A LA BIODIVERSITÀ: 12 GLI ANIMALI - Zanichelli

C A M B I A P R O S P E T T I V A

• CDis et officae. Gitiur, optatemo doloris

praeped itaspel iciiscias mi, offic to mi, id ut

fugia ducim eataque ex eic tessunto ea ea

porro expliquodit, sint, solorro dolorro quae ne

volestibusda pos res voloremque di

???.

???.

???

A326

LA BIODIVERSITÀ: GLI ANIMALI

CAPITOLO A

12

D I M M I L A T U A !

A n i m a l i i n v a s o r i

Domande:

1. Con quale posizione sei d’accordo e perché?

2. Quali affermazioni non ti convincono di

entrambe le opinioni e perché?

3. In questo capitolo sottolinea i contenuti che

trattano questo argomento, cerca informazioni

in Rete che ti consentano di argomentare

la tua posizione e discutine in classe.

Spero spariscano tutti i topi e

i piccioni dalla città!

Sì, quegli animali sporcano

e portano malattie.

Ma come, lo dici tu che ami

così tanto gli animali?

Non si può provare affetto solo

per i propri animali domestici.

N A V I G A I L C A P I T O L O

caratteri generali

distintivi e

condivisi

LEZIONE 1

una struttura

corporea

organizzata

LEZIONE 2

poriferi e

cnidari

LEZIONE 3

contribuiscono alla biodiversità

la cui perdita può provocare

nuove epidemie e pandemie

LEZIONE SOSTENIBILITÀ 10

nematodi,

platelminti e

anellidi

LEZIONE 4

artropodi

LEZIONE 5

echinodermi

e cordati

LEZIONE 6

agnati e pesci

LEZIONE 7

anfibi, rettili

e uccelli

LEZIONE 8

mammiferi

LEZIONE 9

comprendono

Gli animalipossiedono

D A T I I N A G E N D A

S O S b i o d i v e r s i t à

Guarda il video, poi rispondi alle domande.

1. Quante specie di vertebrati vivono in Italia

e che animali comprendono?

2. Che percentuale di specie di vertebrati terrestri

sono a rischio estinzione?

3. Qual è la percentuale di rettili considerati

in pericolo critico?

4. Quali sono i mammiferi più minacciati

nel territorio italiano?

A12 | La biodiversità: gli animali | A327

I caratteri distintivi degli animali

Attualmente conosciamo circa 1,8 milioni di specie ani-

mali e sappiamo che ne esistono milioni che non sono

ancora state descritte. Ma come si riconosce un animale?

La domanda sembra banale nel caso di un cane o di un

gatto, ma si fa più incerta nel caso di organismi come

le spugne, che in passato erano considerate piante. No-

nostante la loro grande variabilità, tuttavia, gli animali

hanno alcune caratteristiche in comune.

La pluricellularità. I protisti, i funghi e le piante com-

prendono anche forme unicellulari: gli animali costitu-

iscono invece l’unico regno formato solo da organismi

pluricellulari. I loro cicli biologici prevedono sequenze

complesse di sviluppo, da uno zigote unicellulare a un

adulto pluricellulare.

Un metabolismo eterotrofo. A differenza delle piante,

tutti gli animali sono eterotrofi. Essi perciò devono nu-

trirsi di altri organismi o ricavare dall’ambiente i com-

posti organici di cui hanno bisogno (Figura 1).

La digestione interna. Anche i funghi sono eterotrofi,

ma animali e funghi digeriscono il cibo in modo diverso.

Mentre i funghi digeriscono il cibo fuori dal proprio cor-

po, la maggior parte degli animali introduce il cibo in un

intestino, un canale digerente che comunica con l’esterno

e nel quale ha luogo la scomposizione delle macromole-

cole dei nutrienti in molecole più piccole, che possono

essere assorbite e utilizzate dalle cellule.

Il movimento. A differenza delle piante e dei funghi, la

maggior parte degli animali è in grado di muoversi. Il

1

Figura 1 Gli animali sono eterotrofi

Gli animali sono eterotrofi, cioè ricavano energia nutrendosi (A) di vegetali o (B) di altri animali.

A

B

Ailuropoda melanoleuca

Furcifer sp.

movimento, prodotto dai muscoli, è coordinato da un

sistema nervoso sempre più complesso che, in genere,

funziona anche come sistema sensoriale. Tutti gli ani-

mali devono muoversi alla ricerca di cibo, o in alternati-

va portare il cibo verso di loro; per questo motivo molte

strutture proprie di questi organismi sono specializza-

te per il movimento e per l’identificazione della preda

(Figura 1B).

RICORDA Tra gli eucarioti, gli animali sono l’unico

regno costituito da organismi pluricellulari,

eterotrofi, capaci di movimento e che svolgono

digestione interna.

L’ORGANIZZAZIONE GENERALE DEGLI ANIMALI

LEZIONE 1

pluricellulari,

eterotrofi e dotati di

digestione interna

e movimento 1

foglietti embrionali 3

Gli animali sono costituiti da

sono

che si originano da

cellule specializzate 2

A328

Verso la specializzazione cellulare

Anche se le loro caratteristiche generali ci aiutano a ri-

conoscere gli animali, nessuna di esse è valida per tutti

gli animali. Alcuni non si muovono, altri non hanno un

sistema nervoso centrale e alcuni non hanno neppure un

intestino. Tuttavia, come scopriremo, tutti gli animali

si sono evoluti a partire da un unico antenato comune,

grazie alla comparsa di caratteri omologhi condivisi.

Il progenitore degli animali (Figura 2) era probabil-

mente un protista flagellato unicellulare che viveva in

colonie come quella che vedi nella Figura 3. All’interno

della colonia, alcune cellule avrebbero provveduto al

movimento, altre alla nutrizione, altre ancora alla ri-

produzione e così via. Una volta messa in atto questa

specializzazione funzionale, le cellule avrebbero potuto

continuare a differenziarsi. Gruppi coordinati di cellule

specializzate si sarebbero, infine, evoluti fino a dare ori-

gine ai tessuti degli organismi più grandi e complessi.

Questa differenziazione evolutiva in gruppi di

cellule specializzate trova riscontro nello sviluppo em-

brionale. Già dai primi stadi, infatti, si osservano una

differenziazione e una specializzazione cellulare pro-

gressive, che sono state tra le chiavi dell’enorme varietà

di specie che caratterizza il regno animale.

2D

eu

tero

sto

mi

Antenato

comune

Due foglietti

embrionali

Il blastoporo

dà origine

alla bocca

Il blastoporo dà

origine all’ano

Simmetria bilaterale;

tre foglietti embrionali

Simmetria

radiale

Notocorda

Spugne

Cnidari

Platelminti

Anellidi

Molluschi

Nematodi

Artropodi

Echinodermi

Cordati

Pro

tost

om

i

Figura 2 L’albero filogenetico degli animali

Questo albero si basa sulle relazioni evolutive esistenti tra i principali gruppi di animali. I pallini rossi evidenziano i caratteri omologhi condivisi tra gli organismi di uno stesso gruppo.

Figura 3 Il progenitore degli animali

Gli animali derivano da un protista unicellulare che viveva in colonie nelle quali le cellule avevano assunto livelli di specializzazione sempre maggiori.

Peduncolo

Singola

cellula

Flagello

Gli individui formano

colonie attaccate

al substrato con un

peduncolo.

Negli organismi più semplici come le spugne, la specia-

lizzazione è ridottissima; nella maggior parte degli altri

animali ritroviamo decine di tipi cellulari organizzati in

modo gerarchico a formare tessuti, organi e apparati:

• un tessuto è un insieme di cellule specializzate per

svolgere una determinata attività; esistono quattro

tipi fondamentali di tessuto: epiteliale, connettivo,

muscolare e nervoso;

• un organo è composto da due o più tessuti che svol-

gono una funzione comune;

• un sistema di organi (o apparato) è l’insieme di due o

più organi che svolgono una o più funzioni correlate.

Così come la specializzazione è differente da caso a ca-

so, allo stesso modo è possibile distinguere vari livelli di

organizzazione gerarchica. Le spugne non possiedono

veri tessuti, mentre le meduse sono dotate di tessuti che

però non sono organizzati in organi. Altri animali, come

le planarie (vermi piatti), hanno sistemi di organi assai

semplici; i molluschi cefalopodi, come i polpi e i calama-

ri, possiedono invece sistemi di organi complessi, simili

a quelli dei mammiferi.

RICORDA Negli animali si sono evolute decine di tipi

di cellule, organizzate in modo gerarchico a formare

tessuti, organi, sistemi o apparati.


L’origine di tessuti e organi: i foglietti embrionali

Nel ciclo vitale degli animali lo zigote, ovvero la cellula

che si forma dalla fecondazione di una cellula uovo da

parte di uno spermatozoo, va incontro a una serie di rapi-

de divisioni cellulari (mitosi) che originano un embrione

pluricellulare diploide.

Il primissimo stadio embrionale, formato da 12-32 cellu-

le, si chiama morula; il secondo stadio è detto blastula

e ha l’aspetto di una piccolissima sfera composta da uno

strato di cellule che racchiude al proprio interno una

cavità, il blastocele.

A questo punto anche la forma dell’embrione, finora

sostanzialmente sferica, inizia a cambiare: la blastula si

trasforma nella gastrula, un sacco in cui una parte della

parete si ripiega verso l’interno (Figura 4). La prima aper-

tura che si viene a creare si chiama blastoporo.

Lo sviluppo dell’embrione prosegue con la forma-

zione di tre strati di cellule differenziate, i foglietti

embrionali, destinati a trasformarsi nei futuri tessuti e

organi:

1. l’ectoderma, lo strato più esterno della gastrula, darà

origine all’epidermide e al sistema nervoso;

2. dal mesoderma, lo strato intermedio, si formeranno

i muscoli, lo scheletro, il sistema circolatorio, i reni e

l’apparato riproduttore;

3

Mesoderma

Ectoderma

Endoderma

MesodermaBlastula Gastrula

Alcune cellule cambiano forma e

iniziano a migrare.

Altre cellule si liberano

dall’ammasso cellulare

e si trasformano in

mesoderma.

Qui si svilupperà la bocca.

Figura 4 Le prime fasi dello sviluppo embrionale

Durante il passaggio da blastula a gastrula le cellule migrano e formano i tre foglietti embrionali che daranno origine ai tessuti.

Qui si svilupperà l’ano.

3. l’endoderma, lo strato interno, è destinato a formare

il rivestimento del canale digerente e dei polmoni e

diverse ghiandole.

In base al numero dei foglietti embrionali, gli animali

si dividono in due grandi gruppi: diblastici e triblastici.

Gli embrioni degli animali diblastici, come spugne e

meduse, possiedono soltanto due strati cellulari: l’ecto-

derma e l’endoderma. Gli embrioni degli animali tribla-

stici, invece, sviluppano anche il foglietto intermedio, il

mesoderma. Gli animali triblastici, che costituiscono la

stragrande maggioranza delle specie, si dividono a loro

volta in protostomi e deuterostomi.

Nei protostomi (dal greco «prima la bocca») il blasto-

poro dà origine alla bocca dell’animale, mentre l’apertura

anale si forma in un secondo tempo: tra i protostomi si

trovano gli anellidi, i molluschi e gli artropodi.

Nei deuterostomi, al contrario, dal blastoporo si

origina l’apertura anale, mentre la bocca compare in

seguito (deuterostoma significa «la bocca dopo»). Gli

echinodermi (stelle marine e ricci di mare) e i vertebrati

sono tutti deuterostomi.

RICORDA Lo sviluppo embrionale degli animali

parte dallo zigote e prevede gli stadi di morula,

blastula e gastrula, fino alla formazione dei foglietti

embrionali.

Stoma è una

parola di origine

greca e significa

«bocca»; viene

utilizzata come

suffisso in parole

come protostoma

e deuterostoma,

per distinguere

gli animali in

base al momento

di formazione

dell’apertura

boccale, ma anche

come termine

per identificare

l’apertura presente

sulle foglie delle

piante che favorisce

gli scambi gassosi.

1. Quali sono le caratteristiche generali degli

animali?

2. Come si è arrivati alla specializzazione

cellulare?

3. Che cosa sono i foglietti embrionali?

4. Come sono suddivisi gli animali triblastici?

1. Più tessuti formano un . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Gli embrioni degli animali diblastici

possiedono l’ectoderma / il mesoderma e

l’endoderma.

3. Nei deuterostomi / protostomi dal

blastoporo si origina l’apertura anale.

Ernst Haeckel è stato il primo scienziato a

formulare un’ipotesi sul passaggio dalla vita

unicellulare a quella pluricellulare basandosi

sui rapporti di filogenesi: la cosiddetta legge

filogenetica fondamentale. Cerca informazioni

in Rete e scopri se è ritenuta ancora valida.

Ora tocca a teRispondi Scegli le parole

A330

La simmetria corporea e la cefalizzazione

La struttura generale di un animale e la disposizione dei

suoi organi e dei suoi apparati costituiscono il suo piano

strutturale. Una delle caratteristiche che definiscono il

piano strutturale di un animale è la sua simmetria cor-

porea, che può essere radiale o bilaterale.

La simmetria radiale è tipica degli animali le cui

parti del corpo sono disposte intorno a un singolo asse

centrale, senza che siano presenti una «testa» o una «co-

da» (Figura 5A). Molti animali caratterizzati da simmetria

radiale sono sessili, fluttuano nell’acqua, senza seguire

una direzione precisa, oppure si muovono lentamente:

ne sono un esempio le meduse, gli anemoni di mare, le

stelle marine e i ricci di mare.

La simmetria bilaterale è caratteristica, invece, degli

animali che si muovono attivamente: in queste specie si

osserva una progressiva cefalizzazione, ossia la presenza

di un capo dove sono localizzati gli organi di senso che

rilevano gli stimoli ambientali e un cervello più o meno

sviluppato. Il corpo di questi animali può essere suddivi-

so in due metà speculari (destra e sinistra) da un singolo

piano, detto piano sagittale mediano, che passa attraverso

la linea mediana del corpo (Figura 5B) partendo dall’estre-

mità anteriore fino all’estremità posteriore.

RICORDA La simmetria corporea può essere radiale

o bilaterale: la simmetria radiale è tipica degli animali

sedentari; la simmetria bilaterale degli animali che si

muovono attivamente.

4

Simmetria radiale

Simmetria bilaterale

Asse principale del corpo

Dorsale (schiena)

Ventrale

(ventre)

Anteriore

(capo) Posteriore

(coda)

Figura 5 La simmetria corporea

(A) La simmetria radiale è tipica delle meduse e dei coralli. (B) La simmetria bilaterale si ritrova nella maggior parte degli animali.

Un piano qualsiasi

passante per l’asse

principale del corpo di

questo anemone di mare

(uno cnidario) divide

l’animale in metà uguali.

Solo uno dei piani

che passano per la

linea mediana antero-

posteriore divide

l’animale in due metà

specularmente uguali.

A

B

Le cavità corporee degli animali

Gli animali triblastici si possono ricondurre a tre diversi

tipi strutturali in base alla presenza e alla struttura di una

cavità corporea interna (Figura 6):

1. Gli animali acelomati, come i vermi piatti, non pos-

siedono alcuna cavità corporea; lo spazio tra l’intesti-

no (derivato dall’endoderma) e la parete muscolare

del corpo (derivata dal mesoderma) è occupato da

masse di cellule di origine mesodermica, che prendo-

no il nome di mesenchima. Questi animali si muovono

in genere per mezzo del battito di ciglia.

2. Gli animali pseudocelomati, come i vermi cilindrici,

sono dotati di una cavità corporea piena di liquido

denominata pseudocele, posta tra endoderma e meso-

derma; in questa cavità sono sospesi gli organi interni,

che non sono rivestiti dal mesoderma.

3. Gli animali celomati, come i lombrichi, possiedono

un celoma, cioè una cavità corporea che si sviluppa

all’interno del mesoderma; il celoma è rivestito da

uno strato di cellule detto peritoneo, derivato dal

mesoderma, che avvolge anche gli organi interni.

