Zoologia Generale

Programma del corso

Classificazione degli animali

Classificazione degli animali, filogenesi ed evoluzione. Morfologia e piano strutturale. Cenni di anatomia e fisiologia degli invertebrati. Sviluppo embrionale e post-embrionale. Comunicazione tra individui. Società.

Classificazione e filogenesi

• 03 Classificazione degli animali
• 04 Filogenesi ed evoluzione, organizzazione del corpo degli animali sul piano strutturale dei diversi phyla
• 07 Tessuti
• 13 Simmetria
• 14 Cavità celomatica
• 15 Funzioni degli organismi animali
• 23 Alimentazione e digestione
• 34 Circolazione
• 38 Respirazione
• 47 Escrezione
• 58 Sostegno e movimento
• 64 Coordinamento nervoso e ormonale
• 68 Riproduzione e sviluppo embrionale degli organismi animali
• 85 Comunicazione animale e società

Categorie tassonomiche

Fino a metà '900 tutti gli organismi erano di solito classificati in uno di due Regni: Vegetale o Animale. L'attribuzione sembrava facile, salvo che per i Funghi che sono organismi non fotosintetizzanti. Però essi conservano ancora la forma vegetale e una modalità di accrescimento simile a quello delle piante, quindi furono assegnati al regno vegetale. Ma i funghi non compiono la fotosintesi, secernono enzimi in grado di degradare le molecole organiche che sono presenti nei rifiuti animali e vegetali, trasformandole in molecole più semplici che vengono quindi assorbite dal Fungo.

I problemi principali sorsero quando furono scoperti e studiati attentamente gli organismi microscopici. Il sistema a 2 Regni non avrebbe mai potuto accogliere tali organismi, infatti i batteri e le alghe azzurre sono provvisti di materiale genetico ma sprovvisti di nuclei. In conseguenza a queste differenze, parecchi scienziati hanno proposto di suddividere il mondo vivente in 5 regni:

Regno organismi

1. Monera - Procarioti (Batteri)
2. Protista - Protozoi (Eucarioti)
3. Fungi - Funghi
4. Plantae - Piante, Alghe pluricellulari
5. Animalia - Metazoi (Animali)

Ogni regno è classificato in gruppi gerarchici detti Regno, Phylum, Classe, Ordine, Famiglia, Genere, Specie.

Denominazione binomia

Le specie sono denominate con 2 nomi scientifici (Denominazione Binomia), per esempio la specie umana è denominata “Homo sapiens”. Linneo per primo definì la specie sulla base dei caratteri morfologici. Questi però sono fortemente influenzati dalle condizioni ambientali, comportando la possibilità di commettere errori di classificazione. Infatti, Linneo non si accorse che ogni specie ha un campo di variazione, la variazione intraspecifica dei caratteri fenotipici, determinata dal pool genetico di ciascun individuo. Questa variazione rispecchia l’adattamento delle popolazioni della specie, agli ambienti variabili del nostro pianeta.

Specie sorelle e variazione

Un altro problema nella classificazione è costituito dalle cosiddette specie sorelle. Si tratta di specie completamente distanti dal punto di vista biologico ma quasi del tutto identiche dal punto di vista morfologico. La scelta dei caratteri su cui basarsi per le interpretazioni filogenetiche deve essere fatta attentamente e con cautela. Infatti, specie molto lontane dal punto di vista filogenetico possono presentare uno o più caratteri in comune, evolutisi in maniera indipendente per adattamento ad un ambiente simile (Evoluzione convergente). Viceversa, può verificarsi il caso di specie vicine dal punto di vista filogenetico che hanno acquisito col tempo caratteri molto diversi per adattamento ad ambienti diversi (Evoluzione divergente).

Esempi di evoluzione

Un esempio molto evidente può essere rappresentato dai delfini, mammiferi adattati all’ambiente acquatico. Il loro aspetto generale è molto diverso da quello dei mammiferi terrestri e molto simile invece a quello dei pesci. Quindi facendo riferimento principalmente all’aspetto generale del corpo si potrebbe erroneamente ipotizzare una vicinanza filogenetica dei delfini con i pesci. Viceversa, osservando la modalità di riproduzione, lo sviluppo embrionale, la presenza delle ghiandole mammarie, la respirazione attraverso polmoni e il controllo della temperatura corporea, abbiamo la prova della vicinanza filogenetica dei delfini con i mammiferi terrestri e della lontananza rispetto ai pesci. Per questo oggi si utilizza il concetto di specie elaborato da Mair. SPECIE: Gruppo di individui che quando si incrociano danno origine ad una progenie a sua volta fertile. Per questo, individui prodotti da particolari incroci che non sono in grado di riprodursi sessualmente (Ibridi sterili) saranno sicuramente generati da specie diverse.

