Funzioni animali, isolamento dall'ambiente e distribuzione fluidi corporei

Funzioni degli animali

Per svolgere le funzioni, gli animali possono avere uno o più organi dedicati; non necessariamente queste funzioni vengono svolte da organi indipendenti. Negli organismi più basali le stesse strutture svolgono più funzioni. Le funzioni possono essere svolte da strutture specifiche e dedicate (apparati e/o sistemi) oppure da strutture adibite ad altre funzioni. Negli organismi distinguiamo a livello formale gas respiratori tegumento/ esoscheletro cataboliti cibo respirazione escrezione/ osmoregolaz gameti sistema immunitario riproduzione circolazione bocca/ and digestione ano ghiandole endocrine idroscheletro/endoscheletro sistema nervoso muscolatura feci feci organi di senso

• Apparato: insieme di organi che hanno una stessa origine embrionale (apparato tegumentario, digerente, respiratorio, uro-genitale).
• Sistema: insieme di organi che derivano da diverse origini embrionali (sistema muscolare, scheletrico/endoscheletrico, circolatorio, linfatico, endocrino, nervoso, immunitario).

Questa distinzione in realtà è solo una distinzione formale, perché per esempio l'apparato digerente inizia con la bocca e finisce con l'ano, quindi non ha organi che hanno una sola origine embrionale, quindi, secondo questa definizione, sarebbe più corretto chiamarlo sistema digerente.

Isolamento dall'ambiente esterno - Tegumento

• eucarioti unicellulari: es. Protozoi si separano dall'ambiente grazie a una membrana cellulare (chiamata pellicola), alcuni protozoi hanno delle forme di struttura esterne protettive alla membrana cellulare che servono da protezione (teche, gusci) formate da carbonato di calcio e silice, ...
• organismi pluricellulari - animali: si isolano dall'ambiente esterno con un epitelio (insieme di cellule molto ravvicinate organizzate in tessuti, le quali hanno giunzioni molto strette), in realtà gli animali basali non hanno cellule così ravvicinate (come nelle spugne, dove l'acqua entra).

Simple cuboidal Simple columnar Pseudostratified SIMPLE Simple squamous Basal lamina

Basal laminaAlcuni epiteli (interni o esterni) presentano cellule polinucleate.

• queste condizioni si originano da fusioni di singole cellule sono dette sincizi dovuto al fatto che due cellule inizialmente separate che si sono poi fuse tra loro (epiderma sinciziale = epitelio con cellule che originariamente erano indipendenti ma che poi si sono fuse formando una condizione pluricellulare che si chiama sincizio).
• Se invece la condizione di pluricellulari viene raggiunta in seguito a divisioni nucleari non seguite da successive citoderesi (separazione in due cellule figlie), la condizione è nota come plasmodio. Gli organelli e il nucleo sono duplicati ma non c'è separazione cellulari, quindi le cellule si trovano in condizione di polinucleata. Es plasmodio della malaria.

Heart Muscle is Syncytial nucleus 1 myocyte Intercalated disks (high density of gap junctions) strati cuticola (collagene) ipoderma muscolatura lamiņa basale

• Gli invertebrati hanno un epitelio monostratificato con cellule basse e squamose, oppure sottili e cilindriche, possono avere anche villi. Questo epitelio è chiamato EPIDERMA. esternamente all'epiderma si trova una cuticola, cioè un rivestimento protettivo fatto da qualcosa di duro secreto dall'epiderma (esoscheletro), in genere non organica, formata da sostanze amorfe (di norma è presente negli artropodi). Quando è presente la cuticola, l'epiderma prende il nome di ipoderma perché l'epitelio non è direttamente a contatto con l'esterno. Es. nematode -> hanno un epiderma e fuori da esso uno strato di collagene che formano la cuticola. Un animale che ha una cuticola è come se avesse un'armatura e dunque non può crescere di continuo perchè la cuticola non accresce, dunque questi animali devono mettere in atto delle strategie per crescere nella cuticola. La cuticola è presente solamente negli invertebrati.
• I vertebrati hanno un epitelio pluristratificato, chiamato EPIDERMIDE, caratterizzata da strati esterni morti e molto ricchi dicheratina, una proteina che forma lo strato corneo (molto spesso nei coccodrilli) che serve per proteggere. Lo strato sottocutaneo a cui si appoggia l'epidermide è chiamato derma. L'epidermide non presenta cuticole, ma è protetta da uno strato corneo che può anche essere molto spesso. Si appoggia (sotto la lamina basale) sul derma.

Simple cuboidal Simple columnar Pseudostratified SIMPLE Simple squamous

Struttura dell'epidermide

- Strato Corneo Epidermide= - Strato Lucido Strato granuloso Derma Strato spinoso STRATIFIED Basal lamina Stratified columnar Transitional Ipoderma Stratified cuboidal Strato basale Basal lamina Basal lamina EPIDERMIDE Basal lamina Basal lamina Stratifed squamous Keratinized stratified squamous 100 um 20 um Sphaeroforma arcticaPossiamo poi trovare sopra l'epidermide degli annessi cutanei, molto cheratinizzti come lo strato corneo; questi sono:

• le scaglie per i pesci,
• le squame dei rettili,
• le penne e le piume degli uccelli,
• i peli, le unghie/artigli,
• le corna e i palchi (nonostante i palchi siano più simili alle ossa) nei mammiferi. Le corna sono fatte di pelle fortemente cheratinizzata, sono cave. I palchi (cervi, daini, caprioli) sono ossa modificate. Il corno del rinoceronte è diverso sia da corna che da palchi: se lo si taglia a metà si nota che è costituito da peli fusi insieme che danno origine a una struttura rigida.

epitelio monostratificato (epiderma) pluristratificato (epidermide) semplice con cuticola (esoscheletro) strato protettivo cheratinizzato annessi cutanei

Sostegno

Per introdurre:

• esoscheletro è una struttura esterna, più o meno rigida, che fa da protezione al corpo di animali o sostegno per organi.
• endoscheletro è una struttura anatomica rigida che offre sostegno agli organi interni e l'attacco ai muscoli.
• idroscheletro è costituito da un liquido mantenuto sotto pressione all'interno di un compartimento chiuso del corpo

• eucarioti unicellulari: es. Protozoi. a parte nelle situazioni dove ci sono teche esterne, non c'è una struttura di sostegno. Ciò che funge da sostegno è il citoplasma, un liquido incomprimibile che si trova all'interno della cellula sotto pressione (un equivalente a quello che sarà l'idroscheletro per i pluricellulari). Nei protozoi la pressione del citoplasma è finemente regolata: c'è un vacuolo contrattile che lo fa (il quale svolge anche la funzione di osmoregolazione).

Nucleo Vacuoli contrattili 0.1 um Un eucariote unicellulare si sostiene con la pressione del citoplasma (che di fatto è funzionalmente un idroscheletro). La pressione è finemente regolata.

• Animali pluricellulari: il sostegno è indispensabile per far mantenere alle cellule una forma, altrimenti queste sarebbero un ammasso indefinito. Le cellule vegetali hanno una parete rigida, quindi sono auto-sostenute, quelle animali no, quindi hanno una struttura di sostegno.

Sostegno nelle spugne

• Spugne (animali che analizziamo sempre 5 cm per primi perché evolutivamente sono i primi animali comparsi sulla faccia della terra e spesso costituiscono un'eccezione). Nelle spugne compare un 0.1 um sistema di sostegno (di fatto un endoscheletro) con spicole di diversa natura, ma non connesse con muscoli (o di silicio o di calcare). Queste strutture sono all'interno di una matrice proteica formata da spongina. Questo "scheletro" è particolare perché non è collegato alla muscolatura (normalmente tegumento, strutture di sostegno e muscolatura formano un trio che fa sì che l'animale si muova): ciò perché le spugne non hanno bisogno di muoversi. Le spicole formano una rete che è quella di sostegno. Una spugna è una rete di sostegno, è ciò che rimane dopo che le cellule muoiono.

Sostegno negli invertebrati

• Invertebrati: In molti invertebrati il sostegno è dato da una cuticola o esoscheletro (artropodi) a volte in abbinamento con un idroscheletro (nematodi).
• Artropodi: hanno una struttura rigida secreta dall'epitelio chiamata esoscheletro costituita da chitina (un polisaccaride) che all'interno ha delle protuberanze attraverso le quali l'esoscheletro si collega alla muscolatura, permettendo il movimento.
• Nematodi: hanno una struttura meno rigida chiamata sempre esoscheletro formata da collagene (una proteina) abbinata a un idroscheletro, cioè una struttura di sostegno riempita di un liquido incomprimibile [all'inizio della storia dei cordati anche loro possedevano un idroscheletro, chiamato corda (l'uomo la possiede a livello embrionale).

2 cm 0.5 cm 0.1 µm idroscheletro sezione trasversale

Sostegno negli echinodermi

• Echinodermi: (stelle marine, ricci di mare, cetrioli di mare, stelle fragili e crinoidi)non presentano la classica struttura di sostegno che di norma si trova o sopra l'epitelio (esoscheletro) o sotto il derma e la muscolatura (dove l'ordine è il seguente: epitelio+muscolatura+sostegno), ma hanno un dermascheletro, cioè uno scheletro posto all'interno del derma e quindi al di sopra della muscolatura -> ciò non favorisce il movimento.

Sostegno nei vertebrati

• Vertebrati: possiedo un endoscheletro (è situato al di sotto della muscolatura) che viene definito scheletro assile, cioè che si sviluppa intorno a degli assi (l'asse principale è quello della colonna vertebrale, ma ci sono anche quello degli arti superiori e quello degli arti inferiori). Questo è fatto non di carbonato di calcio, ma di fosfato di calcio -> ciò è importante perché le ossa rappresentano per i vertebrati una fonte di fosforo (importante per l'ATP, per esempio). I cordati all'inizio della loro storia evolutiva hanno un idroscheletro. Gli esseri umani hanno la corda solo in fase di sviluppo embrionale e poi viene sostituita dalla colonna vertebrale, ovvero la nostra struttura di sostegno.

Nerve Notochord cord Gill Intestine slits Caudal fin Tentacles Endostyle Atrium Gonads Atriopore Anus sostegno endoscheletro esoscheletro dermascheletro idroscheletro senza chitina con chitina scheletro assile

Movimento

• Aucarioti unicellulari (protozoi): questa funzione è svolta in tre diversi modi che si basano sull'utilizzo di tre strutture diverse: flagello ciglia pseudopodi

0.1 um 0.1 um 0.2 um propeller like motion back and forth beating passive part in motion basal body Flagellum Cilia