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I viventi e la loro storia
L’evoluzione
dei vertebrati
Gruppo di lavoro
ALI’ CHIARA
ALICATA GIOVANNA
BARONE KENTIA
CIARCIA’ CARLA
DIGRANDI ANTONELLA
INDELICATO IOLANDA
La classe
III MEDIA
Unità di Apprendimento
Verso la teoria
dell’evoluzione
L’evoluzione secondo Darwin
L’origine dei
viventi e
l’evoluzione
dell’uomo
Le prove dell’evoluzione
Dalla materia inorganica
ai primi organismi
L’evoluzione dei vertebrati
L’origine e l’evoluzione
dell’uomo
Percorso Didattico
Richiami sulla teoria dell’evoluzione
Differenza tra invertebrati e vertebrati
Differenza tra Agnati e Gnatostomi
PESCI
ANFIBI
RETTILI
UCCELLI
MAMMIFERI
Unità didattica
L’evoluzione dei vertebrati
PREREQUISITI:
OBIETTIVI:
• Che cos’è la teoria evoluzionistica di Darwin;
• Conoscere le principali strutture e
• Quali sono le principali tappe evolutive dei
funzioni degli animali;
vertebrati:
• Sapere che cos’è un fossile;
• In ambiente acquatico;
• Sapere che la storia geologica della Terra
•Nella terra emersa;
è suddivisa in ere e periodi ;
•In tutti gli ambienti.
Tempo previsto: 3 ore
•
•
•
1 ora lezione frontale e/o partecipata
1 ora lavori di gruppo
1 ora Verifica.
Strumenti didattici
•
•
•
Libro di testo
Power Point, Internet
Materiale didattico vario
Richiami
Che cos’è l’evoluzione?
• E’ un lento processo di trasformazione, cambiamento, che
interessa gli animali e gli esseri viventi in generale in seguito al
quale si vengono a definire le diverse specie. Grazie
all’evoluzione e ai cambiamenti, da piante e animali che
occupavano la Terra tantissimi anni fa, sono nate le specie
attuali. Ad esempio l’immagine che abbiamo del leone, è
identica a quella che avevamo 2 anni fa, o 20 anni fa, ma
sicuramente tra alcuni millenni il leone sarà molto diverso, come
pure era diverso tantissimi anni fa.
L’evoluzione secondo DARWIN
• Dopo aver capito che gli animali si trasformano e che quindi
sono soggetti a un’EVOLUZIONE, Darwin si chiese quale era la
causa di questa evoluzione e in che modo nascessero le nuove
specie animali.
“La selezione naturale”
Che cos’è la selezione naturale?
• E’ un fenomeno che spiega il processo evolutivo, gli esseri
dotati di caratteristiche vantaggiose in relazione al loro
ambiente, sopravvivono e si riproducono; quelli meno favoriti
non riescono a prosperare e a riprodursi e così scompaiono.
• Durante il trascorrere del tempo le specie possono mutare e il
meccanismo che porta da una specie a un’altra si chiama
selezione naturale. Quando le condizioni ambientali cambiano,
sopravvive chi ha le caratteristiche più favorevoli alle nuove
condizioni. Ad esempio: se non c’è abbastanza cibo per tutti
sopravvivono solo i più forti, i quali poi si riproducono e
trasmettono le loro caratteristiche alla prole.
• ESEMPIO: L’evoluzione della giraffa.
Animali
INVERTEBRATI
CORDATI
Poriferi
Cnidari
Platelminti
Nematodi
Anellidi
Molluschi
Artropodi
Echinodermi
Urocordati
cefalocordati
VERTEBRATI
I CORDATI
I cordati sono animali caratterizzati
dalla presenza di:
• Cordone nervoso dorsale
• Coda
• Notocorda
• Fessure branchiali
Gli urocordati comprendono le ascidie, che
sono animali sessili e le salpe, che invece
sono planctonici.
La notocorda e la colonna vertebrale
Nei cefalocordati la notocorda si estende per tutta la
lunghezza del corpo, come negli anfiossi.
Nei vertebrati invece la colonna vertebrale sostituisce
la notocorda, questi animali hanno scheletro interno,
cranio, celoma e un sistema circolatorio.