La struttura della cavità corporea di un animale influisce

fortemente sulle sue modalità di movimento; in molti

animali, infatti, essa svolge le funzioni di scheletro

idrostatico. Poiché i liquidi sono relativamente poco

5

LA STRUTTURA CORPOREA NEGLI ANIMALI

LEZIONE 2

Sèssile deriva dal

latino sessìlis, cioè

«stare seduto», e

si riferisce a forme

di vita che vivono

attaccate a un

substrato.

La struttura corporea

degli animali

assenza o

presenza

di cavità

celomatica 5

simmetria

radiale o

bilaterale e

cefalizzazione 4

metameria

e appendici 6

presenta è caratterizzata da


comprimibili, quando i muscoli che avvolgono la cavità

corporea si contraggono i liquidi sono spinti verso un’al-

tra parte della cavità. Se i tessuti che avvolgono la cavità

corporea sono flessibili, il liquido che fuoriesce da una

parte della cavità può provocare l’espansione di un’altra

parte; in questo modo i liquidi in movimento inducono

lo spostamento di specifiche porzioni del corpo.

Gli animali celomati controllano il movimento dei

fluidi nella cavità corporea molto meglio rispetto agli

pseudocelomati; un animale dotato di muscoli circolari

(che circondano la cavità corporea) e di muscoli longitu-

dinali (che si estendono per la lunghezza del corpo) pos-

siede un controllo ancora maggiore dei suoi movimenti.

Negli ambienti terrestri, la funzione idrostatica è

funzionale soprattutto negli organismi più piccoli e dal

corpo molle. La maggior parte degli animali di dimen-

sioni maggiori possiede invece scheletri rigidi su cui si

inseriscono i muscoli, che forniscono protezione e faci-

litano il movimento.

RICORDA Gli animali triblastici si distinguono in

acelomati, pseudocelomati e celomati in base alla

presenza di una cavità corporea.

La segmentazione e gli arti

Molti animali possiedono una struttura corporea suddi-

visa in segmenti chiamati metàmeri che possono essere

tutti identici oppure differenti per forma e funzioni. La

segmentazione del corpo, detta metamerìa, facilita la

specializzazione dei singoli segmenti corporei. In alcuni

gruppi i segmenti non sono ben visibili: gli umani non

sembrerebbero formati da segmenti ripetuti, ma se os-

serviamo la disposizione dei nostri muscoli addominali

scopriamo che essa è metamerica. In altri animali, come

gli anellidi, metameri simili si ripetono molte volte lungo

il corpo; in altri ancora, come gli artropodi, i metameri

sono visibili ma molto diversi tra loro.

Potersi muovere in modo autonomo è importante per

molti animali, perché permette la ricerca del cibo, la fuga,

la predazione e la ricerca di un partner per la riproduzio-

ne. Le appendici corporee aumentano enormemente le

capacità di movimento dell’animale. Le stelle di mare

possiedono pedicelli che permettono loro di muoversi

6

Acelomato (verme piatto)

Pseudocelomato (nematode)

Celomato (lombrico)

Intestino

(endoderma)

Ectoderma

Intestino (endoderma)

Organi interni

Peritoneo

(mesoderma)

Cavità celomatica

Muscolo

(mesoderma)

Ectoderma

Mesenchima

Strato muscolare

(mesoderma)

Ectoderma

Intestino

(endoderma)

Pseudocele

(cavità del corpo)

Muscolatura

(mesoderma)

Organi

interni

Gli acelomati non

hanno cavità corporea.

Gli pseudocelomati hanno uno pseudocele

rivestito da mesoderma sul lato esterno.

Nei celomati sia il celoma sia gli

organi interni sono rivestiti dal

peritoneo, derivato dal mesoderma.

Figura 6 Le cavità del corpo e il movimento

La distinzione strutturale tra animali acelomati, pseudocelomati e celomati è visibile osservando il corpo dei diversi animali in sezione trasversale.

A

B

C

lentamente; il movimento diventa enormemente più

rapido negli artropodi e nei vertebrati, il cui successo

evolutivo è dovuto anche alla presenza di appendici

modificate a formare arti specializzati.

RICORDA La metameria è la suddivisione del corpo

di un animale in segmenti specializzati, dai quali

possono partire appendici esterne.

Metamerìaderiva dal greco metá,

qui con il significato

di «insieme», e

mèros, «parte». Il

significato è quindi

«organizzazione

derivante

dall’unione di più

parti».

1. Che cos’è il piano strutturale di un

animale?

2. Quali sono le caratteristiche degli animali

acelomati?

1. La . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

è la presenza di un capo e di un cervello.

2. Il celoma è una cavità corporea rivestita da

cellule mesodermiche / endodermiche.

La simmetria radiale permette lo

spostamento in tutte le direzioni. Perché

questo conferisce un vantaggio a organismi

fluttuanti come le meduse?


A332

Spicole

Coanocita

PoroCanale

acquifero

Spicola

Amebocita

L’acqua e

le particelle

di cibo entrano

attraverso i pori

L’acqua esce dall’apertura superiore Flagello

I poriferi o spugne

Le spugne o poriferi sono gli animali più semplici, privi

di qualunque simmetria; possiedono alcune cellule spe-

cializzate ma non hanno tessuti e organi veri e propri

(Figura 7). Sono sessili e vivono ancorati ai fondali.

Nei poriferi sono presenti rigidi elementi scheletrici

che ne sostengono il corpo, le spicole, la cui forma e natu-

ra chimica rappresentano caratteristiche importanti per

7

la classificazione. Due gruppi di spugne, le ialosponge e

le demosponge, possiedono spicole silicee, simili alle fibre

di vetro, ma più flessibili e resistenti. I membri del terzo

gruppo hanno invece spicole costituite da carbonato di

calcio e sono perciò chiamate calcisponge.

Il piano strutturale del corpo delle spugne si può im-

maginare come un aggregato di cellule disposte a formare

una parete più o meno spessa, attraversata da sottili cana-

li acquiferi. L’acqua raggiunge la cavità centrale grazie al

battito di flagelli situati su cellule adibite alla raccolta di

particelle alimentari, i coanociti. La maggior parte delle

specie si nutre per filtrazione: l’acqua ricca di particelle di

cibo penetrata nel corpo della spugna attraverso i canali

acquiferi, viene filtrata dai coanociti, e infine esce dall’a-

pertura superiore.

Le spugne si riproducono per via sessuata e asessuata.

Nella maggior parte delle specie, un singolo individuo

produce sia cellule uovo sia spermatozoi; i gameti ma-

schili sono trasportati dalla corrente da un individuo

all’altro. La riproduzione asessuata avviene per gemma-

zione e origina colonie. La maggior parte delle circa 8000

specie conosciute di poriferi vive in ambiente marino;

soltanto 50 specie si trovano in acque dolci.

RICORDA Le spugne sono animali sedentari e

filtratori; hanno alcune cellule specializzate, ma

sono prive di tessuti e organi e si riproducono per via

sessuata e asessuata.

Grazie al battito dei loro flagelli, i coanociti fanno circolare

l’acqua attraverso il corpo della spugna e catturano

le particelle alimentari; gli amebociti si muovono e

distribuiscono a tutto il corpo le sostanze nutritive.

GLI ANIMALI DIBLASTICI: SPUGNE E CNIDARI

LEZIONE 3

Figura 7 Le spugne sono gli animali più semplici

Le spugne sono prive di tessuti e di organi, ma possiedono alcune cellule specializzate come i coanociti e gli amebociti.

Gli animali diblastici

poriferi, chiamati

anche spugne 7

cnidari, che comprendono

polipi e meduse 8

comprendono


Gli cnidari: polipi e meduse

Il gruppo degli cnidari comprende animali a simmetria

radiale, come meduse e anemoni di mare. La loro bocca,

che funziona anche da ano, è in continuità con una cavità

gastrovascolare a fondo cieco, che provvede alla digestio-

ne, alla circolazione e agli scambi gassosi, e che funge

anche da scheletro idrostatico.

Il ciclo vitale della maggior parte degli cnidari è carat-

terizzato da due stadi distinti, uno sessile e l’altro mobile

(Figura 8, Video 9). Durante lo stadio sessile di polipo l’or-

ganismo ha la forma di un peduncolo cilindrico attaccato

al substrato; i polipi possono riprodursi asessualmente,

dando origine a una colonia o a numerose meduse. Du-

rante lo stadio mobile di medusa l’organismo nuota li-

beramente e presenta una forma simile a un ombrello.

Le meduse producono gameti di entrambi i sessi che

rilasciano nell’acqua. Dall’uovo fecondato si sviluppa

una larva dotata di ciglia, la planula, che aderisce al sub-

8

Medusa

Polipo

Uovo fecondato

Giovane medusa

(faccia orale)

Larva

planula

Polipo maturo

Bocca/ano

Tentacoli

Tentacoli

Bocca/ano

UovoSpermatozoo

Aploide (n)

Diploide (2n)

Meiosi

Fecondazione

La posizione dei tentacoli

suggerisce che la medusa e il

polipo siano una la versione

«capovolta» dell’altro.

Alcuni polipi

producono

meduse per

frammentazione,

un tipo di

riproduzione

asessuata.

Figura 8 Il ciclo vitale di una medusa

Il ciclo vitale degli cnidari comprende la forma di polipo sessile asessuato e di medusa mobile sessuata.

Le meduse

producono polipi

per riproduzione

sessuata.

Video 9 Il ciclo vitale degli cnidari

strato e si sviluppa in polipo. In alcuni gruppi, tuttavia,

uno degli stadi può mancare: vi sono specie che esistono

solo come meduse e altre solo come polipi. Gli cnidari

possiedono cellule epiteliali provviste di fibre muscolari,

la cui contrazione permette il movimento del corpo, e

semplici reti nervose, che coordinano le attività corporee.

Molte meduse sono predatori che utilizzano le tossine

di particolari cellule provviste di stiletti pungenti, chia-

mate nematocisti, per catturare le prede. Alcuni cnidari,

compresi i coralli e gli anemoni di mare, ottengono ulte-

riori risorse nutritive grazie alla presenza nei loro tessuti

di protisti fotosintetici, spesso radiolari.

Esistono circa 11 000 specie di cnidari, quasi tutte ma-

rine (Figura 10). Le tre classi principali di cnidari sono gli

antozoi (anemoni di mare e coralli), gli scifozoi (meduse)

e gli idrozoi.

RICORDA Gli cnidari sono animali a simmetria radiale

che alternano una fase di polipo e una di medusa.

Gli anemoni sono

antozoi sessili.

Le comuni

«meduse» fanno

parte degli scifozoi.L’idra è un idrozoo che vive

solo allo stato di polipo.

I coralli sono antozoi

sessili e coloniali.

Figura 10 La biodiversità degli cnidari

Il gruppo degli cnidari comprende (A-B) antozoi, (C) scifozoi e (D) idrozoi.

A

C

B

D

1. Come si nutrono le spugne?

2. Che cos’è la planula?

I poriferi possiedono elementi scheletrici rigidi

chiamati . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Realizza un poster in cui metti in evidenza le

differenze tra poriferi e cnidari.


A334

I platelminti o vermi piatti

Accanto alla simmetria bilaterale, la principale novi-

tà evolutiva che caratterizza i platelminti, i nematodi,

i molluschi e gli anellidi è la presenza del terzo fogliet-

to embrionale, il mesoderma, che dà origine a cellule

muscolari in grado di generare movimento e anche a un

apparato riproduttore molto sviluppato. Da ora in avanti,

quindi, i phyla (plurale di phylum) che studieremo com-

prendono solo animali triblastici.

9

I platelminti o vermi piatti (Figura 11) sono animali

acelomati dalla struttura relativamente semplice e privi

di organi specializzati per il trasporto dell’ossigeno; per

attuare gli scambi gassosi, quindi, ogni singola cellula

deve trovarsi in prossimità della superficie corporea, una

necessità che viene soddisfatta grazie alla forma appiat-

tita. Il canale digerente dei platelminti comprende un’a-

pertura orale che comunica con un sacco a fondo cieco. In

molti casi questa cavità digerente è ramificata a formare

una struttura che aumenta la superficie di assorbimento.

Alcuni piccoli platelminti che conducono vita libera

possiedono un capo provvisto di organi chemocettori (in

grado cioè di captare la presenza di determinate sostanze

chimiche), di due semplici ocelli in grado di percepire la

luce e di un minuscolo aggregato di cellule nervose. Que-

sti animali strisciano sul substrato grazie alla presenza

di un’ampia superficie provvista di ciglia.

I platelminti comprendono circa 30 000 specie; alcu-

ni sono a vita libera e si nutrono di tessuti animali o di

materiali vegetali, ma la maggior parte, come i trematodi

e i cestodi, sono parassiti dotati di specifici adattamenti;

molti sono ermafroditi: ogni individuo possiede entram-

bi gli apparati riproduttori maschili e femminili. Il grup-

po dei trematodi comprende le fascìole epatiche, parassiti

che infestano il fegato, e gli schistosomi che causano la

schistosomiasi umana, una parassitosi che colpisce più

di 200 milioni di persone nei Paesi tropicali. I cestodi

sono parassiti soprattutto di erbivori; includono le tenie,

come il «verme solitario» che infesta gli esseri umani.

RICORDA I platelminti sono animali acelomati

triblastici, cioè dotati di mesoderma, il terzo foglietto

embrionale.

Intestino

Apertura

del faringe

Ghiandola

del tuorlo

Ovario

Vagina

Testicolo

Ricettacolo

seminale

Lo schema di un tipico verme piatto parassitaEurylepta californica,

un verme piatto a vita libera Anteriore

Posteriore

Capsula

dell’uovo

Figura 11La struttura corporea dei vermi piatti

(A) Questo platelminta vive nei bassi fondali sabbiosi delle coste della California. (B) Schema dell’organizzazione strutturale di Fasciola hepatica, una specie parassita.

Nelle specie parassite il corpo del

verme è occupato soprattutto dalle

gonadi molto sviluppate.

A B

L’intestino ha una sola apertura anteriore,

che serve sia da bocca sia da ano.

GLI ANIMALI TRIBLASTICI: VERMI, MOLLUSCHI E ANELLIDI

LEZIONE 4

Gli animali triblastici

i platelminti, tra

cui trematodi e

cestodi 9

i nematodi

o vermi

cilindrici 10

i molluschi,

tra cui bivalvi,

gasteropodi e

cefalopodi 11

gli anellidi,

divisi in

policheti e

clitellati 12

comprendono


I nematodi o vermi cilindrici

I nematodi o vermi cilindrici sono animali triblastici

pseudocelomati rivestiti da una spessa cuticola, che offre

protezione e conferisce una forma definita al loro corpo.

A mano a mano che il verme si accresce, si libera più

volte del proprio rivestimento e lo sostituisce con uno

nuovo, che si adatta all’aumento delle dimensioni: questo

processo è definito muta.

I nematodi si muovono strisciando grazie all’azione

della muscolatura longitudinale e scambiano ossigeno

e nutrienti con l’ambiente sia attraverso la cuticola sia

attraverso l’intestino, che ha lo spessore di un solo strato

cellulare. I materiali nutritivi avanzano lungo l’intestino

grazie alle contrazioni ritmiche di un organo muscolare

specializzato, il faringe, localizzato nell’estremità anterio-

re. Il liquido contenuto nello pseudoceloma distribuisce

poi i nutrienti assorbiti dal tubo digerente a tutto il resto

del corpo.

I vermi cilindrici sono uno dei gruppi animali più

abbondanti; sono state descritte circa 25 000 specie, ma il

numero effettivo potrebbe superare il milione. Quantità

incalcolabili di nematodi vivono da saprofagi negli strati

superiori del terreno, nei fondali delle acque interne e nei

sedimenti marini. Molti sono predatori che si nutrono

di protisti e di piccoli animali, e diverse specie sono pa-

rassite dell’essere umano (come Trichinella spiralis, che

causa la trichinosi umana), degli animali e delle piante.

