Zoologia: definizione di esseri viventi e animali, processi vitali

Lo studio della Vita Animale

Cosa è la Zoologia?

• La zoologia (zoon = animale; logos = discorso) è la disciplina della Biologia che studia la vita animale
• Cosa rende un qualcosa "vivente"? o se si preferisce: Cosa è la "vita"?

Cosa definisce un essere come "vivente"

• È costituito da almeno una cellula contenente materiale genetico
• Risponde agli stimoli esterni
• Cresce (aumenta in dimensioni, maturità, sviluppo, ecc.)
• Metabolizza (necessita di energia)
• Si riproduceI Virus ...

I Virus sono particelle infettive di dimensioni submicroscopiche che parassitano cellule eucariotiche animali e vegetali, costituite essenzialmente da proteine e acidi nucleici (DNA o RNA).

Definizione di Vita della NASA

"A self-sustaining chemical system capable of Darwinian evolution."

I tre domini

Regni e domini

Linnaeus
1735
2 Regni
Monera
Protista
Plantae
Animalia

Haeckel
1866
3 Regni
Monera
Protista
Plantac
Animalia

Cratton
1925
2 Imperi
Prokaryo
ta
Eukaryot
a

Copeland
1938
4 Regni
Monera
Protozoa
Plantae
Animalia

Whittaker
1969
5 Regni
Monera
Protista
Plantae
Fungi
Animalia

Woese et
al. 1977
6 Regni
Eubacteria
Archaebact
eria
Protista
Plantae
Fungi
Animalia

Woese
etal.
1990
3
Domini
Bacteria
Archaca
Eukarya

Cavalier-
Smith 1993
8 Regni
Eubacteria
Archaca
Protozoa
Chromist
a
Plantae
Fungi
Animalia

Cavalier
-Smith
1998
6 Regni
Bacteria
Archaebacte
ria
Archezoa
Protozoa
Chromista
Vegetabilia
Fungi
Animalia

Ruggero
et al. 2015
7 Regni
Bacteria
Archaca
Protozoa
Chromista
Plantae
Fungi
Animalia

• Tutti gli organismi discendono da un antenato unicellulare e si sono poi evoluti in forme viventi sempre più complesse.
• Bacteria e Archaea sono "procarioti", cioè organismi unicellulari privi di nucleo
• Il dominio Eukarya contiene organismi più complessi, dotati di cellule con un nucleo delimitato da membrana e detti "eucarioti".

Archaea

• Gli Archaea sono stati recentemente individuati come regno autonomo dai batteri. Caratterizzati da singole cellule con caratteristiche intermedie tra batteri ed eucarioti.
• Differiscono da questi per la parete (contenente proteine, polisaccaridi o molecole di pseudopeptidoglicano), per la membrana cellulare che contiene lipidi al posto dei fosfogliceridi di Batteri ed Eucarioti e per i processi di trascrizione e traduzione, simili a quelli degli Eucarioti.

Bacteria

• I Batteri sono generalmente privi di clorofilla (eccetto i cianobatteri) e di nucleo e fermentano o respirano per produrre energia.
• I batteri possono essere agenti patogeni (pensiamo alla tubercolosi, al tetano, al colera, a molte polmoniti e meningiti) ma molte specie sono estremamente utili agli organismi superiori (metabolizzano l'azoto gassoso dell'atmosfera, lo zolfo vulcanico nelle profondità oceaniche, demoliscono sostanze organiche di rifiuto, metabolizzano la cellulosa).
• Vivono in tutti gli ambienti.
• Sono resistenti a condizioni ambientali estremamente avverse.

Batteri Chemioautotrofi

• I batteri nitrificanti (che ossidano l'ammoniaca a nitriti e i nitriti a nitrati), i solfobatteri (che ossidano i composti solforati) e gli archeobatteri metanogeni, sono i chemiolitotrofi più importanti della biosfera.
• Il loro metabolismo è indispensabile per il funzionamento continuo dei cicli biogeochimici del carbonio, dell'azoto e dello zolfo.
• I batteri chemioautotrofi, molti solo recentemente scoperti, che vivono in prossimità delle sorgenti idrotermali dei fondali oceanici (con temperature massime dell'acqua di 270+380 °℃), danno origine ad interi ecosistemi.

