Zoologia, parte generale e sistematica

Zoologia: lo studio scientifico degli animali

Cinque regni

• Monera: batteri, alghe azzurre (cianobatteri)
• Protista: protozoi, alghe unicellulari
• Funghi: funghi
• Piante: piante, alghe pluricellulari
• Animali: animali (metazoi)

Eucariote e procariote

Teoria endociclobiotica per l'origine della cellula eucariotica di Margulis: un organismo anaerobio e uno aerobio si sono uniti, quello anaerobio fagocita quello aerobio (mitocondrio) ed iniziano una vita in simbiosi. Il nucleo si sarebbe formato successivamente per proteggere il materiale genetico.

Piante = simbiosi di 3 organismi, cellula eucariotica primordiale (anaerobio e aerobio) e cloroplasti.

Animali = simbiosi di 3 organismi, cellula eucariotica primordiale (anaerobio e aerobio) e batteri (simili alle spirochete con capacità di movimento che formano ciglia e flagelli).

Funghi = simbiosi di due organismi, cellula eucariotica primordiale.

Questa teoria viene accettata in tutto tranne che per il discorso relativo ai flagelli: molti pensano che abbiano origine propria ossia vengono dalla cellula.

Ciclo vitale

• Ciclo aplomonofasico o aplonte = protisti. Gran parte del ciclo vitale è n, ovvero aploide, mentre solo una fase è 2n ed è quella di zigote. Esso si origina dalla fusione di due gameti ed in seguito subisce il processo della meiosi. In seguito si formano due cellule n che producono cellule figlie per mitosi. Queste ultime, ancora n, vengono trasformate a causa di stimoli esterni in gameti.
• Ciclo diplomonofasico o diplonte = eucarioti. La maggior parte del ciclo vitale è diploide e quindi 2n. Il ciclo inizia con l'unione di due gameti aploidi n e si forma così lo zigote 2n. In seguito questo si divide per mitosi e si hanno tante cellule figlie 2n le quali a loro volta poi per meiosi produrranno dei gameti in seguito a stimoli esterni.
• Ciclo eterofasico o aplodiplonte = autotrofi ed eterotrofi. Si ha l'unione di due gameti che sono aploidi per definizione, ed in seguito, si forma lo zigote che è 2n. Questo si divide per mitosi e si ottengono gli agamonti 2n. Gli agamonti si dividono per mitosi e si ottengono gli agameti ancora 2n. Stimoli esterni inducono questi ultimi a dividersi con una meiosi intermedia e danno così origine a una generazione di cellule vegetative n. Infine queste per mitosi danno origine di nuovo a dei gameti.

Albero filetico

Viene costruito grazie agli studi condotti sul DNA ribosomiale. La differenza che c'è tra gli animali e le piante è minore di quella che c'è con i protisti e ciò è apprezzabile grazie alla lunghezza dell'albero: infatti maggiore è la lunghezza delle linee, maggiore è la distanza filogenetica. Si è visto in particolare che gran parte della biodiversità è tra i protisti.

Sistemi di divisione cellulare

Mitosi

Gli organismi eucarioti hanno il nucleo che è una struttura circondata da membrana e il genoma è organizzato in cromosomi il cui numero è specifico per ciascuna specie. La mitosi è quel processo grazie al quale i cromosomi vengono ripartiti nelle cellule figlie. Essa è divisa in cinque fasi: profase, metafase, anafase e telofase. L'interfase è lo stadio tra una divisione ed un'altra in cui i cromosomi non sono visibili e comprende tre fasi a sua volta: G1, S e G2. Durante la fase S il DNA si duplica per poi essere ripartito nelle cellule figlie in maniera eguale. Infatti al termine della mitosi le cellule figlie sono identiche al 99,9% alla cellula madre ed è per questo che con la mitosi non si ha variabilità genetica. In particolare si può capire se la cellula è in fase di mitosi o in interfase osservando la concentrazione della ciclina: quando è bassa siamo in interfase e quando è alta siamo in mitosi. Nella prima fase della mitosi, la profase, le coppie di cromatidi fratelli sono visibili infatti i cromosomi si contraggono assumendo una forma più corta e più spessa che gli permette di essere spostati più agevolmente. In metafase poi le coppie di cromatidi fratelli si dispongono lungo l'asse equatoriale della cellula ed è in questo momento che si possono contare i cromosomi. Nella anafase poi, i microtubuli del fuso mitotico si attaccano ai centromeri e i cromatidi fratelli vengono divisi e trasportati ai poli della cellula. Infine, nella telofase, i cromatidi sono ai poli della cellula e inizia la formazione della membrana nucleare e la divisione nelle due cellule figlie che avranno dimensioni minori di quelle della cellula madre. Il numero di copie passa da 2→ 4→ 2.

