Zoologia 1-2 PDF

ZOOLOGIA La ZOOLOGIA (dal greco: zoon = animale; logos = studio), o biologia animale. È un ramo delle scienze biologiche che si occupa dello studio del mondo animale secondo le sue diverse manifestazioni: le descrive e le classifica secondo affinità (classificazione filogenetica). Si divide in sistematica, anatomia comparata, fisiologia comparata..., così come in embriologia, genetica, etologia, ecologia, ecc, man mano che assume rispettivamente lo scopo di classificare, studiare la struttura, la riproduzione, le condizioni di vita e le relazioni degli animali con l’ambiente e con gli altri organismi... La biologia è la scienza che studia gli esseri viventi. Gli organismi viventi condividono molte proprietà peculiari, caratteristiche che non si trovano nel mondo inanimato. Il vivente ha un’organizzazione gerarchica Tutte queste caratteristiche portano a definire una serie di proprietà Proprietà emergenti: ciò che risulta dall’interazione delle varie componenti e che “emerge” nel “salire” nella gerarchia, quindi proprietà che erano assenti ai livelli più semplici Il concetto di vita si può esprimere come la capacità che ha la materia organizzata di reagire agli stimoli dell’ambiente esterno, adattandosi a tali mutamenti, con il fine di conservare la propria identità. I sistemi viventi condividono una serie di caratteristiche: Organizzazione cellulare: gli organismi sono composti da cellule —> teoria cellulare: o Tutti gli organismi sono composti da cellule (uni e pluricellulari) o La cellula è l’unità organizzativa di base della materia vivente. Cellule: assemblaggi complessi e organizzati di molecole racchiuse da membrana; procariotiche e eucariotiche o Ogni cellula deriva da una cellula preesistente Virus, viroidi e prioni sono eccezioni alla teoria cellulare Crescita e sviluppo: o Crescita: aumento delle dimensioni di singole cellule e più comunemente aumento del numero di cellule o Sviluppo: negli organismi viventi pluricellulari le cellule vanno incontro ai complessi processi di differenziamento e morfogenesi (come organogenesi) In alcuni organismi lo sviluppo post-embrionale vede trasformazioni tra uno stadio e l’altro che prendono il nome di metamorfosi Metabolismo ed energia: le cellule ricavano dall’ambiente energia e nutrienti. Gli esseri viventi sono in grado di produrre, immagazzinare ed utilizzare energia per mantenere l’ordine interno. Possono essere 1. Autotrofi: cioè produttori primari 2. Eterotrofi: consumatori primari o secondari Regolazione ed omeostasi: la capacità di un organismo di autoregolarsi mantenendo costante l’ambiente interno pur nel variare delle condizioni dell’ambiente esterno. Essi presentano meccanismi regolatori che mantengono l’organismo in equilibrio dinamico costante (temperatura, pH, concentrazione idrica e ionica, ecc). Per mantenere questo equilibrio viene spesa una grande quantità di energia. Dispendio di energia e “ordine” sono inversamente proporzionali, si mantiene quindi un’entropia costante Risposta agli stimoli ambientali (interazione e relazioni): i sistemi viventi sono in grado di percepire e rispondere agli stimoli sia interni che esterni. Gli esseri viventi interagiscono con l’ambiente esterno e l’uno con l’altro (per es. mimetismo) Riproduzione ed ereditarietà: ad eccezione di virus, viroidi e prioni, gli organismi viventi sono capaci di riprodursi autonomamente continuando la specie e trasmettendo informazione genetica (DNA) alla discendenza. La riproduzione può essere sessuata o asessuata Evoluzione e adattamento: la vita si evolve in conseguenza dell’interazione organismo- ambiente. Adattamento: la correlazione fra le strutture e le funzioni degli organismi e le condizioni dell’ambiente in cui essi vivono (carattere ereditario). È un processo non conscio, sono caratteristiche acquisite dalla generazione filiale Eccezioni alla teoria cellulare Virus viroidi e prioni condividono alcune proprietà della materia vivente ma non l’intera gamma di requisiti necessari per condurre vite