Appunti esame zoologia

Lo zoologo e la biodiversità

Lo zoologo studia gli animali e si occupa quindi di zoologia, una delle principali discipline biologiche. La biodiversità si spiega: 1) a livello genetico suborganismico, 2) a livello di specie organismico, 3) a livello di ecosistema sopraorganismico. Il DNA è la principale molecola responsabile della diversità. Specifiche regioni del DNA dette geni codificano per specifici tipi di proteine. L’ambiente esterno (e non solo le mutazioni casuali) influenzano questa diversità. Esistono anche alterazioni artificiali (OGM). La biodiversità non è costante in quanto cambia nello spazio e nel tempo. Possiamo affermare con certezza che la biodiversità fino ad oggi ha seguito un percorso sempre in ascesa, accompagnata da un costante aumento di complessità.

Definizione di animale

Lo zoologo si occupa quindi di animali… ma cos’è un animale? Un animale è un organismo eucariote pluricellulare, le cui parti presentano un grado più o meno elevato di specializzazione. Un animale può essere descritto anche sulla base delle sue necessità fisiologiche: un animale è un sistema autonomo non chiuso che scambia con l’ambiente in ingresso (cibo, gas respiratori) e in uscita (feci, gas respiratori, cataboliti e gameti). Le funzioni necessarie sono l’isolamento dall’esterno, il sostegno, il movimento, l’alimentazione, la respirazione, la circolazione, la secrezione, l’escrezione e l’osmoregolazione, la riproduzione e il controllo nervoso che connette tutte le funzioni.

Distribuzione delle specie animali

La maggior parte degli animali, il 95% delle specie animali sono invertebrati, vive in acqua nell’ambiente. L'80% delle specie animali sono artropodi bentonici. Qui l’isolamento riproduttivo è meno probabile. Il 75% delle specie animali sono insetti che vivono sulla terra mentre il 66% delle specie animali sono coleotteri. La dispersione è superiore (molte specie marine hanno stadi planctonici che determinano maggiore dispersione). Solo il 5% delle specie animali sono vertebrati.

Microbiota intestinale

Il microbiota intestinale è l’insieme dei microorganismi residenti nell’intestino a cui ci si riferisce anche con il termine di “flora intestinale”. La parola microbiota indica infatti la popolazione composta da tutti i microrganismi che risiedono in un certo ambiente. Esistono diversi tipi di microbiota. Microbiota si riferisce a una popolazione di microrganismi che colonizza un determinato luogo. Il termine microbioma invece indica la totalità del patrimonio genetico posseduto dal microbiota, cioè i geni che quest’ultimo è in grado di esprimere.

Categorie e classificazione degli animali

Gli animali sono raggruppati in categorie in base alle caratteristiche, alle somiglianze, alle diversità, alla distribuzione e alla storia naturale. Queste categorie sono molto importanti soprattutto per la produzione di farmaci. Le similarità possono essere analogie/omoplasie o omologie.

Definizioni di analogia e omologia

• Analogia: caratteri condivisi da due o più specie che però non erano presenti nel loro antenato comune.
• Omologia: caratteri condivisi da due o più specie presenti nel loro antenato comune.

Sistematica e tassonomia

La sistematica è la base storica della conoscenza biologica e si occupa di identificare e classificare gli organismi viventi. Identificazione e classificazione sono quindi i due momenti della sistematica. I vari gruppi sono detti gruppi tassonomici/regni. Esistono 5 grandi gruppi tra cui i gruppi unicellulari (monère e protisti) e i gruppi pluricellulari (funghi, piante e animali). Ci sono via via cassetti più specifici (phylum, classe, ordine, famiglia, genere, specie). La sistematica si avvale di metodi che vengono studiati nella tassonomia e utilizza le regole definite dalla nomenclatura.

Cos'è la specie?

È un rango tassonomico caratterizzato da una nomenclatura binomia, in cui il primo termine identifica il genere ed è scritto sempre in maiuscolo (Genere specie). La corretta nomenclatura prevede anche l’aggiunta del nome del descrittore e dell’anno di descrizione. Sintesi moderna → la specie è un insieme di individui interfecondi capaci di produrre progenie fertile. Le mutazioni di varia natura determinano variazioni fenotipiche selezionabili ed ereditabili. Tale definizione, per quanto rigorosa, non è rigidamente applicabile in campo botanico, paleontologico e microbiologico. Esistono moltissime definizioni di specie: specie tipologica (Linneo), specie biologica (Darwin), specie ecologica, specie evolutiva (Simpson) ecc. La specie evolutiva è la sola a tener conto del parametro temporale.

