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1 ottobre 2024 ZOOLOGIA E ANIMALI Che cos’è la zoologia? È la scienza che studia gli animali. Di un fenomeno è possibile studiare le cause prime/immediate e le cause ultime. Cause prime/immediate = base del funzionamento dei sistemi biologici, ad esempio perché un animale assume un determinato c...

1 ottobre 2024 ZOOLOGIA E ANIMALI Che cos’è la zoologia? È la scienza che studia gli animali. Di un fenomeno è possibile studiare le cause prime/immediate e le cause ultime. Cause prime/immediate = base del funzionamento dei sistemi biologici, ad esempio perché un animale assume un determinato comportamento. Cause ultime = fattori evolutivi che hanno prodotto cambiamenti ad esempio perché un animale ha sviluppato un determinato apparato. Definizione di animale? Organismo eucariote (cellule con nucleo) pluricellulare, che nella maggior parte si riproduce sessualmente grazie a cellule denominate gameti. Sono quasi totalmente dotati di movimento e sono caratterizzati dall’essere eterotrofi (non sono dotati di molecole tramite le quali possono auto produrre energia e nutrimento). Schema di definizione funzionale e grafica di un animale. Cosa troviamo all’interno di un animale per definirlo tale? - ogni animale è un sistema autonomo ma non chiuso (scambiamo con l’ambiente ossigeno ecc) - ci sono funzioni funzioni fondamentali come l’isolamento dall’esterno (ad esempio il pelo o la pelle come isolanti dal freddo), il movimento (locomozione terrestre, aerea ed acquatica in base alla specie), l’alimentazione (erbivori e carnivori), respirazione (acquatica, aerea), circolazione (non tutti gli animali possiedono le stesse strutture accessorie), riproduzione (comprende anche cura parentale). TEORIE SULL’EVOLUZIONE LAMARK Inizialmente ebbero successo le teorie di Lamark (Lamarkismo) secondo egli, gli organismi, nel tentativo di adattarsi al proprio ambiente, acquisirebbero adattamenti che vengono poi ereditati dalla loro progenie. Secondo Lamarck, le giraffe hanno evoluto un collo lungo perché i loro antenati, sforzandosi di raggiungere il cibo, allungarono man mano il proprio collo, trasmettendo, poi, questa caratteristica alla progenie. Nel corso di molte generazioni tali cambiamenti si sarebbero accumulati fino a produrre il lungo collo delle giraffe moderne. Il concetto evolutivo di Lamarck è oggi detto trasformista, in quanto afferma che mentre i singoli individui cambiano le proprie caratteristiche attraverso l’uso e il disuso delle parti del corpo LYELL Nacquero poi teorie sulla moderna scienza, egli introdusse il concetto di attualismo. Lyell postulò due leggi. 1. leggi chimiche e fisiche rimasero e rimarranno invariate nel corso del tempo. 2. leggi geologiche secondo cui gli eventi geologici del passato sono avvenuti grazie a processi naturali simili a quelli che osserviamo attualmente. DARWIN Rivoluziona completamente la biologia, prima della teoria sull’evoluzione per selezione naturale erano presenti altre teorie. Durante i suoi viaggi verso le isole Galapagos conobbe specie diverse e si rese conto di come alcuni animali si fossero estinti (osservò i fossili). Alfred Wallace arrivò alle stesse conclusioni di Darwin studiando il sud est asiatico. Il loro incontro epistolare fu fondamentale, fu proprio Wallace a convincere Darwin a pubblicare i suoi volumi “L’origine della specie per selezione naturale”. Le sue teorie iniziarono ad essere confermate da altri scienziati come Huxley che divenne il suo più grande sostenitore. Darwin rappresenta per la prima volta l’albero filo genetico all’ interno del quale sono individuabili insorgenze di nuove speci. Darwin suggerì che tutte le specie animali e vegetali discendessero da “una stessa forma, in cui, per prima, fu infusa la vita”. La storia della vita è rappresentata come un albero che si ramifica, chiamato albero filogenetico (filogenesi). Gli evoluzionisti predarwiniani, incluso Lamarck, parlavano invece di più origini indipendenti della vita, ciascuna delle quali avrebbe dato origine a una linea filetica che sarebbe cambiata nel tempo, ma senza formare troppe ramificazioni. La prova della teoria evoluzionistica di Darwin è rappresentata dai fossili. Un fossile è ciò che rimane di un organismo vissuto nel passato, riportato alla luce dalla crosta terrestre Modello esplicativo di Darwin sull’evoluzione per selezione naturale basato su osservazioni e conseguenti deduzioni dello scienziato. 