Dai concetti generali alla Sistematica e i vari phylum

Appunti di Zoologia Generale a cura di Sara Oliveri

ZOOLOGIA

Concetti introduttivi.

Studia la vita nel mondo animale: si basa sullo studio dell’Evoluzione​ attraverso lo studio

​

comparato degli organismi animali.

La descrizione degli organismi animali (attraverso le somiglianze e le

● differenze delle loro caratteristiche): Sistematica Zoologica

Struttura anatomica degli organi interni: Zootomia, Anatomia Comparata,

● Citologia e Istologia.

La storia degli organismi animali nello spazio: Zoogeografia ed Etologia.

● La storia degli organismi animali nel tempo.

●

La Zoologia è anche definita la scienza della diversità della vita animale:

Zoologia Generale​ :

Unità e diversità degli organismi animali

● Concetto di specie come base di ordinamento della diversità

● Riproduzione e sessualità nei Protozoi e Metazoi: meccanismi e significato

● evolutivo

Fecondazione e le sue modalità in organismi modello

● Ontogenesi delle forme animali con descrizione dello sviluppo embrionale, post-

● embrionale e dell’accrescimento

Concetti di evoluzione

●

Sistematica e Filogenesi Animale:

Ordinamento degli organismi viventi sulla base dei loro gradi di similarità e

​ ​

● diversità

Individuazione di relazioni filogenetiche ed evolutive tra gruppi di organismi

● 1

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Caratteri fondamentali degli organismi viventi.

Composizione chimica: C, N,H, O e altri elementi inorganici

● Metabolismo: serie di processi chimici (respirazione, digestione, assimilazione,

● escrezione)

Riproduzione: capacità di dare origine ad individui simili. Tutti gli organismi

● animali e i Protozoi eterotrofi sono composti di cellule eucariotiche che

contengono il materiale ereditario (DNA) nel nucleo.

Accrescimento: aggiunta di nuove parti tra o all’interno di quelle già esistenti

● Forma e grandezza: ogni organismo ha una sua forma e grandezza caratteristica

● (la specie)

Irritabilità: reazioni e cambiamenti ambientali (stimoli). Le caratteristiche di ogni

● vivente sono determinate essenzialmente dall’informazione localizzata nel DNA e

dalle interazioni con l’ambiente in cui vivono.

Caratteristiche degli animali:

Eucarioti, unicellulari e multicellulari

● Eterotrofia per ingestione

● Cellule senza parete, ma con giunzioni intercellulari

● Cellule differenziate, organizzate in tessuti, organi, sistemi

● Tessuto nervoso e muscolare

● Riproduzione sessuale con spermi (flagellati), uova immobili e stato diploide

● predominante

Zigote, blastula e gastrula in sviluppo

●

Aspetti dello studio degli organismi animali.

Le strutture biologiche mostrano caratteristiche peculiari ad ogni livello di

● indagine

Le cellule rappresentano le unità basilari, strutturali e funzionali degli organismi

● Il perpetuarsi della vita è possibile grazie alle informazioni ereditabili

● La forma e la funzione sono correlata a tutti i livelli delle strutture biologiche

● Gli organismi sono sistemi aperti che interagiscono continuamente con

● l’ambiente

I meccanismi regolativi assicurano un equilibrio dinamico nella struttura

● orgasmica 2

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Unità e diversità degli animale.

-Unita​ :

Tutti gli organismi richiedono acqua, godono di un’organizzazione cellulare (membrana

plasmatica, DNA e ribosomi). Il loro metabolismo è sempre basato su reazioni redox e

ATP e il DNA svolge sempre le stesse mansioni come codificare proteine e trasmette

caratteri in qualsiasi organismo animale.

-Diversità​ :

La diversità negli organismi viventi è il prodotto dell’Evoluzione.

Ma cos’è l’Evoluzione?

Il costante mutamento a cui sono andati e vanno incontro gli esseri viventi con il

trascorrere delle generazioni. Un processo cumulativo fatto di cambiamenti ereditari

trasmessi da una generazione alla successiva e trascorsi 3 miliardi di anni, a partire dalla

materie inerte e attraverso una serie lunghissima di specie diverse derivanti le una dalle

altre si è così pervenuto alle specie che oggi vivono sulla Terra.

RIEPILOGO:

Unità​ : -Tutti gli organismi hanno un progenitore comune

-Tutti gli organusmi hanno esigenze simili

Diversità​ : - Tramite riproduzione

-Mutazione ( ricombinazione, selezione naturale e migrazione)

Altri concetti importanti.

