Appunti di zoologia

Informazioni generali sull'esame

9 CFU esame scritto dura 1h30. Esercitazioni a partire da lunedì 15 marzo. Le parole segnate in rosso bisogna saperle - usarle anche per glossario wiki.

L'evoluzione biologica

L'evoluzione biologica dà origine alla biodiversità e poi opera la selezione naturale. Quando l’uomo opera per selezione artificiale dà origine ad esempio alle razze canine.

Perché studiare zoologia?

Gli animali sono organismi eucarioti, pluricellulari, senza parete cellulare, eterotrofi, che si nutrono per ingestione. Sono particolarmente differenti l'uno dall'altro. Tre quarti dei viventi, a causa del loro metabolismo, presentano una grande varietà di piani organizzativi. Sono stati descritti più di un milione di specie di metazoi (definizione di animali secondo la definizione sopra in rosso), ma si stima ce ne siano altri 20 milioni da descrivere. Di questi, solo il 5% possiedono una corda dorsale (phylum Cordata), i restanti sono invertebrati.

Biomassa

Biomassa: modo di considerare il peso relativo di animali e piante (99% piante e 1% animali, ho quindi molte più piante, ma più specie di animali rispetto a specie di piante).

Evoluzione biologica

L'evoluzione biologica si verifica nel corso di generazioni all’interno delle popolazioni. I cambiamenti considerati evolutivi sono quelli ereditabili (zoologia evolutiva).

Filogenesi

Studia e ricostruisce le relazioni tra i vari discendenti dal progenitore comune (ipotesi monofiletica) a partire da 3,5 miliardi di anni fa.

Microevoluzione e macroevoluzione

Microevoluzione: fenomeno quotidiano (vs macroevoluzione: storia della vita sulla Terra non consente verifica sperimentale, ma si avvale della paleontologia). Gli organismi non evolvono verso il meglio, non seguono nessun percorso prestabilito o un disegno divino.

Selezione artificiale e naturale

Selezione artificiale: l’uomo seleziona sulla base di una precisa scelta. Selezione naturale: i caratteri si mescolano tra loro, dovuto al caso - lasciata all’ambiente - Darwin.

Biodiversità

Il risultato del processo evolutivo è la biodiversità; coniato per la prima volta nel 1986 - contrazione di diversità biologica - data per definire tantissimi livelli di diversità. Si riferisce all’insieme dei viventi che si sono originati attraverso l’evoluzione biologica, di cui facciamo parte anche noi. Si usa anche a riguardo di quella che deriva dalla selezione naturale o artificiale.

La vita in mare

La vita nasce in mare e per molto tempo resta in mare - qui si trova la maggior parte degli invertebrati. Per le capacità termiche e per la salinità dei mari (e le terre emerse occupano una superficie minore degli oceani). In acqua alcune funzioni biologiche sono più semplici che sulla terraferma.

Zoologia sistematica

Studieremo la zoologia sistematica (e l’evoluzione degli invertebrati): il principio classificatorio è uno solo: l'affinità tra i vari oggetti, per cui questi sono raggruppati in gruppi (taxa) di dimensioni via via maggiori. La sistematica deve riflettere la "parentela" tra le varie specie e rispecchiare quindi la filogenesi dei vari gruppi.

Architettura degli animali

Bauplan

Bauplan: schemi corporei dei diversi gruppi - permette di evidenziare il significato adattativo dello schema strutturale di un animale ed i vincoli evolutivi che operano su di esso. Lo schema strutturale dei diversi phyla animali può essere descritto sulla base di quattro caratteristiche.

Simmetria degli schemi corporei

• Sferica: tutti i piani che passano dal centro dividono il corpo in due parti identiche; assenza di polarità e differenziazione centro-periferia. No specializzazione. In pochi protozoi planctonici.
• Raggiata: più diffusa; forma generica di un cilindro con un asse principale attorno al quale sono disposte le parti del corpo; tipico di animali sessili (rimane ancorato al substrato/suolo per tutto il corso della sua vita) si distingue da animale bentonico, che vive appoggiato al suolo ma non è adeso. Non esiste un davanti e un didietro. In base al numero di piani si distingue in simmetria raggiata perfetta, pentaraggiata, biraggiata.
• Bilaterale: un solo piano di simmetria che passa lungo l’asse antero-posteriore del corpo e che divide il corpo in una porzione destra e una sinistra. Presente in animali con movimento controllato, unidirezionale. Associata a fenomeno di cefalizzazione. Nostra simmetria.

