Zoologia degli invertebrati

Zoologia

I principali phyla

Per poter studiare il regno animale è necessario classificarlo. Gli zoologi classificano il regno animale secondo delle categorie tassonomiche, le sei principali categorie del regno animale sono:

Categorie tassonomiche

Phylum: la più grande sottocategoria del regno animale. Gli animali all'interno dello stesso Phylum condividono tra loro lo stesso livello di organizzazione del corpo, la stessa modalità di sviluppo generale e rappresentano una linea principale di discendenza evolutiva.

Classe, ordine, famiglia, genere e specie: Queste cinque categorie sono mano a mano più specifiche nelle definizioni tassonomiche, ogni phylum può avere più classi, ogni classe più ordini, ecc. Ogni specie è definita dalla costituzione genetica ed è riproduttivamente isolata dalle altre specie; ogni individuo di una specie può riprodursi solo con un altro individuo della sua specie.

Di tutte queste categorie solo la specie è definita dalla natura, il resto viene definito dall'uomo. La specie è definita con due nomi latini: il primo nome è il nome del genere, il secondo nome è un aggettivo descrittivo, ad esempio l'uomo moderno è definito Homo sapiens. Ciascuna di queste categorie può avere delle sottocategorie, un Phylum può avere ad esempio un subphylum, una specie una sottospecie, ad esempio in questo caso può essere definita da un appendice del corpo di un colore particolare o di una determinata lunghezza.

I phyla conosciuti sono 34, di cui tutti contengono invertebrati e solo il Phylum dei Chordata comprende anche i vertebrati. Di questi 34 phyla, solo 9 contengono le principali categorie di animali frequentemente conosciuti dall'uomo.

Tre phyla di protozoi

I protozoi hanno in comune la caratteristica di essere unicellulari. All'inizio infatti erano raggruppati in un solo Phylum, successivamente sono stati suddivisi in tre phyla principali grazie ad analisi condotte con il microscopio elettronico. Normalmente i protozoi vengono designati con il loro nome volgare: ad esempio le amebe che strisciano sul fondo degli stagni e laghi usando degli pseudopodi, i flagellati che si muovono attraverso lunghi prolungamenti cellulari e gli sporozoi, parassiti sporigeni che causano la malaria ed altre malattie, i ciliati che si muovono attraverso le ciglia.

Le amebe ed i flagellati sono classificati insieme nel phylum Sarcomastigophora, gli sporozoi nel phylum Apicomplexa ed i ciliati nel Phylum Ciliophora.

Le cellule dei protisti

Le cellule dei protisti, come tutte le cellule, sono delimitate da una membrana plasmatica, sede di scambi ionici ed in grado di controllare varie attività fisiologiche della cellula attraverso variazioni del potenziale elettrico. Complessi di membrane e microtubuli si associano alla faccia citoplasmatica della cellula per aumentarne la resistenza meccanica, inoltre sostegni rigidi come teche o gusci di origine endogena od esogena ricoprono la faccia esterna.

Oltre il classico corredo delle cellule, i protisti hanno delle strutture per interagire con l'ambiente esterno in modo autonomo. Tra le strutture si possono riconoscere un RER dotato di uno o più apparati di Golgi (chiamati anche dittiosomi), microtubuli sia singoli sia organizzati in strutture complesse come le ciglia e flagelli, microfilamenti associati in strutture contrattili, lisosomi per la produzione di enzimi idrolitici, mitocondri con creste. Poi ci sono delle strutture uniche, alcune presenti solo in specifici gruppi poiché sono legate ad attività specifiche metaboliche.

Tra queste strutture troviamo i vacuoli contrattili, molto sviluppati in organismi di acqua dolce in cui sono usati per eliminare i metaboliti azotati di rifiuto, rimuovono l'acqua in eccesso che entra nella cellula dall'ambiente extracellulare, ipotonico rispetto a quello citoplasmatico. I vacuoli digerenti si trovano soprattutto in forme eterotrofe che hanno bisogno di ingerire materiale per fagocitosi.

Se l'organismo è delimitato da sola membrana plasmatica, i vacuoli possono formarsi ovunque, le forme dotate di una spessa parete cellulare invece lo possono formare solo in corrispondenza di una bocca cellulare, il citostoma, il cui fondo rimane delimitato dalla sola membrana plasmatica. I vacuoli digerenti ricevono subito sostanze dai lisosomi. Esiste poi un citoprocto, un ano cellulare da cui vengono espulse le sostanze non digerite. (Enciclopedia Treccani)

Movimento e locomozione senza muscoli

I protozoi non essendo dotati di muscoli si muovono attraverso l'uso di pseudopodi, flagelli e ciglia.