- Deriva genetica

Cambiamento del pool genetico di una piccola popolazione è può alterare le frequenze

alleliche di quest’ultima

- Effetto del fondatore

Una parte di popolazione, con un diverso pool genetico, rispetto al al resto della

popolazione si separa da quello di origine.

- Collo di bottiglia.

una popolazione si riduce drasticamente a causa di eventi casuali. 3

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L’EVOLUZIONE BIOLOGICA

SI BASA SULLA VARIABILITA’ E LA SELEZIONE DELLA VARIABILITA’ PRODUCE

DIVERSITA’

I CONCETTI FONDAMENTALI DELLA TEORIA EVOLUTIVA SONO ADATTAMENTO E

​ ​

SELEZIONE NATURALE

TEORIE SULL’EVOLUZIONE: Lamarck e Darwin.

Le molteplici caratteristiche di una data specie e i tempi e modi della speciazione

(=formazione della specie) vanno discussi nel contesto della spiegazione darwiniana del

cambiamento evolutivo.

Lamarck era convinto che le specie cambiassero nel tempo e aveva intuito che i

​

cambiamenti fossero adattativi, cioè aumentassero le probabilità di sopravvivenza degli

individui nell’ambiente. Lamarck fu il primo scienziato che tentò spiegare come le specie

cambiassero da una generazione all’altra evolvendo.

Per Darwin il diverso adattamento all’ambiente naturale dei membri di una popolazione

​ ​

si traduce in un successo riproduttivo differenziato. Il successo riproduttivo

diversificato costituisce la selezione naturale, ritenuta da Darwin il meccanismo che sta

alla base dell’evoluzione

La selezione naturale è basata sulla lotta per l’esistenza:

​ ​ ​

- Tutti i membri di ogni specie competono per il cibo, per lo spazio e per ogni

necessità vitale

Sulla sopravvivenza del più adatto​ :

​

- La capacità di un individuo (un genotipo) di sopravvivere nel suo specifico

ambiente con successo riproduttivo

Sull’​ adattamento:

- Qualsiasi caratteristica ereditaria che aumenta la capacità di sopravvivenza di un

organismo

Le pressioni evolutive​ , invece, sono fattori ambientali che inducono il fenotipo e il

​

genotipo di una popolazione a cambiare. 4

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Forze evolutive

- La variabilità ereditabile

- Il carattere delle mutazione

- La durata delle generazione dei vari organismi

- La dimensione di popolazioni dei vari organismi

- La selezione sessuali

L’​ equilibrio di Hardy-Weinberg​ dice che una condizione teorica in cui le frequenze

alleliche di una popolazione cambiano da una generazione alla successiva non subiscono

evoluzione.

Questo principio potrà essere mantenuto solo alle seguenti condizioni:

- Dimensioni delle popolazioni molto grandi

- Isolamento da altre popolazioni, senza quindi fenomeni di migrazioni

- Assenza di mutazioni

- Accoppiamento causale

- Assenza di selezione naturale

Equazione di Hardy-Weinberg

P^2 + PQ^2 + Q^2= 1

​

Uno dei parametri misurabili è il fitness​ cioè la probabilità di un genotipo di contribuire

​

alla generazione successiva, valutata mediante la sua efficienza riproduttiva.

Un’altro parametro è il coefficente di selezione​ cioè la differenza di fitness relativa tra il

​

fenotipo meglio adattato di un organismo rispetto al fenotipo meno adattati di altri

organismi conspecifici. Al fenotipo meglio adattato viene dato 1.0 come coefficente di

selezione.

ORGANIZZAZIONE GERARCHICA: livelli di complessità biologica

1. ORGANISMO​ : un individuo di una data specie

2. POPOLAZIONE​ : insieme di organismi simili (la specie), che vivono in una data

zona e sono in grado di riprodursi

3. COMUNITA’ BIOTICA o BIOCENOSI​ : insieme di popolazioni (specie diverse)che

vivnono in dato ambiete e possono interagire

4. BIOSFERA​ : l’insieme di tutti gli essere viventi 5

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BIODIVERSITA’

E’ la varietà della variabilità della vita in tutte le sue manifestazioni, ossia la variabilità tra

tutti gli organismi viventi, la più importante definizione di trova nel CBD (Convention on

Biological Diversity).

Questa si può misure tramite due parametri: ricchezza (cioè la distribuzione) e la

complessità (posizione di un organismo all’interno della catena alimentare).

