Zoologia Sistematica - appunti

Zoologia sistematica - Prof. Marco Gamba

Lezione introduttiva

Zoologia = studio degli animali.

Sistematica = capire la varietà delle forme animali, e catalogarle cercando di comprendere come aumenta la complessità strutturale, anatomica, comportamentale; se alcuni gruppi hanno antenato comune.

NB: non troviamo mai una specie evidente che sia antenata di un’altra; si cercano parentele per comprendere se un gruppo tassonomico sia discendente da un antenato comune (es: l’uomo non discende dalla scimmia, ma abbiamo un antenato in comune).

Nella zoologia sistematica si utilizza molta multidisciplinarietà!

Spesso, nella visione dell’evoluzione, si tende a vedere gli animali più semplici come i meno evoluti, con l’uomo come ultimo stadio dell’evoluzione. In verità, non si ha uno schema preciso, ma si utilizza una visione evoluzionistica, che permette di riconoscere o di ipotizzare l’origine della diversità dei viventi e di rifiutare qualsiasi interpretazione di tipo finalistico e creazionistico.

In particolare, conoscere e riconoscere le specie presenti in un ambiente ci permette di:

• Intervenire su di esso in modo consapevole e corretto
• Comprendere segnali di sofferenza, diminuzione numerica, ecc e quindi di attuare una gestione consapevole
• Capire se si sono introdotte specie alloctone
• Avere la possibilità di studiare serie temporali (successione/permanenza di specie nel tempo)

Ripasso concetti di zoologia generale

• Evoluzione e bricolage:
  • Nuove strutture per nuove funzioni: adattamenti
  • Vecchie strutture per nuove funzioni: preadattamento (es: laringe, fatta per proteggere i polmoni; la usiamo per parlare, ma non è stata creata per questo)
• Bauplan: schema strutturale di un certo phyla -> permette di evidenziare il significato adattativo dello schema strutturale di un animale ed i vincoli evolutivi che operano su di esso. Es: la simmetria raggiata è una soluzione evolutiva ottimale per gli animali sessili; allo stesso tempo, però, è un vincolo che limita l’evoluzione di sistemi locomotori efficienti.
• Tree thinking: l’evoluzione è discendenza con evoluzione -> capire le caratteristiche di un ancestrale, mantenute o meno in una specie che vogliamo studiare. Due specie che stanno nella stessa ramificazione sono dette “specie sorelle”. L’albero si legge sempre verticalmente, quindi dalla prima ramificazione, fino alle foglie, ovvero il livello finale dell’albero che si sta guardando, detta anche clade. Tutte le terminazioni sono allo stesso livello, quindi è indifferente quale sia posta in alto e in basso. Vi sono anche delle specie cugine, posizionate sempre allo stesso livello e quindi indifferente la loro posizione a livello verticale. Specie cugine sono Ped A.

NB: nessuna specie esistente è ancestrale rispetto ad un’altra (motivo per cui è scorretto dire che gli umani discendano dalla scimmia, ma è corretto dire che abbiano un antenato comune).

Phylum

Si tratta di un gruppo di animali che presentano lo stesso piano strutturale ed hanno un unico antenato comune.

Per ogni phylum analizzato avremo una lista di caratteristiche appartenenti a quell’animale, ovvero:

• Classe
• Ordine
• Famiglia
• Genere
• Specie

Criteri di assegnazione ad un phylum:

• Morfologici
• Embriologici
• Studi di biologia molecolare (es: DNA)

Vi sono due possibilità di presentazione:

• Si sceglie un gruppo animale (Phylum) e se ne approfondiscono i vari aspetti morfologici e sistematici, si scende in dettaglio nei vari sottogruppi che lo compongono, fornendo in tal modo un metodo di studio. Si cerca poi di apprendere le caratteristiche dei gruppi non considerati, che fanno sì che gli zoologi abbiano messo in un phylum certi animali.
• Si illustrano le principali caratteristiche di tutti i gruppi (phyla) animali, in modo da presentare il quadro della grande varietà esistente. Si approfondisce poi lo studio in gruppi di interesse personale o professionale.

Tra phyla diversi vi sono anche livelli specifici molto diversi. Molte volte vi sono raggruppamenti “intermedi” (sottoclassi, superordini), che non verranno trattati.

Il concetto di superphylum si è affermato negli ultimi anni, e sono raggruppamenti di phyla che presentano alcune affinità strutturali, di cui non siamo stati capaci di capire quali siano i rapporti filogenetici.

Codice di nomenclatura zoologica, ICZN (International Code of Zoological Nomenclature): ogni specie animale ha un unico nome a livello generico che viene riconosciuto, anche se, a volte, diverse discipline usano diversi nomi per indicare la stessa specie.