autonoma. Virus – agenti infettivi di procarioti ed eucarioti Particelle di forma e dimensioni variabili Avvolti da un involucro proteico (capside) Possiedono solo un acido nucleico (DNA o RNA) Si replicano in una cellula ospite Vengono assemblati dopo la sintesi dei loro componenti Viroidi – agenti infettivi di eucarioti Piccole molecole di RNA circolare Sono in grado di autoreplicarsi Non presentano capside Patogeni tipici delle cellule vegetali Trasmissione e meccanismi di attività patogena ancora non chiari Prioni – molecole proteiche che hanno subito un cambiamento nella corretta configurazione spaziale. Infettività: capacità di trasferire la propria anomalia strutturale (non si sa se sia trascrizionale o post-trascrizionale). Neuropatie spongiformi di origine prionica: Scrapie – ovina Kuru – umana Morbo di creutzfeldt Jakob – umana BSE – bovina FSE – felina ZOOLOGIA LEZIONE 2 Si ritiene che la vita sia iniziata 4,6 miliardi di anni fa, grazie a una serie di esperimenti che hanno confermato questo lasso temporale Le prime molecole sono state qualcosa di ancora precedente al DNA e la proteina come la conosciamo noi Comparsa della vita sulla terra: 4-3,5 miliardi di anni fa (comparsa dei primi organismi simili ad odierni batteri fotosintetici (cianobatteri)) Dalla comparsa delle prime forme di vita, diversi eventi come le mutazioni genetiche degli organismi, insieme ai cambiamenti a cui è andata incontro la terra e la conseguente selezione naturale hanno portato all’origine degli organismi che popolano oggi la terra. Ci sono stati eventi che hanno fortemente modificato il processo evolutivo (major evolutionary transition) un qualcosa di fortemente legato alla chimica, portando alla prima molecola di RNA e poi DNA, che permise di avere l’informazione stabile e la trasmissione genetica per riproduzione sessuata, asessuata, partenogenetica ecc. Questa transizione ha portato alla biodiversità odierna. La biodiversità globale è la misura della biodiversità sulla terra, cioè variabilità totale delle forme di vita, si stima che il numero di specie sulla terra sia circa 8.7 milioni, considerando anche gli estinti si arriva a 100 milioni (oltre il 99% di specie estinte). ALBERO FILOGENETICO: CHROMISTA= FOTOSINTETICI La quota di specie distribuite fa vedere l’enorme quantità di invertebrati Come si è arrivati a questa biodiversità: Carlo Linneo: ha introdotto la modalità sistematica e ha classificato circa 11000 specie solo grazie all’osservazione, usando la nomenclatura binomia su base morfologica usando la nomenclatura binomia. Georges-Louis Leclerc Buffon: Studiò l’influenza dell’ambiente sulle modificazioni animali. Rivoluzione nel rivalutare l’età della terra a 75-100 mila anni (rifiutando il dogma religioso) Denis Diderot e Erasmus Darwin: ipotesi di modificazioni nel tempo da una specie all’altra (gradualismo) Lamarck: introdusse il trasformismo: la capacità degli animali di ereditare meccanicamente tratti acquisiti Charles Darwin e Wallace: Teoria della selezione naturale. Gli organismi derivano da un progenitore comune e al gradualismo si aggiunge la selezione naturale come meccanismo dominante le trasformazioni. Lamarck aveva formulato l’ereditarietà dei caratteri acquisiti osservando cambiamenti in poche generazioni, pensava che il cambiamento morfologico fosse dovuto alle abitudini o alle condizioni ambientali. Le varianti sono quindi prima acquisite in funzione dell’adattamento all’ambiente e poi tramandate alla prole (ereditabilità dei caratteri acquisiti). Ciò che osservarono Darwin e Wallace fu il gradualismo darwiniano: La diversità dei viventi come risultato del graduale cambiamento nel corso di lunghi periodi di tempo, di forme esistenti provenienti da un antenato comune. Queste portano a line diverse a seguito di cambiamenti delle condizioni esterne (selezione naturale), piccoli cambiamenti che si accumulano attraverso le generazioni. Attraverso l’epigenetica si è scoperto che tutto ciò a cui siamo sottoposti può portare a dei cambiamenti