Zoologia - parte generale

Parte generale

La zoologia studia gli animali ma in dettaglio: l’anatomia, la morfologia, la classificazione, gli adattamenti evolutivi e tutto ciò è racchiuso nel concetto globale di diversità della vita animale ossia degli animali diversi, che sottoposti agli stessi problemi trovano soluzioni diverse.

Classificazione dei viventi

Dividiamo i viventi in 3 domini, ma possono essere 4 separando gli eucarioti unicellulari e i protisti; quindi seguendo questa classificazione abbiamo 6 regni. I domini sono categorie tassonomiche più generali nei quali distinguiamo diversi regni, ossia tre e tra i quali quello animale.

Come distinguiamo il regno animale dagli altri, per esempio dalle piante?

• Per la mobilità? Alcune piante rispondono a stimoli e si muovono con un movimento attivo e quindi il movimento non è un criterio per distinguere un animale da ciò che non lo è.
• Per la capacità di spostarsi attivamente da un luogo all’altro? Ad esempio le spugne sono degli organismi animali sessili che vivono attaccate al substrato quindi non si muovono. In realtà tutti gli organismi, con qualche eccezione, hanno un processo nella loro vita in cui si riproducono come i coralli (uova e spermatozoi che formano lo zigote, lo zigote si divide per mitosi e forma l’embrione) quindi il concetto di spostamento si può applicare.
• Dobbiamo osservare anche altri criteri, per esempio in base al tipo di cellule. Esistono 2 grosse tipologie di cellule: eucarioti e procarioti, la differenza sta nella posizione del DNA.

Origine della cellula eucariotica

Come si pensa che si sia originata la cellula eucariotica? Con la teoria dell’endosimbionte: ciò vuol dire che una cellula inizialmente procariotica fagocita altre cellule procariotiche che diventano organelli, mitocondri negli animali e mitocondri e cloroplasti nei vegetali. Quindi la cellula eucariotica ha un’evoluzione legata ad un aumento di complessità di compartimentalizzazione, di sistemi di membrane ed ogni compartimento specializzandosi in qualcosa aumenta l’efficienza del metabolismo cellulare e aumenta di dimensioni; infatti la cellula eucariotica è più grande di quella procariotica. Gli animali hanno cellule eucariotiche e quindi possiamo associare quest’altra caratteristica.

Quindi nel nostro schema genetico eliminiamo 2 grossi gruppi, quelli in cui abbiamo cellule procariote: archea e batteri. Ma nel dominio degli eucarioti abbiamo ancora 4 regni, quindi l’altra caratteristica identificativa degli animali per differenziarli è che sono pluricellulari. Significa che ci sono delle cellule che si specializzano in alcune funzioni ed altre in altre e tutto ciò aumenta la funzionalità dell’organismo che diventa più efficace per svolgere funzioni vitali.

Differenza tra colonia e organismi pluricellulari propriamente detti

• In una colonia ogni cellula è indipendente e svolge ogni funzione ma vivono attaccate fisicamente; mentre negli organismi pluricellulari non è solo un fatto fisico di vivere insieme ma c’è una specializzazione del metabolismo cellulare per assolvere a determinate funzioni vitali. La pluricellularità permette la specializzazione ed il differenziamento cellulare e in questo modo dal nostro albero filogenetico possiamo eliminare i protisti e rimangono altri 3 regni.

Caratteristiche metaboliche

• Per il metabolismo? Bisogna fare una distinzione tra organismo autotrofo ed eterotrofo. Gli autotrofi (ad esempio le piante) usano la luce, energia solare, acqua e anidride carbonica per sintetizzare molecole organiche tramite fotosintesi, producono zuccheri e ossigeno. Gli eterotrofi sono quelli che si nutrono di altri organismi autotrofi, soprattutto degli zuccheri prodotti dalla fotosintesi: utilizzano ossigeno con la respirazione come comburente, il gas necessario per far avvenire il metabolismo, gli zuccheri come carburante. Il prodotto è energia sotto forma di ATP utilizzato dalla cellula per i processi.
• L’eterotrofia non per fotosintesi si chiama chemiotrofia e viene utilizzata da molecole organiche dello zolfo che hanno una reazione chimica simile a quella della fotosintesi ma vengono degradate delle molecole organiche per produrre energia e che derivano generalmente da attività geologiche (ad esempio sono quelle di organismi che vivono a metri di profondità in assenza di luce con basso ossigeno e che sfruttano i composti dello zolfo che vengono emessi da camini termali. Organismi chemioautotrofi sono alghe o batteri sottomarini per un processo di chemiotrofia).

