Appunti di Zoologia (prof. Turillazzi, prof.Baracchi, prof.ssa Scapini)

Appunti del corso di zoologia

Prof. Turillazzi, A.A. 2013-2014

Principali problematiche della zoologia:

• Classificazione
• Riproduzione
• Origine ed evoluzione degli organismi viventi

Classificazione

Sanguigni: Aristotele animali non sanguigni utili all’uomo. Cesalpino piante non utili all’uomo. Karl von Linné sviluppa il Sistema Naturae (classificazione biologica) ed è considerato il padre della moderna classificazione scientifica degli organismi viventi; introduce nel 1735 la nomenclatura binomiale.

Curiosità: Con questo metodo tassonomico a ciascun organismo sono attribuiti due nomi; il primo si riferisce al Genere di appartenenza ed è uguale per tutte le specie che condividono alcuni caratteri principali (nomen genericum); il secondo termine, spesso descrittivo, designa la Specie propriamente detta.

Ontogenesi dell'individuo

Processo di sviluppo, c’erano due teorie a riguardo:

• Prefomazione: I suoi sostenitori ritenevano che il feto fosse presente e “formato” nell’uovo o nello spermatozoo.
• Epigenesi: Teoria embriologica secondo la quale l’embrione si sviluppa gradualmente, a partire da un germe indifferenziato, con la comparsa successiva di parti dell’organismo nuove per morfologia e struttura.

Antoni van Leeuwenhoek: Inventore del microscopio, scopre nel 1674 i protozoi e successivamente gli spermatozoi. K. von Boer: Nel 1827 comunicò ufficialmente la scoperta dell’ovocito.

Problema della generazione spontanea

Francesco Redi: (periodo del metodo sperimentale) Confutazione della generazione spontanea negli insetti.

Curiosità: Redi mise un pezzo di carne in un recipiente coperto da una garza e le mosche, attratte dall’odore della carne, deposero sulla garza le loro uova, dalle quali si svilupparono le larve.

Spallanzani: Confutazione della generazione spontanea negli infusori.

Curiosità: Spallanzani fece bollire del brodo di carne per un’ora e poi sigillò i palloni di vetro che contenevano il brodo: non comparvero microrganismi. Questo e altri suoi esperimenti dimostrarono che gli infusi di materia organica non erano soggetti alla putrefazione o alla fermentazione qualora fossero stati liberati dai microrganismi. Tuttavia ciò non fu sufficiente a convincere gli assertori della generazione spontanea, che obbiettarono a Spallanzani come egli avesse escluso l’aria dai palloni, essendo convinti che l’aria fosse essenziale alla produzione spontanea dei microrganismi.

Louis Pasteur: Confutazione della generazione spontanea nei batteri.

Curiosità: Pasteur dimostrò che negli infusi di sostanze organiche, dopo ebollizione, se venivano esposti ad aria trattata con calore, non avveniva sviluppo di microrganismi, né tanto meno fenomeni di putrefazione o fermentazione. Egli chiarì che alla presenza nell’aria di microrganismi si doveva attribuire l’inquinamento degli infusi. Dimostrò sperimentalmente che la putrefazione e fermentazione erano il risultato dell’azione di sviluppo dei microrganismi.

Problema origine ed evoluzione

Buffon: Fondatore della zoogeografia; intuì l’importanza dei fossili. Jean Baptiste Pierre Antoine de Monet: Botanico e Zoologo degli invertebrati. Etienne Geoffroy Saint-Hilare: Variabilità della specie: l’ambiente influisce direttamente sul cambiamento organico dando vita a specie embrionali. Georges Cuvier: Fondatore della paleontologia; riteneva le specie immutabili ed imputò a catastrofi la scomparsa di forme estinte. Matthias Schleiden e Theodor Schwann: sviluppano la Teoria Cellulare: la cellula è l’unità base dei viventi (Omnia cellulae cellula).

Età della terra

Intorno alla metà del 1600 l’arcivescovo James Ussher, calcolò “scientificamente” in base alla Bibbia la data della creazione del mondo: secondo Ussher, Dio creò l'Universo il 23 ottobre 4004 a.C., a mezzogiorno in punto; mentre Adamo ed Eva vennero creati alle nove di domenica mattina nel 4004 a.C.

James Hutton (geologo scozzese) è considerato uno dei padri fondatori della geologia moderna, affermò che “tutto ciò che accade sulla superficie terrestre non differisce da tutto ciò che è sempre accaduto in passato.