10

Un nematode del suolo, Caenorhabditis elegans, è un orga-

nismo modello ampiamente studiato dai biologi che si

occupano di genetica e di sviluppo (Figura 12). Si presta

bene a tali ricerche poiché è facile da allevare, raggiunge

la maturità in soli tre giorni e possiede un numero fisso

di cellule corporee. Il suo genoma è stato sequenziato alla

fine degli anni Novanta del secolo scorso.

RICORDA I nematodi sono animali pseudocelomati

rivestiti da una cuticola di protezione, sostituita

attraverso la muta quando il verme si accresce.

Figura 12

Un verme

modello

Il nematode Caenorhabditis

elegans è lungo circa 1 mm e vive nel suolo; è molto usato come organismo modello in genetica e in biologia dello sviluppo.

LA NOSTRA

SALUTE

Il verme che causa la trichinosi

T richinella spiralis, che causa la trichinosi

umana, è un nematode caratterizzato

da un ciclo vitale relativamente breve. Una

persona si infetta quando consuma carne cruda

(generalmente di maiale) contaminata dalle larve,

che formano cisti nei muscoli dell’ospite (Figura

A). Le larve si attivano nel canale digerente,

emergono dalle cisti e aggrediscono la parete

intestinale di cui si nutrono. Successivamente,

esse perforano la parete dell’intestino e

raggiungono i vasi sanguigni, per essere

trasportate al tessuto muscolare, dove formano

nuove cisti; quando il numero di larve incistate è

elevato, la trichinosi diventa dolorosa e perfino

mortale, se il muscolo infestato è il cuore.

La trichinosi è una delle malattie parassitarie

più pericolose al mondo, ma se curata in tempo

può essere superata senza gravi conseguenze

sulla persona infettata.

Cordone nervoso

dorsale

Cuticola

Testicolo

Encefalo

Ano

Canale escretore

Cordone nervoso

ventrale

Faringe

I nematodi cambiano la

cuticola quattro volte

nel corso della vita.

Nel maschio di

Trichinella spiralis

gran parte del

corpo è occupato

dal voluminoso

intestino (blu)

e dal testicolo

(arancione).

Figura A (1) La struttura

anatomica e (2) una

fotografia al microscopio

ottico di Trichinella

spiralis e (3) immagine di

una cisti formatasi nel

tessuto muscolare di un

ospite infettato.

Cuticola

1

32

A336

I molluschi: bivalvi, gasteropodi e cefalopodi

Il phylum dei molluschi ha subìto un’imponente ra-

diazione evolutiva a partire dal Paleozoico, dando vita

a una straordinaria varietà di forme; oggi comprende

almeno 95 000 specie. Il piano strutturale di questi ce-

lomati (Figura 13) è caratterizzato da tre parti principali

chiamate piede, massa viscerale e mantello.

• Il piede è una struttura muscolare coinvolta nella

locomozione e nel sostegno degli organi interni. Nei

polpi e nei calamari il piede si è modificato a forma-

re i tentacoli, che si inseriscono sull’estremità cefalica

dotata di complessi organi di senso. In altri gruppi

di molluschi, come i bivalvi, il piede si è invece tra-

sformato in una struttura specializzata per lo scavo.

• Il cuore e gli organi degli apparati digerente, escre-

tore e riproduttore sono raggruppati in una massa

viscerale.

11

Radula

Gasteropodi

Bivalvi

Tentacoli cefalici

Sifone

Capo

Bocca

Conchiglia

Cuore

Stomaco

Piede

Ano

Ghiandola salivare

Cavità del mantello

Ano

Sifone

Branchia

Intestino Mantello

Cuore

Intestino

Conchiglia

Bocca

Branchia

Stomaco

Ghiandola digestiva

Mantello che ricopre l’interno della conchiglia

Mantello sulla valva inferioredella conchiglia

Piede

Figura 13 L’organizzazione corporea dei diversi molluschi

I principali gruppi di molluschi sono caratterizzati da variazioni di un piano strutturale comune che include piede, massa viscerale e mantello.

I gasteropodi

sono il gruppo

più ricco:

chiocciole,

lumache e

nudibranchi,

organismi

marini privi di

conchiglia.

Le vongole, le ostriche

e le cozze sono bivalvi

dotati di una conchiglia

formata da due valve

unite da un legamento.

I bivalvi introducono

l’acqua attraverso

un sifone inalante e

filtrano le particelle di

cibo con le branchie; poi

l’acqua esce attraverso

il sifone esalante.

Nei cefalopodi (calamari, seppie

e polpi) il sifone esalante è

modificato in un dispositivo

di propulsione a getto, che gli

permette di muoversi rapidamente.

A

B

C

Nei cefalopodi il

piede si è modificato

formando braccia e

tentacoli.

Cefalopodi

Becco

Radula

Sifone

Capo

Stomaco

Mantello

Cuore

Intestino

Braccia

Cavità del mantello

Branchia

Conchiglia

Tentacolo

Ghiandola digestiva

• Il mantello corrisponde a una piega della parete cor-

porea che riveste gli organi della massa viscerale e può

secernere una rigida conchiglia calcarea.

Nella maggior parte dei molluschi, il mantello si estende

oltre la massa viscerale e forma la cavità palleale. All’inter-

no di tale cavità si trovano le branchie, strutture ricche di

vasi sanguigni deputate agli scambi gassosi con l’acqua.

Molti molluschi utilizzano le branchie anche come di-

spositivi di filtrazione alimentare; altre specie sono in-

vece provviste di una struttura raschiante, la radula, per

rimuovere le alghe dalle rocce o per triturare le foglie.

I vasi sanguigni dei molluschi non formano un siste-

ma circolatorio chiuso, bensì un sistema aperto in cui il

sangue giunge a diretto contatto con gli organi interni. Il

sangue e gli altri liquidi corporei confluiscono in un’am-

pia cavità chiamata emocele attraverso la quale scorrono,

rilasciando ossigeno ai tessuti. Infine, il liquido torna ai

vasi sanguigni che lo trasportano a un cuore, le cui con-

Cavità palleale,

dal latino pallium,

«mantello», si

riferisce alla

cavità formata

dal mantello, che

contiene le branchie.


trazioni lo spingono di nuovo verso la massa viscerale.

Le principali classi di molluschi attuali sono i bivalvi, i

gasteropodi e i cefalopodi.

RICORDA I molluschi sono animali celomati con un

piano strutturale diviso in tre parti: piede, massa

viscerale e mantello.

Gli anellidi o vermi segmentati

Il phylum degli anellidi o vermi segmentati comprende

animali celomati il cui corpo è suddiviso in segmenti

che permettono all’animale di muovere parti diverse del

corpo indipendentemente le une dalle altre, migliorando

la capacità di movimento (Figura 14).

12

Encefalo

Cuori

segmentali

Segmenti

Organi

escretori

Testicoli e sacchi

spermatici

Ovario

Ovidutto

Dotto

spermatico

Ricettacolo

seminale

Setole

Ganglio

del cordone

nervoso

ventrale

Figura 14 Un corpo segmentato

La struttura segmentata dei lombrichi è visibile sia esternamente sia internamente; molti organi, infatti, si ripetono in serie lungo il corpo.

Nella maggior parte degli anellidi, il celoma di ogni seg-

mento è isolato da quello degli altri e ciascun segmento

viene controllato da un centro nervoso separato, definito

ganglio; i cordoni nervosi che collegano i singoli gangli

provvedono alla coordinazione delle funzioni corporee.

Gran parte degli anellidi è priva di un rivestimento pro-

tettivo esterno rigido; la sottile parete corporea permeabi-

le permette gli scambi gassosi. Per evitare perdite d’acqua,

essi sono quindi confinati a vivere in ambienti umidi.

Sono state descritte circa 19 000 specie di anellidi,

che vivono nelle acque marine, nelle acque dolci e negli

ambienti terrestri umidi, e che sono raggruppati in due

classi: i policheti e i clitellati (Figura 15)

RICORDA Gli anellidi sono un phylum di animali

celomati caratterizzati da un corpo segmentato.

Figura 15 La biodiversità degli anellidi

(A) I policheti comprendono più della metà delle specie di anellidi e sono quasi tutti organismi marini. (B) I clitellati, come le sanguisughe devono il loro nome a una struttura chiamata clitello, coinvolta nella riproduzione.

Spirographis spallanzanii

Gli spirografi

sono

policheti

marini

coloniali,

che filtrano

l’acqua con i

tentacoli.

Hirudo medicinalis

Le sanguisughe vivono nelle acque

dolci incidendo la pelle di altri

animali e nutrendosi di sangue.

A

B

Chete, dal greco

cháite, «chioma»,

fa riferimento

alle setole che

circondano il corpo

degli anellidi e che

possono essere

in gran numero

(policheti,

polýs, «molto»)

oppure poche

(oligocheti, olígos,

«poco»).

1. Come avviene il trasporto dell’ossigeno

nei platelminti?

2. A che cosa serve la cuticola dei nematodi?

3. Da quali elementi è costituito il piano

strutturale dei molluschi?

4. Che cos’è la cavità palleale?

5. Perché gli anellidi vivono in luoghi umidi?

1. Nei molluschi, gli organi interni sono

raggruppati in una massa viscerale /

cavità gastrovascolare.

2. Alcuni molluschi hanno una struttura

raschiante chiamata . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. I vasi sanguigni dei molluschi formano un

sistema circolatorio chiuso / aperto.

La specie di nudibranchi Cratena peregrina

è in grado di «rubare» le nematocisti di

Eudendrium racemosum (uno cnidario di cui si

nutre) per sfruttarne il veleno contro i propri

nemici. Fai una ricerca in Rete e scrivi la

sceneggiatura per un ipotetico documentario

o scrivi una tavola a fumetti divulgativa.


A338

Le caratteristiche generali degli artropodi

Gli artropodi sono il phylum di animali che ha ottenuto

il maggior successo evolutivo grazie a diverse caratteristi-

che. Il corpo degli artropodi è segmentato e ogni segmento

è provvisto di muscoli, che servono al movimento, e di

appendici articolate. Le appendici articolate permettono

complessi movimenti e sono specializzate nelle diverse

regioni del corpo per svolgere particolari funzioni, come

la cattura del cibo o la riproduzione. Il corpo è racchiuso

da un esoscheletro rigido che fornisce sostegno meccanico

durante gli spostamenti e garantisce protezione nei con-

fronti dei predatori. L’esoscheletro è composto di chitina,

un polisaccaride impermeabile all’acqua, che impedisce

la disidratazione nell’ambiente terrestre.

Nel corso dell’evoluzione, gli artropodi hanno perso il

celoma ancestrale. La loro cavità corporea è trasformata

in un emocele (dal greco «camera del sangue»), al cui

interno gli organi vengono bagnati da un fluido, l’emo-

linfa, trasportata da un sistema circolatorio aperto, cioè

con vasi sanguigni non completi.

Le quattro linee evolutive principali di artropodi

attuali sono tutte ricche di specie: i crostacei (che com-

prendono gamberi, granchi e cirripedi), i miriapodi

(millepiedi e centopiedi), gli esapodi (insetti) e i cheli-

cerati (come ragni, scorpioni e acari).

RICORDA Gli artropodi hanno il corpo suddiviso in

segmenti, ognuno dei quali è dotato di appendici

articolate mosse da muscoli.

13

I miriapodi: millepiedi e centopiedi

I crostacei, gli insetti e i miriapodi condividono un par-

ticolare tipo di appendici annesse all’apparato boccale,

le mandibole, un carattere omologo per cui vengono riu-

niti nel subphylum dei mandibolati. Diversamente dai

crostacei, i miriapodi possiedono un corpo diviso in due

regioni: capo e tronco.

I miriapodi comprendono i centopiedi e i millepie-

di: questi animali presentano un’estremità cefalica e un

tronco allungato flessibile e segmentato, su cui si inse-

riscono numerose coppie di zampe.

I centopiedi, provvisti di una coppia di zampe in

ogni segmento corporeo, possiedono uncini veleniferi

sul primo segmento del tronco, con cui predano insetti e

altri piccoli animali; ne sono un esempio le scolopendre

(Figura 16A). Nei millepiedi, invece, due segmenti adia-

centi sono reciprocamente fusi, cosicché ogni segmento

che ne risulta possiede due coppie di appendici; questi

artropodi si nutrono di materiale vegetale (Figura 16B).

Sono state descritte oltre 3000 specie di centopiedi e

11 000 di millepiedi; il veleno di alcune specie tropicali

di notevoli dimensioni può essere pericoloso anche per

gli esseri umani.

RICORDA I miriapodi presentano un particolare

tipo di appendici annesse all’apparato boccale, le

mandibole.

14

Figura 16 I miriapodi

Questo gruppo comprende i (A) centopiedi e i (B) millepiedi.

I centopiedi, come

questa scutigera,

hanno appendici

velenifere per

catturare le prede.

I millepiedi sono detritivori o

vegetariani; hanno due paia

di zampe per segmento.

A

B

Scutigera sp.

Trigoniulus corallinus

Artropode deriva

dal greco árthron,

«articolazione», e

póus-podós, «piede»:

la caratteristica

distintiva di

questo phylum è,

infatti, quella di

possedere appendici

articolate.

IL GRUPPO DOMINANTE SULLA TERRAFERMA: GLI ARTROPODI

LEZIONE 5

Gli artropodi

i miriapodi 14segmentazione corporea,

appendici articolate ed

esoscheletro 13 i crostacei 15

gli insetti 16

comprendono

i chelicerati 17

possiedono


I crostacei: granchi, aragoste e onischi

I crostacei sono gli artropodi marini più rappresenta-

ti e diffusi: il krill, che costituisce un’importante fonte

alimentare per le balene, è formato da piccoli crostacei.

La maggior parte delle 67 000 specie descritte di cro-

stacei possiede un corpo suddiviso in tre regioni: capo,

torace e addome (Figura 17). In molte specie i segmenti

del capo sono fusi con i primi segmenti toracici a for-

mare un cefalotorace. Normalmente il capo porta cinque

paia di appendici, tra cui due paia di antenne; ognuno

dei numerosi segmenti del torace e dell’addome porta

invece, di norma, un paio di appendici.

Le appendici delle varie parti del corpo sono specializ-

zate per svolgere diverse funzioni, come la presa del cibo,

la masticazione, la percezione degli stimoli sensoriali, la

deambulazione e il nuoto. Gli scambi gassosi avvengono

attraverso le branchie. In molte specie una piega dell’e-

soscheletro, definita carapace, si estende dorsalmente e

lateralmente dalla testa all’indietro, coprendo e proteg-

gendo i segmenti immediatamente posteriori.

Alla schiusa delle uova, i giovani di alcune specie di

crostacei sono del tutto simili agli adulti tranne che per

le dimensioni. In altre specie, invece, si interpongono

uno o più stadi larvali. Le forme più comuni di crostacei

comprendono i decapodi, gli isopodi, i copepodi i cir-

ripedi e i branchiopodi (Figura 18).

RICORDA I crostacei hanno il corpo suddiviso

in capo, torace e addome, e spesso sono dotati

di carapace.

15

Figura 17 Il piano strutturale dei crostacei

Il corpo è suddiviso in tre regioni e ciascun segmento porta appendici specializzate; un carapace simile a una conchiglia riveste testa e torace.

Carapace che ricopre

capo e torace Addome

Le appendici sono specializzate per la masticazione, la percezione

sensoriale e la locomozione sul substrato o nell’acqua.

Le lepadi sono cirripedi

che si attaccano

a un substrato

e si alimentano

attraverso appendici

specializzate.

Questo onisco, un

isopode terrestre,

può arrotolarsi fino a

formare una pallina

quando è minacciato.

Questo crostaceo

decapode si trova

solo su quattro isole

dell’Oceano Atlantico.