Livello di organizzazione cellulare

• Livello protoplasmico: Organismi unicellulari (protozoi). Sviluppo di organuli e strutture specializzate ad assolvere tutte le funzioni vitali. Presenza di vacuolo contrattile (osmoregolazione), citostoma (alimentazione), cilia (locomozione, movimento ameboide).
• Livello cellulare: Organismi pluricellulari privi di veri e propri tessuti (parazoi). Divisione di compiti e specializzazione. Protozoi coloniali e spugne (poriferi).
• Livello cellulare-tissutale (eumetazoi diblastici); le cellule si differenziano a seconda delle funzioni da esse svolte e formano tessuti (insieme di cellule morfologicamente simili organizzate in maniera tale da espletare una funzione specifica) es. rete nervosa degli cnidari.
• Livello di tessuti e organi (eumetazoi triblastici pseudocelomati); strutture composte da più tessuti che svolgono compiti diversi ma che insieme assolvono funzione particolare. Es. planarie, platelminti.
• Livello di sistemi di organi: (eumetazoi triblastici celomati); gli organi operano insieme per svolgere funzioni specifiche. Più complesso ed evoluto.

Il successo evolutivo degli eumetazoi risiede nel vantaggio di una struttura complessa e nella grossa taglia. Quest’ultima infatti permette di mantenere più facilmente gli equilibri omeostatici tamponando meglio i cambiamenti dell’ambiente, offre protezione contro predazione, energia metabolica utilizzata con maggiore efficienza. Svantaggi però sono: l’aumento in massa corporea richiede strutture resistenti in grado di tollerarne il peso muscoli, scheletro.

Vincoli fisici ed ecologici nell’evoluzione di grosse taglie corporee

• Il dilemma del rapporto tra superficie e volume; può diventare problematico, infatti non esistono animali “enormi”. Una volta sì, es dinosauri. Questo è spiegabile anche con la diversa concentrazione di O2 nell’atmosfera, che è cambiato nel tempo e ha svantaggiato certi bauplan.
• La superficie utilizzabile per respirazione e nutrizione può non essere sufficiente. Il problema viene superato modificando la forma del corpo (es. corpo vermiforme dei Nemertini, o piatto e largo dei Platelminti = le sue dimensioni possono essere abbastanza buone se confrontate con altri vermi a sezione cilindrica delle stesse dimensioni) e/o sviluppando sistemi interni di trasporto di nutrienti, gas e scarti.

Organismi coloniali

Colonia: associazioni in cui gli individui costituenti non sono completamente separati l’uno dall’altro, ma sono organicamente collegati o per mezzo di estensioni viventi del loro corpo o per mezzo di materiale da essi stessi prodotto. Si è spesso rivelata un vantaggio. Si ha quando la riproduzione è asessuale e quando il bauplan non consente lo sviluppo di grosse dimensioni corporee. Es: cnidari e lofoforati raggiungono grandi livelli di specializzazione.

Distinzione colonie con condivisione di tessuti (vere e proprie, es coralli) da colonie tipo struttura sociali/società (es. colonie di insetti). Esempio: cnidari idrozoi - si riproducono per ripr. asessuale e i singoli individui si specializzano a svolgere particolari funzioni.

Numeri di foglietti embrionali

La maggiore complessità nei livelli di organizzazione cellulare ha richiesto l’evoluzione di un programma di sviluppo, che dallo zigote conducesse, attraverso i diversi stadi embrionali, all’individuo maturo. I tessuti dei metazoi si sviluppano durante le fasi iniziali dell’embriogenesi. I precursori dei tessuti sono detti foglietti germinativi. Essi creano l’impalcatura sulla quale il corpo del metazoo è costruito.

In alcuni animali lo sviluppo non va oltre lo stadio di gastrula e il corpo si forma a partire da 2 foglietti embrionali = animali diblastici/diblasteri: solo ecto e endoderma. Nel corso dell’evoluzione è poi comparso un terzo foglietto = animali triblastici: endo, meso e ectoderma (uomo).

Forma e numero di cavità nel corpo

Il mesoderma in alcuni casi si può cavitare; no cavità = animali piatti (acelomati) = l’unica cavità presente sarà quella digerente. Lo spazio tra l’epidermide e il tratto digerente è completamente invaso da mesoderma, che si presenta sotto forma di ammasso spugnoso di cellule di riempimento (parenchima). Sì cavità = pseudocelomati (gli organi non hanno pareti proprie; scarsa compartimentalizzazione e scarsa possibilità di sviluppo per sistema muscolare. Tra mesoderma e endoderma cavità ripiena di liquido nella quale sono sospesi molti degli organi) o celomati (la cavità è tutta contornata da cellule di mesoderma = peritoneo, membrana).

