Riassunti di Zoologia corso completo

Università di Catania - Luigi Fiorentino

Facoltà di Scienze Biologiche, L-13

Riassunti di zoologia

Programma del corso

I – Caratteristiche degli animali

Cos’è un animale. Funzioni: metabolismo, respirazione e scambi gassosi, alimentazione e trasporto, escrezione e osmoregolazione; interazione con l’ambiente: organi di senso e sistema nervoso; sostegno e movimento. Omeostasi (es: regolazione della temperatura, osmoregolazione).

La riproduzione: Sessualità e riproduzione sessuale. La riproduzione sessuale nei Metazoi. Meiosi e gametogenesi. Anfigonia e partenogenesi. Le condizioni di sessualità: gonocorismo ed ermafroditismo. Caratteri sessuali secondari e dimorfismo sessuale. Inseminazione e fecondazione. Strategie riproduttive. La riproduzione asessuale nei Metazoi. Riproduzione e sessualità nei Protozoi. Posizione della meiosi nel ciclo vitale degli organismi.

Sviluppo embrionale: tipi di uovo, segmentazione, gastrulazione. Foglietti embrionali. Sviluppo post-embrionale; modalità di vita.

II – Classificazione, filogenesi e organizzazione degli animali

Evoluzione e diversità animale. Le categorie tassonomiche. La specie. Regole di nomenclatura. Concetto di omologia. Filogenesi e alberi filogenetici. Metodi di classificazione. Principali vie evolutive degli animali.

III – Protozoi

Caratteristiche generali; cenni sulla classificazione; principali taxa, con particolare attenzione ai Protozoi parassiti dell’uomo.

IV - Metazoi

Evoluzione del piano organizzativo nei principali taxa animali. Modelli di organizzazione. Simmetria e movimento. Origine della pluricellularità e principali vie evolutive. Morfologia e radiazione adattativa dei principali Phylum dei Metazoi: Poriferi, Cnidari, Ctenofori, Platelminti (con particolare attenzione ai principali parassiti dell’uomo), Nemertini, Molluschi, Anellidi, Rotiferi, Lofoforati (Briozoi), Nematodi (con particolare attenzione ai principali parassiti dell’uomo).

Artropodi: caratteristiche generali; Chelicerati, Crostacei, Miriapodi, Esapodi. Echinodermi. Cordati: caratteristiche generali e classificazione; Tunicati, Leptocardi. Principali tappe dell’evoluzione dei Vertebrati.

Parte Generale

Capitolo 1: Che cos’è un animale?

Un animale è un organismo pluricellulare costituito da più cellule eucariotiche, prive di parete, con metabolismo eterotrofo:

• Eucariota perché: costituito da cellule eucariotiche, più complesse rispetto a quelle procariotiche, dalle quali differiscono per via della presenza di una organizzazione compartimentale ben definita nella cellula; dalla presenza di un nucleo ove contenute le molecole di materiale genetico che invece risultano a diretto contatto con il citoplasma nelle cellule procariotiche; dalla presenza stessa di un quantitativo maggiore di materiale genetico negli eucarioti rispetto al singolo filamento (spesso circolare) di DNA nei procarioti; dalla presenza di organuli cellulari (come apparato di Golgi) altrimenti assenti nelle cellule procariotiche.
• Pluricellulare perché: la pluricellularità presenta un più alto grado di evoluzione visti i vantaggi sotto due punti di vista principalmente:
  • Aumento della superficie totale e delle dimensioni dell’organismo.
  • Specializzazione delle varie cellule con possibilità di formazione di tessuti, organi e apparati specializzati.
• Eterotrofi perché: tutti gli organismi sono dotati di sofisticati meccanismi e strutture complesse e ordinate, essi per vivere hanno bisogno di scambiare energia e materia con l’ambiente, quindi sono dei sistemi aperti. Questi scambi avvengono grazie a una serie di reazioni chimiche all’interno delle cellule, che costituiscono il metabolismo. Gli organismi si suddividono in:
  • Autotrofi: quelli che sono in grado di sintetizzare in proprio le molecole organiche, ricche di energia, a partire dalle sostanze inorganiche e si distinguono in:
    • Fotosintetici: ovvero quegli organismi che ricavano l’energia dal Sole, ovvero attraverso la radiazione elettromagnetica.
    • Chemiosintetici: ovvero catturano l’energia liberata da reazioni chimiche specifiche.
  • Eterotrofi: non riescono a sintetizzare la materia organica dalla quale trarre energia ma dipendono da fonti esterne per ottenerla, usandola sia come fonte di energia sia come materiale da costruzione. Tutti gli animali, i funghi e anche molti organismi unicellulari sono eterotrofi. Gli animali ricavano energia dalla materia organica attraverso l’ingestione di altri organismi.

