animali
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regno degli animali Gli animali sono organismi eucariotici, pluricellulari ed eterotrofi che assumono cibo per ingestione; le loro cellule non hanno parete e sono interconnesse da giunzioni caratteristiche. L’organizzazione degli animali Gli animali possiedono diversi tipi di cellule, tutte cellule clone con gli stessi cromosomi, ma con una specializzazione funzionale, ovvero forme e funzioni differenti. 3 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 L’elevata specializzazione cellulare impone una precisa gerarchia cellulare: tessuto – organo – apparato – organismo Il livello di organizzazione gerarchica è diverso in diversi taxa animali a seconda della storia evolutiva. A Livello di cellula Cellula muscolare B Livello di tessuto Tessuto muscolare C Livello di organo Cuore D Livello di apparato Apparato cardiovascolare E Livello di organismo Il risultato dell’interazione di molti sistemi Il regno degli animali probabilmente ha avuto origine da protisti coloniali dotati di flagelli Probabilmente gli animali si sono evoluti da protisti coloniali (coanoflagellati), le cui cellule gradualmente si sono specializzate e stratificate. Cellule somatiche Cavità digerente Cellule riproduttive Colonia iniziale di protisti; un aggregato di cellule identiche Sfera cava (sezione) Inizio della specializzazione cellulare (sezione) Introflessione (sezione) Protoanimale simile a una sezione gastrula (sezione) Lo stadio embrionale La specializzazione dei tessuti è programmata durante lo stadio embrionale, fase in cui si formano tre strati di cellule differenziate, i foglietti embrionali. 6 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Legenda Gli animali hanno cellule diploidi eccetto che per gli ovuli e gli spermatozoi, che sono aploidi. Lo zigote spesso si sviluppa in una blastula cava che si introflette a formare una gastrula. Spermatozoo Aploide (n) 1 Diploide (2n) Uovo Zigote (uovo fecondato) Meiosi Stadio a otto cellule Adulto Metamorfosi Blastula (sezione trasversale) Tubo digerente Ectoderma Larva Endoderma Introflessione Stadio precoce di gastrula (sezione trasversale) Futuro mesoderma Stadio avanzato di gastrula (sezione trasversale) I piani strutturali La maggior parte degli animali è caratterizzata da una simmetria corporea. 1) Simmetria radiale: tipica degli animali le cui parti del corpo sono disposte intorno a un asse principale. Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 2) Simmetria bilaterale: caratteristica degli animali che si spostano in una sola direzione ed è correlata 8 alla cefalizzazione. Il corpo degli animali Molti animali posseggono una cavità corporea che protegge gli organi e funge da scheletro idrostatico. Il corpo di gran parte degli animali è suddiviso in segmenti specializzati. Tale segmentazione è chiamata metamerìa. Le appendici hanno principalmente funzioni motorie. 9 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 classificazione degli animali Non si conosce con precisione il numero di specie animali oggi presenti sul pianeta, circa 1.800.000 sono quelle attualmente classificate in circa 35 phyla diversi. Il phylum più numeroso è quello degli Artropodi che conta circa un 1.500.000 specie note, di cui 900 000 appartenenti alla classe degli Insetti. Il phylum dei Cordati comprende diverse classi di vertebrati, e tra questi si classificano circa 31.000 specie di pesci, 4.100 anfibi, 7.500 rettili, 8.700 uccelli, 4.500 mammiferi. I principali phyla degli invertebrati poriferi Il phylum dei poriferi comprende le spugne, che sono tra gli animali più semplici. Il loro corpo relativamente semplice non presenta tessuti, è dotato di pori, è privo di simmetria ed è composto da due strati di