Protozoi

Organismi unicellulari che possono essere autotrofi o eterotrofi (per la maggior parte), unicellulari o a volte coloniali; non presentano caratteristiche vegetali (no parete) e NON sono animali (sono protozoi appunto); non sono monofiletici, quindi non hanno un unico progenitore comune. Organismi molto antichi (dal Proterozoico - in quel momento l’atmosfera cominciava a cambiare e in mare comparivano i primi predatori, che erano i progenitori degli attuali protisti).

Bauplan

Organizzazione corporea unicellulare - una cellula che esegue tutte le funzioni vitali comuni ai metazoi. Si nutrono per diffusione, trasporto attivo o pinocitosi (sostanze organiche) e fagocitosi (detriti organici). Formazione sulla superficie o nel citostoma (“bocche cellulari”) di vacuoli alimentari con numerosi enzimi per digestione chimica. Lo scambio di O2 e di info con l’esterno avviene attraverso la membrana plasmatica, che può essere o meno rivestita da una pellicola.

Alcuni con forma definita e simmetria, altri no. Quelli con forma precisa hanno appunto la membrana rivestita da una pellicola, a sua volta rivestita da altre strutture più spesse proteiche o minerali, che ne definiscono la forma. (quindi alla domanda “presenta un rivestimento?” SÌ!)

Movimento e sensibilità

Per il movimento sono provvisti di pseudopodi (estroflessioni citoplasmatiche), ciglia, flagelli. In generale sono organismi caratterizzati da successo evolutivo (successo del loro Bauplan). Molti protozoi presentano alti livelli di sensibilità agli stimoli ambientali che consentono numerosi vantaggi: ciglia e flagelli per meccanocezione, termorecettori - molto importante per attività metaboliche e conseguente movimento per effettuarle, chemiorecettori, fototoprismi negativi (risposta negativa alla presenza di luce - si muovono in direzione opposta alla luce) e positivi, macchie oculari (porzioni specializzate nel recepire il fenomeno luminoso).

Sessualità e riproduzione

La sessualità in zoologia = rimaneggiamento di materiale genetico, non necessariamente legato alla moltiplicazione. Nel caso di un animale, quando questo si moltiplica, a questo processo è anche legato il processo di scambio di materiale genetico. Generazione figlia avrà genoma diverso da quello parentale. Nel caso dei protisti invece la cellula si può moltiplicare per via asessuata, senza intervento di un partner e senza rimaneggiamento del genoma. Questo produce cloni.

I protozoi si possono scambiare materiale genetico, molto importante per sopravvivere, così in caso di cambiamenti es. ambientali il nuovo genotipo sarà meglio idoneo a sopportare le condizioni mutate e a sopravvivere. Variabilità genetica = base del processo evolutivo. Una cellula spesso si divide per scissione binaria, scissione multipla, gemmazione (da una cellula genitore otteniamo più figlie, mitosi = produzione cloni). Riproduzione sessuale come scambio di materiale genetico e con formazione di nuovi organi (coniugazione).

Phyla dei protozoi

Protozoi: Phyla (ora 19 classi, ma work in progress)

• Sarcodini o Rizopodi (es ameba, privi di simmetria e si muovono grazie pseudopodi)
• Flagellati (uno o più prolungamenti, flagelli)
• Ciliati o Ciliofori (numerose ciglia, corte, raggruppate in alcune zone della membrana plasmatica o presenti in maniera uniforme sulla membrana - ME perché al limite del limite di risoluzione del MO)
• Apicomplessi o Sporozoi (capaci di produrre spore; gruppo specializzato di protisti tutti parassiti)

Sarcodini o Rizopodi

I Sarcodini si distinguono dal movimento ameboide e dalla presenza di pseudopodi e di microfilamenti di actina. All’actina possono legarsi differenti altre proteine (es la miosina) che può a sua volta formare filamenti. Actina e miosina un po' diverse dalle nostre, ma comunque simili. La formazione di legami tra microfilamenti di actina e miosina determina un accorciamento della struttura. Quando l’endoplasma si muove verso una direzione, spinge l’ectoplasma verso l’esterno e si ha la formazione di uno pseudopodio.