Tali organismi hanno dunque, per via della loro crescente tendenza a sfruttare risorse da qualsiasi tipo di sorgente per ricavare energia, sviluppato adattamenti che permettono di utilizzare le risorse disponibili grazie all’attività degli autotrofi.

Il metabolismo è l’insieme dei processi chimici in un organismo che portano alla degradazione della materia organica per ricavarne energia immagazzinata in molecole specifiche dette ATP; tale processo comprende alcuni processi che, in base alla complessità dell’organismo, sono delegati ad apparati, tessuti e organi specializzati:

• Alimentazione e digestione
• Trasporto
• Respirazione e scambi gassosi
• Escrezione

La gran parte degli animali, al contrario della gran parte dei vegetali, non è rimasta ancorata al suolo, ma per guadagnarsi l’energia necessaria ha sviluppato meccanismi di movimento (muscoli, ciglia, flagelli) e organi di senso e sistema nervoso. Tutti gli animali hanno sviluppato meccanismi di mantenimento degli equilibri chimico-fisici interni, ciò va sotto il nome di omeostasi; tutti gli animali inoltre sono dotati di organi riproduttivi.

Capitolo 2: L’alimentazione

In base alle modalità di alimentazione gli animali possono essere classificati in:

• Erbivori: animali che si nutrono principalmente di piante; tra questi ricordiamo alcuni mammiferi (ruminanti e non), insetti (grilli e insetti stecco), molluschi e ricci di mare.
• Carnivori: si nutrono di altri animali, o erbivori o altri carnivori. Leoni, ragni, tigri, calamari, libellule sono in particolare predatori, in quanto si nutrono di animali vivi. Tra i carnivori, ricordiamo i cacciatori che inseguono la preda e la catturano da soli o in branco. Frequente tra i predatori è l’uso di agguati praticato con varie modalità di mimesi; oppure l’uso di sostanze tossiche, metaboliti secondari come nel caso di alcuni Cnidari. Mentre i saprofagi come sciacalli e avvoltoi si nutrono di resti di animali morti.
• Onnivori: si nutrono sia di piante che di animali. L’uomo e il maiale forniscono ottimi esempi.
• I Filtratori: comprendono una classe vasta di animali, che raccolgono il cibo sospeso in acqua, tra essi ricordiamo: molluschi bivalvi (cozze, vongole e ostriche), balenottere azzurre, spirografi e spugne di mare. Alcuni animali sospensivori dunque praticano la filtrazione di masse d’acqua con appositi apparati: l’acqua entra all’interno del corpo attraverso i numerosi pori sulla superficie e grazie al movimento coordinato di ciglia e flagelli che tappezzano le spongocele, le particelle di nutrienti vengono intrappolate dalle corone di coanociti e la digestione è così endocellulare. La filtrazione attiva è un tipo di filtrazione accoppiata agli organi respiratori, l’acqua entra dal sifone inalante anteriore, le particelle in essa vengono intrappolate dal muco iodato prodotto dalle cellule dell’endostilo e poi viene espulsa dal sifone esalante determinando anche il movimento dell’intero organismo.
• Detritivori: come lombrichi, millepiedi, e ofiure che si nutrono attivamente della sostanza organica morta.
• Animali che si nutrono di materiali liquidi: se tali liquidi sono di origine vegetale allora è il caso di afidi e cicale; se sono di origine animale come il sangue, si tratta perlopiù di animali parassiti ematofagi come zanzare, sanguisughe, pulci. Acari ed altre specie sono succhiatori sia di liquidi vegetali che animali. Gli Anellidi Irudinei (ad esempio, le sanguisughe) sono organismi ematofagi spesso dotati di una potente ventosa che circonda la loro bocca con la quale si attaccano al tessuto per succhiarne il sangue.

Un esempio di radiazione adattiva (ovvero fenomeno di rapida diversificazione di nuove specie a partire da un antenato comune) conseguente alle modalità di alimentazione, è costituito dai MOLLUSCHI.

