Zoologia 2

Introduzione alla zoologia

LA BIOLOGIA bios logos

La parola biologia deriva dal greco (vita) e (studio) ed è la scienza che studia tutte

le forme di vita e le loro caratteristiche.

Fin dall’antichità gli uomini hanno appreso alcune nozioni di biologia per sopravvivere

(distinzione tra piante velenose e piante commestibili). Aristotele (343 a.C.) fu il primo a

compiere studi di biologia, basandosi sull’osservazione e sulla formulazione di

ipotesi e tesi. Grazie a Galileo Galilei (1564-1642) la biologia divenne una

scienza sperimentale: egli introdusse il metodo scientifico che consente la

verifica delle ipotesi attraverso l’esperimento. Un fondamentale contributo

venne dall’invenzione del microscopio a opera di Antoni Van Leeuwenhoek a

metà del 1600.

I primi studi microscopici vennero fatti su delle fette molto sottili di sughero, in

modo tale che la luce potesse attraversare il campione e poterlo osservare in

modo ingrandito. Da qui nasce il termine di cellula (dall’inglese ‘cell’) dato che

il sughero appariva come una retina piena di celle.

LA ZOOLOGIA zoom logos

La parola zoologia deriva dal greco (animale) e (studio). È un ramo della biologia

e studia la vita del mondo animale, in tutte le sue manifestazioni.

Il primo congresso di zoologia avvenne nel 1907 a New York, è quindi una scienza molto

recente.

PROPRIETa DELLA VITA

Il mondo vivente è caratterizzato da due parole nettamente in contrasto tra loro.

Diversità

Unità Vi sono molti tipi di ambienti con organismi

Tutte le forme di vita attuali manifestano un differenti

insieme di caratteristiche comuni basate

sull’evoluzione biologica, che le distinguono dal

materiale non vivente

7 caratteristiche

Le della vita che hanno in comune tutti gli organismi sono:

1 Cellule e organizzazione

-

Gli organismi mantengono un ordine interno, la più semplice unità dell’organizzazione è la

cellula. Più cellule vanno a formare un tessuto, che si uniscono tra di loro a formare un

organo.

2 Uso dell’energia e metabolismo

-

Per mantenere il loro ordine interno, gli organismi necessitano di energia. Questa è utilizzata

nelle reazioni chimiche conosciute con il nome di metabolismo. Gli organismi autotrofi

traggono energia tramite la fotosintesi /sostanze chimiche; gli organismi eterotrofi ricavano

energia da altri organismi.

3 Risposta ai mutamenti ambientali

-

Gli organismi rispondono ai mutamenti ambientali per promuovere la loro sopravvivenza.

4 Regolazione e omeostasi

-

Gli organismi regolano le loro cellule ed i loro corpi per mantenere relativamente stabili le

condizioni interne, questo processo è chiamato omeostasi.

5 Crescita e sviluppo

-

Aumento del numero di cellule e aumento della complessità dell’organismo.

6 Riproduzione

-

Per mantenere la vita per molte generazioni gli organismi si devono riprodurre. Per via del

materiale genetico, la progenie tende ad avere tratti simili ai genitori. Senza la riproduzione

si va incontro a estinzione.

7 Evoluzione biologica

-

Popolazioni di organismi cambiano durante il corso di molte generazioni. L’evoluzione

induce tratti che promuovono la sopravvivenza ed il successo riproduttivo. Le

caratteristiche che cambiano possono essere visibili (variazione del fenotipo) o invisibili

(variazione del genotipo).

L'EVOLUZIONE

Tutte le forme di vita hanno una storia evolutiva comune. La vita sulla terra compare circa

3,5 - 4 miliardi di anni fa, sotto forma di cellule primitive che non erano nemmeno cellule di

organismi unicellulari concepite come oggi. La prima forma di vita era un organizzazione di

frammenti di RNA all’interno di goccioline di acqua, dove potevano avvenire delle semplici

reazioni chimiche. Da questa forma di vita e grazie al fenomeno di selezione ed evoluzione,

si è arrivati ai primi organismi unicellulari. Questi poi subiscono cambiamenti evolutivi che

danno luogo alle specie che oggi conosciamo. La comprensione della storia evolutiva ci

aiuta a far luce sulla struttura e sulla funzione di un organismo.

