Biologia generale: riproduzione, ontogenesi e bauplan

Ermafroditismo. Su un individuo sono presenti le gonadi sia femminili che maschili. Gli ermafroditi

 possono essere: simultanei (nei casi di animali con movimenti molto rallentati o sessili, gli individui

possono al contempo scambiare gli spermatozoi e mettere a disposizione le uova. È il caso di spugne,

madrepore, coralli, lumache) oppure sequenziali (l’individuo vive fasi delle vita in cui appartiene ad un

sesso che si succedono a fasi durante cui vengono attivate le gonadi del sesso opposto, quindi di fatto

appartiene al sesso opposto. È il caso di molte specie di pesci. L’avvicendamento dei sessi può essere

detto proteroandrico se gli individui si comportano prima da maschi e mutano in femmine

successivamente, o proteroginico se nascono come femmine e diventano maschi in un secondo

momento). Si dice ermafrodita sufficiente un ermafrodita che può riprodursi in autonomia; si dice

ermafrodita insufficiente un organismo che ha comunque bisogno dell’interazione con un altro

individuo per riprodursi.

Un caso particolare di riproduzione è la partenogenesi: in alcuni animali le cellule uovo possono dare vita a

nuovi individui senza bisogno di venire fecondate dagli spermatozoi.

I rotiferi sono microscopici animali acquatici che abitano solitamente in pozze effimere ed il loro ciclo

riproduttivo è in parte partenogenetico ed in parte sessuale: quando trovano un ambiente favorevole alla

loro vita si riproducono partenogeneticamente per popolare la zona nel modo più veloce possibile finchè

l’ambiente è quasi saturo o finchè la pozza in cui vivono non inizia ad asciugarsi, in questo caso la

riproduzione diventa sessuale e le uova con patrimonio misto vengono dette “di resistenza” perchè si

schiuderanno solo quando troveranno un nuovo ambiente favorevole.

Nelle api il fenomeno che avviene è simile: l’ovario delle regine è in grado di generare sia uova aploidi (da

cui nasceranno solo femmine) sia uova diploidi (che verranno mano a mano fecondate dalle spermateche e

daranno vita ai fuchi).

Alcune specie di lucertole (che solitamente sono gonocorriche e con fecondazione interna) sono composte

solo da femmine che producono uova aploidi. In questo caso la particolarità è che l’uovo non giunge a

maturazione se non viene portato a termine una sorta di amplesso omosessuale che imita quello

gonocorrico.

Il vantaggio della riproduzione asessuale è la rapidità: pochi individui possono velocemente produrre una

grande popolazione in modo da sfruttare una risorsa temporanea e abbondante. Lo svantaggio a cui si

deve il successo della riproduzione sessuale è che lo scambio del patrimonio genetico è indispensabile al

fine dell’aumento della diversità.

La determinazione del sesso

In quasi tutti gli animali la definizione del sesso avviene su base genetica: è determinato dai cromosomi

sessuali x e y, o dalla mancanza di un cromosoma ed è solitamente dovuta all’apporto paterno.

Nei rettili e negli anfibi il sesso è determinato su base genetica ma può cambiare in base a fattori

ambientali esterni.

In alcuni animali, come la bonellia viridis, un invertebrato marino, si differenziano su base fenotipica: le

larve di bonellia nascono indifferenziate e iniziano a muoversi nell’acqua; se incontrano una bonellia adulta

la fecondano e diventano quindi maschi, ma se non trovano altre bonellia si depositano sul fondo e

diventano femmine a loro volta (si insabbiano e lasciano fuoriuscire una lunga proboscide sulla quale si

depositano le sostanze nutritive e che periodicamente riavvolgono dentro al corpo per nutrirsi. La loro

proboscide funge anche da organo sessuale perché è lì che il maschio si poggia per fecondarla).

ONTOGENESI E BAUPLAN

L’ontogenesi è l’insieme dei processi che portano alla formazione di un nuovo organismo.

Il meccanismo che si trova alla base della nascita è stato un mistero per lungo tempo e molti scienziati si

sono impegnati a dare spiegazioni più o meno scientifiche al fenomeno della gestazione e della nascita: nel

1651, lo scienziato Harvey proponeva che all’interno dello spermatozoo fosse già presente un bambino che

poi cresceva nell’utero femminile, una visione decisamente sessista della biologia che vedeva la donna

come semplice involucro con il compito di nutrire il bambino fino al momento della nascita.

Oggi in realtà sappiamo con precisione quali sono le varie fasi dello sviluppo dell’embrione:

1. Gametogenesi. Nelle gonadi di tutti gli individui adulti avviene il processo di formazione dei gameti,

cioè delle cellule sessuali con corredo cromosomico aploide che andranno poi a formare uno zigote

unendosi con i gameti del partner di sesso opposto. Chiamiamo i gameti femminili cellule uovo ed i

gameti maschili spermatozoi.

2. Fecondazione. Durante questa fase gli spermatozoi maschili incontrano le cellule uovo femminili. Solo

uno degli spermatozoi feconderà con successo la cellula uovo perché nel momento esatto della

fecondazione la membrana della cellula uovo si sdoppierà e impedirà l’accesso agli altri spermatozoi. È

in questo momento che i due patrimoni genetici si fondono e danno vita ad una sola cellula diploide, lo

zigote. A seconda dell’animale di cui si prende in considerazione il ciclo riproduttivo si possono ora

osservare due comportamenti: il nuovo individuo può svilupparsi in un individuo giovanile, oppure

può divenire una larva, che solo in un momento successivo, attraverso la metamorfosi, potrà diventare

un organismo giovanile ed, eventualmente, un adulto.

