesi e le somiglianze tra gruppi, rappresentati da rami di un

albero filogenetico. La tassonomia tradizionale comprende taxa sia mono- che para-filetici

2. SISTEMATICA FILOGENETICA CLADISTICA → questa tassonomia studia l'origine comune dei gruppi ma si basa sui

cladogrammi che ne descrivono le relazioni. La tassonomia cladistica esclude i gruppi parafiletici. La tassonomia

cladistica, escludendo i gruppi parafiletici, non accetta affermazioni come "gli uomini si sono evoluti dalle scimmie",

perché significa ammettere che un gruppo (gli ominidi) si è evoluto da qualcosa che non è (i pongidi). Con questa

tassonomia si perde l'impressione che tutta l'evoluzione sia "una marcia progressiva verso l'uomo" e che si possano

evidenziare gruppi superiori o inferiori (o avanzati e primitivi).

Queste due teorie, si basano su principi evoluzionistici e si differenziano sulla base di come questi principi sono applicati.

Queste due teorie mettono in risalto la reazione tra un gruppo tassonomico e un albero filogenetico o un cladogramma.

Questa relazione può essere di tre tipi:

• RELAZIONE MONOFILETICA: un taxon è monofiletico quando include l’antenato comune più recente di un

gruppo e tutti i suoi discendenti;

• RELAZIONE PARAFILETICA: un taxon è parafiletico quando include l’antenato comune più recente di tutti i

membri del gruppo e alcuni, ma non tutti, i suoi discendenti. La cladistica non accetta i gruppi parafiletici.

• RELAZIONE POLIFILETICA: un taxon è polifiletico se non include l’antenato comune più recente di tutti i membri

del gruppo sotto studio.

RIPRODUZIONE

RIPRODUZIONE ASESSUALE RIPRODUZIONE SESSUALE

Presenza di un solo genitore, non esistono organi o Presenza di 2 genitori.

cellule sessuali specifici. Ogni organismo adulto può

generare individui geneticamente identici a se stesso.

Riproduzione semplice e rapida. Senza formazione di Riproduzione più complessa. Ogni individuo produce

gameti con formazione di cloni (individui geneticamente dei gameti (aploidi, derivanti da divisioni meiotiche) che

uguali, variabilità assente o ridotta) fondendosi (fecondazione), generano nuovi individui

(zigoti). Lo zigote è geneticamente diverso dai genitori

poiché presenta materiale genetico di entrambi i

genitori.

Limitazione di meccanismi di scambio di geni (in caso di Processo evolutivo diversificato