Eliminazione delle piante dal nostro albero

Eliminiamo le piante dal nostro albero in quanto autotrofe. Rimangono il dominio dei funghi e degli animali. I funghi li escludiamo in quanto non hanno la possibilità di muoversi materialmente se non solo con la riproduzione e il vento che quindi trascina le spore ma non si tratta di un movimento volontario.

• C’è però un altro criterio che è legato all’alimentazione. Il fungo si nutre per assorbimento di materia organica disciolta. L’animale si nutre per ingestione della materia organica e ha quindi un processo di digestione che avviene all’interno del corpo dell’animale. Escludiamo anche i funghi dal nostro albero.

Rimangono il regno animale o metazoi, ovvero organismi eucarioti pluricellulari eterotrofi, con capacità di ingestione e spostamento.

Struttura e funzioni

La pluricellularità è una condizione essenziale per la specializzazione delle cellule. Cominciamo a vederlo subito dalla formazione dell’embrione, quando cioè l’uovo viene fecondato, dove inizia la specializzazione. Da una cellula totipotente che è la cellula uovo che formerà lo zigote si potranno ricavare le cellule che formano il corpo di un organismo.

Questa è un’immagine di un primissimo stadio embrionale che troviamo in tutti gli organismi animali. Quindi un altro termine che può contraddistinguere un animale da altri organismi è che ha uno sviluppo embrionale (cosa che un organismo unicellulare non può avere) che passa attraverso 2 stadi:

• Stadio di morula: nome che ci ricorda la mora proprio perché sono un insieme di cellule piccoline che derivano dalla segmentazione della cellula uovo che va a formare via via dei blastomeri cioè delle cellule che costituiscono poi il blastolema cioè un epitelio di rivestimento di questo embrione.
• Ad un certo punto avviene una formazione di una cavità all’interno di questa pallina di cellule condensate, quindi le cellule che prima erano appiccicate le une alle altre si scollano lasciando la cavità interna, attraverso cui all’interno di questa cavità arriva dell’acqua. Questa cavità prende il nome di blastocele che è la prima cavità che si forma nel corpo di tutti animali. Questa pallina cava che si forma viene detta blastula.

La blastula è lo stadio embrionale comune a tutti gli animali, quindi una plesiomorfia. Questa cavità interna diventerà una sorta di laboratorio chimico all’interno del quale ci potranno essere scambi di materiali e si potranno formare anche nuove cellule con funzioni diverse: le cellule che resteranno all’esterno saranno quelle capaci di avere contatti con l’ambiente esterno, quelle che rimarranno all’interno svolgeranno un’altra funzione. Vedremo che la prima cosa che si forma dopo il blastocele è un tubo digerente, quindi ci saranno delle cellule che migrano all’interno che saranno deputate a digerire il materiale che viene inglobato.

Plesiomorfie: caratteristiche comuni a tutti gli animali.
Apomorfie: caratteri innovativi, che compaiono successivamente e sono specifici solo di alcuni gruppi.

Sviluppo embrionale e foglietti embrionali

Questa è una sezione di una blastula in cui ci sono cellule a contatto con l’ambiente esterno (strato verde), ci sono poi delle cellule che si vanno a posizionare all’interno. Un aspetto importante durante lo sviluppo embrionale è il momento in cui la blastula inizia ad acquisire la caratteristica che permetterà all’embrione di diventare una larva e potersi alimentare, quindi di diventare una bocca, andando così ad aprire un foro detto blastoporo. Affinché si formi, le cellule della blastula iniziano a spingere verso l’interno, cominciando a formare prima una depressione e nel momento in cui le cellule iniziano ad entrare formano un canale alimentare circolare che metterà in comunicazione l’ambiente interno con quello esterno. Quindi queste cellule andranno a formare un intestino primordiale (detto anche Archenteron).