Abbiamo vari tipi di biodiversità

DIVERSITA’ GENETICA​ : somma totale dell’informazione genetica contenuta nei

❏ geni di individui di animali, di piante e di microorganismi che si trovano sulla

Terra

DIVERSITA’ DELLA SPECIE:​ la varietà degli organismi viventi sulla Terra

❏ -1.5 milioni di specie descritte su 5-50 miliani di specie stimate (se consideriamo

solo gli organismi Animali)

-disparità di conoscenze poichè solo i vertebrati e le piante coi fiori sono gli

organismi meglio descritti

DIVERSITA’ ECOLOGICA​ : varietà di habitat, comunità biotiche e processi

❏ ecologici nella biosfera SISTEMATICA​

LO STUDIO DELLA DIVERSITA’ BIOLOGICA VIENE CHIAMATA .

​

❖

I metodi di classificazione: TASSONOMIA

​

Le regole di classificazione: NOMENCLATURA

​

L’organizzazione della diversità biologica: CLASSIFICAZIONE

​

La ricostruzione della storia evolutiva: FILOGENESI

​

Gli ultimi quattro termini, insieme creano la CLADISTICA

​ 6

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LA CLASSIFICAZIONE DEI VIVENTI

Classificare significa raggruppare secondo il criterio di affinità e delle somiglianze​ , ma

​

non solo caratteri esteriori.

Per esempio​ : i pipistrelli (classe mammiferi) e gli uccelli (classe uccelli) hanno le ali e

sono in grado di volare, ma appartengono a classi diverse.

La ricostruzione di una classificazione (delimitazione, raggruppamento e classificazione

degli organismi) consiste nell’analizzare i pattern di distribuzione dei caratteri tra gli

organismi.

Per mezzo di tale analisi:

❖

1. I campioni di un dato organismo vengono raggruppati in SPECIE

​

2. Le specie imparentate fanno parti di un GENERE

​

3. I generi imparentati fanno parte di una FAMIGLIA etc

​ ​

Il processo di raggruppamento crea un sistema di taxa concatenati l’uno all’altro e

sistemati in maniera gerarchica. Se i taxa sono raggruppati correttamente in base al loro

livello di

similarità la gerarchia rispecchia dei PATTERN DI DISCENDENZA.

​

CHI EFFETTUO’ LA PRIMA CLASSIFICAZIONE SCIENTIFICA DEI VIVENTI?

❖

Si deve al naturalista svedese Carlo Linneo.

​

Gerarchia Linneana​ : ​ (accanto esempio)

REGNO​ : Animalia

PHYLUM​ : Chordata (divisione per le piante)

CLASSE Mammalia

​

ORDINE​ : Primates

FAMIGLIA​ : Hominidae

GENERE​ : Homo

SPECIE​ : sapiens 7

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- Unità fondamentale di classificazione: Ogni specie è contraddistinta da un nome latino

composta da due parole: la prima, con la lettera maiuscola, si riferisce al genere (Genus),

la seconda minuscola. I nomi vanno sottolineati o posti in corsivo.

La denominazione ufficiale è completata dal nome dell’autore che descritto la specie e

dell’anno. 8

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TASSONOMIA

• E’ la Scienza che descrive e classifica la biodiversità

• Usa delle regole nomenclatoriali e delle tecniche non univoche, su caratteri di vario

tipo (morfologia, allozimi, sequenze DNA, cariotipi, ecc.)

• Il “linguaggio” è universale per ogni scienza (Microbiologia, Botanica, Micologia,

Zoologia), quindi è comprensibile a tutti gli scienziati

• Il principio è sempre quello della nomenclatura binomia di Linneo

CARATTERI TASSONOMICI:

Quantitativi

Determinazione attraverso conteggi o misure; sono espressi in numeri

continui - numeri decimale, non sono presenti stati discreti (es. altezza,

● lunghezza etc.)

meristici - numeri interi, sono presenti stati discreti (es.n° di setole; n° macchie

● alari)

Qualitativi

Descrivono la forma dell’animale o di alcune parte degli animali, gli stati sono descritti a

parole (lineare, ovale, etc)

Binari

Forme discrete in 2 stati: presenza/assenza di un carattere (es. insetti alati/insetti non

alati)

Citologici

Forma e numero dei cromosomi: si guardano le caratteristiche dei cromosomi.

I rapporti tra due entità tassonomiche (es. individuo, popolazione, specie, genere) si

rappresentano attraverso ALBERI

​

Le entità tassonomiche vengono differenziate in base a dei CARATTERI

​

I caratteri servono per creare dei gruppi tassonomici e le relazioni tra questi gruppi

vengono rappresentate attraverso grafici chiamati alberi.