Meiosi

È un tipo di divisione cellulare a carico delle cellule germinali e nella quale si formano gameti di origine maschile e di origine femminile. In questo caso si produce variabilità genetica e serve durante la fase sessuale per mettere in comune materiale genetico di due individui genitori. Si hanno in particolare due divisioni successive: meiosi I e meiosi II, ognuna divisa in profase, metafase, anafase e telofase. Con la prima divisione migrano gli interi cromosomi e non i cromatidi fratelli come avviene nella mitosi. In particolare si parla di divisione riduzionale: riduce a metà il numero di cromosomi della cellula. Inoltre durante la metafase I può avvenire il crossing over, un processo in cui un pezzo di un cromatidio passa su un altro non fratello. In ogni singola cellula si passa da 2→ 4→ 2→ 1.

Gametogenesi

• Maschile: le cellule rimangono tutte uguali e si ottengono 4 cellule che maturando danno origine a 4 spermatozoi.
• Femminile: da una cellula si ottengono una cellula che maturerà in cellula uovo e 3 globuli polari che non hanno un futuro. Essi a livello cromosomico sono cellule normali però non hanno le dimensioni giuste.

Regno dei protisti

Sono organismi unicellulari con organizzazione cellulare eucariotica. Hanno infatti gli organelli cellulari: nucleo, nucleolo, Golgi, lisosomi, mitocondri ecc. Tra di essi si individuano i protozoi, organismi strettamente eterotrofi e tra questi e i protisti non c'è un antenato comune. Temporalmente i procarioti sono comparsi 4 miliardi di anni fa, poi 2 miliardi di anni fa sono comparsi i protisti e poi circa 1,4 miliardi di anni fa sono comparsi i metazoi. I protisti sono un gruppo molto differenziato da diversi punti di vista:

• Dal punto di vista del controllo genetico
• Dal punto di vista della riproduzione
• Dal punto di vista dei ruoli ecologici
• Dal punto di vista della forma e delle dimensioni

I protisti sono molto numerosi, divisi in due phylum e tanti gruppi e classi. Una volta (1880-1882) erano divisi solamente in 4 gruppi ovvero: Sarcodina, Diffusoria, Sporozoa e Mastigofora, poi sono stati cambiati unendo i sarcodina e i mastigofora in un unico gruppo mentre gli sporozoa sono stati divisi in due gruppi. Adesso le divisioni vengono fatte in base all'ultrastruttura degli organismi e in base alle biomolecole come il DNA. Esiste una classificazione che non ha alcun significato sistematico basata sul movimento e lo stile di vita in cui troviamo: amebe, flagellati, ciliati e sporozoi. Secondo una vecchia classificazione inoltre, i protisti si dividono in due gruppi: Sarcomastigofora e Ciliati, (poi aggiungeremo anche i Parassiti).

Sarcomastigofora

I Sarcomastigofora sono divisi in Sarcodini e Mastigofora. Tra i primi troviamo le amebe e sono organismi che non hanno delle strutture per il movimento, in particolare le amebe si muovono grazie a delle protusioni citoplasmatiche chiamate pseudopodi. I Mastigofora, invece, sono organismi che si muovono per mezzo del flagello che batte nel mezzo che ad esempio può essere l'acqua, e sono divisi a loro volta in due categorie: Zooflagellati e Fitoflagellati. Gli Zooflagellati sono eterotrofi, infatti si procurano il cibo similmente a come fanno gli animali mentre i Fitoflagellati sono autotrofi. Essi sono simili alle piante e generalmente sono colorati per la presenza di pigmenti che servono a catturare la radiazione solare per produrre sostanze come l'amido (appartengono a tale categoria le microalghe verdi).

Ciliati

I Ciliati invece hanno le ciglia distribuite su tutta la superficie che servono per il movimento e sono i protisti più evoluti. A tale proposito è utile capire quali sono le differenze tra autotrofi ed eterotrofi. Gli eterotrofi in particolare sono divisi in natanti, predatori, filtratori e sessili.