Procurarsi il cibo non è però condizione sufficiente per poter soddisfare al proprio fabbisogno energetico. Occorrono nell’organismo anche apparati organizzati in grado di fornire alle singole cellule il nutrimento. Il cibo infatti deve essere digerito, assorbito e distribuito;

• La digestione è l’insieme dei processi in cui le macromolecole organiche vengono demolite in piccole molecole, sub unità monomeriche facili da assorbire. La digestione può essere distinta in:
  • Digestione endo/intracellulare: avviene principalmente all’interno delle cellule, a seguito di scomposizione del cibo il quale viene poi fagocitato in vescicole successivamente aggredite da gruppi enzimatici (come i lisosomi) che digeriscono le particelle di nutrienti entro particolari vacuoli dentro la cellula. Tale processo è tipico dei Protozoi, nei poriferi, e in parte negli Cnidari dove però si osservano i primi esempi di apparato digerente sotto forma di cavità gastrovascolare (celenteron) di origine endodermica.
  • Digestione extracellulare: si parla di digestione extracellulare quando gli enzimi idrolasici vengono immessi nel lume dell’apparato digerente. L’apparato digerente può presentare una sola cavità, la bocca (come negli Cnidari e Platelminti); oppure presentare una cavità di ingresso del cibo, la bocca appunto, e una di uscita delle sostanze indigeribili, l’ano, separate dal tubo digerente in cui si specializzano tratti differenti in relazione alla specie e al cibo ingerito:
    • Cavità boccale: ricezione, demolizione, inizio digestione.
    • Faringe: conduzione e a volte respirazione, è un tratto in comune con l’apparato respiratorio.
    • Esofago: conduzione.
    • Gozzo: a volte presente in uccelli e insetti con funzione di deposito momentaneo del bolo alimentare.
    • Ventriglio: atto alla macinatura, tipicamente presente negli uccelli.
    • Stomaco: immagazzinamento, prima digestione, a volte assorbimento.
    • Intestino:
      • Tenue: digestione terminale, assorbimento (aumento della superficie tramite villi e microvilli).
      • Crasso: assorbimento dell’acqua e condensazione delle feci.
• L’assorbimento è la seconda fase del processo, e per la gran parte avviene nell’intestino tenue, ove cellule specializzate che rivestono il canale alimentare, dotate di creste ove presenti microvilli per aumentare la superficie assorbente, assorbono i costituenti monosaccaridici delle macromolecole attraverso meccanismo di trasporto passivo (secondo gradiente) coadiuvato da uno contro gradiente, trasporto attivo, che richiede energia. Tale ultimo meccanismo si basa essenzialmente sull’utilizzo di una pompa sodio-potassio che con l’utilizzo di ATP espelle all’esterno della cellula sodio mantenendone bassa la concentrazione nella cellula, creando allora un gradiente favorevole all’ingresso nella parte apicale della cellula del glucosio insieme ad una parte del sodio espulso. Il monosaccaride attraversa in lungo la cellula e viene espulso nella sua parte basale spesso a diretto contatto con i vasi sanguigni grazie all’aiuto di una proteina trasportatrice di membrana.
• Il trasporto dei materiali assorbiti avviene grazie all’insieme di vasi sanguigni che permettono la circolazione del sangue ricco di nutrienti assorbiti verso tutti gli organi.

Capitolo 3: Il metabolismo

Il metabolismo è l’insieme delle reazioni chimiche che avvengono all’interno di una cellula, queste reazioni sono organizzate in vie metaboliche altamente specializzate lungo le quali le molecole vengono modificate. Nelle cellule, le sostanze nutritizie possono essere usate, o per ricavare energia o per costituire lo scheletro di sostegno di carbonio nei processi di biosintesi. I processi del metabolismo comprendono spesso due vie:

• Vie anaboliche: fanno riferimento a tutti quei processi che richiedono energia per la sintesi di molecole complesse a partire da quelle più semplici: come ad esempio la sintesi di una proteina a partire dagli amminoacidi costitutivi.
• Vie cataboliche: comprendono tutti quei processi che portano alla liberazione di energia a seguito della decomposizione, demolizione di molecole complesse nei loro elementi costitutivi.