1. osservazione, gli individui hanno una grande capacità riproduttiva (fertilità potenziale). Le potenzialità di crescita delle popolazioni sono esponenziali. 2. la crescita della popolazione rimane costante 3. risorse limitate ciò porta alla PRIMA DEDUZIONE Essendo le risorse limitate si genereranno molti più individui rispetto alla quantità di risorse e ciò porterà ad una lotta per la sopravvivenza. 1. all’interno della popolazione sono presenti differenze e variazioni 2. tali variazioni possono essere trasmesse e sono ereditabili ciò porta alla SECONDA DEDUZIONE individui diversi mostrano capacità di sopravvivenza e di riproduzione differente, a favore dei caratteri vantaggiosi. La selezione fa sì che si creino nuove specie che possiedono i caratteri vantaggiosi. Teoria dell’evoluzione per selezione naturale, osservazioni di ERNEST MAYR - cambiamento continuo = l’evoluzione è tutt’ora in corso ed è un processo lento e continuo. I paleontologi tramite i fossili riescono a darci informazioni riguardo alle specie estinte. Dal fossile possiamo conoscere la struttura dello scheletro datandolo, ma non possiamo conoscere il suo comportamento. Un esempio è quello dell’evoluzione del cavallo: cambiano dimensioni, lunghezza degli arti ecc. Grazie a tali studi possiamo anche supporre quale fosse l’alimentazione degli antenati dei cavalli (osservando i denti). Stesso procedimento è applicabile anche ad altre specie (elefanti…) - discendenza comune = molti animali presentano caratteristiche comuni. Ad esempio gli arti dei vertebrati presentano omologie scheletriche. Sono presenti omero, radio, ulna, carpo e metà carpo. Esse hanno la stessa origine embrionale (proprio per questo sono dette omologhe) e sono però adattati alla funzione che ogni specie deve svolgere. Il termine omologo è da non confondere con il termine analogo. Le strutture analoghe permettono a diverse specie di compiere le stesse azioni ma hanno diversa origine. Stessa funzione = analogo Stessa origine = omologo Esempio: albero filogenetico uccelli. Presenta 15 omologie scheletriche di uccelli tra loro differenti. In generale gli uccelli sono divisi in volatori e non volatori (a cui manca la carena che permette il battito delle ali). Esempio: albero filogenetico scimmie. Nei nodi dell’albero si ha un cambiamento importante che ha dato origine a un nuovo animale. Legge biogenetica o ricapitolazione di Haeckel Spesso veniva effettuato un confronto con gli embrioni in maniera tale che si potesse osservare lo sviluppo di varie specie anche lontane tra loro. Ciò permette di individuare strutture comuni. Secondo Haeckel lo sviluppo degli embrioni (ontogenesi) è una ricapitolazione dello sviluppo evolutivo della specie. Da qui traiamo la conclusione che l’origine comune dei vertebrati è acquatica. Il processo di acquisizione di cambiamenti evolutivi durante lo sviluppo prende il nome di eterocronia. - moltiplicazione della specie = è un fenomeno lungo e complesso. Per comprendere tale concetto è necessario sapere che gli animali possiedono una serie di meccanismi che permettono loro di riprodursi in maniera corretta. Sono presenti barriere prezigotiche e postzigitiche che non permettono accoppiamenti a specie tra loro non compatibili. meccanismi prezigotici 1. isolamento habitat * = essi per accoppiarsi devono incontrarsi, animali di habitat diversi si incontrano raramente, in quanto impediti solitamente da barriere naturali. Un esempio sono due specie di serpenti giarrettiera che occupano la stessa area. Tuttavia una specie vive principalmente in acqua mentre l’altra è terrestre. 