Questo branchiopode

è comune nelle pozze

d’acqua dolce del Sud-

Ovest degli Stati Uniti.

Questo minuscolo

copepode si trova

nei laghi europei.

Figura 18 La biodiversità dei crostacei

I crostacei sono gli artropodi più diffusi in ambiente marino, ma vivono anche in acqua dolce o sulla terraferma.

Johngarthia lagostoma

Oniscus asellus

Eudiaptomus gracilis Lepas sp.

Triops longicaudatus

A

B

C

E

D

A340

Gli insetti: gli artropodi di maggior successo

Durante il periodo Devoniano, oltre 400 milioni di anni

fa, alcuni artropodi colonizzarono gli ambienti terrestri.

Tra i numerosi gruppi che hanno popolato con successo

le terre emerse, gli insetti sono quello più diffuso. Questi

animali sono abbondanti e diversificati negli ambienti

terrestri e nelle acque dolci, mentre solo poche specie si

trovano in habitat marini. Più della metà di tutte le spe-

cie viventi conosciute appartiene agli insetti (Figura 19).

Il corpo degli insetti è suddiviso in tre regioni

(Figura 20): capo, torace e addome. Essi dispongono,

inoltre, di un meccanismo esclusivo per gli scambi

gassosi: un sistema di sacchi aerei e di canali tubulari,

le trachee, che si estendono all’interno del corpo sino a

raggiungere i tessuti profondi a partire da minuscole

aperture esterne dette stigmi.

Questi artropodi possiedono una singola coppia di

antenne in corrispondenza della testa e apparati boccali

assai complessi di tipo masticatore, succhiatore, pungen-

te. La regione del torace porta tre paia di arti ventrali e

in genere due paia di ali dorsali, anche se gli insetti più

primitivi ne sono privi. A differenza degli altri artropo-

di, non sviluppano appendici sui segmenti addominali,

a eccezione dell’ovopositore delle femmine che in api e

vespe è trasformato in un pungiglione.

Gli insetti sono stati i primi animali a evolvere la capa-

cità di volare, una novità che ha dato origine a numerose

varianti nei loro cicli vitali e ha permesso loro di sfrutta-

re nuove opportunità nutritive. Gli adulti della maggior

parte delle specie di insetti possiedono due paia di rigi-

de ali membranose inserite sul torace. Esistono tuttavia

delle eccezioni, per esempio le mosche e le zanzare, che

possiedono un unico paio di ali. Nei coleotteri il paio di

ali anteriori si è trasformato in un paio di elitre rigide che

coprono le ali posteriori.

Durante il loro ciclo vitale, gli insetti come coleotte-

ri, mosche, falene, farfalle e api subiscono mutamenti

radicali, complessivamente definiti metamorfosi, tra

lo stadio larvale e quello dell’adulto. Se i cambiamenti

tra i vari stadi vitali sono graduali si parla di metamorfosi

incompleta, come nel caso delle cavallette, delle blatte e

degli insetti stecco; se invece le variazioni che avvengono

tra uno stadio e il successivo sono sostanziali si parla di

metamorfosi completa come in farfalle, api, vespe, zanzare,

mosche e formiche.

RICORDA Gli insetti hanno il corpo segmentato

e un meccanismo per gli scambi gassosi basato

sulle trachee. Il loro ciclo di sviluppo prevede la

metamorfosi.

16

Figura 19 La biodiversità degli insetti

Con il volo, agli insetti si sono aperte nuove opportunità di alimentazione e nuovi stili di vita.

I coleotteri, come questo

cervo volante, sono l’ordine

di insetti più numeroso con

390 000 specie.

L’ordine dei ditteri

comprende

125 000 specie di

insetti con un solo

paio d’ali tra cui

mosche e zanzare.

L’ordine dei lepidotteri

comprende 180 000

specie con ali molto grandi,

come farfalle e falene.

A

B

C

Lucanus cervus

Phaenicia sericata

Danaus plexippus

Capo Torace

AddomeAntenne

Ali

Stigmi Ovopositore

Figura 20 Il piano strutturale degli insetti

Gli insetti hanno un corpo diviso in capo, torace e addome. Il torace porta tre paia di zampe e spesso due paia di ali.


I chelicerati: limuli e aracnidi

I chelicerati sono artropodi la cui estremità cefalica è

provvista di una coppia di appendici modificate, i cheli-

ceri, utili per la cattura del cibo. Il corpo è diviso in due

parti non omologhe a quelle dei miriapodi, che prendono

il nome di prosoma e opistosoma. Nella parte anteriore,

oltre ai cheliceri sono presenti quattro paia di zampe.

Le due principali linee evolutive dei chelicerati sono

rappresentate da xifosuri e aracnidi (Figura 21).

Gli xifosuri o limuli. Questi animali hanno un corpo a

forma di ferro di cavallo coperto da una robusta corazza.

Questi animali hanno subìto pochi cambiamenti mor-

fologici nel corso della loro lunga storia evolutiva; sono

comuni nelle acque basse lungo le coste dell’Asia e dell’A-

merica settentrionale, dove si comportano da detritivori

o predatori di piccoli animali.

17

Poecilotheria metallica

Megaphobema robustumLimulus plyphemus

Ixodes ricinus

Figura 21 La biodiversità dei chelicerati

(A) I limuli costituiscono un gruppo primitivo che ha subìto pochi cambiamenti morfologici nel corso del tempo. (B-D) Gli aracnidi comprendono ragni, zecche e scorpioni.

Con il nome

«tarantola» si

indicano diverse

specie di ragni

pelosi che vivono

sul suolo. Il loro

morso è velenoso,

ma non mortale.

Il gruppo degli acari

è costituito da

ectoparassiti ematofagi;

alcuni, come le zecche,

sono vettori di malattie.

Gli scorpioni sono

predatori notturni.

A

C

B

D

Gli aracnidi. Costituiscono la classe più vasta tra i che-

licerati; sono animali esclusivamente terrestri dotati di

organi respiratori adattati alla vita sulla terraferma. La

maggior parte presenta un ciclo biologico semplice in cui

dall’uovo fecondato all’interno del corpo materno escono

adulti in miniatura, che iniziano quasi subito a condurre

una vita indipendente.

Gli ordini di aracnidi più ricchi sia di specie sia di

individui sono i ragni, gli scorpioni e gli acari (tra cui

le zecche). Oltre ai cheliceri, che nei ragni iniettano il

veleno, tutti gli aracnidi presentano un secondo paio di

appendici orali, i pedipalpi, che negli scorpioni formano

grosse chele a forma di pinza.

RICORDA I chelicerati sono artropodi dotati di

cheliceri, appendici modificate per la cattura del cibo,

poste all’estremità cefalica.

1. Quali caratteristiche hanno contribuito al

grande successo evolutivo degli artropodi?

2. Quali gruppi appartengono al phylum degli

artropodi?

3. Che cosa sono i cheliceri e quale gruppo

di artropodi li possiede?

1. La cavità corporea degli artropodi si è

trasformata in. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , al cui

interno è presente sangue / emolinfa.

2. La maggior parte dei crostacei possiede un

corpo suddiviso in due / tre regioni.

3. I ragni sono insetti / aracnidi.

Il sistema immunitario dei limuli è in grado di

reagire in presenza di alcuni batteri. Fai una

ricerca sul test in vitro LAL (o limulus test) e

realizza una presentazioni di 10 slide in cui

spieghi che cos’è, come funziona, la sua storia

e la tua opinione personale sul suo utilizzo.


A342

Gli insetti: molte specie da salvare e molte ancora da scoprire

I l tasso di estinzione delle specie animali sta accelerando nel corso degli ultimi secoli,

tuttavia capire quante specie di insetti sono minacciate non è semplice. Gli studi

disponibili stimano che circa il 10% delle specie attualmente conosciute siano a rischio

d’estinzione. Calcolare questi numeri non è un’impresa facile perché il gruppo degli

insetti è il più numeroso sul nostro pianeta e ancora oggi esistono moltissime specie

ancora da individuare.

C’è ancora tanto da scoprire

Fino al 1980, molti biologi pensavano che all’incirca la metà delle specie esistenti

di insetti fosse già stata scoperta, ma oggi sappiamo che il numero delle specie

descritte (oltre un milione) rappresenta una frazione piccolissima del numero totale

delle specie davvero esistenti. Le stime degli ultimi anni ritengono che l’80% delle

specie esistenti di insetti siano ancora da scoprire, circa 4 milioni di specie. Un numero

enorme se paragonato agli altri esseri viventi: per gli aracnidi si pensa che debbano

essere descritte ancora mezzo milione di specie, mentre per i mammiferi si ritiene che

solamente un centinaio di specie siano ancora sconosciute (Figura A).

Ma come fanno i ricercatori a stimare questi numeri?

Mammiferi5 600 specie stimate

5 501 (98%) specie scoperte

Uccelli10 500 specie stimate


Rettili12 000 specie stimate


Anfibi15 000 specie stimate


Pesci45 000 specie stimate


Crostacei150 000 specie stimate


Molluschi200 000 specie stimate


Aracnidi600 000 specie stimate


Insetti5 000 000 specie stimate1 000 000 (20%) specie scoperte

Figura A Nel grafico l’area dei cerchi in rosa indica la quantità di specie attualmente conosciute,

mentre l’area dei cerchi in azzurro è la stima di quante specie ancora ci siano da scoprire.

Figura B La Luehea seemannii è una pianta tropicale che

ospita diverse specie di coleotteri tra le sue chiome.

Luehea seemannii

UN CASO DA VICINO


L’ESPERIMENTO

Uno studio sul campo ha suggerito come, in passato, il numero di

specie di insetti viventi fosse largamente sottostimato. Le foreste

tropicali sono l’habitat terrestre con la maggiore ricchezza di

specie viventi e sono tra gli ecosistemi più sconosciuti. Per questo

motivo l’entomologo Terry Erwin realizzò con i suoi collaboratori

un accurato campionamento di un gruppo di insetti, i coleotteri.

Erwin effettuò il censimento dei coleotteri che vivono nello stato

di Panama, sotto le chiome di una singola specie tropicale di alberi,

Luehea seemannii (Figura B).

IPOTESI

Quante specie di insetti esistono sulla Terra?

METODO

L’esperimento prevedeva questi passaggi:

1. Si fanno cadere e si raccolgono i coleotteri dalle chiome di alberi

di Luehea seemannii e di altri alberi (Figura C).

2. Si suddividono i coleotteri campionati secondo la specie di

appartenenza.

3. Si conta il numero delle specie con ospite specifico (quelle

presenti solo su L. seemannii) e il numero delle specie generaliste

(che abitano su più alberi diversi).

4. Si stima il numero delle specie arboree per ettaro nella foresta

di Panama.

5. Si calcola la percentuale di coleotteri a vita arborea rispetto a

quelli a vita terricola.

6. Si calcola la percentuale di coleotteri rispetto a tutte le specie di

insetti.

7. Si usano i calcoli appena elencati per estrapolare il numero

totale delle specie di insetti che potrebbero vivere sulla Terra.

RISULTATI

Partendo da questi presupposti e facendo confronti con ricerche

dello stesso genere, Erwin ha stimato che il numero di specie di

insetti presenti sulla Terra potrebbe ammontare a 30 milioni o più,

dei quali soltanto circa 1 milione è stato già descritto.

CONCLUSIONI

La diversità degli insetti è di gran lunga maggiore di quanto faccia

pensare il numero di specie attualmente note. Revisioni più

recenti suggeriscono che 30 milioni sia un numero eccessivo, ma è

globalmente riconosciuto che la grande maggioranza delle specie

resta ancora da scoprire.

Figura C Il sistema di raccolta delle varie

specie di insetti dalle chiome degli alberi.

DOMANDE

1. Dai dati della Tabella D, stima il numero di specie di insetti in un

ettaro di foresta panamense. Supponi che i dati per i coleotteri

che vivono su L. seemannii siano gli stessi di quelli che vivono su

tutte le altre specie di alberi e che tutte le specie non ospite-

specifiche siano state raccolte. Ricorda di calcolare i seguenti

parametri:

• numero di specie di coleotteri ospite-specifici su tutte le

specie di alberi in un ettaro di foresta;

• numero di specie di coleotteri non specie-specifici su tutti gli

alberi in un ettaro di foresta;

• numero di specie di coleotteri che vivono nel suolo della

foresta;

• numero di specie di insetti diversi dai coleotteri.

2. Ogni giorno vengono abbattuti 20 mila ettari di foreste tropicali.

Supponiamo che il numero di specie di insetti della foresta di

Panama sia lo stesso nelle altre foreste tropicali. Utilizza i dati

della domanda 1 e calcola quante specie di insetti colpisce ogni

giorno il disboscamento di queste aree.

3. Ci sono circa 50 000 specie di alberi nelle foreste tropicali.

Supponi che i dati per i coleotteri che vivono su L. seemannii

siano rappresentativi per tutte le altre specie di alberi tropicali.

Calcola il numero di coleotteri ospite-specifici presenti nelle

foreste tropicali. Aggiungi circa mezzo milione di specie di insetti

non ospite-specifici che potrebbero esistere sull’insieme di tutte

le specie di alberi.

4. Stima il numero di specie di coleotteri che vivono al suolo sulla

base della percentuale in Tabella D. Calcola infine il numero

stimato di specie di insetti che vivono nelle foreste tropicali.

Parametri misurati Valori

Numero approsimativo di specie di coleotteri raccolti sugli

alberi Luehea seemannii

1200

Numero stimato di coleotteri ospite-specifici in questo

campione

163

Numero di specie di alberi per ettaro di foresta

panamense

70

Percentuale di specie di coleotteri che vivono nella

chioma degli alberi rispetto alle specie che vivono al suolo

75%

Percentuale di coleotteri tra tutte le specie di insetti 40%

Tabella D I risultato dell’esperimento di Erwin.

ARTICOLO ORIGINALE

T.L. Erwin,1988. La volta della foresta: il cuore della

biodiversità, Biodiversity. National Academy Press,

Washington, D.C. T.L. Erwin,1997. Biodiversità all’apice: i

coleotteri delle foreste tropicali, Biodiversity II.

A344

Le caratteristiche dei deuterostomi

Le prove che i deuterostomi condividono un antenato

comune diverso da quello dei protostomi si trovano nelle

prime fasi del loro sviluppo, e sono supportate dalle ana-

lisi filogenetiche basate sulle sequenze di DNA di molti

geni differenti che indicano un’origine comune di questi

animali:

1. la bocca si forma all’estremità opposta rispetto al

blastoporo;

2. il celoma si forma a partire da tasche di mesoderma

che si separano dalla cavità della gastrula invece che

da una divisione interna del mesoderma, come avvie-

ne nei protostomi.

I deuterostomi attuali comprendono due gruppi princi-

pali (Figura 22): gli echinodermi (come stelle marine, ricci

di mare e gruppi affini) e i cordati (suddivisi in tunicati,

o urocordati, cefalocordati e vertebrati).

Tutti i deuterostomi sono celomati, triblastici e prov-

visti di endoscheletro. Alcune specie possiedono un cor-

po segmentato, sebbene i singoli segmenti siano meno

evidenti rispetto a quanto si osserva negli anellidi e negli

artropodi.

RICORDA Gli animali deuterostomi sono celomati,

triblastici e provvisti di endoscheletro; i due gruppi

principali sono gli echinodermi e i cordati.

18

Cordati

Antenato

comune

a simmetria

bilaterale

Simmetria

radiale

nell’adulto

Notocorda,

cordone nervoso

dorsale cavo,

coda

Colonna

vertebrale,

cranio,

cuore

ventrale

Ech

ino

de

rmi

Ce

falo

co

rda

ti

Tu

nic

ati

Ve

rteb

rati

Figura 22 L’albero filogenetico dei deuterostomi

I gruppi principali di deuterostomi sono gli echinodermi e i cordati; questi ultimi comprendono i vertebrati.