cellule. Lo strato interno è formato da coanociti, cellule flagellate deputate alla filtrazione delle particelle di cibo in sospensione nell’acqua che passa attraverso i pori delle spugne. I coanociti aiutano a convogliare l’acqua nella cavità centrale. Pori Coanocita Amebociti Fibre scheletriche Cavità centrale Coanocita a contatto con un amebocita Flusso d’acqua Flagelli cnidari Gli cnidari possono avere due tipi di organizzazione corporea a simmetria radiale: – la forma polipoide (o polipo), caratteristica di idre e coralli; – la forma medusoide (o medusa). Gli cnidociti presenti sui tentacoli degli cnidari pungono le prede, mentre i tentacoli, controllati dai nervi, convogliano il cibo dalla bocca in una cavità gastrovascolare, dove viene digerito e distribuito al resto del corpo. Filamento avvolto a spirale Tentacolo di Hydra «Cnidocilio» Filamento estroflesso Preda Cnidocita Capsula La maggior parte degli animali ha simmetria bilaterale, cioè le due metà laterali sono speculari tra di loro. Un animale di questo tipo presenta un’estremità anteriore dotata di strutture sensoriali e si sposta in senso cefalico. Alto Superficie dorsale Estremità anteriore Estremità posteriore Superficie ventrale Basso platelminti I vermi piatti, o platelminti, sono i più semplici animali a simmetria bilaterale – I vermi piatti, del phylum platelminti, sono i più semplici animali a simmetria bilaterale. – Il corpo di questi animali è estremamente semplificato. – La cavità gastrovascolare è l’unico spazio presente all’interno del corpo. • Una planaria ha un semplice sistema nervoso costituito da un cervello, organi di senso, cordoni nervosi e nervi ramificati, e una cavità gastrovascolare molto ramificata con un’unica apertura, la bocca, posta sulla superficie del Cavità gastrovascolare Cordoni nervosi corpo. Bocca Macchie oculari Aggregati di tessuto nervoso Ciclo vitale di Schistosoma, un trematode parassita • I trematodi (fasciole e schistosoma) e i cestodi (tenie) sono vermi piatti parassiti, con complessi cicli vitali. Strutture riproduttive Colorizzata SEM 80 Uncini Testa Ventosa La maggior parte degli animali possiede una cavità corporea, cioè uno spazio ripieno di liquido tra il tubo digerente e la parete corporea. Si tratta di uno pseudoceloma oppure di un vero e proprio celoma. Rivestimento esterno Regione non cava riempita di tessuto Tubo digerente Rivestimento esterno Strato muscolare La presenza di una cavità corporea dà forma al corpo, lo rende più flessibile e contribuisce al movimento, funzionando da scheletro idrostatico, inoltre protegge gli organi interni e può rendere più efficiente la circolazione. Tubo digerente Pseudoceloma Celoma Rivestimento esterno Strato di tessuto Tubo digerente nematodi I vermi cilindrici, o nematodi, hanno lo pseudoceloma e un tubo digerente completo – I vermi cilindrici, del phylum nematodi, hanno lo pseudoceloma, una cavità corporea non completamente circondata dal mesoderma e sono rivestiti da una cuticola. – Come la maggior parte degli animali, i nematodi hanno un tubo digerente completo, cioè con un’apertura boccale e una anale. • Molti nematodi conducono vita libera, mentre altri sono parassiti di piante e animali. Tessuto muscolare LM 350 Bocca Colorizzata SEM 400 Stadio giovanile di Trichinella molluschi I molluschi hanno una grande varietà di forme, ma tutte derivate dallo stesso piano strutturale – I molluschi sono un phylum ampio e diversificato. – Tutti sono dotati di un piede muscolare e di un mantello che può secernere una conchiglia e che contiene la massa viscerale. – Hanno un vero celoma e un sistema circolatorio. Molti molluschi sono forniti di un apparato raschiante per l’alimentazione, la radula, che viene utilizzato per raccogliere il cibo. Sacco