Regni

Vi sono 6 regni:

• Procarioti o Monera:
  1. Eubacteria (fotosintesi e clorofilla)
  2. Archea (fotosintesi, ma senza clorofilla)
• Eucarioti:
  3. Protisti (un’unica cellula svolge tutte le funzioni vitali; si possono avere forme autotrofe ed eterotrofe, protofiti e protozoi)
  4. Funghi
  5. Vegetali (cellule con parete cellulare)
  6. Animali (pluricellulari, cellule senza parete cellulare, eterotrofe, mobili almeno in uno stadio della vita)

La grande diversità sta nei protisti e nei vertebrati; si conoscono 1.297.708 specie animali (esclusi i protisti), ma se ne ipotizzano anche fra i 3 ed i 10 milioni (fino a 100-200 mln).

La grande varietà dei vertebrati non è conosciuta! Infatti, mentre si conoscono 1.251.038 specie di invertebrati, che rappresentano circa il 96,4% del regno animale, di vertebrati se ne conoscono solo 46.670.

Inoltre, gran parte delle specie che conosciamo sono specie acquatiche e, in particolar modo, marine.

“Il compito degli animali è quello di sopravviver finché non si riproducono ed il compito degli zoologi è quello di cercare di capire come fanno” Barrington E.J.W.

Inoltre, si deve cercare di capire anche: riproduzione, confrontarsi con l’ambiente, proteggersi, nutrirsi, respirare, eliminare i cataboliti, riprodursi, ecc…

Protozoi -> Phylum Protisti

Gruppo che già va contro un concetto già detto: costruire un albero con un ancestrale comune a tutte le specie che troviamo. Infatti, i protozoi non sono un gruppo monofiletico!!!

I protozoi per definizione sono tutti unicellulari! -> sono raggruppati sul fatto che siano unicellulari ed eterotrofi e costituiscono insieme con altri organismi i protisti.

Alcuni li chiamano una “confederazione di eucarioti”, che non mostrano una vera organizzazione in tessuti come avviene in piante, funghi e animali.

Bauplan:

• Sono organismi unicellulari
• Possono essere solitari e liberi, ma anche coloniali, o parassiti
• Non mostrano uno sviluppo ontogenetico complesso, quindi non c’è tessuto embrionale ed ontogenesi di strutture come siamo soliti definirla.
• Cellule di qualche micron, ma anche di qualche millimetro
• Il rapporto superficie volume non può superare certi limiti, e quindi non possono essere tanto grandi. I vincoli della unicellularità non sono solo sulla taglia, ma anche sulla complessità di strutture e forme.

Caratteristiche generali:

• Le sostanze all’interno della cellula non si diffondono solo in modo passivo, ma si hanno dei sistemi di trasporto attivo che si riferiscono a microtubuli e reticolo endoplasmatico. I protozoi di dimensione maggiore (qualche mm; si pensa ve ne fossero di antichi di qualche cm, secondo fossili ritrovati), tendono ad avere forma appiattita. L’obiettivo è quello di aumentare le superfici di scambio, quindi si ha un sistema di membrane interne, soprattutto vescicole, che aumentano le superficie di scambio;
• Si hanno organismi con scambi gassosi che avvengono per diffusione dalla membrana cellulare (semipermeabile);
• Sistemi di escrezione ed osmoregolazione per diffusione attraverso la membrana cellulare, che in alcuni gruppi possono avvenire attraverso i vacuoli;
• Correnti citoplasmatiche, che possono funzionare come sistemi di trasporto all’interno di questi organismi;
• Scheletri di tipo organico o inorganico
• Alcuni protozoi mostrano anche una risposta a stimoli, che possono essere di tipo chimico, tattile o luminoso.
• Hanno sempre uno o più nuclei.

Sostegno e locomozione

I protozoi hanno due tipi di membrana cellulare:

• Nuda, ovvero senza pellicola esterna (es: amebe)
• Con rivestimento esterno detto pellicola, che può essere di due nature:
  • Secreta dalla cellula stessa
  • Costruita con accumulo di particelle presenti nell’ambiente.

I protozoi si muovono grazie a 3 tipi di strutture:

• Flagelli = lunghi, movimento simile a quello di una frusta
• Ciglia = corte, simili a remi
• Pseudopodi = variazioni del citoplasma per spingersi in una direzione piuttosto che in un'altra

Gran parte dei protozoi si muovono con ciglia e flagelli, ma qualcuno forma pseudopodi, formati dai protozoi con membrana cellulare nuda, perché la forma della cellula può cambiare in modo plastico.