Le principali tappe dell’evoluzione dei vertebrati
All’inizio della storia del nostro pianeta, sulla Terra emersa, non era nato
neanche un filo d’erba e tutti gli esseri viventi si trovavano in acqua.
Vertebrati
Agnati
Gnatostomi
Pesci,
Anfibi,
Rettili,
Uccelli,
Mammiferi
Agnati
Gnatostomi
Pesci, Anfibi, Rettili, Uccelli, Mammiferi
I pesci sono i vertebrati più antichi: comparvero nei mari 400
milioni di anni fa quando ancora nessun animale popolava le
terre emerse
Vertebrati acquatici: gli agnati
Gli antenati dei pesci non possedevano mascelle e avevano una bocca circolare
simile ad una ventosa. Oggi esistono i discendenti di questi organismi, che
appartengono alla classe degli agnati.
Gli agnati hanno la bocca circolare priva di mascelle e scheletro cartilagineo,
vivono in mare (missine) o anche in acqua dolce (lamprede).
La lampreda respira per mezzo di branchie ed è dotata di un corpo lungo e
affusolato. E’ un parassita. Con la bocca dentata si attacca al corpo di altri
animali e ne succhia il sangue.
Vertebrati acquatici: i pesci
I primi pesci comparvero successivamente.
Colonna vertebrale
Forma affusolata
Pinne
Mandibole e mascelle articolate
Pesci
Cartillaginei
attinopterigi
Ossei
sarcopetirgi
I pesci sono
vertebrati acquatici
dotati di mascelle
articolate, branchie
e pinne.
I pesci cartilaginei
I pesci cartilaginei o condroitti hanno il corpo coperto di scaglie piccole e
aguzze. Ai lati della testa sono poste le fessure bronchiali attraverso le quali
entra l’acqua per la respirazione svolta dalle branchie. Sono pesci con
scheletro cartilagineo, pelle flessibile e coriacea.
I pesci ossei
Gli osteitti hanno scheletro calcificato osseo e corpo rivestito di squame,
mantenute lubrificate da un particolare muco. Ai lati del corpo è presente un
sottile canale appena sotto la pelle: la linea laterale che è un organo di senso
essendo in grado ri rilevare le variazioni di pressione nelle acque circostanti.
I pesci ossei
respirano per
mezzo di
branchie. Le
fessure
bronchiali
sono coperte
dall’opercolo.
Un altro organo caratteristico è la vescica natatoria, una sacca piena di gas:
riempiendola o svuotandola di gas il pesce può variare la profondità alla quale
si trova.
I pesci ossei
Gli Attinopterigi sono una classe di vertebrati,
comprendente la maggior parte dei pesci ossei
viventi. Il loro nome deriva dal greco aktis =
raggio + pterygion, diminutivo di pteryx = ala, e
fa riferimento alla loro principale caratteristica
comune che è di possedere pinne sostenute da
raggi.
Dai sarcopetirgi (celacanti e dipnoi) si
sono evoluti i vertebrati terrestri, hanno
pinne lobate e alcuni sia polmoni che
branchie per respirare.
I Sarcopterigi sono pesci ossei, che
presentano pinne carnose. I sarcopterigi si
dividono in dipnoi (pesci polmonati),
crossopterigi e tetrapodomorfi. Questi ultimi
sono pesci dotati di caratteristiche simili a
quelle dei tetrapodi, di pinne carnose. Molti
di questi animali avevano un aspetto
intermedio tra quello di un pesce e un
anfibio.
Gli anfibi
I primi tetrapodi a conquistare la terraferma sono
stati gli anfibi.
Gli anfibi infatti conducono una «doppia vita»: una
nell’acqua e l’altra sulla terra.
Derivano da un gruppo molto
antico di pesci (simili agli
attuali dipnoi), capaci di
sopravvivere e spostarsi fuori
dall’acqua grazie a pinne
lobate e a polmoni primitivi.
MODIFICAZIONI ANATOMICHE:
• Hanno sviluppato e perfezionato le pinne
espanse che sono diventate delle vere e proprie
arti, zampe con cinque dita ben formate.
• Hanno dovuto sviluppare i polmoni, anche se
questi sono ancora rudimentali e la pelle non è
protetta a sufficienza contro il disseccamento.