3. Segmentazione. Esistono due diversi tipi di segmentazione: la segmentazione spirale (caratteristica

dei protostomi, come molluschi, artropodi e meduse) è un tipo di divisione determinativa, cioè il

destino di ogni cellula è già determinato nel momento della sua nascita e non ha un vero piano di

segmentazione ordinato; la segmentazione radiale (caratteristica dei deuterostomi, come i cordati ed

alcuni invertebrati) avviene invece su piani di segmentazione perfettamente paralleli e non è

determinativa, infatti in questa fase ogni cellula possiede la capacità potenziale di evolversi in

qualunque altra cellula dell’organismo nascituro. Il processo della divisione cellulare è influenzato dalla

quantità di sostanze nutritive (di vitello) presenti nella cellula uovo: se la cellula uovo è isolecidica

(cioè priva o con quantità ridotte di vitello, come nell’essere umano) le cellule si dividono di più, se la

cellula uovo è telolecidica (con una grande quantità di vitello, come nelle galline) le cellule tenderanno

a dividersi meno velocemente. Dopo la fase di segmentazione dello zigote per mitosi si può osservare

un gruppo di cellule (i blastomeri) che chiamiamo blastula al cui interno si distingue una cavità, il

blastocele.

4. Gastrulazione. Il processo successivo alla segmentazione consiste in un insieme di movimenti di gruppi

di cellule che formano una nuova struttura, la gastrula, e nella formazione dei tre foglietti germinativi

dell’organismo. La formazione dei foglietti germinativi è dovuta a diversi fenomeni a seconda del tipo

di animali, nell’uomo avviene per invaginazione: durante la gastrulazione infatti il liquido blastocelico

viene in parte riassorbito mentre la cellula assume una forma di C, all’interno della quale si forma una

nuova cavità, detta archenteron, che comunica con l’esterno attraverso il blastoporo che diventerà la

bocca nei protostomi e l’ano nei deuterostomi; in alcuni deuterostomi l’archenteron dà forma ad un

intestino a fondo cieco in cui la bocca e l’ano coincidono, mentre in animali con strutture organizzative

più sviluppate l’intestino diventa completo. La gastrula a questo punto non ha più un solo strato di

cellule ma tre strati: chiamiamo quello più esterno ectoderma (che andrà a formare il derma ed il

tessuto nervoso), quello intermedio mesoderma (che costituirà alcuni organi come reni e cuore, i

gameti, parte del tessuto muscolare e i tessuti connettivi) ed il più interno endoderma (che invece

formerà i tessuti epiteliali interni come l’intestino). Quasi tutti i metazoi sono triblastici, ma alcuni

animali primitivi sono privi del mesoderma ed al suo posto hanno uno pseudotessuto, il mesodia, si

dicono quindi diblastici. Una volta completa la fase dell’invaginazione si forma una terza cavità

all’interno del mesoderma: il celoma, che è delimitato da uno strato di cellule ed ha la funzione di

accogliere e rivestire gli organi interni. Gli animali si dividono in acelomati (platelminti), cioè privi di

celomi, pseudocelomati (nematodi e rotiferi), cioè che non possiedono un vero celoma ma piuttosto

una cavità che deriva dal blastocele e riempita da un liquido organico e celomati, cioè che possiedono

uno o più celomi di rivestimento degli organi. L’essere umano ha tre celomi che contengono il cuore, i

polmoni e l’intestino. Nei protostomi il celoma si forma per escavazione di bande mesodermiche

(schizocelia, caratteristica di molluschi, artropodi e anellidi), mentre nei deuterostomi si forma per

estroflessione dell’archenteron (enterocelia, caratteristica di cordati, emicordati ed echinodermi).

5. Organogenesi. È l’ultima fase di sviluppo dell’embrione, durante la quale le diverse parti dell’individuo

si sviluppano fino al momento della nascita.

In base allo studio dell’onotgenesi di un individuo, questo può presentare due diversi tipi di simmetria: la

simmetria radiale è caratteristica di meduse, coralli o anemoni di mare, questi animali hanno un corpo che

possiamo dividere in piani di simmetria che intersecano in un asse oroaborale e sono spesso sessili cioè

non vanno in cerca del cibo ma aspettano che questo casualmente li raggiunga ed hanno riproduzione

esterna (ecco perché la simmetria radiale è più diffusa negli animali marini piuttosto che nei terrestri) si

può individuare un’ulteriore divisione in animali bentonici (che vivono attaccati al substrato) o planctonici

(che nuotano nell’acqua; la simmetria bilaterale è tipica dell’uomo e di quegli animali che possono essere

idealmente divisi in due parti speculari fra loro da un piano antero-posteriore, questi animali sono

solitamente vagili cioè a riproduzione interna (spesso sono dotati di organi copulatori) e con la capacità di

muoversi sul substrato o nuotare nell’acqua per cercarsi le risorse di cui hanno bisogno, sono spesso

predatori questo gruppo di metazoi può essere classificato ulteriormente in base alle cavità corporee che

presentano (acelomati, pseudocelomati, celomati).

Visto che gli animali più semplici hanno