Un esempio:

Mutazioni che possono avvenire in un organismo

e che portano alla comparsa di una nuova specie.

I cambiamenti evolutivi coinvolgono modificazioni

di strutture esistenti. Queste strutture possono

essere modificate per svolgere nuovi compiti. Le

gambe utilizzate per camminare si sono

modificate in pinne di un delfino oppure nell’ala di

un pipistrello.

Ciò significa che delfino e pipistrello hanno un

organismo ancestrale in comune. Dallo studio di

queste somiglianze anatomiche è possibile capire

quale è la storia alle spalle dei diversi organismi.

I due meccanismi alla base dei cambiamenti evolutivi sono:

Discendenza verticale con mutazioni

Mutazione significa modificazione nel materiale genetico degli organismi. Di generazione in

generazione ci sono delle mutazioni del tutto casuali che vengono ereditate. Possono

portare alla formazione di una specie nuova, che deriverà da una specie preesistente.

Queste mutazioni possono essere:

- benefiche, che migliorano la capacità di sopravvivenza dell’organismo

- neutre, non sono dannose ma non migliorano la specie, e infatti vanno generalmente

perse

- negative, che non saranno mai portate avanti poiché l’organismo avrà una minore

possibilità di sopravvivenza e scomparirà grazie alla selezione naturale

→

Evoluzione verticale del cavallo da un progenitore di dimensioni minori (hyracotherium) vi

è stato un accumulo di mutazioni che hanno alterato alcuni tratti della specie.

Trasferimento genico orizzontale

Trasferimento di materiale genetico non avviene più all’interno della stessa specie, ma vi è

un salto di specie (cambiamenti genetici tra specie differenti). Sono relativamente rari e del

tutto casuali.

Esempio: i geni che conferiscono resistenza agli antibiotici vengono alcune volte trasferiti

tra batteri di specie differenti.

Escherichia coli (batterio intestinale) ha un gene che codifica per la resistenza agli antibiotici

che, attraverso il trasferimento genico viene trasferito ad una specie completamente

differente, lo Streptococcus (batterio polmonare), inserendosi all’interno del suo genoma.

Se precedentemente era possibile eliminare lo Streptococco con l’antibiotico, ora ha

sviluppato una resistenza ad esso.

Fondamenti di sistematica

L'origine della vita Big Bang

➡

13.7 miliardi di anni l’universo ebbe inizio con il

Sistema Solare

➡

4.6 miliardi di anni nascita del nostro

Terra

➡

4.5 miliardi di anni età della

4 miliardi di anni .➡ la terra si raffreddò al punto da

………………………………………………………….consentire la solidificazione degli strati

………………………………………………………….più esterni e la formazione degli oceani

vita

➡

4 - 3.5 miliardi di anni emerse la

L’origine della vita si divide in 4 fasi:

FASE 1 Origine delle molecole organiche

:

……………….i nucleotidi e gli amminoacidi furono prodotti prima delle cellule

Non ci sono delle prove scientifiche che dimostrano come questo fenomeno sia potuto

avvenire, quindi gli scienziati iniziarono a formulare delle ipotesi.

→

riducente primordiale’)

Ipotesi dell’atmosfera (ipotesi dell’esistenza del ‘brodo negli anni

’50 esperimenti hanno simulato le condizioni della Terra primordiale, ricca di vapore

acqueo, idrogeno, metano e ammoniaca. Grazie ad una scarica elettrica, che sulla terra

poteva essere data da temporali e fulmini e alla condensazione del vapore acqueo, si

formarono amminoacidi, zuccheri e basi azotate.

→

extraterrestre

Ipotesi dei meteoriti avrebbero portato molecole organiche da un altro

pianeta. Gli oppositori obiettano che gran parte del materiale sarebbe andato distrutto

durate l’intenso riscaldamento e la collisione. →

camini vulcanici del mare profondo

Ipotesi dei quando il magma esce dai vulcani in

profondità, va incontro ad un rapido raffreddamento a contatto con l’acqua oceanica.

