Zoologia

Zoologia

Categorie di biologi

I biologi si distinguono in tre categorie:

• Microbiologi → si occupano di organismi unicellulari quali batteri, archaea ed eucarioti unicellulari. Anche dei virus, ma questi non sono considerati vita.
• Botanici → studiano organismi fotosintetici unicellulari e pluricellulari. Sono inclusi per motivi storici anche organismi non fotosintetici come funghi.
• Zoologi → si occupano di animali multicellulari, inclusi anche i protozoi (unicellulari non fotosintetici).

Specie descritte al mondo di animali: 1,5M – specie stimate: 10M.

Definizione di animale

Definizione classica di animale: organismi viventi pluricellulari con cellule eucariotiche, prive di parete cellulare, generalmente eterotrofi che di norma si nutrono per ingestione.

Definizione funzionale di animale: bauplan – organizzazione complessiva del corpo di un animale che condivide con altri organismi appartenenti allo stesso phylum

• Tegumento + sostegno (esoscheletro, idroscheletro, endoscheletro) + movimento (muscolatura)
• Mangiare / eliminazione feci
• Scambio gas respiratori
• Distribuzione nel corpo (non per forza un sistema circolatorio, alcuni animali regolano la distribuzione grazie alla muscolatura)
• Eliminazione cataboliti e regolazione osmosi → escrezione
• Controllo endocrino
• Difesa → riconoscimento self/non self
• Riproduzione
• Controllo nervoso e ricezione stimoli → tutti gli animali hanno delle strutture sensoriali

Classificazione tassonomica

Classifichiamo il vivente all'interno di gruppi tassonomici:

• Dominio → Regno → Phylum → Classe → Ordine → Famiglia → Genere → Specie

La zoologia studia → Protozoi (eucarioti unicellulari, inclusi per motivi storici) + Animali

Dimensioni delle cellule

• Procariota: 1-5 µm
• Eucariota: 10-100 µm (cellula animale 10-30 µm – quelle vegetali sono più grandi)

I virus (che non sono cellule) hanno una dimensione tra i 20 e 300 nm (=0,3 micrometri) (quindi un virus grande sarà più o meno 1/10 di un batterio piccolo).

Filogenesi e alberi

Si parla di gruppi basali → più alla radice dell'albero. Gruppi derivati → più terminali nell'albero. Di parla nodi terminali o foglie per i gruppi più derivati.

La cladistica è un metodo di classificazione dei viventi che si basa sul grado di parentela ovvero sulla distanza nel tempo dell'ultimo progenitore comune. È nota anche come sistematica filogenetica.

Quando parlo di:

• Apomorfia → è un carattere nuovo, risultato della modifica di un carattere ancestrale nel corso evolutivo. Ho un'autapomorfia quando quel nuovo carattere riguarda solo un unico gruppo. Se invece fosse condiviso da due rami vicini sarebbe una sin-apomorfia (syn=insieme).
• Plesiomorfia → plesio=vicino, presenza di carattere, in organismi apparteneti a specie diverse di un carattere ancestrale comune.

La cladogenesi, che sarebbe la biforcazione dei rami, è un evento evolutivo frazionante che conduce allo sviluppo di una più grande varietà di organismi gemelli (sister group). Per valutare se ho dei gruppi monofiletici-polifiletici-parafiletici devo guardare se ci sono antenati comuni e i suoi discendenti.

• Monophylum → gruppo formato da un antenato comune e tutti i discendenti
• Polyphylum → gruppo che non ha antenati comuni recenti
• Paraphylum → gruppo che ha antenati comuni ma non include tutti i discendenti

Funzioni e apparati

L'apparato è diverso da sistema → sono sempre insieme di organi ma per gli apparati l'origine embrionale è diversa mentre per i sistemi è la medesima. L'aspetto generale di un animale ne determina la simmetria, data dall'aspetto esterno ma anche quello interno è importante.

Condizioni di simmetria

• Assenza, come le spugne che si adattano al substrato
• Sferica, tipica di molti eliozoi (protozoi)
• Radiale o raggiata, tipica di polipi o meduse, numero limitato di piani che passano dalla testa alla coda (parte borale e aborale rispettivamente)
• Diventa biradiale quando si tratta di ctenofori, animali che hanno strutture che non permettono all'organismo di essere radiale
• Bilateri → unico piano di simmetria. 99% degli animali, concentrano in una zona del corpo il centro di tutti gli stimoli → cefalizzazione. Non ricevono stimoli a 360° ma li raccolgono in un punto.