La parte principale del catabolismo è certamente rappresentata dalla respirazione cellulare, attraverso la quale glucosio e altri combustibili organici vengono degradati a biossido di carbonio e acqua attraverso un processo a più stadi comprendente:

• Glicolisi: la demolizione del glucosio che avviene nel citoplasma produce due molecole di acido piruvico e due molecole di ATP con la riduzione del NAD in NADH molecola trasportatrice di elettroni.
• Ciclo di Krebs: avviene nella matrice dei mitocondri, e l’Acetil-CoA, prodotto dalla decarbossilazione dell’acido piruvico con aggiunta di coenzima A subisce una serie di ossidazioni fino a essere trasformato in CO₂.
• Fosforillazione ossidativa: si compone di due fasi:
  • Catena di trasporto di elettroni in cui gli elettroni di NADH e FADH₂ vengono scambiati nella catena enzimatica che provvede a formare un gradiente protonico trans membrana che porta alla riduzione dell’ossigeno in acqua.
  • Il gradiente stesso, viene sfruttato dall’enzima ATP sintetasi per la fosforilazione dell’ADP in ATP con guadagno totale di 36 molecole di ATP.

Infine tramite la respirazione polmonare, la CO₂ accumulata nel sangue viene espulsa nell’espirazione con ingresso di ossigeno nella fase dell’ispirazione.

Capitolo 4: La respirazione

La respirazione è la funzione che consente lo scambio dei gas (ossigeno e biossido di carbonio) tra organismi e ambiente. L’unico modo in cui può avvenire lo scambio dei gas tra animale e ambiente esterno è la diffusione, meccanismo che sfrutta la differenza tra pressione parziale dei due gas coinvolti nella respirazione. Quando le dimensioni dell’organismo s’accrescono, vi è la necessità di sviluppare organi specifici che amplino la superficie deputata agli scambi gassosi, in questo caso compaiono branchie (per organismi acquatici), polmoni (sacchi interni per mammiferi e non), trachee.

I fattori fisici che influenzano la diffusione dei gas sono descritti dalla Legge di Fick, tra questi ricordiamo:

• Area della superficie di scambio dei gas: se aumenta la superficie di scambio aumenta anche la quantità di gas disciolto che la attraversa nell’unità di tempo.
• Gradiente di concentrazione attraverso la superficie: cioè se si utilizza l’aria piuttosto che l’acqua, il flusso aumenta nell’unità di tempo.
• Differenza di pressioni parziali dei gas: se aumenta allora lo scambio avviene più facilmente e più frequentemente nell’unità di tempo.

Un meccanismo molto efficiente, spesso realizzato tanto nelle branchie dei pesci quanto nei polmoni di certe specie di ragni, è la diffusione controcorrente. Tale meccanismo aumenta l’efficienza del sistema branchiale deputato alla cattura dell’ossigeno disciolto nell’acqua filtrata dai pesci nella misura in cui il flusso del liquido corporeo a livello delle branchie scorre in verso opposto alla direzione del flusso dell’acqua che trasporta ossigeno e viene filtrata, con questo sistema viene captato oltre il 90% dell’ossigeno disciolto nella massa d’acqua filtrata secondo gradiente.

Dato che i mezzi liquidi hanno una bassa capacità di trasportare ossigeno in soluzione, gli organismi solitamente lo legano a composti organici, detti pigmenti respiratori, che aumentano di gran lunga la capacità di trasporto dell’ossigeno, come ad esempio l’emoglobina (mioglobina) o l’emocianina (clorocruorina e emetrina ad essa simili) costituita da molte catene polipeptidiche a ciascuna delle quali è associato un atomo di rame, molto comune tra i Molluschi e i grossi Crostacei.

Capitolo 5: I sistemi di trasporto

Negli organismi unicellulari, gli scambi costanti tra mezzo interno e ambiente avvengono per diffusione attraverso la membrana cellulare, parliamo infatti di trasporto interno. L’organismo che presenta tale sistema di trasporto non necessita di un apparato specializzato in tale funzione, perché tutti i nutrienti, i gas respiratori e i prodotti di rifiuto diffondono costantemente attraverso la membrana:

• Piccoli invertebrati acquatici come alcuni Cnidari hanno sviluppato tale sistema; si osserva in particolare nell’Idra ove sono presenti due strati di cellule, uno più esterno a diretto contatto con l’ambiente esterno e uno più interno a contatto con l’acqua che penetra nel sacco gastrovascolare; in questa maniera possono avvenire gli scambi costanti tra cellule e ambiente esterno.
• Nei Platelminti addirittura è presente un terzo strato di cellule all’interno del corpo, che si sviluppa all’interno della cavità gastrovascolare e dona al corpo una forma estremamente appiattita.