2. isolamento temporale = specie notturne e specie diurne non si incontrano, pur condividendo habitat simile non si possono accoppiare in quanto svolgono quest’azione in momenti diversi (notte/giorno o stagioni differenti). Un esempio sono le puzzole macchiate orientali e le puzzole macchiate occidentali. Pur occupando entrambe il territorio nordamericano si accoppiano in stagioni differenti. 3. isolamento comportamentale = ogni animale ha un rito di accoppiamento diverso, è proprio il rituale di corteggiamento a far sì che partner sessuali della stessa specie si riconoscano. meccanismi prezigotici post accoppiamento 4. isolamento meccanico = differenze anatomiche a carico di caratteri sessuali primari o secondari impediscono l’accoppiamento. 5. isolamento gametico = lo spermatozoo di una specie non è in grado di fecondare l’ovulo di un’altra specie. meccanismi postzigotici 1. ridotta sopravvivenza degli ibridi = vivono per un periodo relativamente breve. 2. ridotta fertilità degli ibridi = solitamente manifestano una ridotta fertilità ma può anche succedere che gli ibridi di prima generazione siano fertili e i successivi no. Un esempio è la prole ibrida tra asino e cavallo -> mulo. Nonostante sia un animale resistente non è fertile. 3. scomparsa degli ibridi = se due ibridi di prima generazione si accoppiano, solitamente la prole è. molto debole e sterile. * Speciazione allopatrica o geografica Come scritto sopra talvolta può accadere che un esiguo numero di individui di una stessa specie si trovino isolati a causa di una qualche barriera (laghi, montagne, mari…) Principali modalità di speciazione - vicariante = si genera una barriera e le popolazioni separate danno luogo a due nuove specie. - dispersione = è presente un nuovo territorio da colonnizzare e nasce una nuova specie. Esempio di speciazione di carattere allopatrico vicariante gambero pistola. I gamberi qui raffigurati sono solo 2 delle 15 coppie di specie sorelle (indicate dai nomi scritti con lo stesso colore) che si svilupparono quando le popolazioni vennero separate dalla formazione dell'istmo di Panama. Esempio di speciazione di carattere allopatrico di dispersione moscerini delle Hawaii Il gran numero di specie di drosofila nell’arcipelago delle Hawaii è il risultato di vari eventi di speciazione allopatrica con creazione di nuove popolazioni da parte di individui che si sono dispersi tra le isole.  Esperimento Drosophila, le generazioni si adattano e poi le fanno rincontrare. Speciazione simpatrica (nuova specie nella stessa - patria) molto veloce, un sottogruppo di una popolazione da origine a una nuova specie senza isolamento geografico. Ad esempio i cottidi del lago Baikal. Avviene a causa di diversi fenomeni - si formano micro habitat diversi - si ha la selezione sessuale (scelta che la femmina fa sul maschio) - poliploidia = è presente un errore meiotico, non avviene la segregazione ed è un evento tramite il quale cambia il numero cromosomico. Un esempio è l’Ila Grigia frutto tra popolazioni differenti, è avvenuta un’ibridazione tra due specie diploidi e si è formato un organismo tetraploide. Speciazione parapatrica Avviene una divergenza tra popolazioni che non sono totalmente isolate geograficamente ma possiedono una ristretta zona di contatto Radiazione adattativa La radiazione adattiva è una rapida speciazione collegata all’acquisizione di nuovi adattamenti e favorita da situazioni di scarsa competizione e marcato isolamento geografico. Esempio Fringuelli delle Galapagos Tale radiazione adattativa comporta differenze nel becco e nell’alimentazione. I fringuelli infatti dopo aver colonizzato territori differenti acquisirono caratteristiche genetiche differenti, adattandosi alle differenti condizioni locali. Esempio Fringuelli delle Hawaii rappresenta le relazioni filo genetiche tra le specie dei fringuelli delle Hawaii, ogni relazione è costituita in base all’alimentazione e alla tipologia di becco. Ci fu uno studio che ricostruì la loro storia evolutiva in relazione all’evoluzione delle isole in cui abitano. Arrivarono sull’isola 7-5 milioni di anni fa. Esempio laghi africani I laghi di grandi dimensioni sono importanti per mettere in evidenza le relazioni di parentela tra le specie. Da poche specie che erano presenti inizialmente si sono poi differenziate (speciazione simpatrica perché si sono formate nello stesso habitat) Lago Malawi ci sono 3 stadi che hanno portato ad un elevata velocità di speciazione 1. adattamenti ad ambienti diversi = all’interno del lago, si sono distribuiti in più punti. Alcuni individui si sono abituati ad un ambiente roccioso, altri ad uno sabbioso. 