Zoologia generale

Zoologia e lo studio degli animali

Lo studio degli animali costituisce quella parte della biologia che prende il nome di zoologia. Questa disciplina va distinta in morfologia, che si occupa dell'aspetto o forma con cui si presentano gli animali, e fisiologia, che si occupa delle varie funzioni esplicate dal corpo degli stessi animali. Lo studio del comportamento degli esseri viventi viene compiuto dall'etologia, mentre quello degli ambienti in cui essi vivono e contraggono rapporti tra di loro prende il nome di ecologia.

I sistemi viventi

I sistemi viventi si presentano con grande varietà, ma tutti sono caratterizzati da un'unità chimica, hanno origine da altri viventi della stessa specie, hanno un ciclo vitale e un metabolismo. Per unità chimica si intende che gli organismi hanno nelle cellule uguali molecole che si dividono in due tipi: organiche (contengono carbonio, come zuccheri, lipidi e proteine) e inorganiche (acqua e sali minerali). Il mantenimento della vita è legato alla riproduzione: i discendenti hanno le stesse caratteristiche dei progenitori, la costanza di questi caratteri è assicurata dal patrimonio ereditario insito nel nucleo di ciascuna cellula. L'ereditarietà garantisce un certo grado di variabilità genetica. Le variazioni si possono verificare in seguito ad adattamenti a nuove condizioni ambientali, si ha in altre parole l'evoluzione.

L'importanza dell'acqua

L'acqua è una componente importante per la vita e il nostro pianeta è costituito dal 75% di acqua, di cui il 98% è salata e il 2% è dolce. È il costituente inorganico più abbondante della materia vivente ed è essenziale soprattutto per i fenomeni fisici, chimici e biologici che senza di essa non potrebbero verificarsi. È formata da due molecole di idrogeno e una di ossigeno (H₂O), il legame tra idrogeno e ossigeno si chiama covalente polare. Tra due molecole d'acqua, invece, si stabilisce un legame idrogeno. Nell'acqua possono essere sciolte molte sostanze, formando così una miscela omogenea chiamata soluzione. Nel protoplasma delle cellule, l'acqua funziona da solvente per tutte le biomolecole. Le sostanze che si possono sciogliere in acqua sono dette idrofile, come zuccheri e sali, mentre le sostanze insolubili sono dette idrofobe.

Adattamenti degli animali all'acqua

L'acqua è il mezzo per l'assunzione o l'eliminazione di sostanze e anche per il trasporto di gas e ormoni. Il contenuto d'acqua è diverso negli organismi sia per specie che per età; esso può variare ma solo entro certi limiti, ad esempio nell'uomo una disidratazione del 10% può essere fatale. Per l'elevata tensione superficiale, l'acqua contribuisce al mantenimento della forma cellulare e, data la distribuzione asimmetrica delle sue cariche, si comporta come un dipolo e può legarsi sia ai gruppi positivi che negativi delle proteine. Alcuni animali come la medusa presentano il 95% di componente acquosa. La medusa, così come gli altri animali acquatici, non presenta problemi di disidratazione, mentre altri animali si sono adattati a vivere fuori dall'acqua e a difendersi dalla disidratazione; possiamo vedere infatti le squame nei rettili, i peli nei mammiferi, le piume negli uccelli e l'esoscheletro negli artropodi (coccinella).

Conquista della terraferma

Gli artropodi sono i primi ad aver conquistato la terraferma. L'esoscheletro è formato da proteine, zuccheri e lipidi. Gli anfibi vivono una parte della vita in acqua, infatti nascono da uova poste in ambiente acquoso; da esse non nasce un organismo completo ma si svilupperà in seguito, abbiamo l'esempio del girino. Gli anfibi hanno una pelle nuda ma hanno sviluppato la capacità di produrre una grande quantità di muco per proteggersi dalla disidratazione.

I rettili hanno conquistato la terraferma perché le loro uova presentano un involucro protettivo che protegge l'embrione dalla disidratazione. Da queste uova, al contrario di quelle degli anfibi, nascono organismi completi che si sviluppano dentro il liquido amniotico contenuto nell'uovo. I rettili presentano le squame da non confondere con le scaglie dei pesci. Anche gli uccelli producono uova con liquido amniotico; oltre le piume, essi hanno a disposizione sotto la pelle uno strato di grasso chiamato pannicolo adiposo che li protegge dagli sbalzi di temperatura.

Molecole biologiche

Glucidi

I glucidi, ovvero composti organici formati da carbonio, idrogeno ed ossigeno (C_nH_2nO_n), si dividono in monosaccaridi, oligosaccaridi e polisaccaridi. I monosaccaridi sono anche detti zuccheri semplici e i più importanti sono a cinque e a sei atomi di carbonio. Fra i pentosi ricordiamo il ribosio ed il desossiribosio coinvolti nella formazione degli acidi nucleici, invece tra gli esosi sono da ricordare il glucosio, il galattosio, il mannosio ed il fruttosio. L'unione di monosaccaridi dà vita ai disaccaridi: maltosio (glucosio + glucosio), lattosio (glucosio + galattosio), saccarosio (glucosio + fruttosio). I polisaccaridi sono polimeri di zuccheri semplici e si distinguono in omopolisaccaridi, formati da monomeri uguali, ed eteropolisaccaridi costituiti da monomeri diversi. I primi rappresentano la principale fonte di energia chimica per il metabolismo cellulare (amido, glicogeno) e costituiscono elementi essenziali per la struttura di alcuni organismi (cellulosa e chitina).