È importante questo concetto del blastoporo poiché ci sono 2 grandi divisioni a seconda del destino di questa apertura iniziale:

• In un grande gruppo di animali diventerà la bocca della larva, il tubo digerente poi si prolunga e si apre dall’estremità opposta, dove ci sarà l’estremità dell’ano. In questo caso si parla di animali protostomi (proto vuol dire primordiale e stomi vuol dire bocca);
• Invece in altri animali questo blastoporo andrà a chiudersi nel tubo anale perché la bocca si sviluppa successivamente, quindi si forma il canale ma la bocca si apre in un altro momento. In questo caso si parla di animali deuterostomi (deutero vuol dire secondari).

Questo è un momento importante per la vita degli animali, poiché si va a formare un canale interno, da quella che era una sfera cava, si inizia a formare un asse di simmetria, che viene definita gastrulazione, quindi si va a stabilire un asse corporeo nell’animale. Ci sono alcuni animali in cui lo stadio di gastrula non avviene, quindi nei quali l’intestino primordiale non si forma.

Altra cosa che interessa gli animali è il numero di foglietti cellulari che costituiscono il corpo dell’animale. La blastula ha uno strato esterno di cellule quindi uno strato detto ectoderma; poi ci sono le cellule che migrano all’interno a formare il tubo digerente che formano l’endoderma o gastroderma (termini equivalenti); poi vi sono le cellule che riempiono il corpo, che si interpongono tra interno ed esterno, formano un tessuto definito mesoderma (proprio perché si trova a metà tra interno ed esterno). Questa sarebbe quella che viene definita organizzazione triblastica di un animale, che vuol dire che ha 3 foglietti embrionali.

Quando parliamo di un embrione, non abbiamo un canale digerente completamente sviluppato e viene definito ARCHENTERON (“archeon” vuol dire primitivo “enteron” vuol dire intestino), quindi la cavità gastrica primordiale che si forma all’interno dell’embrione. Non sempre gli embrioni hanno l’organizzazione triblastica, ma alcuni animali hanno tra lo spazio dell’ambiente interno ed esterno, una matrice extracellulare, definita mesoglea. Questi animali hanno un’organizzazione diblastica cioè hanno 2 foglietti embrionali. Le proteine che vengono rilasciate nella matrice sono altamente idrofiliche, cioè assorbono facilmente acqua (come le meduse). In questi organismi non vi è dunque un mesoderma interno.

Esempi di animali tribloblastici

• Platelminti (vermi piatti) hanno il canale alimentare, corpo ripieno di cellule e rivestito da cellule di origine mesodermica e strato di ectoderma esterno. NON CI SONO altre cavità rispetto a quella del canale digerente.
• Nematodi (vermi cilindrici) oltre al tubo digerente c’è un’altra cavità detta pseudo-celoma che non è una vera cavità ma è una cavità intorno al canale digerente formato da liquido, che è rivestito esternamente da mesoderma ed esternamente gli epiteli di rivestimento di origine ectodermica. C’è un’organizzazione tribloblastica ma tra l’ectoderma e il mesoderma c’è una cavità e questa cavità è un residuo di quella che era il blastocele.
• Anellidi organizzazione ancora diversa in cui le cellule del mesoderma non soltanto si vanno ad appoggiare sul lato interno dell’ectoderma ci sono delle cellule muscolari, mesenchimatiche. Poi ci sono delle cellule mesodermiche che rivestono il canale muscolare. Quindi se si guarda la cavità detta celoma, questa cavità è sempre rivestita interamente sia sul lato più esterno che interno da mesoderma. Il celoma è una cavità secondaria che si forma nell’organismo e che è sempre rivestita dal mesoderma.