dei visceri Celoma Cuore Rene Organi riproduttori Tubo digerente Mantello Conchiglia Tubo digerente Cavità del mantello Radula Ano Radula Bocca Branchia Bocca Piede Cordoni nervosi •I gasteropodi sono molluschi a conchiglia spiralata •Con oltre 40.000 specie (tra cui chiocciole e lumache), i gasteropodi costituiscono il gruppo di molluschi più numeroso. •I bivalvi possiedono una doppia conchiglia con cerniera •I bivalvi comprendono molte specie di vongole, ostriche, mitili e pettini. •I cefalopodi sono predatori attivi •I cefalopodi sono animali agili e veloci; ne fanno parte polpi, seppie e calamari. La metameria è una caratteristica della maggior parte degli animali – Molti animali presentano segmentazione, o metameria, cioè la suddivisione di parte del corpo in una serie di segmenti ripetuti. – La segmentazione è particolarmente evidente in un animale come il lombrico. Il corpo flessibile e segmentato del lombrico è adatto per strisciare su superfici umide e per scavare gallerie nel terreno. Ano Muscolatura Epidermide trasversale Setto che separa i segmenti Muscolatura longitudinale Organo secernente muco Setto che separa i segmenti Vaso dorsale Tubo digerente Organo escretore Setole Vaso Celoma dorsale Setole Tubo digerente Organo escretore Cervello Setto Cordone nervoso Vaso ventrale Vasi sanguigni Bocca Cordone nervoso Cuori accessori anellidi I vermi segmentati, o anellidi, comprendono forme libere e forme sedentarie •Gli oligocheti sono anellidi con poche setole – Gli anellidi, appartenenti al phylum Annellida, comprendono i lombrichi e altri vermi segmentati. – Hanno corpi metamerici e comprendono tre gruppi principali:gli oligocheti (come i lombrichi, che ingeriscono e filtrano il terreno); i policheti e gli irudinei. Lombricus terrestris •I policheti hanno molte setole – I policheti formano il gruppo più numeroso di anellidi: la maggior parte è marina ma alcune specie dimorano negli estuari e nelle acque dolci. – Comprendono forme sedentarie sospensivore sui fondali marini e forme erranti predatrici attive. – Molte specie marine vivono all’interno di tubi da cui fuoriescono appendici sfrangiate che intrappolano le particelle di cibo in sospensione. •Gli irudinei sono privi di setole – Gli irudinei, più noti con il nome di sanguisughe, rappresentano il terzo grande gruppo di anellidi. – Anche se questi animali sono noti per la loro capacità di succhiare il sangue, molte specie sono carnivore e conducono un’esistenza libera. artropodi Il phylum degli artropodi, animali dagli arti articolati, è il più ampio e diffuso di tutto il regno animale Cefalotorace Antenne (per la recezione sensoriale) Addome Torace Capo Appendici specializzate (per nuotare) Arti (per camminare) Chele (per la difesa) Apparato boccale (per mangiare) Il phylum degli artropodi comprende animali metamerici dotati di esoscheletro e appendici articolate. Gli artropodi comprendono cinque importanti gruppi: – – – – – i limuli; gli aracnidi; i crostacei; i diplopodi; I chilopodi. •I limuli sono animali molto antichi •I limuli esistono da centinaia di milioni di anni; sono animali acquatici comuni lungo le coste atlantiche nordamericane. •Gli aracnidi sono quasi tutti terrestri •Gli aracnidi (scorpioni, ragni e acari) sono per lo più terrestri e carnivori. Una vedova nera (larga circa 1 cm) Uno scorpione (lungo circa 8 cm) Un acaro della polvere •I crostacei sono quasi tutti acquatici •Al gruppo dei crostacei appartengono astici, aragoste, gamberi e granchi. •I diplopodi (millepiedi) e i chilopodi (centopiedi) – I diplopodi (millepiedi) hanno due paia di arti per ogni segmento corporeo. – I chilopodi (centopiedi) hanno un solo paio di arti per segmento. •Gli insetti comprendono più specie di tutti gli altri animali