Ciglia e flagelli:

Hanno struttura simile, con all’esterno una guaina membranosa in continuità con la membrana cellulare, ed una struttura interna fibrosa costituita da tubuli, soprattutto da proteina tubulina; i microtubuli e le altre proteine sono quelle che costituiscono l’assonema (= coppia di microtubuli centrali all’interno circondata da 9 microtubuli doppi/coppie che si trovano nella parte esterna).

Ognuno di questi microtubuli ha delle proiezioni verso le copie vicine, in entrambi i lati; la dineina (enzima) consente lo slittamento attivo di queste doppiette di microtubuli, che così scivolano l’una rispetto all’altra, permettendo al flagello di flettersi.

Vi è una parte basale che sta all’interno della membrana, in cui si ha una diversa struttura e si hanno delle triplette di microtubuli, chiamato corpo basale, che costituisce l’ancoraggio di ciglia e flagelli all’interno della membrana plasmatica.

Durante la mitosi, i corpi basali si ripartono fra le cellule figlie e si dispongono ai poli del fuso mitotico e vengono detti centrioli.

Pseudopodi:

Per quanto riguarda gli pseudopodi, invece, consentono il movimento detto ameboide, permesso grazie all’estroflessione e retrazione di braccia del citoplasma; nel citoplasma possiamo distinguere l’ectoplasma, ovvero la sua parte esterna, dall’endoplasma, cioè quella interna.

Quando l’endoplasma scorre in avanti, dopo si deve formare lo pseudopodio, entra a contatto con l’ectoplasma e si gelifica, ovvero si instaurano dei legami tra filamenti di actina e miosina nell’ectoplasma. Al contrario, quando lo pseudopodio si ritrae, allora l’ectoplasma entra in contatto con l’endoplasma e diventa semiliquido.

Si possono avere diverse forme di pseudopodi:

• Pseudopodi digitiformi/lobopodi: caratteristici del movimento ameboide
• Pseudopodi sottili/filopodi: forma ad ago; se formano un reticolato sono detti reticulopodi
• Assopodi: assomigliano ai filopodi, ma hanno un assonema costituito da microtubuli costituiti da actina e miosina, come dei flagelli.

Alimentazione

I protozoi si possono distinguere in due gruppi:

• Saprofagi -> acquisiscono le sostante alimentari che trovano nel mezzo attraverso diffusione, trasporto attivo e pinocitosi.
• Olozoici -> acquisiscono cibo solido acquisito tramite vacuoli digestivi, che consentono al cibo solido di penetrare all’interno di qualsiasi parte della superficie (es: amebe) o in zone specifiche (es: cigliofori).

Riproduzione

Possono avere riproduzione sessuale ed asessuale, in alcuni casi alternate fra loro, con schemi molto complessi nelle specie parassite.

Riproduzione asessuale:

• Dove si hanno protozoi mononucleati, quando fanno una riproduzione asessuale capita spesso per scissione binaria
• Quando si hanno dei plurinucleati (es: protozoi con macro e micro nucleo) si può avere scissione multipla, in cui da un’unica cellula madre si generano tante cellule figlie con un solo nucleo.
• Si può avere anche gemmazione nei plurinucleati, che può avvenire tramite due processi:
  • Plasmotonia, in cui una cellula madre plurinucleata dà vita a due figlie plurinucleate;
  • Endopoligenia, in cui le figlie si formano dentro la madre (es: apicomplexa).

Riproduzione sessuale:

• Secondo alcuni è una sinapomorfia del dominio degli eucarioti, ovvero un carattere derivato.
• C’è la formazione di gamonti, ovvero cellule che subiranno meiosi per dare i gameti, che possono essere coinvolti in un processo di isogamia (stessa taglia dei gameti) o anisogamia (taglie diverse).
• Si hanno anche cicli riproduttivi diversi:
  • Ciclo aplonte: si parte da gameti aploidi che formano uno zigote diploide; questo va incontro a meiosi e forma agameti/spore aploidi. Si hanno più generazioni di individui unicellulari aploidi; a volte si può avere una pluricellularità, ma sempre aplonti. Si ha la formazione di nuclei gamontici che formando i gameti e quindi si ciclizza il tutto.
  • Ciclo diplonte: si hanno gameti aploidi, una serie di generazioni di individui uni o pluricellulari con nuclei diploidi, che vanno poi incontro a meiosi e formano gameti aploidi.
  • Ciclo aplodiplonte: i gameti formano uno zigote diploide; si possono avere delle spore aploidi che danno vita ai gameti dopo alcune generazioni.