• Filtratori: sono organismi che vivono in ambiente acquatico e "funzionano" se c'è qualcosa che crea una corrente di acqua e che la convoglia verso l'organismo. Questi organismi sono in grado di selezionare le particelle di cibo, sia che siano macroscopiche o microscopiche. Questa è un tipo di alimentazione poco selettiva e primitiva.
• Predazione: il predatore ha sistemi che gli permettono di cacciare la preda, riconoscerla, ucciderla, catturarla e poi mangiarla.
• Natanti: sono organismi che vivono nella colonna d'acqua trasportati dalla corrente. Ci sono inoltre gli organismi mobili di fondo che vivono e strisciano lungo il fondo tra un granello di sabbia e l'altro.
• Sessili: sono organismi che stanno su un substrato e sono attaccati a questo grazie ad un peduncolo. Tale metodologia è diffusa anche nel regno animale.

Sarcodi: le amebe e gli eliozoi

Si muovono scivolando sul fondo grazie agli pseudopodi che si ancorano sul fondo. Negli eliozoi in particolare gli pseudopodi servono anche per procacciarsi il cibo.

Mastigofora: i fitoflagellati

Genere Euglena = è il genere più comune e contiene sia organismi di acqua dolce, più abbondanti, che salata. Hanno un unico flagello anche se in realtà sono due: uno rimane all'interno di una cavità e l'altro sporge fuori. L'euglena in particolare, è un fitoflagellato, infatti è verde a causa della presenza di cloroplasti ed è un organismo autotrofo. In quasi tutti i fitoflagellati esistono meccanismi in grado di indurre l'organismo a disporsi nel modo più vantaggioso per ricevere più luce. Sul flagello c'è un organello, lo stigma, che copre il fotorecettore situato alla base del flagello per indirizzare l'organismo verso la luce. In essi si trovano anche situazioni di organizzazione coloniale come ad esempio nel caso di Volvox. Esso è una sfera cava ed ogni cellula si trova disposta sulla superficie di essa. Queste cellule hanno due flagelli e si riproducono asessualmente. Le colonie figlie che si originano per mitosi si trovano all'interno della colonia madre che quando è piena scoppia e rilascia le colonie figlie all'esterno. Si pensa che questi organismi siano stati il passaggio dagli organismi unicellulari a quelli pluricellulari perché si ritrova in essi una prima differenziazione funzionale: alcune cellule sono adibite alla riproduzione sessuale e a quella asessuale mentre altre sono adibite al movimento.

Simmetrie

• Raggiata: esiste un asse del corpo e qualunque punto intorno all'asse, o comunque qualunque piano che attraversa questo asse, è uguale all'altro asse del corpo. È tipica degli organismi più primitivi come le meduse.
• Bilaterale: esiste un piano che attraversa l'animale e che lo divide in due parti specularmente uguali (asse antero-posteriore).

Negli organismi più primitivi abbiamo un piano strutturale diblastico: un tessuto più esterno o ectoderma che forma l'epidermide e uno più interno o endoderma che avvolge l'apparato digerente. Tra questi due esiste, nelle spugne e nelle meduse, una zona amorfa che si chiama mesoglea. Essa non è un tessuto vero e proprio ed è formata da una massa proteica, qui non si ha né una differenziazione cellulare né un'organizzazione precisa. Nei bilateri invece, si hanno tre tessuti e perciò sono detti triblastici e nella zona dove prima c'era la mesoglea si ha il mesoderma che dà origine a una particolare cavità ripiena di liquido: il celoma. Il celoma permette di dividere gli organismi in 3 gruppi: acelomati, pseudocelomati e celomati o eucelomati.

• Acelomati: sono i più primitivi e hanno il mesoderma non completamente formato. La loro situazione è simile a quella della mesoglea e infatti essi sono tra i primi organismi bilateri. Tra essi abbiamo le planarie, la tenia ed i vermi piatti.
• Pseudocelomati: tra i quali troviamo anche i nematodi, hanno una cavità interna, oltre l'apparato digerente, non circondata dal mesoderma che in essi ha una funzione muscolare. Esso infatti si localizza sotto l'ectoderma e forma una struttura circolare. In questo modo si forma una cavità all'interno della quale stanno gli organi che non sono bloccati dal tessuto stesso.
• Eucelomati: comprendono tutti gli organismi che vanno dagli anellidi ai vertebrati. Il mesoderma in essi dopo essersi formato si cavita e forma il celoma che blocca i vari organi. Essi sono divisi ulteriormente in schizzocelomati e enterocelomati a seconda di come si forma tale cavità. I primi, tra cui troviamo i molluschi, gli insetti e gli anellidi, hanno a livello di embrione delle cellule che migrano e vanno a formare ai lati dell'intestino, una volta che il blastoporo si è chiuso, dei cordoni che poi si cavitano e danno origine al celoma. Ricopre eventuali organelli e l'intestino. I secondi invece, caratteristici dei vertebrati e degli echinodermi, hanno le cellule che formeranno l'intestino che formano delle protuberanze che poi si chiudono dando origine a degli anelli cavi. Questi si ingrandiscono e formeranno poi le sacche del celoma.