Filogenesi e sistematica

Filogenesi è la ricostruzione della storia evolutiva degli organismi. La ricostruzione della filogenesi si basa sull’analisi comparativa dei caratteri. In sistematica un carattere può essere presente in 2 stati: lo stato plesiomorfo ancestrale e lo stato apomorfo derivato, risultato di una trasformazione più recente. Si ha sinapomorfia quando un carattere derivato è condiviso da due o più taxa mentre la simplesiomorfia consiste nella condivisione di caratteri ancestrali. Un caso particolare è quello della convergenza, in cui stati derivati del carattere in seguito a eventi indipendenti di comparsa o scomparsa sono condivisi in due linee evolutive separate che non derivano da rapporti diretti di discendenza.

Cladistica

La cladistica viene utilizzata per ipotizzare le relazioni fra gli organismi ed è il miglior metodo possibile per compiere un’analisi filogenetica. La cladistica è basata sulla possibilità di formare alberi filogenetici detti cladogrammi. Questa metodologia permette grandi generalizzazioni ma è molto facile commettere errori (analogia/omologia).

Cambiamento evolutivo

Il cambiamento evolutivo si può realizzare con due modalità principali: anagenesi (non porta a nuove linee evolutive) e cladogenesi (porta a nuove linee evolutive). Nella cladogenesi si realizza la comparsa di 2 specie, per questo si parla di speciazione. In un albero si possono identificare diversi gruppi: gruppi monofiletici (antenato esclusivo e tutti i discendenti), gruppi parafiletici (antenato esclusivo ma non tutti i discendenti), gruppi polifiletici (nessun antenato).

Evoluzione

In biologia, con il termine evoluzione, si intende il cambiamento, all'interno di una popolazione, delle caratteristiche ereditabili col passare delle generazioni. Sebbene i cambiamenti tra una generazione e l'altra siano generalmente piccoli, il loro accumularsi nel tempo può portare un cambiamento sostanziale nella popolazione, attraverso i fenomeni di selezione naturale e deriva genetica, fino all'emergenza di nuove specie.

Selezione naturale

• Selezione stabilizzante: la selezione favorisce fenotipi intermedi;
• Selezione direzionale: la selezione favorisce un singolo fenotipo estremo;
• Selezione divergente: la selezione favorisce i fenotipi estremi;
• La selezione sessuale porta a dimorfismo sessuale (corteggiamento maschio/femmina).

Speciazione

La speciazione è il punto chiave dei processi evolutivi, è un evento di diversificazione lungo una linea evolutiva che porta alla formazione di 2 o più specie. La speciazione è un fenomeno molto lento infatti non può essere osservato direttamente ma può essere ipotizzato sulla base di modelli teorici. La speciazione si crea per isolamento riproduttivo dovuto a barriere riproduttive. La speciazione si attua attraverso 4 modelli principali:

• Speciazione allopatrica: un isolamento geografico divide in 2 parti la popolazione originaria;
• Speciazione simpatrica: la popolazione si divide in 2 parti senza che ci sia un vero e proprio isolamento geografico;
• Speciazione parapatrica: una piccola popolazione che si trova isolata ai margini di una popolazione più grande, rimane in contatto con la popolazione originaria ma forma una nuova specie;
• Speciazione peripatrica: una piccola popolazione che si trova isolata ai margini di una popolazione più grande, perde ogni contatto con la popolazione originaria dando origine a una nuova specie.

Barriere riproduttive

Le barriere riproduttive sono caratteristiche biologiche proprie degli organismi e possono essere prezigotiche (precedono la formazione dello zigote) o postzigotiche (agiscono dopo la formazione degli zigoti ibridi… dopo la fecondazione).

Barriere prezigotiche

Le barriere prezigotiche impediscono l’accoppiamento o la fecondazione tra specie diverse e distinguiamo 5 tipi:

• Isolamento temporale: avviene quando 2 specie si accoppiano in momenti diversi;
• Isolamento ecologico: legato a caratteristiche ambientali;
• Isolamento comportamentale: assenza di attrazione sessuale tra maschi e femmine di specie differenti;
• Isolamento meccanico: dovuto a caratteristiche anatomiche;
• Isolamento gametico: un maschio e una femmina di specie differenti si accoppiano ma i gameti non possono formare lo zigote.