• Hanno sviluppato una circolazione doppia. Di
conseguenza anche la struttura del cuore si è
modificata; il cuore degli anfibi è fatto di tre cavità:
due atri e un ventricolo.
Tuttavia, gli anfibi dipendono ancora strettamente
dall’ambiente acquatico, non solo per evitare la
disidratazione, ma anche perché l’accoppiamento
e la riproduzione avvengono nell’acqua. La
fecondazione è infatti esterna; il maschio irrora di
sperma le uova a mano a mano che la femmina le
depone.
I rettili
Classificazione
OFIDI (serpenti)
CHELONI
(tartarughe)
LORICATI
(coccodrilli)
SAURI
(lucertole)
I rettili
Caratteristiche
ETEROTERMI
SCHELETRO osseo
PELLE ricoperta da squame
CIRCOLAZIONE
doppia e incompleta
RESPIRAZIONE
polmonare
OVIPARI
uova amniotico con guscio
I rettili
Eterotermi
Scheletro
Rivestimento
I rettili sono animali eterotermi, o a sangue freddo, poiché la
temperatura interna non è regolata in modo autonomo, ma dipende da
quella ambientale.
Scheletro osseo
•Scheletro completamente ossificato
•la colonna vertebrale può avere da trenta (tartarughe) a
cinquecento vertebre (serpenti)
•possesso, tipicamente, di quattro arti (tetrapodi), con cinque
dita;
•nei serpenti e in alcuni sauri gli arti sono scomparsi o
variamente regrediti;
•Le specie dotate di zampe ne presentano generalmente
quattro, sono collocate lateralmente e mantengono il tronco
leggermente sollevato e si spostano alternativamente in avanti
mentre viene impresso un movimento sinuoso alla colonna
vertebrale
Cute ricoperta da squame
•Le squame sono ispessimenti cornei cutanei, presenti nei
rettili dove coprono la maggior parte della superficie
•Le squame sono di origine epidermica: lo strato esterno della
cute si cheratinizza formando una zona assai resistente agli
agenti esterni. Tale ipercheratinizzazione non è però continua:
tra le squame rimangono piccole strisce di cute sottile per
permettere la flessibilità del corpo.
•La pelle corneificata e ricoperta di squame non consente
praticamente scambi gassosi.
I rettili
Circolazione e
Respirazione
Circolazione doppia e incompleta
•circolazione del sangue è doppia e
incompleta.
•Il cuore presenta tre cavità, due atri e un
ventricolo parzialmente diviso, ad eccezione
dei Coccodrilli nei quali quest'ultimo è
provvisto
di
un
setto
divisorio
completamente sviluppato, attraversato da
un piccolo orifizio.
•In ogni caso, anche nei rettili con un solo
ventricolo, la presenza del setto divisorio nel
ventricolo, anche se incompleto, assicura
una larga separazione della circolazione
venosa da quella arteriosa .
Riproduzione
Un uovo adatto a svilupparsi all’asciutto
Respirazione polmonare
•Gli organi della respirazione constano
sempre di polmoni, cioè di sacchi pieni
d'aria di solito indivisi.
•La struttura dei polmoni è molto semplice,
anche in relazione al basso metabolismo
legato alla condizione di eterotermia di
questi animali.
• L’uovo amniotico è rivestito da un guscio impermeabile
all’acqua e permette all’embrione di svilupparsi in un
ambiente acquoso protetto
• Il guscio, impregnato di carbonato di calcio, limita
l’evaporazione dei liquidi contenuti al suo interno
permettendo allo stesso tempo gli scambi gassosi.
• All’interno dell’uovo vengono immagazzinate notevoli
quantità di riserve nutritive sotto forma di vitello che
permettono all’embrione di raggiungere uno stadio di
sviluppo avanzato prima della schiusa.