Evoluzione

L’evoluzione è il processo di variazione ereditaria che si svolge nelle specie con il trascorrere del tempo. Charles Darwin è considerato il padre del pensiero evoluzionistico. Il clima sociale e religioso dell’epoca di Darwin era che, come è scritto sulla Bibbia, tutte le specie fossero immutabili e plasmate da un creatore soprannaturale. Però in seguito alla scoperta di molti gruppi di animali fossili senza rappresentanti viventi, si iniziò a pensare che gli animali si evolvessero in conseguenza dell’interazione con l’ambiente.

Selezione naturale

Darwin giunse alla conclusione che in ogni generazione, gli individui che possiedono caratteri ereditari che conferiscono un certo vantaggio sopravvivono e si riproducono. Poiché soltanto i sopravviventi producono discendenti, i caratteri vantaggiosi tendono a venire trasmessi alle generazioni future, mentre i caratteri “non vantaggiosi” tendono a perire insieme agli individui che li possiedono. La selezione naturale può essere direttiva, stabilizzante o divergente.

Tipi di selezione

• Selezione direttiva: Fa variare il valore di un carattere agendo contro gli individui che presentano uno dei caratteri estremi. Un esempio di questo tipo di selezione è l’acquisizione della resistenza agli insetticidi da parte degli insetti. Molti insetticidi quando vengono applicati la prima volta sono efficaci anche in piccole quantità, ma dopo l’uso prolungato diventano inefficaci. Questo perché il principio attivo agisce come una forza selettiva selezionando la resistenza degli individui.
• Selezione stabilizzante: Agisce quando gli individui che presentano un carattere estremo vengono selezionati negativamente. Può aver agito la selezione stabilizzante nel capo dei neonati. Le teste estremamente piccole possono essere state selezionate negativamente poiché non erano in grado di contenere tanto tessuto cerebrale, quanto ne potevano contenere quelli più grandi. Le testa estremamente grandi venivano probabilmente selezionate negativamente poiché i bambini con un capo di queste dimensioni non riuscivano ad uscire al momento del parto della madre.
• Selezione divergente: I caratteri intermedi più frequenti in una popolazione vengono selezionati negativamente. Invece, i caratteri estremi vengono favoriti. Attraverso questo processo, una popolazione può venire scissa in due distinti pool genetici. Un esempio di questo tipo di selezione è l’estinzione dei mammuth con l’affermazione dell’elefante africano e indiano. Infatti, con la fine dell’era glaciale il cambiamento delle condizioni climatiche portò alla scomparsa del mammuth, mentre l’elefante africano e l’elefante indiano, di dimensioni più piccole e senza peli, si sono affermati nella scala evolutiva.

La selezione naturale tende a ridurre la variabilità di una popolazione: tende a eliminare quegli individui i cui geni procurano loro meno vantaggi di quanti ne godono altri individui. La variabilità genetica è una sorta di polizza di assicurazione per il futuro. Quindi il mantenimento della variabilità genetica è di fondamentale importanza. Una popolazione variabile ha una maggiore probabilità di sopravvivere nel caso in cui l’ambiente subisce una variazione notevole. La perdita della variabilità genetica può causare l’estinzione. Altri fattori che tendono a mantenere elevata la variabilità genetica sono le mutazioni e la meiosi.

Deriva genetica ed effetto del fondatore

Alcuni fattori, quali la deriva genetica e l’effetto del fondatore, possono produrre una diminuzione della variabilità. Per esempio, in seguito ad un evento catastrofico, la morte non è correlata con il genotipo delle vittime, ma è un evento casuale. L’effetto della deriva genetica si può produrre nelle popolazioni quando il numero degli individui diminuisce drasticamente durante i periodi difficili. È stata documentata, per esempio, in popolazioni californiane di elefante marino del Nord. La caccia ridusse questa specie a circa 20 individui, creando il cosiddetto effetto collo di bottiglia. Un caso particolare di deriva genetica è l’effetto del fondatore che si produce quando una piccola popolazione di una specie (i fondatori) colonizza una nuova area. I fondatori, essendo poco numerosi, portano soltanto un piccolo campione di tutti i geni presenti nella popolazione iniziale, quindi la variabilità è tipicamente bassa e con il trascorrere del tempo le popolazioni dei fondatori possono presentare una diminuzione della fecondità (maggiore espressione del numero di caratteri recessivi).