Il movimento ameboide o pseudopodiale

Questo movimento sfrutta uno pseudopodio, un prolungamento citoplasmatico di una cellula. Questo tipo di movimento è diffuso anche nel regno animale, ad esempio i globuli bianchi usano degli pseudopodi per muoversi. Uno pseudopodio si forma quando la cellula si trova in un substrato come uno stagno o il rivestimento di un vaso sanguigno. Lo sviluppo di uno pseudopodio inizia con la formazione di un cappuccio ialino tondeggiante, liscio di citoplasma gelatinoso detto ectoplasma ialino. Una corrente di citoplasma meno viscoso chiamato endoplasma affluisce nella regione del cappuccio attraverso un tubo di ectoplasma granulare sotto la superficie della cellula. L'endoplasma trasporta una miscela di mitocondri, piccoli organelli, cristalli. Quando raggiunge l'apice, si riversa all'esterno, successivamente si trasforma in ectoplasma, aggiungendosi al tubulo in formazione. Il tubo in allungamento si attacca al substrato e la cellula si muove in avanti.

Flagelli e ciglia

Vedi citologia.

Modi di alimentazione degli animali

Gli animali possono essere divisi in base al modo con cui si procurano il cibo:

• Gli animali che succhiano o lambiscono liquidi sono chiamati consumatori di liquidi, succhiano liquidi come il sangue, la linfa delle piante o il nettare.
• I filtratori (sospensivori) sono animali che prelevano mediante filtrazione sostanze nutritive dall'acqua.
• I consumatori di substrati ingeriscono le sostanze su cui vivono, ad esempio sostanze dal fondale marino oppure dalla terra.
• I consumatori di depositi si alimentano di sedimenti situati in luoghi come il terreno o la sostanza presente sul fondo del mare, di un lago o di un fiume.
• I raschiatori di substrati ingeriscono pellicole algali e batteriche pre-esistenti su rocce ed altre superfici.

Poi c'è una consistente categoria di animali che si nutre di prede attive e masse alimentari molto grosse. Un altro modo per raggruppare gli animali secondo l'alimentazione è categorizzarli per la quantità di cibo ingerita.

• Gli animali che ingeriscono alimenti microscopici come batteri, alghe unicellulari e particelle organiche piccole sono chiamati microfagi.
• Quelli che si alimentano con sostanze più consistenti sono chiamati macrofagi.

La riproduzione

Negli animali l'unico modo in cui una specie può andare avanti è la riproduzione. Si sono evoluti molti metodi di riproduzione ma che possono essere raggruppati in due categorie: la riproduzione asessuale (o vegetativa) è la riproduzione senza uso di cellule sessuali. La riproduzione sessuale è la produzione di prole attraverso uova e spermatozoi, chiamati generalmente gameti. La riproduzione sessuale è molto più costosa, energeticamente parlando, di quella asessuale poiché richiede la formazione di apparati specializzati e la ricerca di un partner, ma, grazie alla variabilità genetica che induce, permette l'adattamento all'ambiente. Anche gli organismi che hanno cicli asessuati, ad un certo punto della loro vita devono avere un ciclo sessuale per poter sopravvivere ai cambiamenti dell'ambiente.

Riproduzione asessuale

La riproduzione asessuale avviene quando un genitore si scinde, produce gemme o si frammenta per formare parti, ciascuna delle quali diventa un animale distinto. I discendenti che derivano da questa riproduzione sono geneticamente identici ai genitori e sono chiamati cloni. Questa riproduzione può avvenire in vari modi ma è comune in molti invertebrati, soprattutto nei poriferi, negli cnidari, nei platelminti e negli echinodermi.

Scissione: La riproduzione per scissione prevede la divisione del genitore in due o più parti. La divisione può avvenire su un piano longitudinale, trasversale o asimmetrico, a seconda della specie. Inoltre la scissione può essere binaria, come avviene in molti platelminti, in cui il genitore si divide in due parti, oppure scissione multipla dove il genitore si divide in tre o più parti, come avviene in molti protozoi, anellidi e attinie.

Gemmazione: nella gemmazione i discendenti si sviluppano dal genitore sotto forma di piccole proliferazioni chiamate gemme. Le gemme possono poi staccarsi dal genitore e formare un organismo indipendente oppure possono rimanere attaccate e formare una colonia. Le gemme inoltre si possono formare sulla superficie esterna oppure internamente come aggregati di cellule.