• Internamente al guscio si trovano le membrane
extraembrionali, che proteggono l’embrione e favoriscono
gli scambi gassosi e l’escrezione dei rifiuti azotati
Gli uccelli
• Omeotermi: sangue caldo e capaci di mantenere
una temperatura del corpo costante
• Sacchi aerei: prolungamenti dei polmoni ripieni
d’aria fino all’interno delle ossa
Siringe
: organo di fonazione
che d’aria
varia
• •Ossa
pneumatiche:
cave e piene
da specie in specie
•Carena: cresta dello sterno su cui si innestano i
muscoli del volo
Sopravvivenza ai cambiamenti
climatici
Efficace respirazione
e energia adeguata
per il volo
Maggior sostegno al volo
• Arti anteriori
Ali
•Arti posteriori
Zampe
Gli uccelli
Remiganti: delle ali, deputate al
volo
Modificazione
squame rettili
• Penne : rigide e robuste disposte
a formare una superficie adatta a
Timoniere: della coda, per
fendere l’aria
dirigere il volo
• Piume : leggere e soffici che garantiscono
l’isolamento termico e rivestito da una
sostanza grassa impermeabile all’acqua
prodotta dall’uropigio
Gli uccelli
• Cranio : piccolo e leggero perché le mascelle dei rettili
sono sostituite dal più leggero becco, la cui forma
cambia a seconda del regime alimentare
• Uova amniotiche : simili a quelle dei rettili, che
devono essere mantenute al caldo per assicurare una
temperatura costante all’embrione
• Nido : caratteristiche diverse a seconda della specie
• Circolazione doppia e completa
• Migrazioni : notevoli distanze spesso legate alla
riproduzione
Gli uccelli: Laboratorio
1. Pesare l’osso di un pollo e l’osso di un coniglio e
notare che quello del pollo è più leggero perché cavo.
Lo si può notare anche spezzando l’osso del pollo
2. Far accendere una candela e soffiare attraverso una
penna per provare a spegnere la fiamma
3. Versare qualche goccia d’acqua sulla penna e notare
che non si bagna perché impermeabile
4. Birdwatching: osservazione e riconoscimento
5. Versare un po’ di inchiostro all’interno di una parte
del guscio e notare che questo colora anche la
parte esterna provando la porosità del guscio
I mammiferi
I mammiferi : le loro caratteristiche
•la presenza di peli che
generalmente ricoprono la
pelle, che gli permette di
essere omotermi;
I mammiferi : le loro caratteristiche
•hanno sviluppato una
grande varietà di arti,
adatti a saltare, correre,
scavare ed arrampicarsi
sugli alberi e a volare;
• hanno sviluppato denti molto
specializzati che consentono
una efficacia presa, lacerazione
e masticazione a seconda del
tipo
di
alimentazione
prevalente;
I mammiferi : le loro caratteristiche
Oltre a quelle sopracitate i mammiferi si distinguono
anche per le seguenti caratteristiche:
•i polmoni sono ben sviluppati e la respirazione è
efficiente;
• il cuore presenta quattro cavità e la circolazione è
doppia e completa;
I mammiferi
Oltre ai caratteri fino ad ora elencati, i mammiferi presentano
altre due caratteristiche che forse più di tutte hanno
contribuito alla loro straordinaria capacità di colonizzare tutti
gli ambienti della Terra:
• un cervello più sviluppato che in ogni altra classe di
vertebrati.
I mammiferi
Oltre ai caratteri fino ad ora elencati, i mammiferi presentano
altre due caratteristiche che forse più di tutte hanno
contribuito alla loro straordinaria capacità di colonizzare tutti
gli ambienti della Terra:
• un cervello più sviluppato che in ogni altra classe di
vertebrati.
I mammiferi
Oltre ai caratteri fino ad ora elencati, i mammiferi presentano
altre due caratteristiche che forse più di tutte hanno
contribuito alla loro straordinaria capacità di colonizzare tutti
gli ambienti della Terra:
• un cervello più sviluppato che in ogni altra classe di
vertebrati.
• un sistema di riproduzione e di cura della prole altamente
perfezionato che li distingue dagli altri animali;
• la presenza delle ghiandole mammarie per la produzione di
latte per la prole.
I mammiferi
La riproduzione è sessuata. Le uova vengono fecondate
all’interno del corpo materno e gli embrioni si sviluppano per
un certo periodo nell’utero.
Vi sono tre diversi modi di sviluppo dell’embrione che
rappresenta altrettanti gradi differenti di evoluzione.