Questo contatto improvviso va a creare un processo chimico che permette la sintesi delle

molecole organiche. In questi ambienti esistono micro organismi che ricavano energia da

composti chimici presenti nei camini (non dal sole, organismi autotrofi chemiosintetici).

FASE 2 : Origine polimeri organici

…………i nucleotidi e gli amminoacidi polimerizzarono a formare DNA,RNA e proteine

Semplici molecole polimerizzano a formare polimeri organici complessi. Sperimentalmente,

la sintesi dei polimeri non è possibile in soluzioni acquose non è avvenuta nel brodo

∼

primordiale.

Esperimenti hanno dimostrato la formazione di polimeri di acidi nucleici e di polipeptidi su

superfici argillose, quindi l’ipotesi più probabile è quella dei camini vulcanici.

FASE 3 : Formazione di strutture di confine

………………………………i polimeri furono circondati da membrane

Le struttura appena formate dovevano poi essere in grado di organizzarsi e si formò quindi

protobionte

→

una cellula primordiale Il (o prebionte) era dotato di una struttura di confine

che separava l’ambiente esterno dai contenuti interni. I polimeri nel protobionte

contenevano informazioni di tipo genetico e avevano funzione enzimatica per semplici vie

metaboliche. Erano capaci di auto-duplicarsi (ovviamente non in maniera precisa come le

cellule).

I protobionti possono essersi formati da:

Coacervati Microsfere Liposomi

Goccioline che si Piccole vescicole piene Vescicole circondate da

formano spontaneamente d’acqua circondate da una un doppio strato lipidico.

dall’associazione di barriera macromolecolare. L’argilla può catalizzare la

polimeri carichi. Gli enzimi formazione di liposomi che

sono intrappolati all’interno si accrescono e si dividono

e possono eseguire con una primitiva forma di

primitive funzioni auto-replicazione. Possono

metaboliche. includere RNA.

FASE 4 : Origine del mondo a RNA

……………….i polimeri circondati da membrane svilupparono proprietà cellulari

La maggioranza degli scienziati è a favore dell’RNA come prima macromolecola dei

protobionti. L’RNA è l’unica molecola che riesce a svolgere 3 funzioni chiave:

1) Capacità di immagazzinare informazioni

2) Capacità di duplicazione DNA e proteine non hanno tutte e tre le funzioni

3) Funzione enzimatica - ribozimi

la prima cellula da cui tutto ebbe inizio LUCA - Gli scienziati ritegno che tutti i viventi si siano

originati da un Ultimo Antenato Comune Universale (LUCA) tra 4.0 e 3.5 miliardi di anni fa.

Poco dopo i 2 domini procariotici, Bacteria e Archea, si sono separati.

Tra i 2.5 e 2 miliardi di anni fa comparve poi la prima specie eucariotica unicellulare.

1.5 miliardi di anni fa comparvero le specie multicellulari eucariotiche.

I cambiamenti negli organismi viventi sono il risultato di cambiamenti genetici ma anche

modificazioni ambientali come inondazioni, glaciazioni, eruzioni vulcaniche e impatti

meteoritici

↳ consentono la comparsa di nuovi tipi di organismi e sono responsabili di 5 grandi

………..estinzioni di massa

" come facciamo a saperlo ?

Stratigrafia sedimentaria e fossili

• Legge della sovrapposizione - in sequenze stratigrafiche non deformate, il

giacimento o sedimento più antico si troverà in fondo alla sequenza.

Principio della successione faunistica - gli strati di roccia sedimentaria

contengono flora e fauna fossilizzata. Questi fossili si succedono l’un l’altro

verticalmente in uno specifico e affidabile ordine che può essere

identificato in vaste distanze orizzontali.

Si ottiene però una datazione relativa spesso imprecisa per i fenomeni di

rovesciamento e ripiegamento degli strati e per la distruzione dei fossili a

causa delle grandi pressioni e del calore a cui possono essere esposte le

rocce.

