Riassunto esame Zoologia, Prof. D'aniello Biagio, libro consigliato Appunti di zoologia adattativa, Biagio D'Aniello

Zoologia

La zoologia era utilizzata dai medici per studiare patologie umane tramite dissezioni animali. Più tardi la disciplina iniziò ad assumere la dignità di materia autonoma e con finalità proprie. Oggi ci sono settori che si occupano di studiare i fenomeni associati a determinati gruppi zoologici (ittiologia, erpetologia, ornitologia, ecc.). Ci sono anche studiosi che si occupano di fenomeni estesi ai vari gruppi e li studiano in maniera comparata (fisiologi, morfologi, etologi, ecc.).

Obiettivi della zoologia

Obiettivi generali: acquisizione di un corretto metodo scientifico applicato agli studi sugli animali. L'osservazione accurata e la formulazione delle ipotesi che conducono successivamente alla formulazione della teoria.

Obiettivi specifici: fornire un quadro generale della vita animale sul pianeta (dipesa dalla differenziazione della biodiversità) e la conoscenza dei principi che regolano la vita animale. Maggiore è la biodiversità (minore è la probabilità di estinguersi), maggiore sarà la stabilità dell'ecosistema. Se viene a mancare una risorsa alimentare, per esempio, se c'è una grande biodiversità, gli animali ne avranno altre a disposizione. Questo porta le specie ad estinguersi di meno.

Anche ecosistemi ad alta biodiversità possono essere vulnerabili; in queste situazioni, in cui certe tipologie alimentari non sono mai mancate, spesso molte specie si sono specializzate su una determinata risorsa e non sono in grado di trovare un'alternativa in caso di emergenza. Un esempio è la foresta amazzonica.

Fattori che influenzano la biodiversità

• Fattori che riducono la biodiversità:
  • Eccessiva crescita demografica
  • Povertà
  • Scarsa attenzione ai problemi ambientali
  • Pesca eccessiva
  • Caccia
  • Introduzione di specie in territori in cui non c'erano mai state
• Fattori che aumentano la biodiversità:
  • Habitat vari
  • Moderati disturbi ambientali (piccoli incendi)
  • Piccole variazioni delle condizioni ambientali
  • Stadi intermedi delle successioni ecologiche

Per preservare i corridoi ecologici, le specie devono variare le zone, altrimenti si accoppiano tra loro e aumentano i difetti genetici.

Benefici degli ecosistemi

• Supporto alla vita (ciclo dei nutrienti)
• Approvvigionamento (produzione di cibo, acqua potabile, materiale combustibile)
• Regolazione (del clima, delle maree, dell'impollinazione, ecc.)

Obiettivi della zoologia

• Culturale: un uomo di cultura non può non conoscere il mondo biologico che lo circonda; tutte le specie sono capolavori d'arte uniche.
• Estetico
• Genetico: sono un serbatoio di informazioni genetiche impossibili da riprodurre.
• Ricreativo: la natura e gli spazi verdi hanno spesso il ruolo di abbassare le nostre tensioni e di diminuire lo stress.
• Educativo: l'osservazione di animali fornisce insegnamenti utili anche al nostro comportamento.
• Economico: rientrano nel ciclo alimentare dell'uomo o sono fonte di attrazione turistica.

Tipi di specie

Non esistono specie più importanti di altre, ognuna ha il proprio ruolo nell'ecosistema. Troviamo:

• Specie ombrello: hanno elevate richieste ecologiche, quindi incorporano anche le esigenze di altre specie (elefanti).
• Specie bandiera: per le quali è facile ottenere risorse finalizzate alla conservazione (panda).
• Specie chiave: mantengono l'equilibrio esistente in un sistema ecologico (lontra marina, che mangia i ricci, proteggendo così una specie di alghe fondamentali per quell'habitat).
• Specie focali: da sole comprendono le esigenze spaziali e funzionali di un ecosistema.

Regni

Non si conosce con esattezza il numero di regni esistenti; più studiosi hanno dato suddivisioni differenti. In alcuni casi, quindi, parliamo di Domini e la classificazione più diffusa (non necessariamente quella giusta) è di Cavalier-Smith:

• Batteri: unicellulari, procarioti, autotrofi o eterotrofi
• Cromisti: unicellulari, eucarioti, per lo più fotosintetici (diatomee)
• Protozoi: unicellulari, eucarioti, pochi casi di pluricellularità
• Funghi: unicellulari o pluricellulari, eucarioti, eterotrofi
• Animali: pluricellulari, eucarioti, eterotrofi
• Piante: pluricellulari, eucarioti, autotrofi

Cosa è un animale? (o metazoi)

Si tratta di organismi pluricellulari eucarioti che consumano materiale organico, respirano ossigeno, sono in grado di muoversi e hanno una riproduzione prevalentemente sessuale. Circa il 99% delle specie passate sul pianeta è ormai estinto, ma il tasso di estinzione è colmato dal tasso di speciazione (nuove specie si stanno formando).