Eukaria

Gli Eucarioti comprendono tutti gli organismi con cellule dotate di nucleo come protisti, vegetali, funghi e animali.

Protisti

• In prevalenza unicellulari
• Metabolismo diversificato
• Di solito a riproduzione asessuata
• Comprendono: Protozoi - Funghi mucillaginosi - Alghe

Piante

Le Piante sono esseri viventi caratterizzati da autotrofia (capaci di trasformare sostanze inorganiche in organiche che utilizzano come nutrimento), incapaci di locomozione.

Funghi

• I Funghi sono eterotrofi immobili formati da cellule isolate o riunite in filamenti (ife).
• Svolgono ruoli fondamentali in natura
• demoliscono i materiali organici dei rifiuti animali e vegetali.
• sono organismi simbionti essenziali per gli organismi superiori.
• Possono formare pseudotessuti e strutture multicellulari complesse.
• In natura vivono ovunque vi sia sostanza organica.

Animali

• Esseri viventi mobili caratterizzati da eterotrofia.

Principali Categorie:

• Metazoi: suddivisibili in Parazoi ed Eumetazoi

Cosa definisce un essere vivente come "animale"

1. È costituito da più cellule contenenti materiale genetico isolato (es. DNA)
2. Risponde agli stimoli esterni
3. Cresce (aumenta in dimensioni, maturità, sviluppo, ecc.)
4. Metabolizza (è eterotrofo, necessita di energia)
5. Si riproduce
6. Interagisce con l'esterno
7. Si muove

Tre principali Caratteristiche degli Animali:

1. Eucarioti
2. Pluricellulari
3. Eterotrofi

Movimento per tutti gli animali, locomozione solo per alcuni:

• Mobili: possono spostarsi autonomamente da un posto all'altro
• Sessili: non possono spostarsi ma hanno parti mobili

Processi vitali

1. Ingestione: assunzione di cibo
2. Digestione: sfaldamento chimico del cibo
3. Assimilazione: utilizzo delle sostanze ottenute dal cibo per la crescita
4. Respirazione: ottenere energia grazie all'assunzione di O2 con rottura del glucosio
5. Riproduzione: produzione di giovani attraverso la mitosi (asessuale) o la meiosi (sessuale)

Livelli di organizzazione dei viventi

• Gli atomi sono composti da particelle subatomiche.
• Le molecole sono formate da due o più atomi combinati.
• La cellula è l'unità funzionale di base di ogni vivente.
• Un tessuto è un gruppo di cellule con funzioni simili.
• Un organo è un insieme di tessuti uniti per svolgere funzioni specifiche.
• I sistemi di organi sono composti da diversi organi che lavorano insieme.
• Un organismo è un individuo vivente completo, autonomo e riconoscibile.
• Una popolazione è formata da un gruppo di organismi della stessa specie che vivono in una determinata area.
• Le comunità biologiche sono formate da popolazioni di diverse specie.
• Un ecosistema comprende la comunità dei viventi e l'ambiente fisico con cui interagiscono.
• La biosfera è composta dall'insieme di tutti i sistemi biologici.

Osservazione degli animali

Per studiare (= conoscere) i viventi dobbiamo necessariamente poterli osservare. La possibilità di reperimento in natura di esemplari è legata alle tecniche di campionamento. In laboratorio sono le tecniche d'ingrandimento che consentono di poter osservare gli esemplari in modo approfondito.

Microscopia ottica

• Il microscopio stereoscopico o stereomicroscopio, utilizza due percorsi ottici separati ma convergenti verso lo stesso oggetto. La sovrapposizione delle due immagini produce una visione tridimensionale. È inoltre dotato di un sistema di prismi ottici per il raddrizzamento dell'immagine che consente un'agevole manipolazione del campione.
• Il microscopio ottico composto (LM) si avvale della luce e di un sistema di lenti per ingrandire le immagini. Il limite di risoluzione è di 0,2 um (2000 nm).

Microscopia elettronica

• Nel microscopio elettronico a trasmissione (TEM), il campione è investito da un fascio di elettroni (lunghezza d'onda minore della luce). Le immagini sono quindi a risoluzione più fine: il TEM più potente arriva a 0,1 nm.
• Il microscopio elettronico a scansione (SEM) raccoglie e mette a fuoco gli elettroni che sono dispersi dalla superficie del campione, generando un'immagine tridimensionale.