Tegumento

Gli organismi unicellulari si isolano dall'esterno grazie a una membrana cellulare. Gli animali grazie a un epitelio.

• Invertebrati → è monostratificato, epidermale
• Vertebrati → pluristratificato, epidermide

Parallelismo strato corneo – cuticola: l'epiderma degli invertebrati non è a diretto contatto con l'esterno, secerne una cuticola di collagene, è quindi meglio parlare di ipoderma (epiderma=ipoderma + cuticola). L'epidermide pluristratificata dei vertebrati invece poggia su una lamina basale che a sua volta poggia sul derma. È protetta da uno strato corneo. Presenta anche degli annessi cutanei.

Sostegno

• Idroscheletro o scheletro idrostatico: i liquidi sottoposti ad una pressione uniforme permettono al corpo una qualche rigidità. Si vede nelle cellule unicellulari eucariotiche, cnidari e celenterati (meduse, anemoni di mare, idra), anellidi, nematodi (con uno strato di cuticola).
• Endoscheletro → è la prima forma di sostegno che compare, nei poriferi. È composto da strutture microscopiche dette spicole, costituite da carbonato di calcio. Le spicole non sono connesse al sistema muscolare. L'endoscheletro chiaramente lo presentano anche i vertebrati (i cordati però, nelle forme larvali, presentano la notocorda che diverrà poi la colonna vertebrale. La notocorda è considerato un sostegno idrostatico).
• Esoscheletro → sicuramente la modalità più comune di sostegno (artropodi). A volte in abbinamento ad un idroscheletro (nematodi).

Movimento

Flagelli (movimento regolare tende al circolare), per il movimento esclusivamente. Ciglia (movimento non regolare tendente all'ellittico), servono per muoversi ma anche per convogliare. Queste due tipologie vengono usate nei protozoi. Nelle amebe infine si usano delle strutture dette pseudopodi, sono strutture tozze, delle estroflessioni.

Negli cnidari, poriferi (fanno parte dei para-zoi, para=accanto, suddivisione dei metazoi, cioè animali multicellulari, poiché hanno poco a che vedere con gli altri animali) e polipi, animali bi-blastici non abbiamo muscolatura. È l'epitelio che ha un movimento contrattile, di parla di epitelio muscolare. Tutti gli altri metazoi hanno muscolatura e il movimento dipende da questa.

Alimentazione

Digestione intracellulare per protozoi (fagocitosi e pinocitosi). I poriferi (che altro non sono che protozoi organizzati) hanno anch'essi una digestione intracellulare. Altri metazoi basali (cnidari) hanno un sistema digerente incompleto (una cavità interna detta coelenteron). Con la bilateralità → apparato digerente completo (bocca -ano) della lunghezza del corpo, se non di più (modifiche per aumentare la superficie assorbente).

Caso particolare → bovini, la digestione è ad opera della flora intestinale, oggi detta microbiota, insieme degli organismi (batteri, archaea e protozoi) che digeriscono il cibo entrante.

Respirazione

• Per diffusione → invertebrati piccoli, spesso acquatici. L'epitelio è estremamente sottile (lombrichi → 0,04mm) lo strato unicellulare è irrorato da vasi (emolifa o sangue??) a questo livello avviene lo scambio CO2-O2 per diffusione.
• Grazie a branchie → negli animali acquatici la crescita in dimensione si accompagna alla comparsa di branchie.
• Conquista delle terre emerse → nuovi tipi di respirazione:
  • Tracheale → tipica degli artropodi, in particolare gli insetti. Sostanzialmente dei tubi cavi connessi con l'esterno. Particolarità: non c'è il sistema circolatorio a coadiuvare le operazioni di scambio!!!
  • Polmonare → polmone o polmoni. È sede degli scambi respiratori con il sistema circolatorio. Caso particolare: anfibi, prima parte di vita, branchie, seconda parte: polmoni + diffusione cutanea (30% dell'ossigeno).

Distribuzione interna

Come trasporto gas, nutrienti, ormoni ecc?? alcuni animali basali usano la stessa cavità digerente → cavità gastrovascolare, altri usano l'idroscheletro (come i nematodi o alcuni anellidi) ma una struttura organizzata si ha nei vertebrati/invertebrati.

• Invertebrati → sistema circolatorio aperto → l'emolinfa circolante nei vasi finisce nelle cavità aperte per poi rientrare da altri vasi.
• Vertebrati → il sangue circolante non esce mai da questi vasi. Lo sviluppo di un sistema chiuso è collegato all'aumento del metabolismo. (circolazione semplice o doppia, camere cardiache???)