Gli echinodermi: stelle e ricci di mare

Gli echinodermi sono un phylum di animali marini che

attraversano uno stadio larvale caratterizzato da simme-

tria bilaterale seguito da un radicale cambiamento di for-

ma: l’adulto, infatti, ha una simmetria radiale in cui si

individuano cinque piani di simmetria (o un multiplo

di cinque). Come tutti gli animali con simmetria radiale,

anche gli echinodermi sono privi di estremità cefalica

e si muovono, seppur lentamente, in tutte le direzioni.

Oltre alla simmetria radiale, gli echinodermi adulti

sono provvisti di altri due caratteri esclusivi: uno sche-

letro interno e un sistema vascolare acquifero.

19Echinodermaderiva dal greco

echînos, «riccio»,

e dérma, «pelle»,

con allusione alla

superficie corporea

spinosa di questi

animali.

I DEUTEROSTOMI: ECHINODERMI E CORDATI

LEZIONE 6

I deuterostomi

tunicati e

cefalocordati 21

celomati dotati di

endoscheletro 18

vertebrati

22

suddivisi in

gli echinodermi

19

i cordati

20

comprendonosono


1. L’endoscheletro è formato da un sistema di piastre

calcificate e rivestite da un sottile strato di epidermide

e tessuto muscolare; nella maggior parte delle specie

queste piastre si fondono all’interno di tutto il corpo.

2. Il sistema acquifero è costituito da un reticolo di ca-

nali acquiferi che confluiscono in estensioni definite

pedicelli ambulacrali. Questo sistema, che contiene

acqua marina, è coinvolto negli scambi gassosi, nel-

la locomozione e nell’alimentazione (Figura 23). Gli

echinodermi, infatti, utilizzano i pedicelli per muo-

versi sul substrato e per catturare le prede.

Queste innovazioni strutturali hanno subìto numerosi

cambiamenti, dando origine a una sorprendente varietà

di animali dall’aspetto molto diverso. In base ai reperti

fossili sono state descritte circa 13 000 specie di echino-

dermi (come gigli, ricci e stelle di mare), suddivise in 23

linee evolutive principali (Figura 24). Soltanto sei di que-

sti gruppi sono sopravvissuti fino a oggi; gli altri sono

scomparsi durante le grandi estinzioni di massa succedu-

tesi nella storia della Terra. Quasi tutte le 7000 specie di

echinodermi attuali vivono esclusivamente in ambienti

marini e comprendono animali molto noti, come i ricci e

le stelle marine, ma anche specie meno conosciute, come

i cetrioli di mare e le stelle serpentine.

RICORDA Gli echinodermi sono un phylum di

animali marini che attraversano uno stadio larvale

a simmetria bilaterale, ma lo stadio adulto è

caratterizzato da simmetria radiale.

Gonade

Ano

Ghiandole

digestive

Stomaco

Pedicelli

Sistema

acquifero

Figura 23 La struttura degli echinodermi

Questo schema di una stella marina illustra lo scheletro interno calcificato e il sistema acquifero composto dai canali acquiferi e dai pedicelli ambulacrali.

Ciascun braccio è provvisto di un

assetto completo di organi. Nel

braccio alla tua sinistra sono state

omesse le ghiandole digestive per

mostrare gli organi sottostanti.

Oxycomanthus bennetti

Sphaerechinus granularis

Marthasterias glacialis

Ophiopholis aculeata

Bohadschia argus

Figura 24 La biodiversità degli echinodermi

(A) I crinoidi possono avere centinaia di braccia. (B) I ricci di mare sono ricoperti di spine mobili. (C) I cetrioli di mare sono privi di braccia e vivono sui fondali, a cui aderiscono grazie ai pedicelli. (D) Le stelle di mare sono gli echinodermi più noti. (E) Le ofiure sono simili alle stelle marine.

I ricci di mare si nutrono di alghe:

hanno forma semisferica e sono

privi di braccia.

Il corpo dei cetrioli di mare o oloturie ha

un orientamento antero-posteriore.

I crinoidi (o gigli di

mare) aderiscono

al substrato con

un peduncolo

flessibile; la

porzione centrale

del corpo ha una

forma a coppa, da

cui si dipartono le

braccia fluttuanti.

Le stelle marine sono

predatori di molluschi

bivalvi, come vongole e

cozze. Particolari ventose

situate sui pedicelli

permettono a questo

animale di afferrare

entrambe le valve della

preda e di aprirle.

Le ofiure, chiamate anche

stelle serpentine, possiedono

braccia flessibili formate da

molte placche rigide articolate.

A

B C

D

E

A346

Le caratteristiche dei cordati

Esistono tre grandi linee evolutive di cordati: i cefalo-

cordati, i tunicati e i vertebrati. Le relazioni evolutive

tra questi gruppi non sono sempre evidenti; tutti però

condividono le seguenti caratteristiche (Figura 25):

• un cordone nervoso dorsale cavo;

• una coda che si estende oltre l’ano;

• la notocorda, una struttura dorsale di sostegno.

La notocorda è formata da un nucleo centrale di grandi

cellule con vacuoli turgidi, pieni di liquido, che la ren-

dono rigida ma flessibile.

RICORDA I cordati condividono un cordone nervoso

dorsale cavo, una coda e la notocorda.

20

Notocorda

Notocorda

Fessure

faringee

Fessure

faringee

Coda

Coda

Ano

Cordone nervoso

dorsale cavoCordone

nervoso

dorsale cavo

Intestino

Intestino

Figura 25 Le caratteristiche dei cordati

Nelle prime fasi dello sviluppo sono evidenti tutte le caratteristiche chiave del gruppo, come è evidente nella (A) larva di un tunicato e anche (B) nell’anfiosso adulto.

Una larva di ascidia possiede tutti i caratteri chiave

dei cordati, alcuni dei quali vanno persi nell’adulto.

B

A

L’anfiosso

adulto

conserva

tutti i

caratteri

chiave dei

cordati.

Ciona sp.

Branchiostoma lanceolatum

I tunicati e i cefalocordati

I tunicati (o urocordati) sono animali marini. Il 90%

delle specie è costituito dalle ascidie, le cui dimensio-

ni vanno da 1 mm a 60 cm di lunghezza; alcune specie

formano grandi colonie per gemmazione a partire da

un individuo fondatore. Il corpo sacciforme di un’asci-

dia adulta è rivestito da una rigida tunica, da cui il nome

tunicati (Figura 26A). La faringe delle ascidie si allarga a

formare un cestello branchiale, che filtra le prede dall’ac-

qua circostante. Le salpe sono altri tunicati che vivono

singolarmente oppure formano colonie simili a catenelle,

lunghe diversi metri (Figura 26B), fluttuando negli oceani

tropicali e subtropicali fino a 1500 m di profondità.

Le 35 specie di anfiossi, unici rappresentanti dei cefa-

locordati, comprendono piccoli animali che raramente

superano i 5 cm di lunghezza. La notocorda si estende

per l’intera lunghezza del corpo e persiste per tutta la

vita. Gli anfiossi vivono nelle acque salate poco profon-

de, rimanendo per la maggior parte del tempo infossati

con il capo sporgente dalla sabbia e si procurano il cibo

filtrando l’acqua grazie al cestello faringeo. Durante la

stagione riproduttiva, entrambi i sessi liberano uova e

spermatozoi nell’acqua, dove ha luogo la fecondazione.

RICORDA Le ascidie (tunicati) sono animali filtratori

con corpo sacciforme rivestito da una tunica rigida.

L’anfiosso è l’unico rappresentante dei cefalocordati:

sono animali filtratori che mantengono la notocorda

per tutta la vita.

21

Figura 26 Tunicati adulti

(A) In questa ascidia sono ben visibili la tunica trasparente e il cestello faringeo. (B) Una colonia a catenella di salpe fluttuanti nelle acque tropicali.

Clavelina dellavallei Pegea sp.

A B


Le caratteristiche dei vertebrati

I vertebrati sono un gruppo di cordati (Figura 27) che

prendono il nome dalla colonna vertebrale, una strut-

tura di sostegno dorsale e articolata che durante le prime

fasi dello sviluppo sostituisce la notocorda. I singoli ele-

menti della colonna vertebrale sono chiamati vertebre.

Esistono altre caratteristiche fondamentali che caratte-

rizzano i vertebrati:

• un cranio anteriore che racchiude un cervello svi-

luppato;

• uno scheletro interno rigido sostenuto dalla colonna

vertebrale;

• un sistema circolatorio ben sviluppato in cui il san-

gue è spinto da un cuore ventrale.

Queste caratteristiche strutturali hanno permesso lo

sviluppo di grandi animali in grado di muoversi attiva-

mente: lo scheletro interno fornisce il sostegno per un

22

Comparsa

delle vertebre

Mascelle denti

Scheletro osseo,

vescica natatoria

Notocorda,

cordone nervoso

dorsale cavo, coda

Pinne lobate

Narici interne

Arti adatti alla locomozione terrestre

Uovo amniotico

Amnioti

Anfibi

Pesci polmonati

Celacanti

Actinopterigi

Condroitti

Lamprede

Missine

Tunicati

Cefalocordati

Gn

ato

sto

mi

Ag

na

ti

Figura 27 L’albero filogenetico dei cordati

L’albero mette in evidenza i caratteri condivisi tra i cordati. Gli animali provvisti di mascelle e con due paia di arti sono chiamati tetrapodi. I tetrapodi dotati di uovo amniotico sono detti amnioti.

vasto sistema muscolare, che riceve ossigeno dal sistema

circolatorio ed è controllato dal sistema nervoso centrale.

La comparsa successiva delle mascelle diede modo

ai vertebrati di sfruttare nuove fonti di cibo, mentre

l’evoluzione dei polmoni, degli arti e di un uovo am-

niotico consentì loro di colonizzare definitivamente la

terraferma.

Si ritiene che anche la linea evolutiva che ha portato

ai vertebrati sia comparsa negli oceani, probabilmente

in ambienti di estuario. I primi vertebrati apparvero nel

Cambriano e si diffusero nelle acque marine, nelle acque

dolci e da qui negli ambienti terrestri e aerei di tutto il

mondo. Oggi questo phylum conta circa 65 000 specie,

compresi gli esseri umani.

RICORDA I vertebrati sono i cordati dotati di colonna

vertebrale, una struttura di sostegno che sostituisce

la notocorda durante le prime fasi dello sviluppo.


1. Quali sono le principali caratteristiche dei

deuterostomi?


cordati?

3. Da quali linee evolutive principali è

costituito il gruppo dei cordati?


vertebrati?

1. L’endoscheletro / esoscheletro degli

echinodermi è formato da piastre.

2. Le salpe sono tunicati / cefalocordati che

formano colonie simili a . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Gli anfiossi sono gli unici rappresentati

viventi del gruppo dei . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4. L’uovo amniotico consentì ai vertebrati /

cordati di colonizzare la terraferma.

I ricci di mare e le stelle marine sono animali

morfologicamente molto noti ma spesso il

loro comportamento è poco conosciuto. Fai

una ricerca sulle abitudini alimentari e sociali

di questi animali (utilizzando i numerosi video

presenti in Rete) e realizza una presentazione

multimediale, un poster o un’infografica per

presentare la tua ricerca al resto della classe.

A348

Gli agnati o ciclostomi

Tra i vertebrati più antichi e meno conosciuti, le mis-

sine e le lamprede sono prive di mascelle e mandibole

articolate e mobili; pertanto sono chiamate agnati che

significa «privi di mascelle». A causa della bocca di forma

circolare, sono indicati anche con il nome di ciclostomi.

Le missine (Figura 28A) sono organismi marini, quasi

ciechi ma con quattro tentacoli sensoriali disposti intor-

no alla bocca. Questi animali possiedono una struttura

simile a una lingua, dotata di dentelli adatti a raschiare,

che usano per strappare pezzi di carne da organismi mor-

ti e per catturare piccoli invertebrati. Le missine hanno

sviluppo diretto (cioè privo di uno stadio larvale); gli

individui, inoltre, possono cambiare sesso da un anno

all’altro (da maschio a femmina e viceversa).

Le circa 50 specie di lamprede (Figura 28B) vivono sia

nelle acque dolci sia in quelle costiere. Possiedono una

scatola cranica completa e vertebre cartilaginee rudimen-

tali. Le larve delle lamprede si nutrono per filtrazione e

hanno un aspetto piuttosto simile agli anfiossi adulti.

Gli adulti di molte specie di lamprede sono parassiti,

mentre in altre specie gli adulti non si nutrono per nulla.

In quest’ultimo caso, dopo la metamorfosi la lampreda

adulta sopravvive per poche settimane, giusto il tempo

per riprodursi. Nelle specie parassite, la bocca circolare è

trasformata in un organo simile a una ventosa, utile per

fissarsi alla preda e raschiarne la carne.

RICORDA Gli agnati sono privi di mascelle e

mandibole articolate e mobili.

23

Lampreta fluviatilis

Figura 28 Gli agnati (A) Le missine si infossano nel fango dei fondali, dal quale estraggono piccole prede. (B) Le lamprede sono parassiti che si attaccano al corpo dei pesci e usano la grande bocca a ventosa per nutrirsi di sangue.

Eptatretus stoutii

A

B

Ciclostomaderiva dal greco

kýklos, «cerchio»

e stóma, «bocca».

Il nome pone

l’accento sulla

caratteristica tipica

di questi animali,

che hanno una bocca

circolare e sempre

aperta, mancando

di mascelle e

mandibole mobili.

Per lo stesso

motivo sono detti

agnati, da gnáthos,

«mascella».

Gli gnatostomi e le caratteristiche dei pesci

Durante il Devoniano, gli oceani, gli estuari e le acque

dolci erano ambienti popolati da molti tipi di agnati; in

alcuni di essi comparve un arco orale composto da ma-

scelle e mandibole, in seguito a modifiche dei segmenti

scheletrici che sostenevano le branchie (Figura 29). I por-

tatori di queste modifiche e i loro discendenti sono detti

gnatostomi.

Dal momento che un animale provvisto di mascelle

e mandibole può afferrare e inghiottire prede di grandi

dimensioni, gli gnatostomi si sono rapidamente diversifi-

cati in un grande numero di specie, sostituendo progres-

sivamente i vertebrati privi di mascelle nel dominio dei

mari. Le prime mascelle erano semplici, ma l’evoluzione

dei denti ha reso i predatori più efficienti. I denti svolgono,

infatti, una funzione fondamentale per afferrare e lacera-

re la preda, ma anche per masticare le parti dure. La ma-

sticazione contribuisce, inoltre, alla digestione del cibo e

migliora le capacità dell’animale di estrarne i nutrienti.

I primi gnatostomi a comparire sono stati i pesci. La

Figura 30 mostra il piano strutturale di un pesce odierno,

mettendo in evidenza le caratteristiche tipiche dei verte-

brati: la colonna vertebrale, il cranio posto anteriormente

e il midollo spinale posto dorsalmente rispetto alla co-

lonna vertebrale.

24

I VERTEBRATI ACQUATICI: AGNATI E PESCI

LEZIONE 7

agnati, privi di

mandibole mobili 23

i condroitti o pesci

cartilaginei 25

gnatostomi, con

mandibole mobili 24

si dividono in

gli osteitti o

pesci ossei 26

che comprendono

I vertebrati acquatici


Pesci gnatostomi moderni

(condroitti e osteitti)

Agnati

Pesci gnatostomi primitivi

(estinti)

Fessure branchiali

Cranio (cartilagine)

Gli archi branchiali

cartilaginei sostengono

le fessure branchiali.

Alcuni archi branchiali

anteriori si sono

trasformati in

mascelle e mandibole,

che inizialmente

erano prive di denti.

Altri archi orali

sostengono mascelle

più robuste ed efficienti,

provviste di denti.

Figura 29 L’evoluzione di un arco orale completo

Questi disegni illustrano un possibile percorso evolutivo dell’arcata mandibolare a partire dagli archi branchiali anteriori degli agnati.