2. adattamento trofico = legato alla tipologia di alimentazione, diversa formazione della bocca, mandibola e mascella e apparato digerente. 3. diversa colorazione = legato alla selezione sessuale. Esempio dei rettili Anolis Stessa cosa avviene nei rettili Anolis, da sei specie arriviamo ad avere circa 20 sottospecie distinguibili per il colore del sottogola. Tali specie hanno colonizzato varie isole, distribuendosi e variando la loro alimentazione in base al luogo colonizzato. - gradualismo = si occupa di capire se la generazione di una nuova specie avvenga in maniera graduale o improvvisamente. In particolare nel grafico è visibile come tale processo sia lento e comporti difficoltà agli individui che occupano il periodo di passaggio da una specie all’altra. Il becco di dimensioni intermedie non permette di cibarsi di alcun tipo di seme. L’idea del gradualismo subisce visioni diverse Viene proposto anche il modello di equilibrio punteggiato Secondo la visione gradualista l’evoluzione avviene secondo cui l’evoluzione è concentrata in rapide esplosioni in maniera costante nel corso del tempo geologico. di specie che portano ad una rapida speciazione Esempio fossili del bacino del Turkana Il bacino del Turkana mostra chiaramente come per molti anni i fossili siano rimasti invariati, ma ad un certo punto si veda un improvviso cambiamento. - selezione naturale = la selezione naturale è il principale processo della teoria dell’evoluzione di Darwin. Questo concetto dà una spiegazione naturale dell’origine dell’adattamento e di tutte le caratteristiche anatomiche, fisiologiche, comportamentali e di sviluppo che rendono gli organismi più adatti a sfruttare le risorse ambientali per sopravvivere e riprodursi. Si possono individuare 3 principi su cui la teoria evoluzionistica di darwin si basa - riproduzione = tutti gli organismi viventi si riproducono con un ritmo tale che, in breve tempo, il numero di individui di ogni specie potrebbe non essere più in equilibrio con le risorse alimentari e l'ambiente messo loro a disposizione. - variazioni = tra gli individui della stessa specie esiste un'ampia variabilità dei caratteri; ve ne sono di più lenti e di più veloci, più forti e più deboli e così via. - selezione = esiste una lotta continua per la sopravvivenza tra gli individui all'interno della stessa specie e anche con le altre specie. Nella lotta sopravvivono gli individui più adatti, cioè quelli che meglio sfruttano le risorse dell'ambiente e generano una prole più̀ numerosa. selezione direzionale = un carattere presente nella popolazione viene favorito rispetto ad altri, per cui la frequenza dell’allele corrispondente aumenta nella popolazione. Esempio falene Biston Betularia Durante la rivoluzione industriale le falene Biston Betularia da bianche passarono ad essere nere in quanto in questa maniera riuscivano a mimetizzarsi meglio fuggendo ai predatori. Gli alberi avevano infatti la corteccia nera, coperta da fuliggine. Quando gli alberi tornarono ad avere un tronco più chiaro esse iniziarono ad essere svantaggiate. Le falene melaniche (nere) si ridussero dal 90% al 50%. selezione stabilizzante = un determinato carattere particolarmente presente all’interno della popolazione viene favorito. In condizioni di ambiente costante tale selezione agisce mantenendo un certo carattere. selezione diversificante = favorisce due caratteri completamente diversi e può portare all’affermarsi di caratteristiche distintive all’interno di popolazioni