Acelomati —> non ci sono cavità oltre al canale alimentare
Pseudocelomati —> lo pseudoceloma deriva direttamente dal blastocele
Eucelomati —> il celoma è una cavità che si forma secondariamente

Modalità di formazione del celoma

La cavità celomatica si può formare in 2 modi:

• Una modalità definita schizocelia, (schizos in greco vuol dire scollarsi) dove vi è l’embrione con il blastoporo che inizia a formare l’archenteron, cioè inizia ad entrare un gruppo di cellule verso la parte interna. Alla base del blastoporo vi sono cellule che si dividono, andando verso l’interno e lasciano un’apertura. Alcune di queste cellule, di origine ectodermica, invece di formare il tubo digerente, si staccano lateralmente e vanno a riempire la cavità interna della blastula. Quando queste cellule arrivano ad un certo numero e si trovano all’interno dell’embrione, iniziano a scollarsi e iniziano a far entrare del liquido all’interno andando a formare un’altra cavità. In questo caso abbiamo cellule mesenchimatiche che inizialmente erano attaccate, ad un certo punto iniziano a staccarsi tra loro e formano cavità secondarie. Queste cellule poi possono anche unirsi a formare un’unica cavità centrale.
• Un’ulteriore modalità è quella che viene definita enterocelia, che avviene quando dall’archenteron inizia a crescere internamente un tubo digerente al cui interno vi è una pressione rivolta verso l’esterno. Le cellule spingendo, sporgono lateralmente e si vanno a staccare per posizionarsi nello spazio tra ectoderma ed endoderma.

In sintesi la schizocelia è la formazione della cavità grazie allo scollamento di cellule che prima erano attaccate le une alle altre. Nel caso della enterocelia dall’intestino dipartono delle invaginazioni che si staccano e si posizionano nella parte centrale del corpo dell’embrione. In realtà il risultato finale non cambia, perché si formano cavità di cellule che per la loro posizione sono cellule mesodermiche; quindi si formano delle cavità celomatiche.

Nei protostomi vi è la formazione della cavità celomatica sempre per schizocelia.
Nei deuterostomi vi è la formazione della cavità celomatica per enterocelia.

Piani strutturali del corpo degli animali

La simmetria bilaterale significa che si ha un singolo piano mediano di simmetria che è un piano sagittale che divide il corpo in 2 parti: destra e sinistra, ma anche lato dorsale e ventrale. Per gli organismi avere una simmetria bilaterale e dunque avere un piano anteriore e posteriore ben definito, è associato alla locomozione. Quindi la simmetria bilaterale è diventata dominante.

La simmetria sferica riguarda organismi che hanno corpo sferico. Negli organismi protozoi, per lo stile di vita acquatico hanno una forma sferica. Una sfera può essere tagliata con infiniti piani di simmetria. Questa simmetria sferica può essere definita meglio come radiale o raggiata e riguarda organismi come la medusa che ha un punto centrale dove c’è l’apertura della bocca, dalla quale poi c’è una cavità centrale attraverso cui il cibo può essere distribuito seguendo dei raggi, dal centro verso la periferia. Quindi possiamo individuare diversi piani di simmetria. Poi ci sono altri organismi come i ricci di mare anche se hanno una simmetria detta pentaraggiata che si realizza solo nella forma adulta perché si tratta di un adattamento secondario.

La simmetria biradiale in cui troviamo un’organizzazione con molti degli organi presenti negli animali distribuiti secondo una simmetria raggiata quando ad un certo punto c’è qualcosa che si distribuisce secondo uno schema che può essere bilaterale. Non è comune, la si trova negli anemoni di mare, nei polipi che costituiscono le barriere coralline. Sono i polipi di una colonia di una gorgonia e ciascuno di questi ha 8 tentacoli che hanno delle caratteristiche specifiche ed è una simmetria ottamera.

Altra caratteristica degli organismi animali è che alcuni possono, per la costruzione del corpo, utilizzare delle informazioni scritte nel DNA più volte, non c’è bisogno di avere nel genoma un tratto di cromosoma che descrive esattamente come deve essere costruita una determinata parte del corpo ma ci sono dei geni che servono per costruire tutta quella determinata parte e poi a differenziarla. Allo stesso modo gli organismi possono costruire parti ripetute del corpo; poiché semplicemente nello sviluppo embrionale si va ad estendere quell’area dell’embrione che si sta sviluppando e quindi permettono di costruire le diverse parti del corpo. Ad esempio il corpo dell’anellide è formato da tanti segmenti tutti uguali tra loro. Nei pesci ad esempio si trova una muscolatura segmentata, vi è una ripetizione di miomeri, che messi insieme formano i muscoli interni. Quindi il concetto di “costruzione” del corpo può avvenire con una ripetizione di moduli definiti metameri, che possono e