Concetto di specie

Il primo concetto di specie che ci viene in mente è quello morfologico basato sulle caratteristiche fisiche: “tutti gli organismi simili tra loro e differenti dagli altri appartengono alla stessa specie”.

Le difficoltà applicative di questo concetto stanno nel fatto che esistono individui della stessa specie molto diversi tra loro (polimorfismo, dimorfismo sessuale) Oppure esistono specie sorelle, per le quali individui di specie diverse sono molto simili tra loro. Le ipotesi per le quali questo sia possibile sono diverse:

• Le specie si sono separate da poco evolutivamente parlando
• Hanno subito una stasi morfologica evolutiva
• Evoluzione convergente: specie non imparentate ma che hanno subito le stesse pressioni evolutive.
• Evoluzione parallela: specie imparentate sottoposte alle stesse pressioni selettive.

Concetto tipologico di specie

"Individuato un tipo base, tutti gli organismi simili ad esso appartengono alla stessa specie". I problemi di questo sono gli stessi di prima: nella casta delle formiche esiste un polimorfismo talmente accentuato che operaie e soldati sembrano specie diverse. Allora chi è il tipo? Si potrebbero scegliere 2 tipi diversi ma così rischieremmo di avere soldati di una specie molto più simili a quelli di un’altra specie più che alle operaie della stessa, e viceversa.

Concetto biologico di specie

"Comunità riproduttiva potenziale, in cui i membri possono incrociarsi tra loro e dare prole feconda". Esistono infatti alcuni ibridi infecondi di specie diverse (il bardotto o il mulo); questo è dovuto al fatto che i gameti, in meiosi, si trovano ad appaiare cromosomi omologhi di specie diverse e questo non avviene.

I problemi di questo concetto sono:

• Esistono specie che si riproducono asessualmente e quindi non è possibile verificare la riproduzione incrociata.
• In alcune specie che si riproducono sessualmente è molto difficile identificare gli ibridi (esempio: il cane ed il lupo sono considerate specie distinte ma attualmente i lupi euroasiatici hanno il 25% del loro genoma in comune a quello di cani ancestrali ed esistono già alcuni ibridi fecondi; in conclusione il cane potrebbe essere considerato una varietà di lupo e viceversa).

Approfondimento del concetto biologico di specie

"Due specie possono essere considerate distinte quando tra di loro non può esserci flusso genico in natura". Anche se potenzialmente sarebbe possibile l'incrocio genico di due individui, se essi “vivono” in parti nettamente separate non ci potrà mai essere flusso genico perché essi non si incontreranno mai, allora li considero specie diverse.

Altri concetti di specie

• Concetto di specie basato sull'ecologia: si applica a un gruppo di organismi simili che ha una specifica nicchia ecologica (non applicabile ai fossili).
• Concetto di specie basato sull'evoluzione: una specie è il gruppo di organismi che condivide un antenato e che ha seguito un percorso evolutivo comune. (tiene in considerazione il tempo, difficile da applicare, non è per i fossili).

Nomenclatura delle specie

Introdotta da Linneo. Una specie è indicata dal genere (nome generico della specie) con la iniziale maiuscola e dal nome specifico (la caratteristica) con l'iniziale minuscola (entrambi in corsivo) seguiti dal nome del descrittore e l'anno della descrizione.

Es: lupo = Canis lupus Linneaus, 1758
Rospo = Bufo viridis Laurenti, 1768

Se un genere cambia dopo che l'autore lo ha descritto, il nome e l'anno sarà inserito nelle parentesi. Se abbiamo comparsa di sottospecie (cioè se tra organismi di una stessa specie compaiono caratteristiche non presenti in altri componenti) utilizziamo una nomenclatura trinomia.

Si utilizza la sigla ssp. ESEMPIO: Salamandra Salamandra ssp gigliolii

Se vogliamo indicare più specie contemporaneamente (o tutte) spp.

Se conosciamo il genere ma non con esattezza la specie si usa sp.

International Code of Zoological Nomenclature

Stabilisce le regole di nomenclatura e la priorità (se abbiamo due specie con nome uguale, stabilisce quale nome deve cambiare).

