Sostegno e Movimento - Materiale Scienze della Formazione Primaria
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Sostegno e Movimento SOSTEGNO • Apparato scheletrico Gli scheletri • Componente fondamentale del blaupan • Funzioni del sistema scheletrico: Protezione (gusci-conchiglie-tubi-capsule) Sostegno svolte da elementi di rinforzo (pastre, impalcature,tiranti)soprattutto animali terrestri Locomozione (sistema muscolo-scheletrico integrato,elementi articolati)con maggiore valore adattativo come contributo essenziale alla motilità Strutture scheletriche con funzione puramente protettiva:Protozoi Strutture scheletriche con funzione di sostegno e locomozione e anche protezione:Artropodi e vertebrati Scheletri • Costituiti:materiali strutturali solidi con una serie di requisiti che valgono per l’edificazione di qualsiasi sistema di sostegno: 1)Economicità 2)Leggerezza 3)Rigidità e resistenza 4)adattabilità,crescita e autoriparazione • 1)materiali scheletrici facilmente reperibili • 2)l’aumento del peso corporeo porta notevoli problemi • 3)per far fronte a stress meccanici (materiali composti da matrici rinforzate con fibre) • 4)comportano che lo scheletro sia costituito da materiale non inerte adeguato a rispondere alle diverse esigenze dell’ambiente esterno e alle varie fasi del ciclo vitale • L’importanza del sistema scheletrico per un animale è supportata dal fatto che quasi tutti i Metazoi lo posseggono e se manca è sostituito da un supporto alternativo. Tipi di scheletro • Idroscheletro:liquido cavità corporea turgore dei tessuti interni • Rigidi : esoscheletro(esterno al corpo) endoscheletro(interno al corpo) Animali a corpo molle • IDROSCHELETRO Funzione di sostegno e locomozione si realizza grazie al turgore interno sfruttando Combinazione muscolo-scheletrica del Sacco muscolo-cutaneo della parete corporea + liquido cavità corporea Celoma:cavità corporea • La cavità corporea o celomatica è uno spazio pieno di liquido,nel quale possono essere sospesi gli organi interni,che circonda l’intestino. Rappresenta una superficie per la diffusione di gas,nutrimenti,sostanze di rifiuto,ha funzione di scheletro idrostatico (sostegno e flessibilità) Presenza e tipo di cavità del corpo --- Acelomati (platelminti e nemertini) es planaria e tenia --- Pseudocelomati (nematodi molti parassiti) --- Celomati (tutti gli altri phyla) Funzione di sostegno e locomozione dell’idroscheletro • Pseudocelomati e celomati Il celoma fa da sostegno al corpo ma dà anche il necessario complemento ai muscoli che realizzano il movimento esercitando la loro azione sull’idroscheletro che si deforma pur mantenendo un volume costante Acelomati • Negli acelomati lo stesso turgore dei tessuti interni può essere utilizzato come applicazione di sistema idraulico atipico In base alle differenze nelle fasi iniziali dello sviluppo gli zoologi dividono gli animali bilateri in due linee evolutive • Protostomi:il blastoporo embrionale dà origine alla bocca, Schizocelia platelminti(acelomati),nematodi(pseudoc elomati),molluschi,anellidi,artropodi(euc elomati • Deuterostomi :il blastoporo dà origine all’apertura anale,Enterocelia echinodermi,emicordati,cordati Sono esclusi da questa distinzione sistematica: Poriferi,Cnidari,Ctenofori Classificazione tradizionale Protostomi • Maggior parte dei celomati • Molluschi • Anellidi • Artropodi Deuterostomi • Echinodermi • cordati ↓ ↓ ↓↓ ↓ ↓ ← → eumetazoi ← → Antenato comune → → ← → Scheletro rigido tende ad affermarsi nella filogenesi come scelta evolutiva • Protostomi esoscheletro • Deuterostomi endoscheletro Scheletri rigidi • Matrice extracellulare(con componente organica ed inorganica)prodotta da cellule epiteliali e connettivali attraverso un processo di secrezione e biomineralizzazione • Polisaccaridi, proteine fibrose:resistenza,flessibilità • Carbonato di calcio,silice,fosfato di calcio celestina:durezza,rigidità Esempi di gusci esterni o di impalcature interne si trovano fin dai Protozoi