Pinna pelvica (pari)

Pinna analeGonade

Cuore

Colonna

vertebrale Rene

Pinne dorsali

Intestino

Dorsale

Ventrale

Pinna caudale

Fegato

Il cranio, posto anteriormente, contiene

l’encefalo e molti organi di senso.

Figura 30 Il piano strutturale dei pesci

Oltre alle pinne pelviche pari (posteriori), i pesci possiedono pinne pettorali (anteriori) su entrambi i lati del corpo, non visibili nella figura.

Oltre a possedere mascelle articolate, i pesci sono ver-

tebrati dotati di branchie che consentono di respirare

l’ossigeno disciolto nell’acqua e di pinne per nuotare. La

maggior parte delle specie possiede una coppia di pinne

pettorali appena posteriormente alle fessure branchiali

e una coppia di pinne pelviche anteriormente alla zona

anale. Altre pinne, come la pinna dorsale e quelle caudali,

contribuiscono a stabilizzare il pesce o gli permettono di

cambiare rapidamente direzione.

I pesci dispongono anche di un organo sensoriale det-

to sistema della linea laterale (Figura 31) costituito da una

fila di recettori che corre lungo il lato del corpo dell’ani-

male; questo sistema è sensibile alle variazioni di pressio-

ne e consente di registrare le vibrazioni provocate dagli

altri pesci, oppure di rilevare gli ostacoli.

I pesci attuali si suddividono in tre grandi classi: i con-

droitti (pesci cartilaginei) e gli osteitti (pesci ossei), che

sono suddivisi nelle due classi actinopterigi e sarcopterigi.

RICORDA I pesci sono vertebrati gnatostomi dotati

di mandibole e mascelle, branchie per respirare, pinne

per il nuoto e un organo sensoriale, il sistema della

linea laterale.

Apogon aureus

Figura 31La linea laterale

Sul lato di questo pesce cardinale

è ben visibile il sistema di recettori che consente ai pesci di evitare gli ostacoli e percepire l’arrivo di potenziali pericoli.

I condroitti o pesci cartilaginei

I condroitti o pesci cartilaginei sono una classe di pesci

che oggi comprende gli squali, le razze e le chimere, per un

totale di circa 1000 specie. Questi pesci possiedono uno

scheletro formato da un materiale rigido ma flessibile, la

cartilagine. La loro pelle è flessibile e coriacea, e talvolta

contiene dentelli che le conferiscono la consistenza della

carta vetrata. Gli squali si muovono mediante ondulazio-

ni laterali del corpo e delle pinne caudali, mentre le razze

si spostano con movimenti ondulatori verticali delle loro

pinne pettorali enormemente allargate.

Gli squali più grandi si nutrono di plancton (come

lo squalo balena), ma per la maggior parte sono formi-

dabili predatori (Figura 32A a pagina seguente). Gli squali

possiedono elettrosensori capaci di rivelare i debolissimi

campi elettrici prodotti dalle contrazioni muscolari delle

potenziali prede.

Negli squali, affinché possano avvenire gli scambi

gassosi, lo scorrimento dell’acqua attraverso le branchie

deve essere continuo, altrimenti rischierebbero di morire

per asfissia. Per questo motivo, le modalità di respirazio-

ne sono diverse a seconda delle specie: gli squali pelagici,

che nuotano in mare aperto, devono muoversi in conti-

nuazione tenendo la bocca semiaperta per permettere il

passaggio dell’acqua e l’ossigenazione delle branchie. Gli

25

A350

squali bentonici, che vivono a stretto contatto con il fondo,

possono anche rimanere fermi per lunghi periodi, aspi-

rando l’acqua con la bocca e spingendola forzatamente

attraverso le branchie.

La maggior parte delle razze (Figura 32B), caratteriz-

zate da un corpo fortemente appiattito, vive sui fondali

dell’oceano, dove si nutre di molluschi e di altri animali

infossati nei sedimenti.

Le chimere sono i pesci cartilaginei meno noti e vivo-

no nelle acque profonde e fredde. A differenza degli altri

pesci cartilaginei, le chimere non hanno la pelle coriacea

ma «nuda» e liscia; presentano una coda allungata e una

spina velenifera posta davanti alla pinna dorsale.

RICORDA I condroitti possiedono uno scheletro

formato da cartilagine; comprendono gli squali, le

razze e le chimere.

Gli osteitti o pesci ossei

I pesci ossei possiedono uno scheletro costituito da tes-

suto osseo. Si dividono in due classi: gli actinopterigi (a

pinne raggiate) e i sarcopterigi (a pinne lobate).

Gli actinopterigi. Comprendono circa 30 000 specie di

acque dolci e marine (Figura 33) e sono il gruppo più rap-

presentato di vertebrati moderni. La superficie del loro

corpo è rivestita da scaglie sottili, che forniscono prote-

zione e facilitano il movimento nell’acqua. Le branchie si

aprono in una camera coperta da un lembo di tessuto det-

to opercolo: il movimento dell’opercolo aumenta il flusso

dell’acqua attraverso le branchie, dove hanno luogo gli

scambi respiratori. La maggior parte degli actinopterigi

possiede la vescica natatoria, un organo di spinta idrosta-

tica: regolando la quantità di gas al suo interno, il pesce è

in grado di controllare la propria profondità.

26

Figura 32 I condroitti: squali e razze(A) La maggior parte degli squali sono attivi e veloci predatori marini. (B) Le razze si nutrono sui fondali oceanici, muovendosi grazie alle loro pinne pettorali modificate.

Taeniura lymma

B

Figura 33 La biodiversità degli actinopterigi

(A) Una femmina di pesce scatola maculato che vive sulla barriera corallina, come anche (B) il pesce angelo, il cui corpo è compresso lateralmente e le pinne espanse ne aumentano all’apparenza la taglia. (C) Il drago di mare (simile ai cavallucci marini) si mimetizza tra le alghe.

A B C

Pygoplites diacanthus Phyllopteryx taeniolatusOstracion meleagris

Pinna dorsale

Pinna pelvica

Pinna caudale

Pinna pettorale

Carcharodon carcharias

A

Actinopterigideriva dal greco aktís,

«raggio», e pterón,

«ala», qui nel senso

di pinna. Questi

pesci hanno infatti

le pinne raggiate,

con raggi di sostegno

disposti a ventaglio.



I sarcopterigi. Le pinne articolate, cioè sostenute da parti

mobili articolate tra loro, si sono evolute negli antenati

dei sarcopterigi, una classe di pesci ossei che comprende

i celacanti, i dipnoi e i progenitori (estinti) dei tetrapodi.

I celacanti furono abbondanti a partire dal Devoniano

fino a circa 65 milioni di anni fa, quando si estinsero quasi

completamente. Casualmente, nel 1938 un peschereccio

catturò un celacanto al largo delle coste del Sudafrica. Da

allora sono stati pescati centinaia di individui della specie

Latimeria chalumnae (Figura 34A), una specie che ha con-

sentito di studiare su esemplari viventi le caratteristiche

di un gruppo vicino ai progenitori dei vertebrati terrestri.

I dipnoi erano importanti predatori nelle acque bas-

se durante il periodo Devoniano. La maggior parte delle

linee evolutive di questi pesci attualmente è estinta: le

sole sei specie sopravvissute vivono nelle paludi e nelle

acque fangose del Sudamerica, dell’Africa e dell’Australia

(Figura 34B). I dipnoi sono pesci polmonati, dotati sia di

branchie sia di polmoni. Quando uno stagno si prosciuga,

Latimeria chalumnae

Figura 34 I sarcopterigi

(A) Il celacanto vive nelle acque profonde dell’Oceano Indiano. (B) Tutte le specie attuali di dipnoi vivono nell’emisfero meridionale.

A

B

Protopterus aethiopicus

i dipnoi possono infossarsi nel fango e sopravvivere per

molti mesi in uno stato di inattività, respirando diret-

tamente l’aria atmosferica. Si ritiene che alcuni antichi

sarcopterigi si siano progressivamente adattati alla vi-

ta sulla terraferma evolvendosi poi nei progenitori dei

tetrapodi, gli attuali vertebrati provvisti di quattro arti.

Nel 2006, alcuni ricercatori hanno scoperto un fos-

sile del Devoniano caratterizzato da appendici che rap-

presenterebbero uno stadio intermedio tra le pinne dei

pesci e gli arti dei tetrapodi terrestri (Figura 35). Sembra

che la transizione da pinne ad arti sia avvenuta quando

gli animali vivevano ancora nell’acqua: dapprima gli arti

avrebbero permesso loro di muoversi nelle acque poco

profonde tenendo il capo fuori dall’acqua e, in seguito,

di avventurarsi sul terreno.

RICORDA Gli osteitti possiedono uno scheletro

costituito da tessuto osseo e si dividono in

actinopterigi e sarcopterigi.

Omero

Radio

Ulna

Elementi distali della

pinna/polso/mano

Eusthenopteron

380 milioni di anni fa

Completamente acquatico;

pinne lobate

Tiktaalik


Acquatico; arti lobati

intermedi fra una pinna

e una zampa

Acanthostega


Tetrapode semiterrestre

Figura 35 Le zampe sono pinne modificate

I principali elementi ossei delle zampe dei tetrapodi erano già presenti nei sarcopterigi 380 milioni di anni fa. Le loro dimensioni e la loro posizione si è modificata quando si sono spostati in ambiente terrestre.

1. Qual è la caratteristica che dà il nome agli

agnati?

2. Quali sono le caratteristiche dei pesci?

3. Che gruppi appartengono ai pesci ossei?

1. Le chimere hanno una spina velenifera

davanti alla coda / pinna dorsale.

2. La maggior parte delle linee evolutive dei

dipnoi / delle razze attualmente è estinta.

Perché è stato così importante il ritrovamento

di fossili di transizione di Tiktaalik, un

esemplare di circa 375 milioni di anni fa?

Motiva il tuo ragionamento.

Il Devoniano è

il quarto periodo

del Paleozoico;

è compreso tra

circa 515 e 360

milioni di anni fa

ed è preceduto dal

Siluriano e seguito

dal Carbonifero. Il

suo nome deriva

da Devon, contea

dell’Inghilterra dove

gli affioramenti

di rocce di questo

periodo sono

abbondanti.

A352

Gli anfibi: i primi vertebrati terrestri

Gli anfibi, come le rane e le salamandre, sono stati i primi

vertebrati ad adattarsi alla vita sulla terraferma, restando

tuttavia legati ad habitat umidi e acquatici. Dal momento

27

che gli anfibi perdono rapidamente acqua attraverso la

pelle quando sono esposti all’aria, la maggior parte del-

le specie vive in ambienti umidi. Anche le uova sono

avvolte da delicati involucri membranosi, incapaci di

prevenire la disidratazione in ambienti aridi.

In molte specie di anfibi, gli adulti trascorrono gran

parte del tempo sulla terraferma ma depongono le uo-

va nell’acqua, dove vengono fecondate (Figura 36A). Da

queste nascono le larve (i girini) che vivono nell’acqua

fino alla metamorfosi, il processo attraverso il quale si

trasformano in adulti terrestri.

Le forme larvali degli anfibi respirano attraverso

branchie esterne; gli adulti sono dotati di polmoni, ma

in molti casi presentano anche respirazione cutanea, cioè

possono scambiare i gas attraverso la pelle, che pertanto

deve restare sempre umida.

Le oltre 6000 specie descritte di anfibi attuali appar-

tengono a tre ordini principali chiamati apodi (cioè «pri-

vi di piedi», come le cecilie), anuri (cioè «privi di coda»,

come rane, rospi e raganelle, Figura 36B) e urodeli come

tritoni e salamandre (Figura 36C).

RICORDA Gli anfibi sono stati i primi vertebrati ad

adattarsi alla vita sulla terraferma, ma sono legati

all’acqua per la riproduzione e lo sviluppo.

Adulto

SpermatozoiUova

Figura 36 Dentro e fuori dall’acqua

La maggior parte degli stadi del ciclo biologico degli anfibi delle zone temperate si compie in acqua. I girini acquatici si trasformano in adulti terrestri attraverso la metamorfosi.

Tutti gli anuri possiedono una colonna

vertebrale molto breve, con zampe

posteriori adatte al salto e al nuoto.

Salamandra salamandra

Negli urodeli la coda persiste per tutta la vita;

alcune specie sono terrestri, altre acquatiche.

7. La giovane rana

respira con i polmoni;

la coda si riassorbe.

6. Si

sviluppano gli

arti anteriori.

5. Le branchie

esterne vengono

coperte e compaiono

gli arti posteriori.

4. La larva (girino) si libera

degli strati gelatinosi dell’uovo

e respira con branchie esterne.3. L’embrione forma

un abbozzo di coda.

2. L’uovo fecondato si

sviluppa nell’acqua.

1. Gli adulti si

accoppiano

in acqua.

Rana pipiens

C

LA VITA SULLA TERRAFERMA: ANFIBI, RETTILI, UCCELLI

LEZIONE 8

I vertebrati terrestri

anfibi, come rane

e salamandre 27

amnioti, con uovo

amniotico 28

comprendono

i rettili, indipendenti

dall’acqua 30

gli uccelli,

adattati al volo 31

tra cui

possono essere

esotermi o

endotermi 29

A B


La comparsa dell’uovo amniotico

Poiché gli anfibi restano legati all’ambiente acquatico

per la riproduzione, la conquista della terraferma da

parte dei tetrapodi doveva prevedere una minore dipen-

denza dall’acqua. I primi vertebrati davvero «terrestri»

sono i rettili, che possono vivere e riprodursi anche in

ambienti aridi. Essi infatti hanno sviluppato una serie

di adattamenti che ritroviamo nelle due linee evolutive

degli amnioti (Figura 37): rettili e uccelli da una parte e

mammiferi dall’altra.

La caratteristica che contraddistingue gli amnioti è la

presenza di un uovo amniotico impermeabile all’acqua,

che permette all’embrione di svilupparsi in un ambiente

protetto (Figura 38A). Il guscio rigido limita fortemente

l’evaporazione dei liquidi contenuti all’ interno, ma per-

mette il passaggio di ossigeno e di diossido di carbonio.

Nell’uovo inoltre sono immagazzinate notevoli quantità

di riserve nutritive sotto forma di tuorlo, che permetto-

no all’embrione di raggiungere uno stadio di sviluppo

avanzato prima della schiusa. Internamente al guscio si

trovano gli annessi embrionali, che proteggono l’embrio-

ne dall’essiccamento e favoriscono gli scambi gassosi e

l’escrezione dei rifiuti azotati.

In numerosi gruppi di amnioti, l’uovo si è modificato

così da permettere all’embrione di accrescersi all’interno

del corpo materno; l’uovo dei mammiferi, per esempio,

ha perso il guscio e gran parte del materiale di riserva,

mentre sono state mantenute e aumentate le funzioni

degli annessi embrionali che, come vedremo, partecipa-

no alla formazione della placenta (Figura 38B).

28

Amniote

ancestrale

Tuatara

Squamati

Coccodrilli

Pterosauri (estinti)

Teropodi

(incl. Uccelli)

Ornitischi

(estinti)

Sauropodi

(estinti)

Mammiferi

Rettili

Mammiferi

Tartarughe

Lepidosauri

Dinosauri

Arcosauri

Figura 37L’albero filogenetico degli amnioti

Questo albero illustra la separazione tra mammiferi e rettili.

Il ramo dei rettili porta ai lepidosauri (i

serpenti, le lucertole e i tuatara), alle

tartarughe e gli arcosauri: coccodrilli,

numerosi gruppi estinti e uccelli.

L’altro ramo conduce ai mammiferi.

Cavità amniotica

Porzione fetale

della placenta

Cordone

ombelicale

Guscio

Cavità amniotica Embrione

Corion

Allantoide

Amnios

Sacco

Embrione

vitellino

Corion

Allantoide

Amnios

Sacco

vitellino

Placenta

L’allantoide

raccoglie

i prodotti

di scarto

metabolici

dell’embrione.

L’amnios

produce il

liquido che

protegge

l’embrione.