Emolinfa e Sangue→ i pigmenti respiratori sono disciolti nel fluido (non abbiamo globuli rossi o cellule specializzate al trasporto come nel sangue). Le cellule dell'emolinfa sono dette emociti e sono atte per lo più alla risposta immunitaria.

Eliminare gli scarti

I prodotti di scarto del metabolismo. La CO2 la elimino con la respirazione ma non ho solo quella. Le proteine hanno funzione plastica (per formare strutture) o energetica. Da quest'ultima funzione avrò la produzione di composti azotati (l'N va eliminato perché tossico). 3 tipi: ammoniaca, acido urico e urea (l'urea somiglia alla struttura dell'acetone solo che al posto di CH₃ abbiamo NH₂).

• Uricotelici → 1 molecola di acido urico porta via 4 N. può stare anche allo stato solido per evitare la dispersione d'acqua ed è poco tossico. Sono i rettili e gli uccelli → cloaca, convogliano feci+acido urico (parte scura e parte bianca rispettivamente). Non immagazzinato!!
• Ammoniotelici → NH₃ molto tossica, dev'essere disciolta in tanta acqua → sono acquatici infatti, privi di vescica.
• Ureotelici → mammiferi, anfibi, condroitti. Con questi compare la vescica, permetto l'accumulo di urea disciolta in H₂O.

Strutture dedicate all'escrezione:

• Vacuoli contrattili → propri dei protozoi, organuli contrattili che eliminano l'eccesso d'acqua.
• Protonefridi → prima vera struttura, di animali di piccole dimensioni. Formato da due cellule in sostanza: cellule a fiamma, si trovano negli spazi intercellulari, movimento flagellare che convoglia i liquidi extracellulari (sostanze di rifiuto e metaboliti) verso un sistema tubulare → protonefridi i quali la portano verso l'esterno tramite → nefridiopori. (Acelomati e pseudocelomati). Regolano anche l'osmolarità (conc liquidi interni e sali in essi disciolti).
• Metanefridi → compaiono con i celomati è un'evoluzione dei protonefridi. Anellidi e molluschi. Pesco nel celoma (nefrostoma)(prima pescavo negli spazi intercellula perché non c'era un celoma) → convoglio in tubuli collettori → dilatazione “vescica” con proprietà contrattili → nefridiopori esterni. Tutta la struttura è coperta di vasi, cellule specializzate dette podociti filtrano l'H₂O e la riversano nel celoma, i rifiuti vanno fuori.
• Nefroni → il rene è una struttura modulare, l'unità funzionale è il nefrone. Corpuscolo del Malpighi = capsula di Bowman + glomerulo. Il glomerulo è una capillarizzazione del vaso (arteriola afferente) che viene circondato dalla capsula di Bowman, è il contatto fra il vaso e i tubi escretori, qui avviene la filtrazione dell'urina. L'ansa di Henle → più è lunga maggiore sarà il riassorbimento.

Un'ulteriore funzione dell'apparato escretore quindi è l'osmoregolazione. Molto importanti nei pesci che devono avere un corretto bilancio salino intra ed extracellulare. Ci sono tuttavia condizioni intermedie → anadromi (salmone) riproducono in H₂O dolci e vivono in mare. Catadromi (anguille) al contrario.

Self/non self

Con la multicellularità gli organismi diventano in grado di riconoscere le proprie cellule da altre estranee. Perfino animali basali come i poriferi riconoscono e rigettano un trapianto. Questo avviene grazie al sistema immunitario. Immunità innata → capacità di riconoscere un organismo estraneo a prescindere dal fatto di averlo o meno incontrato in precedenza (es. LPS lipopolisaccaridi sulla parete dei gram negativi). Acquisita → o adattativa, s'impara a riconoscere ciò che è non-self solo dopo averlo incontrato. È uno dei fattori chiave della longevità dei vertebrati, è una capacità relativamente recente (posseduta solo da una parte dei cordati).

Riproduzione

Fenomeno che aumenta il numero d'individui di una popolazione!!! non è una funzione indispensabile per la vita. Due tipi → asessuale/sessuale → senza/con scambio di materiale genico.

Quella asessuale è spesso associata alla rigenerazione (platelminti → planaria – cnidari → hydra viridis – echinodermi → stelle marine, se gli viene amputato un braccio si formano due stelle marine) → ottengo dei cloni.