protozoi FORAMNIFERI Endoscheletro costituito da una capsula centrale da cui si dipartono i pseudopodi aghiformi Scleriti e spicole endoschelet riche di natuea organica(spo ngina) ed inorganica(ca lcarea e silicea) nei poriferi Strutture scheletriche di vario tipo nei Cnidari Eso-endoscheletro e idroscheletro Esoscheletro dei molluschi: la conchiglia La conchiglia • Se presente,è secreta dalle ghiandole del mantello e da esso tapezzata.Presenta tre strati: • Periostraco:strato corneo esterno,composto da una proteina molto resistente(conchiolina);si accresce solo sul margine della conchiglia. • Prismatico:intermedio,è composto da prismi di carbonato di calcio immersi in una matrice proteica.L’aumento delle dimensioni avviene dal margine della conchiglia. • Madreperlaceo:interno,è composto da lamine di carbonato di calcio immerse nella matrice proteica.E’ secreto in continuazione e diventa più spesso nel corso della vita dell’animale. Esoscheletro trova il suo più completo sviluppo negli artropodi La cuticola si specializza e si stratifica formando un epicuticola esterna,un’esocuti cola e un’endocuticola Artropodi crostacei • Alle componenti organiche(cuticola) si aggiunge una componente inorganica di rinforzo corazza esoscheletrica di carbonato di calcio endoscheletro Endoscheletro degli echinodermi Tessuto scheletrico mesodermico costituito da cellule,fibre e matrice inorganica calcificata. Tessuto scheletrico mesodermico rappresentat o dalla Notocorda nei protocor dati Colonna vertebrale e strutture scheletriche di sostegno(scheletro assile ed appendicolare)nei vertebrati Gli scheletri rigidi(eso-endoscheletro)sono analoghi dal punto di vista funzionale,infatti quando costituiscono un sistema articolato,funzionano come sistemi di leve meccaniche che amplificano il movimento realizzato dai singoli muscoli.Ruolo importante rivestono le articolazioni che limitano il movimento che le componenti scheletriche possono fare reciprocamente. MOVIMENTO Il movimento e le strutture coinvolte nella motilità,nel corso dell’evoluzione hanno trovato la loro espressione in un’infinita gamma di diversificazioni e variazioni in relazione all’ambiente e ai diversi stili di vita Tutti gli animali si muovono • Animali sessili:muovono l’ambiente rispetto al corpo, movimento attivo di parti del corpo e/o cambiamento della forma del corpo. (Stadi larvali animali mobili) • Animali mobili: spostano il corpo rispetto all’ambiente ,locomozione Modalità della motilità animale • Movimento ameboide • Movimento ciliare • Movimento muscolare Queste modalità se pur diverse nei meccanismi e applicazioni in cui vengono realizzate si basano sempre su alcuni principi fondamentali • Il movimento animale obbedisce agli stessi principi di base cui sono sottoposti tutti i corpi in movimento Principi fondamentali • I’organismo animale è un corpo in riposo rispetto al suo ambiente e quindi richiede l’applicazione di una forza esterna • L’applicazione di una forza sbilanciata ad una massa in movimento risulta in un’accelerazione(o in una decelerazione)della massa in direzione della forza • Per ogni azione esiste una reazione uguale e contraria • Per muoversi dovrà vincere le forze che tendono ad opporsi al movimento(attrito-resistenza,acqua-aria-substrato)di diversa entità in relazione alle dimensioni dell’organismo • Le forze possono essere applicate anche in direzioni diverse da quelle del movimento,sarà la forza risultante a determinare la direzione del movimento • L’energia viene conservata in tutti i sistemi:l’energia chimica può essere trasformata in meccanica,questa in cinetica ecc. • Il movimento è un lavoro meccanoco ad alto costo energetico. Si basa su due sistemi cellulari : 1)Microtubuli 2)Componenti filamentose acto-miosiniche Entrambi si basano su componenti del citoscheletro e motori proteici(idrolisi dell’ATP per cambiamenti conformazionali nei motori proteici) • Microtubuli → movimento ciliare • Sia in organismi unicellulari