Il corion

provvede

agli scambi

gassosi.

Il sacco vitellino

racchiude

il tuorlo,

che nutre

l’embrione in

via di sviluppo.

Figura 38 L’uovo amniotico è adatto a svilupparsi all’asciutto

(A) L’evoluzione dell’uovo amniotico, caratterizzato dalla presenza di un guscio capace di trattenere l’acqua, dagli annessi embrionali e dal tuorlo, ha rappresentato la tappa principale della colonizzazione dell’ambiente terrestre. (B) Gli annessi embrionali prendono parte alla formazione della placenta.

B

A

A354

Altre modifiche innovative che favoriscono la vita sulla

terraferma si osservano negli adulti. La pelle (o cute),

rivestita di squame nei rettili (Figura 39), di peli nei mam-

miferi e di penne negli uccelli, è spessa e impermeabile,

in modo da ridurre al minimo le perdite d’acqua. Un

altro adattamento importante per la vita sulla terrafer-

ma riguarda gli organi escretori degli amnioti, i reni, che

permettono di eliminare urine concentrate.

RICORDA Gli amnioti sono animali caratterizzati da

diversi adattamenti alla vita sulla terraferma.

Animali esotermi e animali endotermi

Spesso diciamo che i rettili, i pesci e gli anfibi sono ani-

mali «a sangue freddo»; ciò implica un paragone con la

condizione di animali «a sangue caldo», tipica dei mam-

miferi e degli uccelli. Questa distinzione non tiene conto

del fatto che nei mammiferi che vanno in letargo la tem-

peratura del corpo può abbassarsi anche fino a 2 °C e che,

al contrario, molti rettili possono riscaldarsi parecchio

quando sono in attività.

Un modo per evitare contraddizioni è usare un

sistema di classificazione basato sulla fonte di calore

principale che determina la temperatura dell’animale.

Si definiscono così esotermi gli animali la cui tempe-

ratura corporea dipende da fonti di calore esterne; gli

endotermi sono, invece, gli animali che mantengono

costante la propria temperatura corporea producendo o

disperdendo calore. Mammiferi e uccelli sono endoter-

mi, mentre tutti gli altri animali sono esotermi.

RICORDA Negli esotermi la temperatura corporea

dipende da fonti di calore esterne; gli endotermi

mantengono costante la loro temperatura.

Figura 39 La pelle dei rettili

Il corpo di questo serpente australiano della specie Tropidechis carinatus è rivestito di squame che riducono la traspirazione e la perdita d’acqua.

29

I rettili e la riproduzione sulla terraferma

Durante il Carbonifero, gli amnioti si differenziarono

in due classi principali: i mammiferi e i rettili. La linea

evolutiva che porta ai rettili attuali, che comprendono

oggi oltre 7500 specie, ha iniziato a divergere circa 250

milioni di anni fa.

I rettili comprendono diversi gruppi attualmente vi-

venti (Figura 40), altri gruppi estinti come i dinosauri, e

un gruppo particolarmente divergente e riconoscibile:

quello degli uccelli.

I lepidosauri. Costituiscono il secondo gruppo per ric-

chezza di specie. La loro pelle è rivestita da squame cor-

nee che impediscono la respirazione cutanea tipica degli

anfibi: lo scambio dei gas respiratori avviene quindi gra-

zie ai polmoni, molto più grandi di quelli degli anfibi. Il

cuore dei lepidosauri è suddiviso in camere che separano

parzialmente il sangue ossigenato proveniente dai pol-

moni da quello povero di ossigeno che ritorna al cuore

dalla periferia. Grazie a questo tipo di cuore, i lepidosauri

possono generare una pressione sanguigna abbastanza

elevata e mantenere un metabolismo più sostenuto ri-

spetto agli anfibi. L’ordine degli squamati comprende

lucertole, prevalentemente insettivore, e serpenti, tutti

carnivori e privi di zampe, con molte specie velenose.

L’ordine dei rincocefali comprende poche specie come

il tuatara della Nuova Zelanda.

Le tartarughe. Questo gruppo di rettili ha subìto pochi

cambiamenti dall’inizio del Mesozoico. Le placche os-

see dorsali e ventrali delle tartarughe formano un guscio

all’interno del quale gli animali possono ritrarre la testa e

le zampe: la parte dorsale si chiama carapace ed è formata

da costole modificate, quella ventrale è detta piastrone. La

maggior parte delle tartarughe vive in ambienti acquati-

ci, ma torna sulla terraferma per deporre le uova; alcuni

gruppi, come le testuggini, invece, sono terrestri.

Gli arcosauri. Questo grande gruppo comprende i coc-

codrilli, i dinosauri e gli uccelli: solo i coccodrilli e gli

uccelli sono rappresentati oggi da specie viventi. I coc-

codrilli moderni (che oltre ai coccodrilli propriamente

detti, comprendono anche caimani, alligatori e gaviali)

vivono negli ambienti caldi tropicali; sono carnivori an-

che di notevoli dimensioni e mangiano vertebrati di ogni

tipo, compresi i grandi mammiferi. I coccodrilli passano

molto tempo in acqua, ma depongono le uova in nidi

costruiti sulla terraferma o su mucchi di vegetazione

galleggiante. La femmina custodisce le uova fino alla

schiusa e in alcune specie si occupa della prole anche

dopo la nascita. I dinosauri sono stati i vertebrati ter-

restri predominanti per circa 150 milioni di anni. Molti

erano animali agili e veloci e alcune specie erano quasi

30


Crocodylus porosus

Chelonia mydas

Sphenodon punctatus

Questa lucertola

australiana, uno

squamato, si

trova nella sua

tipica postura di

minaccia.

I tuatara sono rincocefali;

assomigliano alle

lucertole ma differiscono

per numerosi caratteri

anatomici.

Il serpente dal

collare è uno

squamato che

appartiene

a una specie

non velenosa.

Un coccodrillo che vive lungo le coste dell’Australia:

coccodrilli e alligatori vivono in regioni caratterizzate

da un clima tropicale o temperato caldo.

Figura 40 La biodiversità dei rettili

(A) Le tartarughe possono essere acquatiche o terrestri. (B) La maggior parte delle lucertole è insettivora. (C) Il tuatara è una delle due specie sopravvissute della sua linea evolutiva. (D) Tutti i serpenti sono carnivori. (E) L’ordine degli arcosauri comprende i coccodrilli, i caimani, i gaviali e gli alligatori.

A

C

E

B

D

Le tartarughe marine salgono a

terra soltanto per deporre le uova.

Diadophis punctatus

Chlamydosaurus kingii

certamente endoterme. Esiste un unico gruppo di dino-

sauri che è sopravvissuto all’estinzione di massa di fine

Cretaceo, avvenuta circa 65 milioni di anni fa: si tratta

degli uccelli, che sono quindi a tutti gli effetti gli attuali

discendenti dei dinosauri.

RICORDA I rettili sono animali amnioti in grado di

vivere in modo indipendente dall’acqua per tutta la

vita; le linee evolutive principali sono le tartarughe, i

lepidosauri (come lucertole, serpenti e rincocefali) e

gli arcosauri (coccodrilli e dinosauri).

A356

Gli uccelli e gli adattamenti al volo

Durante il Mesozoico, circa 175 milioni di anni fa, una

linea di dinosauri predatori chiamati teropodi diede ori-

gine agli uccelli (Figura 41A). Uno dei fossili più antichi

di uccelli, un animale appartenente genere Archaeopteryx

vissuto all’incirca 150 milioni di anni fa, era provvisto di

denti ma aveva il corpo rivestito di penne quasi identiche

a quelle degli uccelli attuali (Figura 41B). Oggi, sebbene

gli uccelli presentino molti caratteri esclusivi, i biologi

sono concordi nel collocare questi animali tra i rettili.

Contrariamente a quanto si riteneva un tempo, le pen-

ne non sono un’«invenzione» degli uccelli, ma erano già

presenti in molte specie di dinosauri. Tuttavia, l’evoluzio-

ne di queste strutture ha rappresentato uno dei principali

elementi di diversificazione degli attuali uccelli.

Le penne, pur essendo molto resistenti, sono anche

estremamente leggere. Quelle che ricoprono il corpo,

insieme allo strato sottostante di piume, forniscono agli

animali uno strato isolante che ha permesso la diffusione

degli uccelli in tutti i climi. Inoltre, le penne sono state

fondamentali per sviluppare la capacità di volare.

31

Carena

Lo sterno degli

uccelli è un osso

ampio e arcuato;

nella parte

anteriore la

carena consente

l’inserzione dei

muscoli toracici

che permettono

di volare

battendo le ali.

Figura 41Adattamenti per il volo

(A) Archaeopteryx era un dinosauro provvisto di penne. (B) La struttura di una penna. (C) Lo sterno carenato degli uccelli.

Rachide Vessillo Barbule con uncini

Le penne alari remiganti sono attaccate all’ala per

mezzo di una porzione cava dell’asse centrale rigido,

il calamo. Dal rachide, la parte piena di questo asse,

si dipartono le barbe, provviste di barbule e di uncini.

A

B

C

I dinosauri teropodi erano provvisti di ossa cave e di ele-

menti interni di sostegno: erano, quindi, allo stesso tem-

po leggere e resistenti. Queste caratteristiche sono state

mantenute dagli uccelli, facilitando l’evoluzione del volo.

Lo sterno degli uccelli volatori dispone di una grande

carena verticale, che fornisce la superficie di attacco ai

potenti muscoli pettorali (Figura 41C).

Il volo rappresenta un’attività molto dispendiosa in

termini energetici: un uccello che vola consuma 15-20

volte più energia rispetto a una lucertola dello stesso peso

mentre corre. Dal momento che gli uccelli possiedono

tassi metabolici estremamente alti, essi generano grandi

quantità di calore e controllano le perdite di calore gra-

zie alle penne, che possono essere strettamente accostate

al corpo oppure possono venire sollevate, riducendo in

questo modo l’isolamento termico.

Finora sono state descritte circa 10 000 specie di uc-

celli (Figura 42) che adottano gli stili di vita più diversi.

RICORDA Gli uccelli presentano caratteri utili al volo:

hanno ossa cave, sterno carenato e penne in grado di

trattenere o dissipare il calore.


I passeriformi, come questo

azzurrino di montagna, costituiscono

il gruppo di uccelli più ricco di specie.

Un altro gruppo numeroso

è quello di pappagalli, are,

parrocchetti e lorichetti.

Il gufo reale è

un predatore

notturno

che scova le

prede grazie

al sensibile

sistema

uditivo.

Figura 42La biodiversità degli uccelli

La diversità degli uccelli è sterminata: questi animali, infatti, variano molto per il comportamento (migratori o stanziali, diurni o notturni), per la dieta (granivori, insettivori, carnivori) e per le dimensioni: possono andare dai 150 kg dello struzzo ai 2 g di un colibrì.

Aix galericulata

Sialia currucoides

Gli struzzi sono

uccelli corridori,

incapaci di volare.

Struthio camelus

Bubo virginianusTrichoglossus haematodus

I maschi delle fregate possiedono una

tasca cutanea colorata posta sotto

la gola per segnalare la presenza alle

femmine.

Fregata minor

Il chiurlo

beccolungo

nordamericano

è una specie

limicola, che

si nutre di

invertebrati nel

fango.

Questo maschio di

anatra mandarina è

membro di un gruppo

che include le anatre,

le oche e i cigni.

Numenius americanus

1. Qual è il ciclo biologico degli anfibi?

2. Quali sono le principali linee evolutive dei

rettili?

3. Qual è stato il vantaggio evolutivo di

piume e penne?

1. Nell’uovo, il corion / l’allantoide provvede

agli scambi gassosi.

2. La parte dorsale dei lepidosauri / delle

tartarughe si chiama carapace, quella

ventrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Gli uccelli sono considerati i diretti discendenti

dei dinosauri. Cerca in Rete le ultime scoperte

sull’aspetto piumato dei dinosauri e realizza

una presentazione di 10 slide in cui spieghi le

somiglianze tra questi due gruppi.


A358

Le caratteristiche dei mammiferi

Tra i vertebrati amnioti, gli appartenenti alla classe dei

mammiferi sono contraddistinti da quattro caratteri

principali:

1. le ghiandole sudoripare secernono il sudore, che eva-

porando provvede alla regolazione della temperatura

corporea;

2. le ghiandole mammarie presenti nelle femmine pro-

ducono il latte di cui si nutrono i piccoli;

3. la pelliccia è un rivestimento isolante e protettivo

abbondante in alcune specie e molto ridotta in altre,

come i cetacei (balene e delfini) e gli esseri umani;

4. un cuore a quattro camere separa completamente il

sangue ossigenato proveniente dai polmoni da quel-

lo deossigenato che ritorna al cuore dalla periferia

(quest’ultima caratteristica è condivisa con gli uccelli

e i coccodrilli).

Nei mammiferi, le cellule uovo sono fecondate all’inter-

no del corpo della madre; prima di essere partoriti, gli

embrioni si sviluppano per un periodo variabile nell’u-

tero. Il periodo che gli embrioni trascorrono all’interno

dell’utero viene chiamato gestazione (o gravidanza) e può

durare da pochi giorni come nei roditori fino a quasi due

anni come negli elefanti.

Le circa 5000 specie di mammiferi attuali sono suddi-

vise in tre linee evolutive principali: i monotremi, i mar-

supiali e i placentati.

RICORDA I mammiferi sono vertebrati amnioti

dotati di ghiandole sudoripare, ghiandole mammarie,

pelliccia isolante e di un cuore a quattro camere.

32

I monotremi e i marsupiali

Le tre specie appartenenti all’ordine dei monotremi

sono geograficamente limitate all’Australia e alla Nuo-

va Guinea e comprendono l’ornitorinco e due specie di

echidna (Figura 43A). I monotremi differiscono dagli altri

mammiferi poiché sono privi di placenta (l’organo che

connette l’embrione all’utero) e depongono le uova. I mo-

notremi forniscono latte ai piccoli, ma non possiedono

capezzoli collegati alle ghiandole mammarie; i piccoli

leccano il latte direttamente dalla pelliccia.

Le femmine della maggior parte delle specie di marsu-

piali possiedono una tasca cutanea ventrale, il marsupio,

al cui interno viene trasportata e nutrita la prole. Nei

marsupiali la gravidanza è breve e i piccoli nascono in

uno stadio assai immaturo, sebbene siano provvisti di

zampe anteriori ben sviluppate con le quali si arrampica-

no sul corpo della madre fino a raggiungere il marsupio,

dentro il quale si attaccano a un capezzolo. Un tempo,

i marsupiali erano diffusi in tutti i continenti; oggi le

circa 330 specie esistenti sono confinate in Australia e

Sudamerica (Figura 43B).

RICORDA I monotremi sono privi di placenta e

depongono le uova; i marsupiali trasportano la prole

in una tasca cutanea ventrale.

33

Figura 43 I monotremi e i marsupiali

(A) L’echidna dal becco corto è un monotremo; (B) l’opossum è un marsupiale.

Tachyglossus aculeatus

Didelphis virginiana

A

B

Monotremoderiva dal greco

mónos, «solo», e

trêma, «apertura»:

essi hanno, infatti,

un unico condotto

in cui sfociano

l’apparato genitale,

quello urinario

e il digerente.

Marsupiodiscende dal greco

marsýpion, che

significa «borsa,

tasca».

ANIMALI CHE ALLATTANO I PICCOLI: I MAMMIFERI

LEZIONE 9

si dividono

in

I mammiferi

monotremi e

marsupiali 33ghiandole sudoripare

e mammarie,

pelliccia e cuore a

quattro camere 32

placentati

34

sono dotati di

A B


Lo sviluppo dei piccoli dei placentati

Il gruppo più numeroso di mammiferi è costituito dai

placentati. I piccoli di questi animali sono più sviluppati

alla nascita rispetto ai marsupiali: l’embrione completa

il suo sviluppo all’interno del corpo della madre grazie

alla placenta, un organo che connette l’embrione con il

corpo materno. Il compito della placenta, che è collegata

all’embrione tramite il cordone ombelicale, è permettere

gli scambi di nutrienti, gas respiratori e prodotti di scarto

tra la madre e l’embrione.