appartenete alla stessa specie, e quindi alla speciazione. Nel corso degli anni la teoria di Darwin venne aggiornata grazie alle nuove scoperte genetiche e della biologia molecolare. - la variabilità individuale è frutto di mutazioni. - l’evoluzione non opera su un solo individuo ma su un’intera popolazione, su un intero patrimonio genetico. - la selezione naturale preserva le mutazioni vantaggiose, i cui portatori aumenteranno in frequenza di generazione in generazione ed elimina più o meno velocemente quelle svantaggiose È possibile distinguere diverse tipologie di evoluzione micro evoluzione = analizza cambiamenti in tempi brevi nell’ambito di una specie (un esempio molto studiato è la modificazione della farfalla Biston betularia in seguito all'inquinamento) macro evoluzione = analizza grandi cambiamenti nel corso di un lungo tempo (ad esempio, quelli che hanno portato alla diversificazione di gruppi di specie, come la differenziazione dei vertebrati dagli invertebrati o dei mammiferi * Convergenza evolutiva (ambienti simili caratteristiche simili) Si prendono in esame animali diversi che vivono in ambienti simili (ambiente acquatico e marino). Sono presenti analogie molto importanti, in quanto sono presenti pressioni selettive simili. Hanno per questo sviluppato forme idrodinamiche. Evoluzione parallela (evoluti simili ma distanti) Specie separate spazialmente evolvono comunque in maniera simile. Marsupiali e placentari a confronto hanno stesso ruolo ecologico e forme simili, anche hanno modi diversi di vivere (riproduzione ecc). CLASSIFICAZIONE E FILOGENESI DEGLI ANIMALI Classificazione = nomenclatura e raggruppamento logico degli organismi. Essa è alla base della classificazione dei viventi fu operata inizialmente da Linnaeus in base alle caratteristiche morfologiche di ogni specie. Egli commise vari errori in quanto le conoscenze del tempo non permettevano osservazioni scientificamente precise. categorie tassonomiche Regno Phylum Classe Ordine Famiglia Genere = scritto sempre in corsivo (un nome) Specie = scritto sempre in corsivo Nome scientifico = Genere + Specie -> nomenclatura binomia inventata da Linnaeus latinizzato 2 parole …. recupera slide concetto di specie Inizialmente gli organismi venivano classificati per caratteristiche morfologiche, ma ciò era incorretto in quanto venivano considerati immutabili (come se la loro morfologia non potesse cambiare). Nacque poi il concetto di specie biologica, ossia un gruppo di popolazioni naturale i cui membri riescono ad incrociarsi tra loro in quanto non hanno barriere meccaniche che impediscono la riproduzione e producono una progenie fertile. limiti di questa teoria Tuttavia tale concetto non è applicabile agli animali che si riproducono in maniera asessuata e ai fossili, n quanto non è osservabile la loro riproduzione (cosa invece necessaria secondo mayr). Inoltre è possibile che specie diverse si incrocino dando origine a prole fertile. ESC = linea evolutiva legata dalla relazione antenato/discendente. Le popolazioni hanno un antenato comune e mantengono la propria identità rispetto ad altre linee così definite. CSC = slide PSC = effettuando analisi filo genetiche con strumenti appositi posso distinguere (slide) La classificazione rispecchia l’evoluzione e si basa sulle conoscenze attuali riguardanti la filogenesi degli animali. Un esempio di albero filogenetico di carattere molecolare (tiene conto delle modificazioni a carico di una proteina ossia il citocromo C). Filogenesi = si occupa della ricostruzione delle storie evolutive. I caratteri omologhi aiutano a costruire gli alberi genealogici Sistematica scienza che si occupa di definire le relazioni di parentela partendo dall’antenato fino si giorni nostri classificandoli e decidendo la topografia dell’albero filogenetico. Esistono 3 scuole sistematiche - sistematica evoluzionistica prende in considerazione differenze morfologiche e embriologiche - sistematica cladistica applica metodi statistici - sistematica fenetica applica il principio della massima somiglianza