messi insieme – Gli insetti sono gli artropodi più numerosi e diffusi. – Il loro corpo è suddiviso in capo, torace e addome. – Hanno tre paia di zampe e sono per la maggior parte dotati di ali. – Il loro sviluppo prevede una metamorfosi che può essere incompleta (come nelle cavallette) oppure completa (come nelle farfalle). • Gli ortotteri • L’ordine Orthoptera comprende cavallette, grilli, cicale, locuste, insetti stecco e mantidi religiose. Capo Antenna Torace Addome Ala anteriore Occhio Apparato boccale Ala posteriore •Gli odonati •L’ordine Odonata include circa 5000 specie di libellule. •Gli emitteri •L’ordine Hemiptera (circa 55 000 specie) comprende le cimici degli animali, le cimici delle piante, le cimici domestiche e le idrometre. •I coleotteri •L’ordine Coleoptera è il più numeroso del regno animale e comprende specie molto note come gli scarabei, i cervi volanti, i maggiolini e le coccinelle. •I lepidotteri •All’ordine Lepidoptera appartengono le falene e le farfalle (circa 140 000 specie). •I ditteri •I moscerini delle frutta, le mosche, i pappataci e le zanzare appartengono all’ordine Diptera, costituito da circa 120.000 specie. Bilancieri •Gli imenotteri •L’ordine Hymenoptera (circa 110 000 specie) comprende le formiche, le api e le vespe. echinodermi Gli echinodermi hanno epidermide spinosa, endoscheletro e un sistema acquifero per la locomozione Gli echinodermi comprendono i ricci di mare e le stelle marine, animali a simmetria radiale, con pelle spinosa e dotati di endoscheletro. Pedicello ambulacrale Pedicello ambulacrale Spina • Esclusivo degli echinodermi è il loro peculiare sistema acquifero, con pedicelli ambulacrali muniti di ventose, che svolge funzioni respiratorie e locomotorie. Ano Spine Stomaco Pedicelli ambulacrali Canali Il phylum dei cordati I cordati sono animali caratterizzati dalla presenza di: • notocorda (struttura dorsale di sostegno); • cordone nervoso dorsale; • coda; • fessure branchiali. I cordati comprendono tre gruppi: urocordati (300 specie) cefalocordati (30 specie) vertebrati (50.000 specie) Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 55 Cordati Mammiferi Rettili, uccelli Anfibi Pesci a pinne lobate Pesci a pinne raggiate Squali, razze Lamrprede Missine Anfiossi Tunicati Albero filogenetico dei cordati correlato ai caratteri chiave derivati. Craniati Vertebrati Vertebrati con mascelle Tetrapodi Amnioti Uovo amniotico Arti Pinne lobate Polmoni o loro derivati Mascelle Colonna vertebrale Capo Cervello Cordato ancestrale Allattamento • Gli urocordati comprendono i tunicati (ascidie), dal corpo sacciforme, i cefalocordati gli anfiossi. Sono invertebrati marini che si nutrono delle particelle in sospensione nell’acqua. Sifone per l’uscita dell’acqua Coda Cordone nervoso Capo Fessure branchiali Bocca Notocorda Bocca Muscoli segmentati Faringe Cordone nervoso Fessure branchiali Notocorda Tubo digerente Apertura per l’uscita dell’acqua Coda Forma adulta Forma larvale Muscoli segmentati Ano Branchiostoma lanceolatum, anfiosso ascidie vertebrati La maggior parte dei cordati è costituita da animali vertebrati, caratterizzati da endoscheletro osseo che comprende un cranio e una colonna vertebrale composta da vertebre. I vertebrati si dividono in: Agnati (privi di mascelle, scheletro cartilagineo) Gnatostomi (possiedono cranio osseo e mascelle) Le lamprede sono agnati posseggono una bocca circolare con dentelli e ventose. Degli agnati fanno parte anche gli antenati dei pesci moderni, gli ostracodermi, oggi estinti, che erano coperti da un'armatura di piastre ossee. Si ritiene che le mascelle dei vertebrati si siano evolute da modificazioni dei supporti scheletrici delle fessure branchiali di un ipotetico predecessore che utilizzava le branchie come filtri, per trattenere le particelle alimentari sospese nell’acqua. Elementi Cranio Fessure scheletrici branchiali (archi branchiali) Bocca Vertebrati acquatici: i pesci I pesci sono vertebrati acquatici dotati di mascelle articolate, branchie, pinne (pelviche e pettorali, dorsale e caudale), e del sistema della linea laterale, una struttura sensoriale pressocettiva. 