Barriere postzigotiche

Esistono diversi tipi di barriere postzigotiche:

• Sterilità degli ibridi: gli ibridi possono svilupparsi normalmente in adulti, che però, quando tentano di riprodursi, risultano sterili. I muli, derivanti dall’accoppiamento fra asini e cavalle, sono sani ma quasi sempre sterili;
• Riduzione delle vitalità dell’adulto ma anche dello zigote;
• Degenerazione degli ibridi: prole debole destinata a morire.

Sviluppo embrionale

Lo sviluppo inizia con la formazione dello zigote e termina con il raggiungimento della maturità sessuale. Si distinguono lo sviluppo embrionale (dallo zigote alla nascita) e lo sviluppo post-embrionale (dalla nascita al raggiungimento della maturità sessuale). L’embriologia studia i fenomeni legati allo sviluppo di un individuo a partire dalla fecondazione dei gameti e comprende 3 fasi: segmentazione, gastrulazione, organogenesi.

Fasi dello sviluppo embrionale

1. Lo sviluppo embrionale è sostenuto dal vitello (o tuorlo) presente all’interno dell’uovo. Si distinguono vari tipi di uova in base alla localizzazione e alla quantità del vitello:
   • Uova alecitiche → non hanno tuorlo
   • Uova oligolecitiche → hanno poco tuorlo… distribuito uniformemente nella cellula → isolecitiche
   • Uova mesolecitiche → hanno poco tuorlo… addensato in un polo → telolecitiche
   • Uova megalecitiche → hanno molto tuorlo → centrolecitiche (concentrato nella parte più interna) / telolecitiche
2. Segmentazione: Dopo la fecondazione avviene la segmentazione. La segmentazione comporta la divisione per mitosi successive dell’uovo fecondato in blastomeri. Dopo una serie di mitosi si arriverà a uno stadio detto morula. I blastomeri della morula sono cellule totipotenti ossia non ancora specializzate. La segmentazione è:
   • Totale o oloblastica → avviene nelle uova con poco tuorlo (alecitiche, oligolecitiche e mesolecitiche). Può essere a spirale (subeguale e diseguale), radiale, bilaterale e rotazionale. La segmentazione radiale ha uno sviluppo regolativo: ogni cellula contiene l’informazione completa. Al contrario nella segmentazione a spirale nella fase a 4 blastomeri le cellule sono specializzate e non totipotenti.
   • Parziale o meroblastica → avviene nelle uova con molto tuorlo (megalecitiche). Può essere discoidale e superficiale.
3. Gastrulazione: Dopo la segmentazione si forma la blastula che è diversa dalla morula in quanto presenta una cavità interna detta blastocele. A seconda della segmentazione totale o parziale abbiamo rispettivamente la formazione di una celoblastula (presenta il blastocele) e di una discoblastula (non presenta il blastocele). Lo sviluppo prosegue con la gastrulazione, fase che porta alla formazione dei foglietti embrionali. La gastrulazione inizia quando le cellule del polo vegetativo si appiattiscono e si invaginano nel blastocele che viene progressivamente ridotto. Questo spostamento di cellule, definito embolia, è accompagnato da un movimento di epibolia delle cellule che restano in superficie. Il blastocele quindi si invagina e si forma l’archenteron. L’apertura dell’archenteron è il blastoporo (che formerà l’ano nei deuterostomi e la bocca nei protostomi). In questa gastrula primitiva si riconoscono quindi l’ectoblasto e l’endoblasto. Alcuni organismi detti “diblastici” matureranno a partire solamente da 2 foglietti embrionali: ectoderma ed endoderma. Inizia poi una migrazione di cellule che dal blastoporo vanno a incunearsi tra i due foglietti embrionali formando il mesoderma, il terzo foglietto embrionale. Gli organismi con questa ulteriore maturazione sono detti “triblastici”. Da questi foglietti embrionali derivano, nelle successive fasi di sviluppo, tutti i tessuti, organi e sistemi che caratterizzano i metazoi.
4. Cavità del corpo: Tutti gli organismi hanno cavità che servono a delimitare gli organi interni (archenteron, cavità primaria ossia blastocele e cavità secondaria ossia celoma). Tra gli organismi distinguiamo:
   • Acelomati → sono organismi diblastici primitivi e sono privi di cavità corporee;
   • Celomati → sono organismi triblastici dotati di celoma delimitato da peritoneo;
   • Pseudocelomati → sono organismi dotati di celoma privo di peritoneo e rivestito solo dall’ectoderma.
   Il celoma conferisce a organismi senza scheletro strutturato molti vantaggi funzionali. Nell’uomo è ridotto in quanto è presente uno scheletro strutturato. Le funzioni sono:
   • I fluidi all’interno della cavità agiscono come sistemi di distribuzione;
   • Grazie alle cavità gli animali possono aumentare le proprie dimensioni;
   • Le cavità sono zone di immagazzinamento;
   • Organi multipli possono essere ridotti in una sola struttura;
   • I liquidi funzionano da scheletro idraulico;
   • Si possono formare proboscidi (maggiore diversificazione dei sistemi nutritivi);
   • Maggiore efficienza dell’organismo.
   Il celoma può formarsi per schizocelia (protostomi) o enterocelia (deuterostomi).
5. Organogenesi: Si verificano poi l’organogenesi (fase dello sviluppo embrionale durante la quale si formano i tessuti e gli organi definitivi e si determina l’accrescimento del corpo dell’embrione) e i vari processi di differenziamento. Si possono riconoscere diversi livelli di organizzazione della complessità degli animali:
   • Livello del protoplasma → tipico degli unicellulari che svolgono tutte le funzioni in un’unica cellula eucariote, con organuli e compartimentalizzazione;
   • Livello cellulare → aggregati di cellule con suddivisione di compiti;
   • Tessuti → le cellule si organizzano in tessuti;
   • Organi → i tessuti si organizzano in organi;
   • Sistemi o apparati → gli organi si organizzano in sistemi/apparati.