Charles Lyell (geologo inglese): "Principi di geologia" è un libro scritto da Charles Lyell in cui si affermava che la Terra non era stata creata così come la vediamo, in forma definitiva, ma era costantemente soggetta a cambiamenti. Ma se ciò valeva per la Terra, perché non dovrebbe valere per le creature viventi? L’obiettivo di Lyell era di rendere note le tesi di James Hutton, e cioè che i lenti fenomeni naturali, possono adeguatamente spiegare i fenomeni geologici. Lyell fu il primo a diffondere il concetto "il passato è la chiave del presente", secondo il quale la Terra è stata modificata attraverso l’azione di forze in tempi lunghissimi.

Teoria dell'evoluzione

Charles Robert Darwin e Alfred Russel Wallace: Wallace formulò una personale teoria evoluzionistica simile a quella di Charles Darwin nello stesso periodo in cui lo stesso Darwin elaborava la propria. Espose immediatamente le proprie idee in un breve articolo (On the tendency of varieties to depart indefinitely from the original type) che spedì a Charles Darwin per un giudizio. Quest'ultimo, impressionato e turbato dall'incredibile somiglianza esistente tra l'ipotesi di Wallace e la propria teoria alla quale stava lavorando da vent'anni, inviò a Charles Lyell il manoscritto ricevuto, ritenendolo degno di pubblicazione. Su invito di Lyell e Hooker, Darwin accettò di pubblicare, insieme all'importante articolo di Wallace, alcuni estratti dei propri scritti inediti. La lettura pubblica dell'articolo congiunto di Darwin e Wallace, avvenuta il 1 luglio 1858 alla Linnean Society, rappresentò l'enunciazione ufficiale della teoria della selezione naturale al consesso del mondo scientifico.

Charles Robert Darwin (Shrewsbury, 12 febbraio 1809 – Londra, 19 aprile 1882) è stato un biologo, geologo, zoologo e botanico britannico, celebre per aver formulato la teoria dell'evoluzione delle specie animali e vegetali per selezione naturale agente sulla variabilità dei caratteri (origine delle specie), e per aver teorizzato la discendenza di tutti i primati (uomo compreso) da un antenato comune (origine dell'uomo).

Pubblicò la sua teoria sull'evoluzione delle specie nel libro L'origine delle specie (1859), che è rimasto il suo lavoro più noto. Raccolse molti dei dati su cui basò la sua teoria durante un viaggio intorno al mondo sulla nave HMS Beagle, e in particolare durante la sua sosta alle Isole Galápagos: nel suo viaggio visitò le isole di Capo Verde, le Isole Falkland (o Isole Malvinas), la costa del Sud America, le Isole Galápagos e l'Australia. Di ritorno nel 1836, Darwin analizzò campioni di specie animali e vegetali, che aveva raccolto, e notò somiglianze tra fossili e specie viventi della stessa area geografica. In particolare, notò che ogni isola dell'arcipelago delle Galápagos aveva proprie forme di tartarughe e specie di uccelli differenti per aspetto, dieta, eccetera, ma per altri versi simili.

Nel suo viaggio lesse gli scritti di Thomas Malthus e Charles Lyell, da cui venne influenzato: Darwin ipotizzò che, ad esempio, le differenti tartarughe avessero avuto origine da un'unica specie e si fossero diversamente adattate nelle diverse isole.

Sulla base di tali ragionamenti, ed in sintonia con i Principi di geologia di Charles Lyell e il Saggio sui principi della popolazione di Malthus (in cui si teorizzava il concetto di disponibilità di risorse alimentari intesa come limite alla numerosità delle popolazioni animali), Darwin scrisse gli Appunti sulla trasformazione delle specie. Ben consapevole dell'impatto che la sua ipotesi avrebbe avuto sul mondo scientifico, Darwin si mise ad indagare attivamente alla ricerca di eventuali errori, facendo esperimenti con piante e piccioni e consultando esperti selezionatori di diverse specie animali.

Con la teoria evoluzionistica Darwin dimostrò che l'evoluzione è l'elemento comune, il filo conduttore della diversità della vita. Secondo una visione evolutiva della vita, i membri dello stesso gruppo si assomigliano perché si sono evoluti da un antenato comune. Secondo l'opinione di Darwin, le specie nascono mediante un processo di “discendenza con variazione”. Fatto ancora più importante, nel suo trattato sull'origine delle specie, Darwin oppose la teoria della selezione naturale per spiegare con quali meccanismi avviene l'evoluzione.