Gli pseudopodi possono avere forme diverse e su queste si basa la classificazione dei Sarcodini (lobopodi, filopodi, reticulopodi). La presenza o meno di axopodi (gruppo di microtubuli) all’interno dello pseudopodio hanno fatto distinguere i S. in Rizopodi (privi di axonemi) e Actinopodi (con axonemi) (non è necessario sapere vari nomi). Il movimento ameboide ha anche funzione di nutrimento. I sarcodini sono eterotrofi e assumono materiale organico dall’ambiente circostante mediante pinocitosi e fagocitosi.

Possono ingerire sostanza organica da qualsiasi punto della membrana cellulare (questo è un vantaggio, perché sono lenti e così possono mangiare appena incontrano sostanza, e uno svantaggio, perché non compartimentalizzano il processo di fagocitosi e l’alimentazione deve avvenire “a turno”, non può mangiare più cose nello stesso tempo. Deve finire la fagocitosi e espellere le sostanze non digerite prima di attivare un’altra fagocitosi - questo causa un rallentamento del metabolismo). Sono per lo più predatori. La digestione avviene nei vacuoli alimentari, nei quali sono presenti enzimi digestivi, tra cui cellulasi (molto importanti perché grazie a loro i Sarcodini sono onnivori; inoltre forniscono legame simbiontico con altri organismi). Materiale non digerito espulso in qualsiasi punto della membrana.

Sono soprattutto bentoniche, strisciando sui fondi delle acque dolci e nei fango, dove trovano batteri, alghe unicellulari e varie sostanze organiche. Es: famiglia delle Entoamebe (amebe prive di mitocondri) Commensalismo (o parassiti) - vivono soprattutto nell’intestino di vertebrati ed invertebrati (ambiente con poco ossigeno) - ha portato una linea evolutiva di questi Sarcodini ad essere veri e proprio parassiti (a trasmissione oro-fecale) (ricordiamo Entamoeba histolytica, che si riproduce per scissione multipla nell’intestino colonizzandolo - quando sono molti in numero possono penetrare dal lume all’epitelio intestinale e da qui al sistema circolatorio e poi da qui infettano qualunque altro organo, soprattutto i polmoni).

Sostegno

Possono avere solo membrana cellulare, oppure rivestimento “tunica”, spessa e formata da glicoproteine, oppure scheletri organici o inorganici. Scheletro organico di chitina (polimero della N-acetilglucosammina) e inorganico di carbonato di calcio, più abbondante diffuso (foraminiferi) o composti silicei (radiolari). Con un rivestimento ci sarà una simmetria precisa (raggiata, sferica o bilaterale). Gli scheletri vanno a costituire i fondali marini nel momento in cui gli organismi muoiono (= principali componente di gesso e calcare, materiali di costruzione). Troviamo forme fossili risalenti addirittura al paleozoico (es Fusulinidi, giganti, non più presenti causa estinzione alla fine del Permiano; ora intrappolati in rocce metamorfiche).

Riproduzione

• Scissione binaria: diffusa e frequente
• Scissione multipla: in foraminiferi e radiolari, in Entamoeba histolytica.
• Riproduzione sessuale: cicli complessi, per ora sono nei foraminiferi. Alternanza cicli sessuati a asessuati. Quelli asessuati sono sempre più numerosi perché garantiscono l’abbondanza numerica, mentre i cicli sessuati, con meiosi, costano alla cellula e non danno origine a cellule figlie, ma sono di vitale importanza per la sopravvivenza.

Flagellati o Mastigophorea

Ancora più antichi dei rizopodi, facilmente distinguibili per la presenza dei flagelli. Spesso sono coloniali. Autotrofi (fitomastigofori - probabilmente i più antichi eucarioti) ed eterotrofi (zoomastigofori). Il flagello è sempre caratterizzato da un’ultrastruttura microtubuli e microfilamenti. Il movimento del flagello può essere orizzontale o ad elica; consente movimento in tutte le direzioni. Diversi casi di flagellati bentonici che invece di utilizzare i flagelli per muoversi li usano per strisciare sul fondo e si aiutano producendo mucopolisaccaridi che consentono di scivolare sul fondo. Anche planctonici, che si muovono liberamente nella colonna d’acqua.

Pellicola molto spessa (tunica) perché intrisa di glicoproteine; le tuniche a loro volta possono contenere altre sostanze inorganiche per rendersi ancora più rigide (silice o cellulosa). Si nutrono prevalentemente per diffusione.