che in metazoi a livello di cellule isolate come i gameti o negli epiteli ciliati • Componenti filamentose acto-miosiniche → movimento ameboide e muscolare • Ameboide anche nei pluricellulari come migrazioni cellulari o cellule circolanti di vario tipo • Il movimento a dispetto dell’alta spesa energetica richiesta è stato avvantaggiato nell’evoluzione per i numerosi vantaggi: • Aumento del tasso di alimentazione(aumento capacità predatorie) • Riduzione tasso di predazione(aumento capacità di sfuggire) • Allontanamento da ambienti sfavorevoli(dispersione geografica) • Incremento incontro con partner sessuali Movimento ameboide Movimento ciliare Ad esclusione di nematodi ed artropodi Tutti i gruppi presentano nel loro corpo epiteli ciliati sia in superficie che come rivestimento di organi interni implica sempre un mezzo fluido Parte strutturale e motore molecolare Protozoi,spermatozoi Movimento muscolare • E’ responsabile dei movimenti esteriori del corpo,locomotori e non,e dei movimenti interni al corpo : • Nel movimento muscolare all’azione contrattile delle fibre muscolari (scorrimento reciproco dei filamenti da actina e miosina) corrisponde un’azione antagonista che può essere esercitata : • 1)dal turgore dei tessuti • 2)da legamenti elastici • 3)da muscoli antagonisti sia degli arti di artropodi e vertebrati che da fasci muscolari perpendicolari al sacco muscolo-cutaneo Fibre muscolari • Effettuano un lavoro contraendosi in modo attivo sotto il controllo del sistema nervoso Cellula muscolare:scorrimento reciproco dei filamenti di actina e miosina • I muscoli esercitano una trazione su un punto del corpo così questo esercita una spinta verso il mezzo ambiente sfruttando il principio della leva locomozione • Quando le forze vengono trasmesse all’ambiente per mezzo di appendici o parete del corpo I muscoli rappresentano la componenti attive mentre gli elementi scheletrici rappresentano quelle passive Sacco muscolo-cutaneo • Organo locomotorio formato dai tegumenti e dai sottostanti strati muscolari Il movimento si ottiene con l’accorciamento e l’allungamento del corpo dato dall’attività dei muscoli long e circol Tegumento:epidermide derma e tessuto sottocutaneo Appendici articolate • Strutture locomotorie specializzate,i fasci muscolari si inseriscono sugli elementi scheletrici Funzionamento:tiranti che muovono un sistema di leve rigide Artropodi-vertebrati La trasmissione delle forze generate dal muscolo Sistema di leve meccaniche tramite l’idroscheletro • Primo tentativo di muscolarizzazione:CNIDARI componente contrattile(miosina-actina)presente in cellule epiteliali dell’ectoderma e gastroderma La contrazione esercitata sull’idroscheletro(quando è chiuso e pieno d’acqua) causa deformazione del corpo e movimento dei tentacoli • Sull’origine di questo tipo di muscolatura ci sono pareri discordi alcuni infatti ritengono che non si tratti di vera e propria muscolatura ossia non avrebbe origine mesodermica Metazoi componente muscolare è sicuramente mesodermica sia per la componente somatica che per quella viscerale • La componente di muscolatura somatica,responsabile della locomozione,comprende modelli di muscolo diversi a seconda della presenza o assenza di una organizzazione sarcometrica ossia di una suddivisione interna in unità contrattili definite • Animali a corpo molle (platelminti nemertini alcuni molluschi):muscolo non sarcometrico liscio • Animali con scheletro (idro o rigido): muscoli sarcometrici striati • La componente di muscolatura viscerale (studiata solo in vertebrati e pochi altri)pur non essendo organizzata in sarcomeri è costituita da fibre estremamente organizzate e specializzate per cui non può essere definita né liscia né striata. Fa eccezione quella cardiaca che è sarcometrica. Animali con idroscheletro • Muscolatura a striatura trasversale→ contrazioni veloci ma di modesta estensione Animali con Eso-endoscheletro •Striatura obliqua→contrazioni lente ma con maggiore estensione