Scheda tassonomica

È una carta di identità di una specie, in cui sono riportati tutti i dati evolutivi. Si compila la scheda con categorie tassonomiche: phylum, classe, ordine, famiglia, genere. Sono poi stati inseriti altre categorie tassonomiche per rendere tutto più preciso.

Scheda tassonomica uomo

• PHYLUM: Cordati
• SUBPHYLUM: Vertebrati
• SUPERCLASSE: Tetrapodi
• CLASSE: Mammiferi
• INFRACLASSE: Cuterì o placentali
• ORDINE: Primati
• SUPERFAMIGLIA: Ominodei
• FAMIGLIA: Ominidi
• GENERE: Homo
• SPECIE: H. sapiens
• SOTTOSPECIE: H.s. neanderthalensis

Evoluzione

Si parla di:

• Evoluzione cosmica: processo di trasformazione e di formazione dei corpi celesti
• Evoluzione geologica: processo di formazione dei continenti e di trasformazione delle masse inorganiche (erosione ecc.)
• Evoluzione biologica:
  • Definizione classica (Darwin): formazione di nuove specie
  • Definizione adattamentale (Mayr): cambiamento nella varietà e nell'adattamento delle popolazioni di organismi.
  • Definizione genetica (Williams): cambiamento nella frequenza di alcuni geni all'interno del pool genico (l'insieme di tutti gli alleli dell'intero set di geni che appartengono a tutti gli individui che compongono una popolazione)

Le definizioni date

• Macroevoluzione: cambiamenti al di sopra del livello di specie, cioè i processi che hanno portato alla formazione delle categorie maggiori (es. sviluppo dei mammiferi dai rettili), che impiegano un tempo lungo per divenire effettivi.
• Microevoluzione: piccoli cambiamenti all'interno della specie, tra le varie generazioni (frequenze alleliche, modifiche adattamentali) (sono le definizioni di Mayr e Williams).

Teorie evolutive

Cercano di spiegare i motivi dell'evoluzione. Alcune di esse, come la deriva genetica e la selezione naturale, ancora non sono in grado di spiegare, però, alcuni fenomeni macroevolutivi. Per esempio, non è ancora ben chiaro perché dai rettili si siano formati i mammiferi.

Teoria della discendenza comune

È la teoria secondo la quale tutti gli organismi condividono un antenato comune; non è stata provata sperimentalmente ma ha fondamenti di tipo deduttivo, osservando le somiglianze tra gli organismi attuali e dei fossili. Ciò rende poco sostenibile la teoria.

Abiogenesi

Comprende le teorie sull'origine della vita sperimentate da Miller e Orò. Entrambi, ricreando le condizioni primordiali della Terra, a partire da miscele inorganiche (acqua, ammoniaca, metano, ecc.), crearono alcune sostanze organiche come l'Adenina ed alcuni amminoacidi. Non si sa per certo, però, se le condizioni primordiali della Terra fossero realmente quelle.

Naturalisti di epoca antica

• Anassimandro di Mileto: gli animali si originarono in acqua e poi conquistarono le terre emerse (incluse l'uomo).
• Empetocle di Agrigento: tutte le cose erano soggette ad un continuo cambiamento, compresi i viventi. Molti viventi si erano estinti perché incapaci di sopravvivere (molto vicino alla teoria darwiniana della sopravvivenza del più forte).
• Aristotele: “scala degli esseri”, organismi complessi erano derivati da quelli più semplici, dal calore e l'umidità della terra.
• Tito Lucrezio Caro: tutte le specie viventi si erano originate e che poi erano mutate; le specie “malformate” si erano estinte perché incapaci di riprodursi.

Studiosi prelamarckiani

Nessuno degli studiosi sopra elencati aveva idea consapevole del fenomeno evoluzionistico, cosa che invece ritroviamo a partire da alcuni studiosi prelamarckiani. G.L. Compte de Buffon nella sua opera di 44 volumi è contenuta l'idea consapevole di evoluzione (escluso l'uomo per via della chiesa); importanza del clima nel determinare le trasformazioni delle specie. Erasmus Darwin: afferma principi di tipo lamarckiano.

Lamarck

Propone per la prima volta in maniera chiara le cause dell'evoluzione. La premessa fu che gli animali vivono in armonia con un ambiente che non è stabile, e quindi per mantenere l'equilibrio devono cambiare. Da qui dedusse che, nei viventi, organi più sviluppati erano organi che venivano utilizzati di più, organi meno sviluppati erano quelli sollecitati di meno (collo delle giraffe che si era allungato per permettere l'approvvigionamento di foglie; il disuso degli arti nei rettili ne aveva provocato la regressione). Il carattere diventava ereditario se lo presentavano entrambi i genitori. Credeva che l'evoluzione tendeva a perfezionare le specie.