Riproduzione e fenomeno sessuale sono due cose diverse. Con la prima aumento il numero, con la seconda mi scambio materiale genico ma non per forza aumento il numero della popolazione → ci sono dei parameci che si scambiano genoma (la variabilità è utile per la vita) ma tutto qui, non si moltiplicano!!

La produzione dei gameti → nelle gonadi → monoici/dioici (oikos casa dal greco) → hanno ovari e testicoli nello stesso individuo oppure a sessi separati.

Il caso più raro che possiamo trovare → autofecondazione di un ermafrodita.

Cos'è la partenogenesi??? meccanismo non anfigonico (anfigonia=necessità di due goni quindi spermatozoi e cellule uovo per la riproduzione) → partenos=vergine genesi=origine, nascita. Si ha in insetti come api, vespe, formiche. Si ha riproduzione senza bisogno di fecondazione da parte di spermatozoi. È veloce, quindi serve per colonizzare.

Come entrano in contatto i gameti (fecondazione)??

• Esterna → generalmente in acqua salata (in acqua dolce c'è una corrente, i gameti di disperderebbero). Può essere non controllata (es. poriferi, rilasciano un gran numero di gameti) o controllata (con il maschio che si trova vicino pronto a fecondare, richiede meno gameti, es pesci, anfibi).
• Interna → i gameti maschili vengono immessi nelle femmine. Diverse tipologie: consegnati fisicamente (aracnidi, usando i pedipalpi), con un dardo intradermico (chiocciole) o con il sistema più diffuso (artropodi e vertebrati complessi) di chiave serratura dove le parti sono complementari.

Sviluppo

È quel processo che porta uno zigote a un individuo adulto in grado di produrre gameti. La prima fase dopo lo zigote è la segmentazione (comprende morula e blastula) detta anche cleavage. Le dimensioni non cambiano ma avvengono diverse divisioni → le cellule, blastomeri, sono diventati più piccoli. Per divisioni ineguali possiamo distinguere due poli: uno animale (da cui inizia l'attività formatrice dell'animale) e uno vegetativo (accumula il tuorlo, vitello o deutoplasma materiale nutritivo).

La quantità di vitello determinerà un certo tipo di sviluppo:

• Alecitico, assenza di tuorlo, hanno un collegamento con la madre, quindi il nutrimento arriverà da lei. Tipico degli euteri.
• Oligolecitico: poco tuorlo, nei cordati basali
• Mesolecitico: negli anfibi, quantità media di tuorlo
• Telolecitico: molto tuorlo tipico di anellidi, molluschi, pesci, rettili

Avviene una distinzione anche riguardo la segmentazione:

• Oloblastica/meroblastica → quando riguarda tutto lo zigote o solo una parte
• Radiale/spirale → in quella radiale i piani di divisione sono paralleli o perpendicolari all'asse polare, detta anche regolativa poiché se staccassi un blastomero questo regolerebbe il suo sviluppo e si arriverebbero a formare due organismi diversi entrambi funzionali (echinodermi, deuterostomi, cordati). La segmentazione spirale invece ha un piano di divisione obliquo all'asse polare, è detta a mosaico poiché staccando un blastoporo cade tutto il sistema, si può dire anche determinativa perché sappiamo già che il destino delle cellule è fissato precocemente (protostomi, anellidi, molluschi).

Le spugne si fermano al livello della blastula. Non avremo foglietti embrionali. Formazione dei foglietti embrionali → dallo stadio di blastula, si ha un'invaginazione dell'ectoderma (che circonda il blastocele) partendo da quel punto che verrà detto blastoporo. Avremo due foglietti a questo punto ectoderma ed endoderma. L'endoderma delimita quello spazio ottenuto dall'invaginazione del blatoporo detta ora gastrocele o archenteron.

In alcuni animali (come gli Cnidari) lo sviluppo si arresta qui, allo stadio di gastrula → bi-blastici. L'apertura dell'archenteron avrà allora il compito di funzionare da bocca, avremo un intestino a una sola apertura, bi-direzionale, a fondo cieco e incompleto. (gli cnidari infatti → coelenteron).

Normalmente lo sviluppo prosegue fino alla formazione del terzo foglietto embrionale → l'intestino avrà due aperture, il flusso sarà unidirezionale e completo. Con la formazione del mesoderma possiamo distinguere tre tipologie di animali.

• Mesoderma riempie completamente il blastocele → acelomati.
• Mesoderma poggia sotto l'ectoderma e delimita il blastocele → pseudocelomati.
• Mesoderma riempie il blastocele e crea una cavità propria → celomati.