nell’espressione genetica, quindi non nel nostro genoma di per sé, ma nel modo o nella quantità con cui i geni si esprimono Teoria evoluzionistica Darwin e wallace (contemporanei a mendel) i cambiamenti insorgono casualmente La selezione naturale è un meccanismo dell’evoluzione, che opera producendo dei cambiamenti evolutivi quando alcuni individui della popolazione possiedono caratteri ereditari e producono una prole più vitale degli individui che mancano di questi caratteri. In questo modo la popolazione evolve e risulta meglio adattata alle sue condizioni locali. L’ambiente seleziona gli individui le cui caratteristiche sono più adatte alla sopravvivenza L’evoluzione vuole variazione genetica, vuole cambiamenti Gli organismi sono originati da comuni antenati Dal 900 in avanti si parla di neodarwinismo: avvento della genetica di popolazione, dopo la riscoperta di Mendel e l’affermarsi della genetica. Weissman e la scoperta del germoplasma come fonte di gameti, diverse dalle cellule somatiche. 1960: Teoria neutrale dell’evoluzione molecolare: polimorfismo genico, ridondanza del codice genetico e sostituzioni aminoacidiche simili, inefficacia delle mutazioni puntiformi, fino alla possibilità di estrarre il genotipo ci si basava solo sul fenotipo. Ci sono una serie di modificazioni genetiche che hanno un effetto neutro che impiegano un tempo variabile, anche lungo ad esprimersi. Si accumulano una serie di piccole variazioni che non necessariamente portano ad un cambiamento. Il DNA si esprime in maniera diversa ogni volta e la codifica di un amminoacido non determina obbligatoriamente un cambiamento. 1970 teoria degli equilibri punteggiati: teoria di eldredge e gould (gradualismo confutata dalla teoria degli anelli mancanti), alternanza di momenti di stasi anche prolungati. Momenti di rapido cambiamento Polimorfismo alla base della selezione genetica in zootecnia e nella selezione di razze canine, motivo per cui ad oggi sono associate determinate malattie a determinate razze Prove evoluzionistiche: evidenze fossili: comparazioni dal rinvenimento delle evidenze che hanno portato a vedere grandi modifiche tra i più antichi e i più recenti, per es. la capacità del pesce di uscire dall’acqua e sopravvivere diversi minuti fuori dall’ambiente acquatico Biogeografia: specie uniche generate su una stessa area geografica (magari isole o aree remote), si sono originate perché le specie di questi siti si sono evolute in isolamento dal resto del mondo. Si sono poi diffuse grazie alla deriva dei continenti (es. i marsupiali) Evoluzione convergente: non creano una diretta filogenesi, ma portano allo sviluppo di caratteristiche simili tra due specie differenti perché occupano ambienti simili, a non analoghe neanche dal punto di vista embrionale (es. ali). Questo denota che la selezione naturale favorisce l’adattamento all’ambiente Allevamento selettivo: i tratti della specie addomesticata sono stati profondamente modificati dalla pratica della selezione artificiale. Es. auroch e dairy cow. Ultimo esemplare circa 1600 Omologie anatomiche: (riprendi lezione di anatomia 1) serie di modificazioni di strutture simili che rimandano a un antenato comune, le strutture sono poi modificate a seconda del bisogno della specie. In alcuni casi, tali strutture non sono più necessarie e degenerano in strutture vestigiali non funzionali. Omologie di sviluppo: similitudini nell’ontogenesi (Aristotele osservava uova giorno dopo giorno) Molecolari: caratteristiche comuni a tutte le cellule viventi, suggerimento che tutte le specie viventi siano derivate da un antenato comune. Le specie imparentate dal punto di vista evolutivo tendono ad avere sequenze di DNA più simili rispetto a quanto esse lo siano in organismi imparentati più lontanamente. VARIABILITÀ Origine casuale della variabilità genetica. Le mutazioni possono avere peso diverso. Sono puntiformi quando viene modificata solo una proteina codificante, mutazioni cromosomiche, mutazioni cariotipiche. Possono interessare sia geni strutturali