64 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 La varietà dei pesci I pesci, i primi vertebrati dotati di mascelle, si sono evoluti nell’arco di oltre 400 milioni di anni, diversificandosi in un 65 grande numero di specie (circa 31.000). evoluzione dei pesci classificazione dei pesci • Condroitti Pesci con scheletro cartilaginei (squali e razze), pelle flessibile talvolta con dentelli. La riproduzione presenta oviparità, ovoviviparità o viviparità. Squalo bianco (Carcharodon carcharias) classificazione dei pesci • Actinopterigi Il gruppo più rappresentato dei pesci ossei moderni, più di 30.000 specie. Il loro nome fa riferimento alla caratteristica di possedere pinne sostenute da raggi. • Sarcopterigi Pesci ossei a pinne lobate e articolate. La maggior parte delle specie di sarcopterigi sono oggi estinte, fanno eccezione i Dipnoi, pesci polmonati, e due specie di Celacanti. I pesci ossei sono caratterizzati da: – uno scheletro rigido rinforzato da depositi di fosfato di calcio; – opercoli che coprono le branchie; – una vescica natatoria Scheletro osseo per regolare il Pinna dorsale Branchie galleggiamento. Opercolo Pinna pettorale Cuore Pinna anale Vescica natatoria Pinna pelvica I Sarcopterigi, o pesci a pinne lobate, che dispongono di pinne muscolari sostenute da robuste ossa, sono gli antenati degli anfibi, i primi vertebrati terrestri Celacanto Latimeria chalumnae In Late Devonian vertebrate speciation, descendants of pelagic lobe-finned fish – like Eusthenopteron – exhibited a sequence of adaptations: Panderichthys, suited to muddy shallows; Tiktaalik with limb-like fins that could take it up onto land; Early tetrapods in weedfilled swamps, such as: Acanthostega which had feet with eight digits, Ichthyostega with limbs. Descendants also included pelagic lobe-finned fish such as coelacanth species. Gli anfibi Gli anfibi, che comprendono circa 4.100 specie viventi, sono stati i primi vertebrati ad adattarsi alla vita sulla terraferma, restando comunque legati anche agli ambienti acquatici. 72 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 • Gli anfibi sono rappresentati da rane, rospi, tritoni e salamandre. Per la riproduzione, gli anfibi sono ancora legati all’ambiente acquatico dove vengono deposte le uova e si sviluppano gli stadi larvali. amnioti Il gruppo degli amnioti comprende le classi dei Rettili, Uccelli e Mammiferi. I rettili I rettili, sono vertebrati del tutto indipendenti dall’acqua, possono riprodursi nella terraferma. Vivono in ambienti anche molto aridi grazie a: • l’uovo amniotico; • la cute con scaglie di cheratina impermeabili; • i reni. 76 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 La varietà dei rettili 77 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 L’evoluzione dei rettili, che oggi comprendono circa 7.500 specie, è iniziata circa 250 milioni di anni fa a a partire dai primitivi anfibi. – I rettili odierni sono a volte definiti «animali a sangue freddo» perchè non regolano la temperatura corporea attraverso il metabolismo, sono infatti ectotermi, cioè regolano la propria temperatura corporea assorbendo calore dall’ambiente. – Durante l’età dei rettili, il gruppo più diversificato era quello dei dinosauri, che comprendeva i più grandi animali che siano mai vissuti sulla terraferma. La storia evolutiva e la classificazione dei Rettili è molto complicata, molte specie sono