Architettura degli animali

Il compito degli animali è quello di sopravvivere finché non si riproducono e

…il compito degli zoologi è quello di cercare di capire come lo fanno.

Barrington E.J.W.

Il concetto di BAUPLANSchema strutturale generale dei phyla animali

Permette di evidenziare il significato adattativo dello schema strutturale di un animale ed i vincoli evolutivi che operano su di esso.

Es. simmetria raggiata è una soluzione evolutiva ottimale per animali sessili. Allo stesso tempo, essa è un vincolo che limita l’evoluzione di sistemi locomotori.

Cosa definisce un BAUPLAN

Nella sua accezione più generale, lo schema strutturale dei diversi phyla animali può essere descritto sulla base di tre caratteristiche:

1)Simmetria corporea;2)Livello di organizzazione cellulare;3)Foglietti germinativi e Cavità del corpo.

Simmetria degli schemi corporeidisposizione delle strutture rispetto ad un asse del corpo

• Sferica (tutti i piani che passano dal centro dividono il corpo in due parti identiche)

• Raggiata (forma generica di un cilindro con un asse principale attorno al quale sono disposte le parti del corpo)

• Bilaterale (un solo piano di simmetria che passa lungo l’asse antero-posteriore del corpo e che divide il corpo in una porzione destra e una sinistra).

Simmetria sferica

• Assenza di polarità• Differenziazione

centro-periferia• No specializzazione• Dove? Pochi protozoi

planctonici

Simmetria raggiata

• Asse oro-aborale identifica un sopra e un sotto;

• Non esiste un davanti e un didietro;

• Tipico di animali sessili o planctonici alla deriva.

• Si distingue: 1. simmetria raggiata perfetta,2.Simmetria pentaraggiata,

3.Simmetria biraggiata.

Simmetria BILATERALE

• Asse antero-posteriore• Solo un piano di

simmetria• Presente in animali

con movimento controllato

• Associata a fenomeno di cefalizzazione.

Simmetria BILATERALE

Piano mediano sagittale

Piano frontale

Piano trasversale

Livello di organizzazione cellulare

1) Livello protoplasmico: Organismi unicellulari (PROTOZOI)

2) Livello cellulare: Organismi pluricellulari privi di veri e propri tessuti (PARAZOI, MESOZOI)

3) Livello cellulare-tissutale (EUMETAZOI DIBLASTICI) 4) Livello di tessuti e organi (EUMETAZOI TRIBLASTICI

PSEUDOCELOMATI)5) Livello di sistemi di organi: (EUMETAZOI

TRIBLASTICI CELOMATI)

Organizzazione Unicellulare: PROTOZOI

Sviluppo di organuli e strutture specializzate ad assolvere tutte le funzioni vitali:

1)Vacuolo contrattile osmoregolazione

2)Citostoma alimentazione

3)Cilia locomozione

Organizzazione pluricellulare: MESOZOI

Le cellule formano aggregazioni, mostrano divisione dei compitie specializzazione.

Esempi:a) Protozoi coloniali: gruppi di

cellule alcune con funzionesomatica, altre riproduttiva.

b) Spugne (Poriferi).

Livello di cellule e tessutiLe cellule si differenziano a seconda delle funzioni da esse svolte e formano tessuti (insiemi di cellule morfologicamente simili organizzate in maniera tale da espletare una funzione specifica).

Esempio: Rete nervosa degli cnidari.

Livello di tessuti e organiGli organi sono strutture composte da più di un tipo di tessuto e sono specializzati a svolgere una particolare funzione.

Platelminti posseggono primitivi ocelli, veri e propri organi, deputati alla ricezione degli stimoli visivi.

Livello di sistemi di organiGli organi operano insieme per svolgere funzioni specifiche. E’la condizione più complessa ed evoluta.

Daphnia magna(pulce d’acqua)

Il successo evolutivo degli EUMETAZOI

Quali pressioni selettive hanno favorito la pluricellularità?

1. Il vantaggio di possedere una grossa taglia corporea ed il dilemma del rapporto tra superficie e volume;

2. Il vantaggio di una struttura complessa. L’organismo diventa un sistema complesso, con diverse sottocomponenti ciascuna specializzata ad assolvere compiti diversi.