Organizzazione del corpo degli animali

Tessuti

I protozoi sono organismi unicellulari eucarioti capaci di movimento autonomo, si sono evoluti verso una sempre maggiore complessità della cellula. Con il termine Metazoi intendiamo invece tutti gli organismi animali pluricellulari che si sono evoluti verso una sempre maggiore specializzazione delle cellule, che si organizzano a formare tessuti e organi. Tra i metazoi sono presenti cellule somatiche che costituiscono il corpo dell’animale e cellule germinali che hanno funzione riproduttiva. Un tessuto è un insieme di cellule specializzate per svolgere una particolare funzione. Esistono 5 tipi di tessuti:

• Epitheliale
• Connettivo
• Vascolare
• Muscolare
• Nervoso

Tessuto epiteliale

Il tessuto epiteliale presenta un aspetto compatto, è costituito da cellule strettamente collegate le une alle altre. L’epitelio viene detto pavimentoso quando le cellule sono appiattite e ricordano le mattonelle di un pavimento. Esso riveste spesso i polmoni e i vasi sanguigni. Quando l’altezza delle cellule è pari al diametro di base, l’epitelio viene detto cubico e riveste i reni. Viceversa quando le cellule sono più alte che larghe, l’epitelio è detto prismatoide e riveste soprattutto le vie respiratorie e il tubo digerente. L’epitelio viene detto composto quando è costituito da più strati di cellule.

Connettivo

Nel interfaccia fra un epitelio e un altro tipo di tessuto, è presente una lamina costituita da una sostanza acellulare gelatinosa, in cui sono immerse fibre di collagene (una proteina). Le cellule epiteliali sono legate insieme da giunzioni cellulari strette che formano una struttura simile ad una chiusura lampo. La presenza delle giunzioni strette è rigorosamente collegata alla funzione di rivestimento impermeabile degli epiteli. Se queste non fossero presenti, diverse molecole chimiche potrebbero entrare liberamente all’interno del corpo degli animali. I desmosomi sono strutture che servono ad ancorare una cellula all’altra. La presenza dei desmosomi è strettamente correlata con la struttura compatta dei tessuti epiteliali, per cui le sollecitazioni meccaniche devono essere assorbite dalle cellule che costituiscono il tessuto. Quando il tessuto è sollecitato meccanicamente, i desmosomi evitano il distacco delle cellule. Le cellule quindi restano intatte e attaccate tra loro.

Tessuto connettivo

I tessuti connettivi sostengono il corpo degli animali mantenendo al loro posto altri tessuti e conferendo la loro forma agli organi. Si distinguono per le caratteristiche della matrice. Il tessuto connettivo lasso conferisce la forma alla maggior parte degli organi e rinforza la cute nei vertebrati. Gli organi che si distendono, come la cute, i polmoni e la vescica urinaria contengono grandi quantità di elastina, una proteina elastica derivante dal tessuto lasso. Il tessuto adiposo è un tipo specializzato di tessuto lasso in cui le cellule immagazzinano nel proprio citoplasma trigliceridi sotto forma di grandi gocce. Il tessuto connettivo fibroso è costituito da schiere parallele, strettamente addossate, di fibre collagene, che formano tendini o legamenti. I tessuti connettivi rigidi comprendono le cartilagini e le ossa. Il liquido circolante (sangue) può essere considerato un tipo particolare di tessuto connettivo liquido. Solamente nei vertebrati sono presenti i globuli rossi. Queste cellule sono piene di una proteina, l’emoglobina, che essendo in grado di legarsi debolmente con l’ossigeno e con l’anidride carbonica, ha la funzione di favorire il trasporto di questi gas. Le altre cellule del sangue hanno funzioni varie nella reazione immunitaria. Per esempio, i linfociti producono anticorpi.

Tessuto muscolare

Le cellule muscolari, dette fibre muscolari, contengono grandi quantità di proteine contrattili (actina e miosina), disposte come filamenti paralleli. Queste proteine permettono alle fibre muscolari di contrarsi e di esercitare una forza. Il tessuto muscolare si distingue in 2 tipi principali:

• Tessuto muscolare striato (Volontari): Nei vertebrati interviene nella locomozione.
• Tessuto muscolare liscio (Involontari): Sposta sostanze attraverso l’apparato digerente e riproduttore.
• Tessuto muscolare cardiaco: È un muscolo striato ma involontario.

Tessuto nervoso

Il tessuto nervoso è caratterizzato da 2 tipi di cellule: i neuroni e le cellule gliali. I neuroni sono cellule specializzate per trasmettere informazioni lungo prolungamenti, detti dendriti e assoni, che si definiscono in base alla loro lunghezza. Le informazioni, dal neurone, si trasmettono lungo un assone o un dendrite come una variazione elettrochimica transitoria (impulso nervoso) causata dal movimento di ioni sodio e potassio attraverso la membrana cellulare. Gli impulsi nervosi si trasmettono da un neurone a un altro quando vengono secreti trasmettitori chimici in lacune intercellulari dette sinapsi. Un secondo tipo di cellula presente nel tessuto nervoso, la cellula gliale, nutre i neuroni. Frequentemente, cellule gliali specializzate circondano e isolano gli assoni e i dendriti, facilitando una più rapida trasmissione.