Nota bene Mesenchima = parte del mesoderma che mette in collegamento la parte esterna e va a circondare l'apparato digerente.

Riproduzione

Gli organismi attraverso la riproduzione aumentano di numero producendo esseri simili a sé stessi. Possono riprodursi in particolare o per via sessuale o asessuale. Nella riproduzione asessuale non c'è la messa a comune di materiale genetico proveniente da individui genitori e essa dipende dal ciclo mitotico. Tutti i protisti si riproducono per via asessuale e la ritroviamo anche in tutti quegli organismi che hanno solo due foglietti in quanto non c'è un foglietto mediano che si deve replicare a sua volta. L'ameba e la planaria ad esempio seguono tale via attraverso la produzione di gemme. Se tali gemme non si staccano dalla cellula madre si può avere la formazione di colonie come accade nei coralli.

La riproduzione sessuale si verifica invece negli organismi pluricellulari. In alcuni di essi, in particolare nei più antichi, si è avuto anche un ritorno alla riproduzione asessuata a causa del loro stile di vita. In alcuni protisti la riproduzione asessuata è la riproduzione primaria e quella sessuale è la secondaria. In alcuni organismi pluricellulari, come nella planaria, si ha riproduzione asessuata annessa ad un altro fenomeno particolare che permette il passaggio degli organi interni agli organismi figli, tale fenomeno è la rigenerazione.

Rigenerazione

Essa è la capacità attraverso meccanismi interni di riprodurre parti mancanti. I figli degli organismi pluricellulari che si riproducono per via asessuata, in particolare, si staccano dal genitore quando il loro processo riproduttivo non è ancora completato e perciò devono essere in grado di rigenerare le loro parti mancanti. Nella planaria la capacità rigenerativa può essere forzata in laboratorio se la tagliamo in diversi pezzetti. Da ogni pezzo si originerà un nuovo individuo poiché essa ha rigenerazione totale.

La capacità di potersi rigenerare è dovuta ai neoblasti: cellule totipotenti con sintesi proteica elevata che si trovano nella massa gelatinosa del parenchima. Essi sono ben riconoscibili in quanto sono ricchi di RER, DNA, RNA e ribosomi. Al momento del taglio tali cellule vengono indotte da stimoli chimici a formare la parte che manca. Nella planaria tali cellule si trovano un po' nella parte anteriore e un po' nella parte posteriore dell'organismo. Quelle della parte anteriore vengono indotte a riprodurre la coda e quelle della parte posteriore vengono indotte a riprodurre la testa. La sostanza induttrice, ovvero quella che dà lo stimolo ai neoblasti, non è ben conosciuta ma si sa che è fondamentale il gradiente di concentrazione di essa per la rigenerazione. Se il gradiente è maggiore nella coda e minore nella testa si rigenera la testa e viceversa. Se la sostanza induttrice non viene prodotta si pensa che venga fornita dagli ovai e dai testicoli dato che si trovano disposti in tutto il corpo.

Se i neoblasti vengono irraggiati con radiazioni X il loro DNA muta e si ha la morte cellulare. In questo modo la rigenerazione viene impedita. Se invece si protegge una parte della planaria con una lastra di piombo che impedisce il passaggio dei raggi X e poi la si taglia si ottiene rigenerazione ma più lenta. Infatti i neoblasti rimasti integri nella zona protetta dal piombo migrano lentamente nella zona del taglio e si differenziano.

L'Hydra è un celenterato che ha rigenerazione molto efficiente. Infatti se tagliamo un pezzo centrale di essa una parte rigenera un tentacolo e un'altra il piede. Ciò avviene poiché il corpo centrale dell'hydra sa come è orientata grazie alle statocisti. Dal punto di vista evolutivo gli organismi più antichi presentano rigenerazione e quelli più evoluti hanno un minor grado di rigenerazione. Si identificano in particolare due diversi tipi di potenzialità: territoriale e regionale.

La potenzialità territoriale si ritrova anche nei vertebrati. Il tritone per esempio ha la rigenerazione limitata alle zampe, testa, coda e muso. La sua rigenerazione è completa dopo 45 giorni poiché alcuni tessuti sono più complessi di altri.