Sistematica dei protozoi

Fra i protisti si trovano 17 phyla diversi, mentre nei protozoi ve ne sono 13.

Fra i phyla principali vi sono:

• Sarcomastigofori, solitamente flagellati; al loro interno possiamo trovare diversi altri phyla:
  • Chlorophyta
  • Choanoflagellata
  • Kinetoplastida
  • Parabasilida
  • Rhizopoda
  • Granuloreticulosa
  • Actinopoda
• Apicomplexa
• Ciliophora

Analizziamo ora i diversi phyla.

Chlorophyta

• Organismi per molto tempo nelle acque
• Vivono in acqua dolce
• Sono aplodi
• Formano colonie per riproduzione asessuale che poi danno vita a gameti.

Le parti viola sono volvocidi in forma coloniale che si sono formati in modo asessuale e stanno ancora all’interno della colonia madre. Possono avere compiti e strutture diversi (per esempio se sono periferici o meno rispetto alla colonia); possono costruire dei grandi sferoidi. Il fatto che si abbiano colonie con forme diverse fa pensare che abbiano sotteso ad un organismo pluricellulare in cui le diverse cellule hanno diverse funzioni.

Choanoflagellata

• Gruppo di protozoi sessili provvisti di un gambo, attorno a cui possono formare delle colonie; si ha un flagello, un glicocalice (che si collega alla struttura di membrana tramite il collaretto costituito da microfilamenti di actina), e lobi pseudopodiali (ricordano gli pseudopodi).
• Il collaretto è una struttura che funge da rete filtrante; il flagello spinge l’acqua tramite il collaretto e le particelle in sospensione vengono inglobate grazie ad una struttura di micropseudopodi.
• Sia solitari che coloniali
• Simili ai coanociti, ovvero cellule flagellate delle spugne
• Alcuni ritengono che siano antenati dei Poriferi e di tutti i Metazoi, in cui c’era un ancestrale simile ai choanoflagellata che conosciamo oggi.

Parabasilida

• Da 4 a migliaia di flagelli. Hanno un axostilo che esce dall’estremità inferiore e serve per coadiuvare il movimento, e spesso corre lungo tutta la cellula.
• Non hanno mitocondri
• Hanno rilevanza a livello di parassitosi, in quanto comprendono dei Tricoma-didi, che sono parassiti del tubo digerente, del tratto urogenitale ma anche di alcuni tessuti; si hanno questi tipi di parassiti anche nei genitali di uomini e donne, provvisti di flagelli, nucleoli, un nucleo ed una membrana ondulante (= strutture flagellari ancorate alla membrana che possono avere estroflessioni del citoplasma).
• Si ha anche un altro gruppo chiamato Ipermastigini, che sono simbionti di termiti e blatte.

Kinetoplastida

• Sono provvisti di un flagello. Per questo motivo, un tempo erano considerati appartenenti al phylum dei flagellati o dei mastigophora; anche se hanno un flagello alcuni li considerano come fuori dai flagellati.
• Hanno un unico grosso mitocondrio, con DNA concentrato a formare cinetoplasto
• Sono eterotrofi
• Si dividono in due gruppi:
  • Bodonidi, che sono liberi
  • Tripanosomidi, che sono parassiti e causano la leismaniosi in uomo e animali (trasmessa da selvatici a domestici).

Sostegno e locomozione

I kinetoplastidi hanno una membrana cellulare con intorno una pellicola che è uno strato glicoproteico di microtubuli all’esterno e dona rigidità ai kinetoplastidi, che hanno quindi una forma stabile. Inoltre, è fondamentale per i parassiti perché gioca un ruolo nella risposta immunitaria dell’ospite. Il sistema immunitario dell’ospite, infatti, riconosce il parassita e sviluppa una risposta immunitaria, ma il parassita è in grado di cambiare la struttura chimica per non farsi più riconoscere; si hanno 100 geni che mediano la risposta e si ha un solo gene che agisce alla volta.

Nel flagello si ha una parte detta tasca attraverso cui si collegano alla membrana cellulare; si hanno strutture paraxodemali, che sono le strutture con cui il flagello è ancorato alla membrana. Quando il flagello si muove, la frustata provoca un movimento dinamico di tutta la cellula grazie al corpo parassiale, che corre lungo tutta la cellula.

Alimentazione

Per quanto riguarda l’alimentazione bisogna fare una distinzione fra le varie specie di kinetoplastidi:

• Specie libere -> acquisiscono il cibo grazie ad un citostoma/struttura citostomiale che si trova nella parte superiore. Nelle specie libere vicino al citostoma si ha un abbozzo di citofaringe.
• Specie endoparassite -> processi di pinocitosi che avvengono.