Bauplan e simmetria

Bauplan: è lo schema strutturale del corpo ed è definito da una simmetria, dalla triblastia o diblastia, dalla protostomia o deuterostomia, dalle cavità corporee e dalla metameria (costituzione particolare dell'organismo di vari animali, con ripetizione di parti che comprendono le stesse unità funzionali). La simmetria è:

• Sferica: è tipica degli animali più semplici privi di polarità;
• Radiale: è tipica degli organismi con polarità e permette di interagire con l’ambiente a 360° (predatori passivi);
• Bilaterale: è la simmetria più evoluta, è tipica degli organismi con polarità e cefalizzazione (predatori attivi).

Protozoi

Sono collocati nel regno dei protisti. I protozoi sono un gruppo eterogeneo di microrganismi eucarioti unicellulari (3-4 mm) (per questa condizione la cellula-μm/protozoo è strutturalmente e funzionalmente più complessa di una cellula di un organismo pluricellulare metazoo), diffusi in quasi tutti i tipi di habitat possibili. Esistono sia forme coloniali sia forme solitarie. Il plasmalemma è la barriera che fornisce protezione e isolamento dall’ambiente circostante ma permette anche lo scambio di sostanze con l’esterno e la percezione di stimoli di varia natura. Sotto il plasmalemma troviamo una pellicola. Al mantenimento della forma corporea contribuisce il citoscheletro (microtubuli, filamenti intermedi e filamenti di actina che permettono il movimento). Il movimento si realizza mediante ciglia e flagelli o con l’emissione di pseudopodi. La forma del protozoo può essere garantita anche dalla secrezione di gusci, teche o loriche. Il citoplasma è diviso in una regione più interna, fluida e granulare detta plasmasol e in una regione periferica compatta detta plasmagel. Nel citoplasma troviamo RER, REL, lisosomi, perossisomi (detti anche gliossisomi), plastidi, mitocondri, Golgi. Ci sono anche organuli particolari come glicosomi, enzimi glicolitici, idrogenosomi (svolgono funzione ossidativa in assenza di mitocondri) ed estrusomi (coinvolti nell’esocitosi e nell’attacco alla pellicola es. tricocisti, mucocisti, toxocisti, cinetocisti, aptocisti). Troviamo anche vacuoli contrattili che sono costituiti da una cisterna centrale connessa a una serie di cisterne tubulari e ampolle del RE che drenano l’acqua in eccesso attraverso un complesso sistema di pompe ioniche. I vacuoli contrattili sono anche in grado di regolare la concentrazione citoplasmatica di alcune specie ioniche.

Locomozione

Locomozione: può avvenire con diverse modalità

• Movimento ciliare a remi;
• Movimento ameboide (emissione di pseudopodi);
• Movimento flagellare (propulsione mediante flagelli).