che altri geni (regolatori) Esponendosi al sole per es. si arriva al breaking del genoma Ricombinazione: capacità del genoma di andare incontro a ricombinazione omologa. Ciascun cromosoma è una coppia di cromosomi omologhi. Può essere assortimento indipendente o Il crossing over (un processo naturale che ricombina i geni). Meccanismi dell’evoluzione Selezione naturale: condizioni diverse selezionano individui con caratteri differenti ->selezione di un fenotipo rispetto a un altro. La selezione può portare a stabilizzare o SELEZIONE STABILIZZANTE favorisce gli eterozigoti (es: pettirosso depone 4 uova se ne deponesse di più i pulcini sarebbero malnutriti) o SELEZIONE DIREZIONALE favorisce un allele rispetto a un altro, si giunge (salvo mutazioni) alla scomparsa di un allele ed alla fissazione dell’altro (es: Biston betularia durante la riv. industriale le betulle avevano preso una colorazione scura perché coperte di cenere, gli uccelli non riconoscevano le farfalle sulle betulle banche ma su quelle nere si, rendendo più facile la predazione; quindi, si sono evolute con colorazioni nere) o SELEZIONE DIVERGENTE vengono premiati i due omozigoti a scapito dell’eterozigote Accoppiamento non casuale: quando i partner si scelgono in base a particolari preferenze (fenotipo, comportamento, dimensioni, ecc …) Deriva genetica: cambiamento casuale delle frequenze alleliche (non tutte le varianti geniche che si originano casualmente vengono trasmesse alla discendenza- se il gamete che porta quella variante non si unisce ad un altro gamete e genera un nuovo individuo, la variante viene persa). Si verifica principalmente quando il numero di individui di una popolazione diventa estremamente piccolo. Questa può manifestarsi nel cosiddetto collo di bottiglia: una popolazione si riduce a pochi individui; la poca variabilità di questo pool genico porta solitamente all’estinzione, ma se la popolazione riesce a sopravvivere e incrementare nuovamente gli individui sarà sicuramente con una perdita di alleli. Simile è l’effetto del fondatore: un piccolo numero di individui, tanto piccolo da subire gli effetti della casualità sulle sue frequenze alleliche, si separa dalla popolazione madre. La nuova popolazione manifesterà le caratteristiche solamente di quegli organismi che l’hanno prodotta. È DOVUTA AL CASO Migrazione (flusso genico): spostamento di individui tra popolazioni che immette o allontana alleli e modifica frequenze alleliche senza che sia necessariamente una forza selettiva, è estremamente improbabile che due popolazioni rimaste isolate per molto tempo mantengano le stesse frequenze alleliche. Microevoluzione e speciazione Tutti i fenomeni alla modificazione delle frequenze alleliche di un pool genico di una popolazione rappresentano i meccanismi della microevoluzione. Se le popolazioni a seguito di permanente isolamento continuano a diversificarsi tra loro per le frequenze alleliche, magari inizialmente per caso, oppure perché soggette a pressioni selettive diverse, si arriverà al punto che esse diverranno tanto diverse da non riuscire più ad ibridarsi tra loro per dare prole feconda. Secondo il concetto biologico di specie, espresso dalla capacità, almeno potenziale, degli individui di una stessa specie di produrre prole feconda, si è verificato il fenomeno di speciazione. Con isolamento geografico 1. Speciazione allopatrica: possibile conseguenza dell’isolamento geografico. Spesso, nella formazione di nuove specie, il blocco iniziale del flusso genico è provocato da una barriera geografica che ha isolato una data popolazione. Questo modello di speciazione è chiamato speciazione allopatrica. Cause possibili: una barriera geografica che compare improvvisamente dividendo in due parti la popolazione originaria 2. Speciazione peripatrica: o per effetto del fondatore, simile alla allopatrica. Avviene quando un piccolo numero di individui costituisce una nuova popolazione ai margini dell’areale della specie di origine, ad esempio colonizzando una piccola isola vicino