Origine degli Animali: la generazione spontanea e la sua confutazione

Fino alla fine del 1800 per molti restava una certezza che la vita potesse originare dal non vivente. Questo prendeva chiaramente origine dall'opinione di Aristotele sull'argomento espressa già dal IV secolo a.C. (Teoria Abiogenetica)

Aristotele (384 - 322 a. C.)

• Testo di riferimento: De Generatione animalium (IV secolo a.C.)
• Riprese le idee delle principali culture passate secondo le quali la vita era insita nella materia stessa e da essa emergeva spontaneamente quando le condizioni si facevano favorevoli. Secondo le sue osservazioni gli organismi viventi nascono dalla materia inerte grazie ai "Flussi vitali".
• Si credeva, ad esempio, che le rane nascessero dalla terra umida e i topi dalla materia in putrefazione.

J. B. Van Helmont (1579 - 1644)

• Testo di riferimento: Ortus Medicinae (1652)
• Il medico e chimico alchimista fiammingo condusse uno dei primi esperimenti scientifici mirati alla produzione di organismi in laboratorio. Mettendo a contatto chicchi di frumento con un capo intimo sporco di sudore in un vaso aperto accertò la nascita di topi dopo 21 giorni. Secondo Van Helmont il sudore umano avrebbe rappresentato il principio attivo necessario per spingere la materia inerte a trasformarsi in materia vivente tramite fermentazione.
• " ... creature come i pidocchi, zecche, pulci e vermi sono i nostri ospiti e vicini miserevoli, ma nascono da nostre viscere e dagli escrementi. Perché se abbiamo posto pieno di sudore biancheria intima con il grano in un contenitore a bocca larga, ventuno giorni dopo le modifiche odore, e fermento, derivanti dalla biancheria intima e penetranti attraverso le bucce di grano, ed il frumento cambiamenti in topi. Ma la cosa più notevole è che sono i topi di entrambi i sessi e che possono essere incrociati con i topi che sono nati in modo normale ... ma ciò che è veramente sorprendente è che i topi che sono emerse dal grano e biancheria intima sudato non sono minuscole o deformate o difettoso ma gli adulti sono perfetti ... ".

William Harvey (1578 - 1657)

• Testo di riferimento: Exercitationes de generatione animalium (1651)
• Harvey esaminò le uova di gallina e di molti altri animali per seguire giornalmente lo sviluppo dell'embrione. Nel suo trattato inserì il motto: "ex ovo omnia" ("Tutto dall'uovo") riconoscendo l'uovo come origine di tutti i viventi.

Francesco Redi (1626 - 1697)

• Testo di riferimento: Esperienze intorno alla generazione spontanea degli insetti (1668)
• "Non tacerò che per molte osservazioni, molte volte da me fatte, mi sento inclinato a credere che la terra, da quelle prime piante e da que' primi animali in poi che ella nei primi giorni del mondo produsse per comandamento del sovrano ed onnipotente Fattore, non abbia mai più prodotto da sé medesima né erba, né albero, né animale alcuno, perfetto o imperfetto che ei si fosse; e che tutto quello che è nato, e che ora nascere in lei o da lei veggiamo, venga tutto dalla semenza reale e vera delle piante e degli animali stessi, i quali col mezzo del proprio seme la loro specie conservano."
• Con un esperimento (scientificamente corretto perché chiuso rispetto all'esterno) Francesco Redi, medico personale del granduca di Toscana, dimostrò che le larve presenti nella carne in decomposizione non si generavano spontaneamente, ma derivavano dalle uova deposte su di essa dalle mosche.
• Egli prese due pezzi di carne e li mise in due recipienti di vetro, uno chiuso e uno aperto; dopo alcuni giorni, solo su quello aperto comparvero i vermi (che si trasformarono in mosche dopo circa tre settimane). Ma poiché il mancato sviluppo di larve sulla carne nel recipiente chiuso poteva essere imputato all'assenza di ricambio d'aria Redi ripeté l'esperimento chiudendo il recipiente con una reticella in grado di lasciar passare l'aria. La carne comunque si corrompeva anche se non dava sviluppo di larve. Dimostrò così l'infondatezza delle teorie aristoteliche.