Lipidi

Quello dei lipidi è un ampio gruppo di molecole organiche e comprende composti caratterizzati dalla insolubilità in acqua e dalla solubilità in solventi organici (alcool, acetone). Ciò dipende dal fatto che sono formati per la maggior parte da strutture apolari e solo in minima parte da strutture polari. I lipidi sono formati da lunghe catene di acidi grassi le cui fonti primarie sono i vegetali terrestri e marini. Abbiamo lipidi semplici (gliceridi) e composti. Possono essere di rivestimento, di riserva e di struttura come i fosfolipidi che hanno una doppia natura, idrofoba e idrofila. I fosfolipidi sono formati da due molecole di acidi grassi, una molecola di glicerolo e un gruppo fosfato. Abbiamo l'acido linoleico che si trova in semi, noci e legumi, l'acido alfa-linolenico che si trova nelle foglie verdi delle piante incluso fitoplancton ed alghe.

Un lipide importante è il colesterolo che è indispensabile per la vita animale mentre è quasi totalmente assente nelle piante, che contengono però sostanze lipidiche strutturalmente simili. Lo troviamo nella membrana cellulare di tutte le cellule animali: esso diminuisce la fluidità della membrana aumentando la stabilità meccanica delle cellule e diminuisce la permeabilità a piccole molecole idrosolubili. Il colesterolo è coinvolto nella crescita e nella divisione cellulare.

Proteine

Nella cellula animale troviamo 10 miliardi di molecole proteiche, molte copie identiche. Le proteine sono delle macromolecole formate da elementi come (C, H, O, N, S), e sono essenziali per la struttura e il funzionamento della materia vivente. Una molecola proteica è un polimero ben definito costituito da una specifica sequenza di amminoacidi, uniti tramite il legame peptidico che si forma tra il gruppo carbossilico (COOH) di un amminoacido e quello amminico (NH₂) dell'amminoacido ad esso adiacente, con l'eliminazione di una molecola d'acqua. Abbiamo proteine di trasporto, strutturali, ormoni, enzimi e anticorpi. Di grande importanza è la cheratina: una proteina fibrosa presente nelle squame dei rettili, nel pelo dei mammiferi, unghie e corna. La cheratina è formata da due catene di amminoacidi che hanno una struttura ad elica.

Enzimi

Gli enzimi sono dei catalizzatori che accelerano la velocità di una reazione senza essere consumati nel corso della stessa. Le proteine possono essere semplici o coniugate, costituite anche da una componente di altra natura come un oligosaccaride nel caso delle glicoproteine. Esistono in natura 20 diversi amminoacidi.

Acidi nucleici

Gli acidi nucleici (DNA ed RNA) sono macromolecole formate da polimeri lineari di nucleotidi depositari dell'informazione genetica. Abbiamo il DNA che è localizzato nel nucleo e l'RNA più abbondante nel citoplasma. Il DNA è costituito da 2 catene polinucleotidiche, antiparallele che si fronteggiano in modo complementare e sono avvolte a formare una doppia elica. Il DNA è l'insieme dei nucleotidi, ognuno dei quali è formato da un nucleoside (zucchero a 5 atomi di carbonio + base azotata) e un fosfato che si lega al carbonio 5 dello zucchero (desossiribosio).

I nucleotidi si differenziano proprio per la base azotata e esistono 4 basi: purine (adenina e guanina) e pirimidine (citosina e timina). Ogni molecola di DNA è caratterizzata dalla sequenza delle sue basi. Unendosi i nucleotidi danno vita alla catena polinucleotidica. Questo legame tra nucleotidi prende il nome di legame fosfodiesterico: l'ossidrile (OH) del gruppo fosfato di un nucleotide si lega all'ossidrile dello zucchero del nucleotide successivo in corrispondenza del terzo carbonio. I legami tra le basi sono di tipo idrogeno: abbiamo doppi legami per adenina e timina e tripli per citosina e guanina. Con il termine gene indichiamo un tratto di DNA che corrisponde ad una sequenza nucleotidica specifica. Ogni gene codifica per una proteina.

Le molecole di RNA hanno dimensioni e composizione molto differenti ma tutte organizzate in filamenti singoli e sono simili al DNA. Nell'RNA il ribosio si lega in corrispondenza del primo carbonio ad una base azotata, esse sono uguali a quelle del DNA tranne per l'uracile che va a sostituire la timina. Vi sono 3 principali tipi di RNA:

• RNA di trasporto (tRNA): piccoli polinucleotidi che si trovano liberi nel citoplasma e sono i trasportatori degli amminoacidi.
• RNA messaggeri (mRNA): anch'essi liberi nel citoplasma, sono caratterizzati da rapida sintesi e degradazione e contengono l'informazione in codice per la formazione delle proteine.
• RNA ribosomali (rRNA): componenti molecolari dei ribosomi.

Cellule procariote ed eucariote

Le cellule procariote sono cellule semplici che non hanno nucleo ma contengono lo stesso le informazioni genetiche, sono sempre unicellulari. Possiedono una molecola di DNA circolare posizionata in una regione citoplasmatica. Le cellule eucariote hanno un nucleo e più molecole di DNA, presentano una compartimentazione cellulare dovuta allo sviluppo di un complesso sistema di membrane delimitanti vari compartimenti ed organelli.