La frammentazione: attraverso la frammentazione gli animali possono riprodurre parti del corpo perse, ad esempio dall'incontro con un predatore. La stella marina (asteroidei) ed i gamberi sono capaci di riprodurre rispettivamente appendici e zampe, però la stella marina, se sul pezzo staccato c'è una parte di disco centrale, è capace di riformare un nuovo individuo, il gambero no. Inoltre la stella marina può autoamputare un pezzo del corpo per sfuggire ai predatori, questa capacità è chiamata autotomia. In alcuni organismi si può frammentare anche l'intero corpo e da molti pezzi crescerà un nuovo organismo, come ad esempio i poriferi e gli asteroidei. Molto frequentemente però accade che piccoli pezzi del genitore si stacchino lasciando l'altro organismo intero. Questo avviene soprattutto in presenza di molto cibo.

Poliembrionia: La poliembrionia segue direttamente la fecondazione di un uovo. È la divisione di un uovo fecondato in due o più cellule identiche da cui si sviluppano sibling geneticamente identici. Ad esempio avviene in molti imenotteri che immettono uova in altri insetti oppure nel caso di parto gemellare nell'uomo.

Amplificazione larvale: in questo tipo di riproduzione la divisione non avviene nell'uovo fecondato ma nello stadio larvale. Questo processo avviene soprattutto in molti platelminti.

La riproduzione sessuale

La riproduzione sessuale implica la formazione di gameti. I gameti vengono formati da organi sessuali detti gonadi. Le uova sono gameti immobili relativamente grandi, provviste spesso di riserve energetiche sotto forma di vitello, una sostanza che ha il compito di fornire tutte le sostanze necessarie ai gameti in formazione. Gli spermatozoi sono gameti mobili piccoli, senza grandi riserve energetiche, in ogni specie il numero di uova è di gran lunga minore rispetto al numero di spermatozoi, ma la produzione di uova richiede un maggiore dispendio di energia.

La riproduzione sessuale comprende la fecondazione, la fusione dei nuclei dell'uovo e dello spermatozoo per formare un nucleo di fusione all'interno di una nuova cellula uovo fecondato o zigote. Le specie che si riproducono sessualmente sono principalmente dioiche, ovvero hanno i caratteri sessuali primari separati, le gonadi maschili sono testicoli, quelli femminili sono ovari e producono uova. Inoltre molte specie hanno anche i caratteri secondari distinti del corpo che intervengono nella riproduzione sessuale come la grandezza dell'individuo, il colore, la forma ecc. e servono a trovare un partner. Le specie che sono diverse tra i generi presentano dimorfismo sessuale. I caratteri secondari formano anche dei dotti che servono a portare all'esterno i gameti.

In base al tipo di riproduzione ci sono diverse vie, un animale che produce uova che dovranno poi essere fecondate utilizza un canale che riversa i gameti nell'acqua, mentre gli animali che hanno una fecondazione interna richiedono un apparato molto più complesso. La riproduzione sessuale dioica è chiamata riproduzione biparentale, altrimenti se hanno una riproduzione monoica e possiedono entrambi gli organi sessuali sono chiamati ermafroditi.

La riproduzione sessuale deve ridurre, dopo la fecondazione, il numero di gameti, altrimenti la fusione gametica raddoppierebbe il numero di gameti, rendendo impossibile far stare tutto in una sola cellula, interviene allora la meiosi che dimezza ad ogni ciclo il numero di gameti, principalmente questo dimezzamento avviene nelle gonadi.

In molti invertebrati i testicoli sono dei sacchi derivati dal celoma, ma in molti insetti e nella maggior parte dei vertebrati, il testicolo è costituito da un raggruppamento di tubuli seminiferi contorti. Gli spermatozoi vengono prodotti nei tubuli seminiferi e trasferiti poi nei tubuli tortuosi dell'epididimo, dove vengono immagazzinati temporaneamente. Nei mammiferi in generale l'epididimo ed i due testicoli sono racchiusi in un sacco detto scroto sospeso all'esterno del corpo. Visto che si trovano nello scroto, i testicoli possono essere tenuti a temperature leggermente inferiori (circa 5 gradi) rispetto al tronco del corpo, nell'uomo ed in alcune specie gli spermatozoi non maturano a temperature più alte.