Datazione con radioisotopi

• I fossili possono essere datati usando isotopi elementari presenti nelle rocce circostanti.

Si raffronta la quantità di un dato isotopo radioattivo e dei suoi prodotti di decadimento (=

tempo di dimezzamento). Si pensa che la documentazione fossile sottostimi l’effettiva data di

comparsa delle specie.

Esistono vari tipi di datazione radiometrica, differenti nella precisione della misura, nei

costi e nelle scale temporali per le quali possono essere utilizzati.

Il primo ad essere stato sviluppato è quello del Carbonio-14 utilizzabile per materiali di

età compresa tra i 30.000 e i 100 anni. La sua principale utilizzazione è in archeologia per

datare i reperti costituiti da materia organica, quindi contenenti atomi di carbonio.

L'evoluzione

= accumulo di cambiamenti casuali ereditabili nel corso di più generazioni in una o più

caratteristiche di una popolazione o specie.

Osservata a piccola scala, si riferisce a cambiamenti nel tempo di un singolo gene in una

sola popolazione.

Osservata a scala più grande invece, si riferisce alla formazione di una nuova specie

(gruppo di organismi imparentati che condividono un aspetto distintivo). Non è un singolo

gene che agisce ma un insieme di geni che si accumulano e esprimono caratteri nuovi.

Diversi individui presentano caratteristiche nuove rispetto alla specie precedente e non

riescono più ibridarsi con essa, ma vanno a formare una popolazione in grado di incrociarsi

per produrre prole vitale e fertile soltanto tra se stessa.

Origini dell’evoluzione sistema di classificazione

Nel 1600, John Ray sviluppò un primo (concetto moderno di

specie). Carolus Linnaeus, padre della tassonomia, divise questa classificazione in 2 Regni

(animale e vegetale). Nessuno dei due però propose che il cambiamento evolutivo

promuove la formazione di nuove specie.

Successivamente nel 1700, un esiguo numero di scienziati europei cominciò a suggerire

che le forme di vita non fossero fisse. La teoria di Jean Babptiste Lamarck enunciata nel

1809 propose che alcuni animali restano uguali mentre altri cambiano e che i fossili sono

resti di animali estinti. Introdusse inoltre il concetto di ereditarietà dei caratteri acquisiti

(esempio del collo della giraffa).

A metà degli anni ’40 del 1800 Darwin aveva formulato la sua teoria

dell’evoluzione e nel 1856 iniziò a scrivere il suo libro. The Origin of the

Species di Darwin descriveva le sue idee con grande dettaglio e con il

supporto delle sue osservazioni.

Teoria di Darwin dell’evoluzione s

evoluzione elezione

↓ ↓

come origine della diversità della vita come causa dell’evoluzione

Gli organismi vengono plasmati per adeguarsi al loro

ambiente naturale (adattamento). Darwin sviluppò

questa teoria attraverso 5 osservazioni da cui trasse 3

deduzioni principali.

Osservazione 1

Gli individui hanno una grande

fertilità potenziale, che permette

crescita esponenziale

una delle

popolazioni.

Osservazione 2 Deduzione 1

Le popolazioni naturali di solito non lotta per la sopravvivenza

Esiste una fra

crescono esponenzialmente ma si gli individui di una popolazione.

costanti nel

mantengono pressoché

tempo.

Osservazione 3

risorse naturali sono limitate.

Le

Osservazione 4 Deduzione 2 Deduzione 3

variazione

Vi è fra gli individui di una Individui diversi mostrano selezione naturale,

La

popolazione. sopravvivenza capacità

e agendo su molte

riproduttiva differenziali che generazioni,

favoriscono i caratteri produce nuovi

gradualmente

Osservazione 5 →

vantaggiosi selezione adattamenti e nuove specie.

variazione ereditabile.

La è naturale.

Il Darwinismo comprende 5 teorie diverse, ancora valide oggi:

Cambiamento continuo

1. - il mondo vivente non è n&