Taglia corporea e rapporto superficie-volume: vantaggi

La taglia grossa ha diversivantaggi:

Permette di mantenere piùfacilmente gli equilibriomeostatici tamponandomeglio I cambiamentidell’ambiente;

Maggiore protezione contropredazione

Energia metabolica è utilizzatacon maggiore efficienza.

Taglia corporea e rapporto superficie-volume: svantaggi

Vincoli fisici ed ecologicinell’evoluzione di grossetaglie corporee:

Superficie utilizzabile per respirazione e nutrizione puònon essere sufficiente

L’aumento in massa corporearichiede strutture resistenti in grado di tollerarne il peso

Taglia corporea e rapporto superficie-volume: risoluzione

I Metazoi superano il problema del rapporto trasuperficie e volume in due modi:

1) Modificando la forma del corpo (corpo vermiformedei Nemertini, piatto e largo dei Platelminti)

2) Sviluppando sistemi interni di trasporto di nutrienti, gas e prodotti di scarto.

Foglietti germinativi e EmbriogenesiLa maggiore complessità nei livelli di organizzazione cellulare ha richiesto l’evoluzione di un programma di sviluppo, che dallo zigote conducesse, attraverso i diversi stadi embrionali, all’individuo maturo.

I tessuti dei metazoi si sviluppano durante le fasi iniziali dell’embriogenesi. I precursori dei tessuti sono detti foglietti germinativi. Essi creano l’impalcatura sulla quale il corpo del metazoo è costruito.

Sulla base del numero di foglietti germinativi distinguiamo:1) ANIMALI DIBLASTICI2) ANIMALI TRIBLASTICI

EUMETAZOI DIBLASTICICnidari e Ctenofori

L’embrione presenta due strati, uno esterno detto ectoderma ed uno interno detto entoderma. Le cellule ectodermiche si specializzano nella protezione del corpo, nel fornire movimento,nel raccogliere informazioni. Le cellule entodermiche si specializzano nell’acquisizione dell’alimento. Sono animali diblastici quelli a simmetria raggiata primaria (cnidari e ctenofori).

EUMETAZOI TRIBLASTICIOltre a ento- ed ectoderma si sviluppa un foglietto intermedio, il mesoderma. Esso deriva dalle cellule embrionali inizialmente associate all’entoderma. L’evoluzione del mesoderma ha ampliato il potenziale evolutivo della complessità degli animali. In quanto ha messo a disposizione un ulteriore pezzo su cui la selezione naturale, da brava bricoleur, ha potuto operare.

Sviluppo dei Metazoi triblastici

Sviluppo dei Metazoi triblastici e cavità celomatica

Strutture corporee di animali triblastici

Una visione d’insieme

Organismi coloniali

Quando? a) quando il Bauplan non consente sviluppo di grosse dimensioni corporee (es. animali diblastici);

b) quando c’è riproduzione asessuale

Colonia: associazioni in cui gli individui costituenti non sono completamente separati l’uno dall’altro, ma sono organicamente collegati o per mezzo di estensioni viventi del loro corpo o per mezzo di materiale da essi stessi prodotto.

Super-organismi colonialiCNIDARI coloniali.

Figure 13.14

Colonie di CNIDARI IDROZOI• Si formano per riproduzione asessuale (gemmazione);• I singoli individui polipoidi (ZOIDI) si specializzano a

svolgere particolari funzioni (gastrozoidi funzione alimentare; dattilozoidi funzione difensiva; gonozoide funzione riproduttiva).

• In alcune specie natanti (sifonofori), la colonia contiene anche forme medusoidi, che formano campane natatorie con funzione galleggiante.

• La riproduzione sessuale è compito di forme libere medusoidiche si staccano dalla colonia.

… da portare a casa:

• Relazione biunivoca che esiste tra struttura e funzione degli animali;• Metafora della Selezione naturale: progetto verso bricolage;• Evoluzione e complessità degli animali.

Concetti generali:

Nozioni specifiche:

• Bauplan dei principali phyla animali;• Simmetria e livello di organizzazione cellulare;• foglietti embrionali e precoci stadi di sviluppo dei principaliphyla animali.