Thomas Malthus (economista):

• Fu uno dei primi ad approfondire lo studio dei problemi socioeconomici;
• Mise in evidenza una correlazione tra quantità di cibo disponibile in una popolazione e il numero di individui;
• La competizione tra gli individui si traduce in una lotta per la sussistenza.

Alfred Russell Wallace: Studiando nell’Arcipelago Malese, arrivò a conclusioni sull’evoluzione molto simili a quelle di Darwin, con il quale presentò le loro scoperte nel 1857 alla Royal Society.

Osservazioni di Darwin

1. Variabilità dei tratti nei membri di una stessa popolazione;
2. Alcune variazioni sono ereditabili;
3. La produzione di figli può essere enorme ma la popolazione rimane stabile, perciò alcuni individui muoiono prima di riprodursi;
4. Alcuni individui possiedono tratti ereditabili che li rendono più adatti a sopravvivere; questi individui vivranno più a lungo e lasceranno una prole più simile a loro;
5. Le differenze nel numero di figli che sopravvivono e si riproducono, costituisce la selezione naturale.

Differenze tra la teoria di Lamarck e quella di Darwin

Lamarck giunse alla conclusione che gli organismi, così come si presentavano, fossero il risultato di un processo graduale di modificazione che avveniva sotto la pressione delle condizioni ambientali. Nel tentativo di dare una spiegazione a quella che era una prima teoria evoluzionista, egli basò la sua teoria su tre idee:

• La grande varietà di viventi: Lamarck riteneva che poche specie fossero riuscite a mutare nel corso degli anni.
• L'uso e il non uso degli arti: secondo Lamarck, le specie avevano con il tempo sviluppato gli organi del loro corpo che permettevano di sopravvivere e di adattarsi all'ambiente. Per spiegare questa idea ricorse all'esempio delle giraffe: in un primo momento, secondo Lamarck, sarebbero esistite solo giraffe con il collo corto; queste ultime, per lo sforzo fatto per arrivare ai rami più alti, sarebbero poi riuscite a sviluppare collo e zampe anteriori e quindi ad avere organi adatti alle circostanze.
• L'ereditarietà dei caratteri acquisiti: Lamarck credeva che le specie tramandassero i caratteri acquisiti (il collo e le zampe più lunghi nel caso delle giraffe) ai discendenti.

Riprendendo l’esempio della giraffa, secondo Darwin il gruppo originario presentava una variabilità nelle lunghezze del collo (chi più lungo, chi più corto); poi il carattere del collo lungo, forse dovuto a cause esterne, venne favorito dalla selezione naturale. Solo dopo molte generazioni il gruppo ha ancora una variabilità, ma presenta un generale aumento della lunghezza del collo.

Il grande evoluzionista E. Mayr distingue 6 principali teorie

1. Ontogenetiche (tendenza verso una perfezione crescente, Chambers, Eimer);
2. Induzione diretta da parte dell’ambiente;
3. Uso e disuso ed eredità dei caratteri acquisiti (Lamarck);
4. Saltazionismo (improvvisa origine di specie nuove, Hugo de Vries);
5. Differenziazione stocastica (Gulick);
6. Direzione imposta dalla selezione naturale (Darwin, Wallace).

Secondo Mayr la rivoluzione darwiniana è stata chiamata la più grande di tutte le rivoluzioni scientifiche; non solo ha sostituito una teoria scientifica con un’altra, ma ha anche richiesto un completo ripensamento della concezione che l’uomo aveva di sé e del mondo.

Perché la selezione naturale possa agire sono necessari determinati caratteri

1. Caratteri variabili nella popolazione (Variabilità);
2. Variazioni ereditabili (Ereditabilità);
3. Questi caratteri devono favorire una riproduzione differenziale relativa tra gli individui della popolazione.

Gregor Mendel

Considerato il padre della genetica moderna: il concetto base concepito dal monaco era molto innovativo, egli infatti dedusse che l'ereditarietà era un fenomeno dovuto ad agenti specifici contenuti nei genitori, al contrario di quanto creduto all'epoca. Non si può tuttavia ancora parlare di genetica. Mendel identificò dopo sette anni di selezione sette "Linee pure": sette varietà di pisello che differivano per caratteri estremamente visibili (forma del seme: liscio o rugoso; colore del seme giallo o verde): e proprio grazie a queste caratteristiche che tale pianta (Pisum sativum) si prestava particolarmente, oltre che a un semplice sistema riproduttivo; il monaco poteva impollinare a piacimento i suoi vegetali. Egli operò con un vastissimo numero di esemplari perché sapeva che le leggi della probabilità si manifestano sui grandi numeri.