I
monotremi
sono
i
mammiferi più primitivi, essi
sono
ovipari,
ossia
depongono le uova come i
rettili;
I
marsupiali
sono
mammiferi vivipari provvisti
di marsupio;
I placentati sono mammiferi
vivipari provvisti di placenta,
l’organo di scambio tra la
madre e il feto.
I mammiferi
La riproduzione è sessuata. Le uova vengono fecondate
all’interno del corpo materno e gli embrioni si sviluppano per
un certo periodo nell’utero.
Vi sono tre diversi modi di sviluppo dell’embrione che
rappresenta altrettanti gradi differenti di evoluzione.
I placentati sono mammiferi
vivipari provvisti di placenta,
l’organo di scambio tra la
madre e il feto.
Verifica – I vertebrati
Verifica sul linguaggio
Accanto a ognuna delle seguenti definizioni scrivi il numero corrispondente alla parola corretta da scegliere
fra quelle riportate (alcune delle parole numerate potrebbero non essere usate).
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
h.
i.
j.
Struttura di sostegno formate da tante vertebre
Animale con temperatura del corpo variabile
Vertebrato con squame
L’unico vertebrato con il corpo ricoperto da penne e da piume
Animali con colonna vertebrale
Vertebrato con mammelle
Animali che partoriscono i figli vivi.
Animali che depongono le uova.
Animali con la temperatura del corpo costante
Animale che può vivere sia nell’acqua che sulla terra
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
MAMMIFERO
RETTILE
UCCELLO
ANIMALE A SANGUE FREDDO
ANIMALE A SANGUE CALDO
OVOVIVIPARI
COLONNA VERTEBRALE
VERTEBRATI
OVIPARI
VIVIPARI
ANFIBIO
MARSUPIO
Verifica – I vertebrati
Verifica finale
Che cosa sai?
I rettili sono animali che:
a. Vivono esclusivamente sulla terra ferma
b. Respirano con i polmoni
c. Vivono esclusivamente nell’acqua.
d. Hanno il corpo ricoperto da scaglie
Gli anfibi sono caratterizzati dal fatto
che:
a. Le loro larve respirano con le branchie
e gli adulti con i polmoni.
b. Vivono soltanto nell’acqua.
c. Depongono le uova nel terreno.
d. Hanno la pelle ricoperta di squame
Sono vertebrati a sangue freddo
a. I mammiferi
b. Gli uccelli
c. Soltanto i pesci e i rettili
d. I pesci, i rettili, gli anfibi.
Sono vertebrati che depongono le uova:
a. I mammiferi e i rettili.
b. Soltanto gli uccelli.
c. Tutti i vertebrati esclusi i mammiferi.
d. Soltanto i rettili.
Sia i pesci che gli anfibi:
a. Durante tutta la loro vita, per respirare
prendono l’ossigeno disciolto nell’acqua.
b. Vivono nell’acqua durante tutta la loro vita.
c. Depongono le uova nell’acqua.
d. Sono animali a sangue caldo.
Che cosa hai capito?
1. Per ciascuna delle cinque classi dei vertebrati
(pesci, anfibi, rettili, uccelli, mammiferi) rispondi
alle seguenti domande.
a.
b.
c.
d.
e.
Sono animali a sangue freddo o a sangue caldo?
Come è ricoperto il loro corpo?
Da adulti come respirano?
Quali mezzi usano per il movimento?
Depongono le uova? Se sì le uova hanno un
guscio?
2. Cita due esempi di mammiferi che vivono
nell’acqua e un esempio di mammifero che è in
grado di volare.
3. Quali funzioni svolgono le ali negli uccelli?
4. Cita due esempi di pesci ossei e due esempi di
pesci cartilaginei.
Verifica – I vertebrati
Verifica finale
Applica quello che hai imparato
1. Elenca su due fogli distinti, i rettili e gli anfibi che conosci.
2. Accanto al nome di ogni animale che hai elencato, indica le caratteristiche che lo contraddistinguono.
3. Sulla base di ciò che sai completa la seguente tabella.
Animale
Pinguino
Scoiattolo
Rana
Balena
Pescecane
Pipistrello
Pelle nuda
Becco
Caratteristiche
Deposita le
uova
nell’acqua
Corpo
ricoperto di
peli o piume
A sangue caldo