alla costa. La nuova popolazione può evolversi rapidamente in una nuova specie. A questo modello sono riferibili i casi di semi-specie, circoli di specie e superspecie. Si crea quando a popolazione si trova isolata ai margini di una popolazione più grande come nel caso dell’effetto del fondatore. Senza isolamento geografico, la comparsa di nuove specie può avvenire nella stessa area geografica 1. Speciazione simpatrica: possono nascere nuove specie a causa di un isolamento di tipo riproduttivo senza che ci sia un isolamento geografico. Se una mutazione genetica crea all’improvviso una barriera riproduttiva tra gli individui mutanti e la popolazione originaria, una nuova specie può comparire anche nel corso di una sola generazione. ▪ Modello con accoppiamento assortativo: alcuni genotipi (fenotipi) preferiscono accoppiarsi con partners aventi lo stesso genotipo (fenotipo) ▪ Modello con eterogeneità ambientale: genotipi diversi o ▪ o adattati a nicchie ecologiche diverse 2. Speciazione parapatrica: si parla di speciazione parapatrica quando la divergenza avviene all’interno di popolazioni che non sono totalmente isolate geograficamente, ma possiedono una ristretta zona di contatto. Le migrazioni tra popolazioni sono tuttavia limitate da motivi climatici. La selezione naturale ha dunque un ruolo importante in questa modalità di speciazione. Se le due specie hanno acquisito completo isolamento riproduttivo possono sovrapporsi, in base alle preferenze di habitat. Se sii sono sviluppate barriere di isolamento riproduttivo ma non compatibilità ecologica, gli areali si mantengono parapatrici. Se non sono state acquisite barriere anti-ibridazione, si forma una zona di contatto che porta alla formazione di ibridi, nei quali possono evolvere barriere postzigotiche. I meccanismi di speciazione sono fenomeni generalmente molto lenti e che non possono essere osservati direttamente, ma soltanto ipotizzati sulla base di modelli teorici. Le barriere riproduttive mantengono separate le specie: Le barriere riproduttive sono caratteristiche biologiche proprie degli organismi che impediscono a specie affini di incrociarsi e isolano i pool genici delle specie Possono essere prezigotiche e postzigotiche Speciazione: evoluzione di meccanismi di isolamento riproduttivo, cioè di barriere al flusso genico tra popolazioni Barrriere prezigotiche: Isolamento temporale: si verifica quando due specie si accoppiano in momenti diversi (stagioni, momenti della giornata o addirittura anni). Es: 1. Spilogale putorius: l’accoppiamento avviene a fine inverno e i piccoli nascono tra aprile e luglio 2. Spilogale gracilis (sottospecie di spilogale putorius): l’accoppiamento avviene a fine estate-inizio autunno, lo sviluppo si arresta nella fase di blastocisti (diapausa) e riprende in primavera. I piccoli nascono in maggio o giugno. Isolamento ambientale: si verifica quando due specie vivono nella stessa regione, ma in ambienti diversi. Es: zanzare londinesi in superficie/metropolitana Isolamento comportamentale: si verifica perché vi è poca o nessuna attrazione sessuale tra i maschi e le femmine di specie differenti Isolamento meccanico: dovuto all’incompatibilità tra gli organi sessuali dei maschi e delle femmine Isolamento gametico: un maschio e una femmina di due specie differenti possono accoppiarsi, ma i gameti non riescono a formare uno zigote, ossia a fecondarsi. Barriere post-zigotiche: agiscono solo dopo che si sono formati gli zigoti ibridi (derivati cioè dall’unione di gameti provenienti da due specie diverse) Sterilità degli ibridi: completano il proprio sviluppo dando origine a individui robusti ma che risultano sterili. Di conseguenza non si verifica un flusso genico tra le due specie parentali. Es: bardotto (asina con cavallo) o mulo (cavalla con asino) Non-vitalità degli ibridi: si verifica quando i geni di due specie parentali non sono compatibili; ciò fa sì che gli ibridi non sopravvivano (rana pipiens e rana sylvatica)

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