Mendel prese due varietà di piante di pisello completamente diverse, appartenenti alle cosiddette linee pure (ovvero quelle nelle quali l'aspetto è rimasto costante dopo numerose generazioni), ed iniziò ad incrociare le suddette per caratteri specularmente diversi: ad esempio una pianta a fiori rossi con una pianta a fiori bianchi. Notò che la prima generazione filiale (detta anche F1) manifestava soltanto uno dei caratteri delle generazioni parentali (detta anche P) e ne dedusse che uno dei due caratteri doveva essere dominante rispetto all'altro: da questa osservazione trae origine la legge sulla dominanza. Incrociando poi tra loro le piante della generazione F1, Mendel osservò la ricomparsa, in parte della successiva generazione, di caratteri "persi" nella F1 e capì quindi che essi non erano realmente scomparsi, bensì erano stati "oscurati" da quello dominante.

Osservando la periodicità della seconda generazione filiale o F2, (tre esemplari mostrano il gene dominante e uno il gene recessivo) Mendel portò le scoperte ancora più avanti:

1. L'esistenza dei geni (detti in un primo momento caratteri determinanti ereditari);
2. I fenotipi alternativi presenti nella F2 sono definiti da forme diverse dello stesso gene, tali forme sono chiamate alleli;
3. Per dare origine alla periodicità della F2 ogni tipo di gene deve essere presente, nelle piante di pisello adulte, con due coppie per cellula che si segregano al momento della produzione dei gameti.
4. Nella selezione naturale è favorito il fenotipo (carattere dominante).

Leggi di Mendel

1. Prima legge di Mendel: ogni carattere è controllato da una coppia di fattori (gli alleli) che si separano (o segregano) al momento della formazione dei gameti.
2. Seconda legge di Mendel (legge dell’assortimento indipendente): Durante la meiosi gli alleli di un gene si distribuiscono tra i gameti in maniera indipendente dagli alleli di un altro gene.

Equilibrio di Castle – Hardy – Weinberg

La frequenza degli alleli in una popolazione rimangono costanti di generazione in generazione se:

1. La popolazione è grande;
2. C’è uguale probabilità di accoppiarsi per tutti gli individui;
3. Esiste un equilibrio nelle mutazioni degli alleli;
4. Nessun individuo migra nella o dalla popolazione;
5. Non esiste alcun tipo di selezione.

Se queste condizioni sono soddisfatte allora:

dove p e q sono le frequenze di due alleli A e a. È noto che gli alleli recessivi (in genetica si definisce allele o fattore (dal greco αλληλος, allelos, l'un l'altro) ogni variante di sequenza di un gene), che si esprimono in omozigosi, non si esprimono nel fenotipo, per cui può accadere che spariscono per un lungo periodo di tempo fino ad estinguersi; anche se a volte ricompaiono. Ad esempio l’albinismo è un'anomalia ereditaria consistente nella deficienza di pigmentazione melaninica nella pelle, nell'iride e nella coroide, nei peli e nei capelli: è un fenotipo recessivo e pertanto si manifesta in individui nati dall'incrocio di due genitori entrambi albini o eterozigoti. Se questo gene recessivo ha, in una popolazione, una frequenza di 1/20000 abitanti; quale è la frequenza degli individui Aa?

Origine ed evoluzione della vita

L'origine della vita sulla Terra è databile entro un periodo compreso tra i 4,4 miliardi di anni fa, quando l'acqua allo stato liquido comparve sulla superficie terrestre, e i 2,7 miliardi di anni fa quando la prima incontrovertibile evidenza della vita è verificata da isotopi stabili e biomarcatori molecolari che mostrano l'attività di fotosintesi. Il primo fossile ritrovato risale a 3 miliardi di anni fa (periodo archeano). Le rocce precambriane sono distribuite nelle aree centrali dei vari continenti, naturalmente entro gli strati più profondi ed antichi: il Precambriano o Archeozoico è un supereone geologico che ebbe inizio sulla Terra all'incirca 4,567 miliardi di anni fa, e perdurò fino a circa 545 milioni di anni fa, in corrispondenza con il rapido sviluppo delle forme di vita marina. Si conosce veramente poco di quest'epoca, e molto di ciò che si conos