Questi sono dei disegni che ci comunicano le relazioni che intercorrono tra le varie

entità tassonomiche. A,B,C,D,E..G possono essere specie, popolazioni, famiglie, non

importa il rango tassonomico considerato.

Pensiamo ad esempio che dalla A alla E siano delle specie diverse e vogliamo capire i

rapporti evolutivi che intercorrono tra le specie supposte.

Ma come si legge l’albero?

Le lettere in figura (A,B,C,D,E,F,G) rappresentano le entità derivate, derivate dal gruppo

​ ​

basale. Il progenitore sarà la​ radice​ (esistono anche alberi senza radice, perchè gli alberi

sono sempre delle inferenze, cioè la storia evolutiva dell’entità tassonomica è basata su

delle ipotesi, solo se aggiunti dati fossili abbiamo determinate certezze). 9

Appunti di Zoologia Generale a cura di Sara Oliveri

Quindi, la radice sarà l’entità originaria, da questa partono i rami. Il ramo più vicino alla

​ ​

radice si chiamerà ramo basale e i rami più vicini alle entità derivate si chiameranno

​ ​

rami terminali​ .

Altri elementi da considerare sono evidenti in figura

I nodi sono i punti di separazione: il nodo ancestrale coincide con la radice dell’albero,

​ ​ ​ ​

poiché separa la radice dal resto dell’albero; i nodi interni​ , invece, nella maggioranza dei

​

casi sono delle ipotesi, formulati in base alle analisi dei caratteri. I nodi presenti in figura

(su) sono sempre dicotonici​ , ossia il nodo separa sempre due entità e se in tutto l’albero

​

si presenta questa caratteristica, l’albero è detto risolto​ . Possiamo trovare anche anche

​

nodi con più entità annesse, in questo caso parliamo di politomia e l’albero sarà

​ ​

parzialmente risolto​ . Parzialmente poiché non sappiamo se nodi che presentano

politomia hanno entità più vicine o più lontane tra loro o rispetto ad altre (es. A--B--C

sono rappresentati con la stessa distanza ma in realtà può essere così A----B-C). 10

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TIPI DI ALBERI

Differenza di topologia (rapporto tra le varie entità tassonomiche rappresentate)

OGNI SPECIE VIVENTE E’ UN INSIEME DI CARATTERI

Ancestrali: ereditati da antenati comuni, con poche o nulle modificazione

​

Derivati:​ hanno subito modificazioni in un passato più recente

I caratteri che si modificano poco sono detti conservativi mentre quelli che si

​ ​

modificano notevolmente sono detti adattivi.

​

I caratteri presiomorfi sono caratteri primitivi conservativi che risalgono ai primi tempi

​ ​

della storia evolutiva di un gruppo

I caratteri apomorfi sono derivati, adattivi, sono specializzati.

​ ​

Per ricostruire la filogenesi si studia la condivisione dei caratteri

​ ​ ​ ​

Per rapporti diretti di discendenza: CONSERVATIVI e DERIVATI

​ ​

● Per convergenza: i caratteri derivano da rapporti di discendenza, ma sono

​ ​

● condivisi per comparsa/scomparsa in due linee evolutive

TIPOLOGIE DI METODI PER RICOSTRUIRE LA FILOGENESI

​

Metodi basati sulla stima delle distanze

● Metodi basati sulla parsimonia

● Metodi basati sulla verosomiglianza (likelihood)

●

METODI BASATI SULLE DISTANZE

I caratteri in esame vengono codificati per ogni taxon e disposti in una matrice

● SI calcolano le distanze tra queste matrici

● Alcune distanze NON sono lineari col tempo; si possono sottostimare o

● sovrastimare le distanze reali 11

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METODI BASATI SULLA PARSIMONIA

L’albero migliore è quello con il numero minore di cambiamenti. Perché?

● Statisticamente i cambiamenti evolutivi sono rari ed è improbabile che

avvengano molte volte

Svantaggio: ci possono essere molte topologie con lo stesso numero di

● cambiamenti tutte ugualmente valide; le analogie possono creare problemi

Importanza della scelta dei caratteri

●

METODI BASATI SULLA VEROSIMIGLIANZA

Deve esserci un esplicito modello di evoluzione

● Si basa sul concetto statistico di verosimiglianza

● La probabilità di osservare i dati D se è vera l’HP (modello di evoluzione). L’albero

● che ha maggiore P è da preferire.

Possiamo inoltre distinguere i carattere in:

OMOLOGIE:​ carattere condiviso da due o più specie che era presente nel loro antenato

comune