oggi estinte, e non solo le specie di rettili oggi viventi, ma anche gli uccelli e i mammiferi derivano da specie rettili ancestrali. Cheloni: taxon che comprende le tartarughe. Arcosauri: taxon che comprendeva anche i dinosauri e gli antenati degli uccelli, ne fanno parte i coccodrilli. Lepidosauri: taxon che comprende lucertole e serpenti. I rettili alati I biologi collocano gli uccelli tra i rettili. Prove fossili suggeriscono che gli uccelli si siano evoluti circa 150-200 milioni di anni fa da una linea evolutiva di dinosauri bipedi. Artigli sulle ali (come i rettili) Denti (come i rettili) Lunga coda con molte vertebre Penne (come i rettili) Archaeopteryx Gli uccelli presentano particolari adattamenti come la presenza di ali ricoperte di penne, ossa cave, robuste ma leggere, e la carena dello sterno, robusta cresta ossea longitudinale, sulla quale s’inseriscono i muscoli delle ali. 85 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 La varietà degli uccelli Gli uccelli presentano molti adattamenti per la leggerezza e il volo, hanno ali, penne e sono endotermi. L’abilità del volo è associata con gli uccelli, ma vi sono anche alcune specie attere (non volatrici) che, con l’evoluzione, hanno perso la capacità di volare e sono diventate completamente terrestri. 86 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 I mammiferi I mammiferi sono vertebrati endotermi che allattano i propri piccoli. ghiandole sudoripare; ghiandole mammarie; pelliccia; cuore a quattro camere; endotermia e alto tasso metabolico. 87 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 La varietà dei mammiferi 88 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore 2011 Ornithorhynchus anatinus • I monotremi sono mammiferi che depongono le uova, comprendono quattro specie di echidna ed una di ornitorinco. • Tutti gli altri mammiferi sono placentati, ovvero danno alla luce piccoli vivi dopo un periodo di sviluppo embrionale all’interno del corpo materno, durante il quale il piccolo viene nutrito nell’utero attraverso un organo (in cui scorrono in intima connessione il sangue materno e quello fetale) chiamato placenta. evoluzione mammiferi • I mammiferi marsupiali (circa 300 specie tra cui i canguri, gli opossum e i koala) generano una prole immatura che completa il suo sviluppo in una tasca materna esterna detta marsupio, succhiando il latte dai capezzoli della madre che l’accudisce e la protegge. • I mammiferi euteri hanno gestazione relativamente lunga e partoriscono piccoli a uno stadio molto avanzato dello sviluppo. Comprendono circa una trentina di ordini (ad esempio roditori, ungulati, carnivori, primati, etc.) •L’introduzione di specie animali estranee alla fauna locale riduce la biodiversità •Le specie autoctone (originarie di un certo luogo) sono spesso minacciate dall’introduzione di specie alloctone (estranee). • L’albero filogenetico del regno degli animali descrive la loro diversità in chiave evolutiva Un albero filogenetico tradizionale del regno animale: L’albero filogenetico basato sui confronti molecolari ha aggiunto due linee monofiletiche (cladi) tra i protostomi: i lofotrocozoi e gli ecdisozoi. • Protostomi e deuterostomi • I protostomi hanno un celoma che si sviluppa a partire da aggregati compatti di cellule che si posizionano tra il tubo digerente e la parete corporea embrionale. • I deuterostomi hanno un celoma che si forma da estroflessioni cave del tubo digerente durante i primi stadi embrionali. • Lofotrocozoi ed ecdisozoi • I lofotrocozoi presentano il lofoforo, un apparato per l’alimentazione presente in alcuni phyla di questo gruppo. • Gli ecdisozoi sono caratterizzati dalla presenza di un esoscheletro che deve essere cambiato per permettere la crescita del corpo dell’animale.