Charles Darwin

La sua teoria nacque sicuramente dall'osservazione diretta delle specie, ma alcuni riferimenti ad altri studiosi aiutarono a maturarla.

• Georges Cuvier (catastrofismo): Dai fossili capì che in passato erano vissute specie diverse da quelle attuali e che si erano estinte. Sosteneva che, periodicamente, erano avvenute catastrofi che avevano fatto estinguere intere specie in alcune aree, per permettere lo sviluppo di altre provenienti da zone limitrofe.
• James Hutton: si contrapponeva a Cuvier dicendo che i grandi cambiamenti geologici derivavano da piccoli continui cambiamenti.
• Charles Lyell: dice che le forze in atto sui cambiamenti geologici sono sempre le stesse, quindi ciò che osserviamo oggi può essere usato per spiegare quello che è accaduto in passato.

Selezione artificiale

È la selezione operata dall'uomo per finalità estetiche o per migliorare la produttività (per esempio nei cani).

Robert Malthus: disse che la società umana cresce più rapidamente delle risorse di sussistenza e questo causa guerre, epidemie, ecc., che servivano a ristabilire un certo equilibrio tra il numero di persone e la quantità di risorse.

Wallace: Egli arrivò alle stesse conclusioni di Darwin e gli inviò un saggio in cui erano contenute idee relative agli effetti della selezione naturale, dedotte dallo studio delle farfalle in Malesia.

La teoria di Darwin

Darwin non capì l'origine della variabilità nelle specie, che è molto notevole: polimorfismo strutturale nelle formiche, cromatico nelle rane greche italiane, dimorfismo sessuale (maschio diverso dalla femmina). Pensò che alcune particelle dell'informazione delle cellule somatiche, si sistemavano nelle gonadi per essere trasferite alla prole (pangenesi).

Il completo potenziale riproduttivo di una specie non può essere espresso (non possono coesistere tutti gli organismi che nascono, sarebbero troppi), per questo ci sono varie forme di competizione:

• Intraspecifica: tra individui della stessa specie
• Interspecifica: tra individui di specie diverse (risorse comuni, preda-predatore)

Da questa Darwin pensa che specie che condividono una nicchia ecologica simile (che hanno bisogno delle stesse cose), non possono coesistere nella stessa area geografica, una dovrà estinguersi (esclusione competitiva).

• Fisica: lotta di alcuni individui della specie per superare fattori naturali avversi.

Dalla competizione nasce una selezione che determina la sopravvivenza del più adatto:

• Artificiale: operata dall'uomo
• Naturale: operata dalle forze della natura che impongono la sopravvivenza del più adatto.
• Sessuale: operata dalle femmine che scelgono di riprodursi con individui in possesso di particolari caratteristiche.

Neodarwinismo

Weismann propose che le cellule germinali si differenziano molto presto, a livello embrionale, e di conseguenza non sono influenzate dalle cellule somatiche. Pertanto qualsiasi cambiamento somatico in età adulta, non potrebbe mai essere trasferito alla prole (tagliava la coda a dei topi, li faceva accoppiare e vedeva che il carattere non si trasferiva). In alcuni Phyla di animali e nelle piante, questa separazione delle cellule germinali da quelle somatiche avviene in età adulta e in questi casi il carattere è trasmissibile. Oggi sappiamo che questa separazione non è del tutto vera, in quanto alcuni cambiamenti a livello del DNA, causati da situazioni ambientali, possono essere ereditati.

Neolamarckismo

Per i lamarckiani le variazioni dipendono dall'ambiente che le induce per risolvere determinati problemi, non erano casuali e non doveva esserci l'intervento della selezione naturale. I topi di Pavlov: dimostrò che i figli di topi addestrati a compiere un determinato esercizio erano più rapidi ad apprenderlo rispetto ai figli di topi che non erano stati addestrati (topi nel labirinto), come se fossero nati già con quel tipo di abilità.

Le piante di Lysenko: Lysenko ritenne di essere riuscito a far aumentare la produttività del frumento per abitudine. Aveva fatto crescere delle piante in laboratorio e dopo qualche generazione aveva ottenuto piante più produttive. Ma nelle condizioni ideali di laboratorio, tutte le piante erano riuscite a germinare e quelle con più semi producevano di più. Queste stesse piant... [testo troncato per lunghezza]