Gli ovari sono generalmente di due tipi: una coppia di ovari tubulari, come quelli dei pesci, in grado di produrre anche 200.000 uova al giorno, altri animali invece hanno ovari che sono più compatti e cellule deputate alla formazione delle uova risiedono in piccole cavità chiamate follicoli. Le uova necessitano di una grande quantità di energia, proprio per questo c'è il vitello, una scorta di energia e materiali necessari allo sviluppo dell'uovo. In tante specie l'uovo non produce vitello ma vi arriva in qualche modo. Ad esempio alcune specie hanno delle cellule associate alle uova che attraverso ponti citoplasmatici riversano il vitello nelle uova. Altre specie hanno una ghiandola chiamata vitellario che produce il vitello e le cellule uovo lo captano mentre si trovano negli ovidotti. Situazione simile nei vertebrati dove il vitello viene sintetizzato sotto forma di precursore, la vitellogenina dalle cellule epatiche e rilasciato nel torrente circolatorio, dove arriva poi agli ovidotti e captato dalla cellula, dove viene poi convertito in vitello.

Se ogni gamete desse (come dovrebbe) 4 uova dopo la meiosi, il nutrimento disponibile non sarebbe sufficiente, infatti l'uovo fecondo è soltanto uno, via via che lo sviluppo dell'uovo va avanti ne viene selezionato soltanto uno, gli altri degenerano ed il materiale viene recuperato.

Ci sono altri modi in cui un organismo si può riprodurre sessualmente, come la partenogenesi. È una riproduzione con caratteristiche simili sia di quella sessuale che asessuale, riguarda solo le uova e non implica fecondazione. La partenogenesi ha il vantaggio di produrre una prole senza bisogno di accoppiamento, ma ad un certo punto sarà necessaria la riproduzione sessuale con fecondazione per dare nuove combinazioni genetiche. Molte specie si riproducono per partenogenesi quando le condizioni sono favorevoli, quando invece sono sfavorevoli usano la riproduzione sessuale. La partenogenesi può avvenire in vari modi, in base al modo in cui le uova si dividono, sia per meiosi che per mitosi, ma pur potendo essere presente il crossing over, la variabilità genetica è molto inferiore poiché un solo genitore fornisce i cromosomi.

Ermafroditismo

Molte specie che hanno una riproduzione sessuale sono monoiche, possiedono entrambi i caratteri sessuali primari. Talvolta gli ermafroditi sono presenti anche come eccezioni in specie dioiche. L'autofecondazione però in molte specie non è possibile sia per barriere anatomiche, sia per le caratteristiche del ciclo, subiscono infatti una cosiddetta inversione sessuale, non producono uova e spermatozoi nello stesso periodo, dovendosi quindi accoppiare sessualmente. Ci sono due forme di ermafroditismo sequenziale, proterogini (prima femmine) e proterandri (prima maschi). Ad esempio un pesce della barriera corallina vive con un harlem di massimo 10 femmine, avendo lo status di maschio. Se si dovesse superare il numero di 10 una femmina prenderebbe caratteri maschili e formerebbe il suo harlem. Se il pesce maschio dovesse essere rimosso, la femmina più grande prenderebbe il suo posto assumendo caratteri maschili.

Segmentazione e sue modalità

Una volta che l'uovo viene fecondato, seguendo una delle modalità appena descritte e l'attivazione dell'uovo, lo zigote inizia a segmentarsi senza aumentare le sue dimensioni, ovvero si divide distribuendo il citoplasma tra tutte le cellule in formazione, formando i blastomeri, tenute insieme da molecole glicoproteiche. Gli zigoti si dividono secondo modalità di segmentazione già prestabilite geneticamente ed in base alla distribuzione del vitello nelle uova. Se il vitello è distribuito in tutte le cellule in quantità uguale, le uova sono isolecitiche (dette anche omolecitiche), queste uova ricevono il nutrimento dalla madre e sono capaci di nutrirsi da sole nella vita embrionale precoce. Le uova telocitiche invece contengono molto vitello, concentrato nella metà uovo chiamata emisfero vegetativo, la metà meno ricca di vitello è definita emisfero animale. Le uova mesolecitiche hanno una quantità moderata di vitello e le uova centrolecitiche hanno il vitello situato in posizione centrale. Esistono due tipi fondamentali di segmentazione: una segmentazione oloblastica ed una segmentazione meroblastica:

La segmentazione oloblastica detta anche totale o completa, si trova sia nelle uova isolecitiche che in quelle mesolecitiche. I'uovo presenta solchi di segmentazione lungo tutta la superficie e la scarsa concentrazione di vitello influenza poco la segmentazione.

La segmentazione meroblastica, detta anche parziale ed...