Le oltre 4500 specie di placentati appartengono a 20

ordini principali (Figura 44). Il gruppo più numeroso,

con oltre 2000 specie, è quello dei roditori. Questi animali

sono identificati dalla morfologia dei loro denti, soprat-

tutto i quattro incisivi molto sviluppati e adattati a rosic-

chiare materiali duri. Il secondo gruppo più numeroso

comprende circa 1000 specie e corrisponde ai chirotteri, i

pipistrelli, unici mammiferi volanti. Seguono gli inset-

tivori, talpe e toporagni, con oltre 500 specie.

I placentati manifestano forme e comportamenti

estremamente vari. L’estinzione dei dinosauri alla fine

del Cretaceo ha permesso ai mammiferi di diversificarsi

e di sfruttare una vasta gamma di ambienti e di risorse.

34

Megaptera novaeangliae

Figura 44 I placentati

Il gruppo dei placentati comprende migliaia di specie adattate (A) al volo, (B) a climi estremi e (C) alla vita sott’acqua.

Micropteropus pussilus

I pipistrelli sono placentati

adattati al volo.

Rangifer tarandus

I caribù sono erbivori

ungulati, adattati ad

ambienti freddi.

Le megattere sono cetacei,

mammiferi acquatici che possono

raggiungere i 16 m di lunghezza.

A B C

Molte specie hanno raggiunto dimensioni ragguardevoli

e alcune hanno assunto il ruolo di predatori dominanti,

in precedenza occupato dai dinosauri carnivori. Tra tali

predatori, in numerosi taxa si sono evoluti comporta-

menti sociali che permettono di cacciare in gruppo, per

esempio nelle linee evolutive dei canidi (lupo, coyote),

dei felini (leone) e dei primati (scimmie ed esseri umani).

Numerose linee evolutive di placentati terrestri si so-

no adattate alla vita acquatica: i cetacei, come balene e

delfini, sono esclusivamente acquatici, e si sono evoluti

da antenati terrestri; i dugonghi e i lamantini hanno colo-

nizzato gli estuari e gli ambienti oceanici poco profondi.

Anche le foche, i leoni marini e i trichechi sono ritornati

all’ambiente marino e i loro arti si sono trasformati in

pinne.

D’altra parte, le lontre (carnivori della famiglia dei mu-

stelidi, che comprende anche i tassi), pur abitando sia le

acque dolci sia quelle marine, hanno mantenuto le zam-

pe. La storia evolutiva di un altro ordine di placentati, i

primati, include la storia della nostra specie, Homo sapiens.

RICORDA I placentati sono mammiferi muniti

di placenta, un organo che permette ai cuccioli di

completare lo sviluppo all’interno del corpo materno.


1. Quali sono i caratteri principali dei

mammiferi?

2. Nei marsupiali come avviene lo sviluppo

embrionale dei piccoli?

1. I monotremi / marsupiali comprendono

l’ornitorinco e due specie di echidna.

2. La. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . consente gli scambi

tra la madre e l’embrione.

«Grazie all’estinzione dei dinosauri i

mammiferi hanno potuto diversificarsi e

sfruttare ambienti e risorse vari». Fai una

ricerca e scrivi la tua opinione in 10 righe.

A360

Il tasso di estinzione sta accelerando

La scomparsa di una specie è un evento naturale. Al-

cuni biologi evoluzionisti sostengono che una specie

sopravviva mediamente un milione di anni; poi una

nuova specie, che nel frattempo si è evoluta ed è entrata

in competizione per la stessa nicchia ecologica, ne pren-

de il posto nell’ecosistema. Così è stato da quando esiste

la vita, a eccezione dei cosiddetti «fossili viventi» e dei

grandi eventi catastrofici come le estinzioni di massa.

Finora conosciamo cinque estinzioni di massa avve-

nute nel passato geologico del pianeta Terra; tuttavia,

dalla comparsa della specie umana, il tasso di estinzione

delle specie animali è in accelerazione e potrebbe aver

raggiunto ritmi centinaia di volte maggiori rispetto al

passato, tanto da far pensare a una sesta estinzione di

massa per cause antropiche.

Questi sono i dati che emergono da un rapporto

dell’IPBES (International Science-Policy Platform on Biodiver-

sity and Ecosystem Services), un ente delle Nazioni Unite

che ha l’obiettivo di accrescere la conoscenza scientifica

su conservazione e sostenibilità. Secondo le stime, l’ab-

bondanza media di specie autoctone negli habitat terrestri

è diminuita almeno del 20%, soprattutto dopo il 1900.

35

Il report individua cinque fattori principali responsabili

della perdita di biodiversità:

1. l’utilizzo scorretto delle risorse agricole e marine, per

esempio attraverso la pesca incontrollata;

2. lo sfruttamento illegale degli organismi viventi (brac-

conaggio e pesca abusiva);

3. i cambiamenti climatici per cause antropiche;

4. l’inquinamento e l’abbandono dei rifiuti (Figura 45);

5. la presenza di specie alloctone invasive, che dal 1970

è aumentata di circa il 70%.

In un contesto simile, più di un milione di specie è a ri-

schio estinzione, di cui:

• il 40% delle specie di anfibi;

• il 33% dei coralli che formano le barriere coralline;

• il 33% dei mammiferi marini;

• il 47% dei mammiferi terrestri;

• il 23% degli uccelli.

Il calo improvviso di una specie comporta lo squilibrio di

tutti gli organismi a essa collegati, perciò è fondamentale

ridurre al minimo gli effetti destabilizzanti che l’essere

umano ha sugli ecosistemi di cui fa parte. Infatti, danneg-

giare la biodiversità comporta effetti negativi anche in

molte attività umane: dal turismo all’agricoltura, dall’in-

dustria alla produzione di energia.

RICORDA Il tasso di estinzione delle specie animali

sta accelerando a causa dell’attività umana.

Figura 45 I rifiuti in mare sono un pericolo per gli animali

Molti organismi marini si nutrono o rimangono intrappolati

nei rifiuti gettati in mare.

Halichoerus grypus

Chelonia mydas

LEZIONE

DALLA PERDITA DI BIODIVERSITÀ ALLE PANDEMIE

10SOSTENIBILITÀ

provocano

cherisultato

della

studiata dalla

SARS-CoV-1 e

MERS-CoV 42SARS-CoV-2 43

la tubercolosi 39

i nuovi virus

influenzali 41il virus

Chikingunya 40

insorgenza

di zoonosi 37

riduzione della

biodiversità 35

deve essere

tutelata 36

interazione tra

microbi e ospiti 38

epidemiologia 44

le modifiche ambientali

per esempio


Proteggere la biodiversità

La conservazione della biodiversità integra interessi

appartenenti al contesto ecologico, istituzionale e socio-

economico; per questo motivo, per prendere decisioni

operative, è fondamentale un dialogo tra queste sfere

(Figura 46). Tutelare la biodiversità, quindi, è un dovere

e una responsabilità condivisa a più livelli.

• A livello mondiale è fondamentale che i diversi Paesi

collaborino per fissare e far rispettare obiettivi con-

divisi contro la pesca e la caccia illegali o eccessive,

contro il commercio di prodotti che mettono in pe-

ricolo le specie (come la carne di balena o il corno

di rinoceronte) e a favore di programmi di sviluppo

sostenibili che favoriscano la lotta al cambiamento

climatico.

• A livello locale è importante che si istituiscano aree

protette e si realizzino corridoi ecologici, cioè con-

nessioni tra habitat frammentati che consentano lo

spostamento degli animali attraverso aree antropiz-

zate (Figura 47).

• A livello individuale ognuno di noi può dare il suo con-

tributo: limitare la produzione dei rifiuti e riciclarli,

scegliere alimenti e prodotti sostenibili e non liberare

animali esotici in ecosistemi locali sono esempi di

azioni che aiutano a tutelare il nostro pianeta e la sua

biodiversità.

Proteggere la biodiversità è fondamentale non solo per

motivi etici o ecologici, ma anche economici. La sindrome

36

Contesto

ecologico

Dati, modelli matematici,

concetti, comprensione

e responsabilità scientifiche

Contesto

istituzionale

Leggi, forze dell'ordine,

autorità, territorio

e altri beni,

e responsabilità

del settore pubblico

Contesto

socio-economico

Valori, interessi,

informazione,

territorio e altri beni,

e responsabilità

del settore privato

*

Figura 46 La biodiversità è un interesse comune

Proteggere la biodiversità interessa ambiti ecologici, istituzionali e socio-economici. La collaborazione che integra questi contesti ha come risultato piani operativi davvero efficaci.

Meglio Peggio

Figura 47 Progettare riserve naturali

(A) La scelta della forma di un’area protetta è fondamentale per la sua efficacia e anche (B) la presenza di corridoi ecologici, come questo in Canada.

A

B

Una riserva ampia è meglio di più

riserve piccole, anche se l’area

totale è la stessa.

Una riserva circondata da una

zona tampone (buffer) è preferibile

a una priva di zona tampone.

Riserve collegate tra loro da corridoi di

habitat idoneo sono meglio di riserve non

collegate tra loro.

da spopolamento degli alveari, per esempio, è la drastica

morìa di api e altri insetti impollinatori per cause princi-

palmente antropiche. Oltre alle gravissime conseguenze

ecologiche di questo fenomeno, si è stimato che in Italia,

a seguito della scomparsa di 200 000 alveari nel 2007, la

perdita economica per la mancata impollinazione delle

piante sia stata di circa 250 milioni di euro.

RICORDA La protezione della biodiversità è un

dovere ecologico, istituzionale e socioeconomico

e interessa ognuno di noi.

A362

Le modifiche dell’ambiente provocano insorgenza di zoonosi

L’azione dell’essere umano sull’ambiente può favorire la

diffusione di nuovi agenti infettivi, prima sconosciuti.

Come conseguenza dell’intraprendenza umana nel

conquistare nuovi habitat si è stabilito uno stretto con-

tatto tra esseri umani e animali selvatici, tanto che gli

umani sono diventati parte integrante del ciclo vitale di

molte specie di insetti e parassiti. Il contatto ravvicinato

tra umani e specie animali ha fatto sì che virus animali

si siano adattati al nuovo ospite umano passando da una

specie all’altra fino a dare origine a una zoonosi, cioè a

una malattia trasmissibile dagli animali agli esseri umani.

Il rischio di incontrare un nuovo patogeno dipende so-

prattutto dalla frequenza dei contatti tra l’essere umano

e l’ospite naturale, cioè la specie animale normalmente

infettata. Per esempio, il morbillo e il vaiolo sono proba-

bilmente passati alla nostra specie con la domesticazione

animale e l’allevamento, oltre 10 000 anni fa.

Diversi elementi contribuiscono a favorire l’emerge-

re di zoonosi. Per esempio le pratiche agricole, inclusa

la deforestazione per aumentare le superfici coltivabili,

determinano il restringimento degli habitat tradizionali

di diverse specie selvatiche, che si vengono a trovare co-

sì a più stretto contatto con animali domestici ed esseri

umani (Figura 48).

Il commercio di carne di animali selvatici a scopo ali-

mentare nei mercati urbani rappresenta un’ulteriore via

di trasmissione di nuovi patogeni (Figura 49).

37

Figura 48 La deforestazione ha gravi conseguenze

La deforestazione distrugge l’habitat di molte specie selvatiche che sono costrette a spostarsi.

Figura 49

Un mercato di polli a Xining in Cina

Il commercio di animali vivi e morti a scopo alimentare nei mercati urbani è molto diffuso in Asia.

Anche i cambiamenti climatici di origine naturale e cau-

sati dalle attività umane modificano la distribuzione de-

gli animali potenzialmente vettori di virus, aumentando

il rischio di trasmissione alla specie umana. Infine, la fre-

quenza e la facilità di spostamento delle persone e delle

merci sono potenti vie di diffusione di malattie infettive,

in particolare quelle virali.

RICORDA Le modificazioni ambientali dovute

all’attività umana possono aumentare la frequenza

di contatto tra umani e animali selvatici portatori di

patogeni.


Figura 52 La tubercolosi è una malattia antica

In questa immagine dell’Ottocento delle infermiere si

prendono cura di un malato affetto da tubercolosi.

La guerra evoluzionistica tra i microrganismi e i loro ospiti

Virus e batteri sono strettamente interconnessi con gli

altri esseri viventi di un ecosistema, esseri umani inclu-

si. Alcune interazioni sono benefiche, come nel caso del

microbiota umano o dei batteri azotofissatori (Figura 50):

si tratta di relazioni stabilitesi lungo l’arco di migliaia

di anni, in cui microbi e organismi ospiti hanno trovato

un equilibrio basato sul reciproco vantaggio. Tuttavia,

ogni specie vivente, compresa la specie umana, è costan-

temente esposta all’attacco dei microrganismi presenti

nell’aria, nell’acqua, nel terreno, nell’ambiente domesti-

co. Nella maggior parte dei casi questi microbi «estranei»

non causano danni, perché le nostre difese immunitarie

li neutralizzano rapidamente. Tuttavia, alcuni di essi pos-

sono provocare infezioni che portano alla comparsa di

una malattia.

La capacità di un agente microbico di causare una

malattia è il risultato di una «guerra» combattuta a li-

vello molecolare: da un lato l’attaccato (animale o pianta

ospite) schiera le sue difese, dall’altro l’invasore (virus o

batterio) affina le sue «armi offensive» e mette in atto

strategie per evadere la risposta dell’ospite.

Infatti, anche virus e batteri reagiscono alle modifi-

cazioni dell’ambiente secondo la logica dell’evoluzione

darwiniana: la loro sopravvivenza dipende dalla capacità

di evolversi in risposta alle modificazioni ambientali. Per

un agente patogeno, l’ambiente è rappresentato dall’or-

ganismo ospite. Per questo, grazie alla loro straordinaria

capacità adattativa, nuovi virus e batteri possono infettar-

ci, così come «vecchi» microbi sono in grado di evolvere

forme di resistenza alle nostre difese naturali (sistema

immunitario) o artificiali (farmaci).

Le caratteristiche che rendono virus e batteri estre-

mamente duttili da un punto di vista adattativo sono

l’impressionante numerosità della loro progenie e l’e-

38

Figura 50 Alcuni batteri azotofissatori formano

simbiosi con le piante

Alcuni batteri del genere Rhizobium vivono

in noduli radicali delle piante rifornendole di azoto.

levato tasso di mutazione dei loro genomi. Ogni nuova

generazione microbica sarà quindi costituita da molti in-

dividui con caratteristiche diverse. Tra questi, facilmente

ve ne saranno alcuni più «adatti» a portare avanti con

successo l’invasione: questi verranno quindi selezionati

alla generazione successiva diventando la popolazione

microbica dominante.

RICORDA Virus e batteri evolvono in risposta

all’organismo ospite e sono caratterizzati da una

straordinaria capacità adattativa.

Pandemie batteriche: l’esempio della tubercolosi

Quando un agente infettivo inizia a diffondersi in ma-

niera incontrollata all’interno di una popolazione ospite

si può generare una epidemia. Se l’epidemia coinvolge

contemporaneamente molte nazioni in continenti diver-

si è detta pandemia (Video 51).

Oggi il mondo è flagellato da numerose pandemie,

di origine sia virale sia batterica. In alcuni casi, come la

pandemia da coronavirus SARS-CoV-2, si tratta di agenti

microbici nuovi; in altri casi i patogeni sono antichi (e

letali) compagni di viaggio della specie umana.

Uno dei più antichi microrganismi patogeni è Myco-

bacterium tuberculosis, il batterio responsabile della tuber-

colosi (TB): segni di questa malattia sono stati rinvenuti

in resti fossili umani databili a oltre 5000 anni fa, ma

studi genetici suggeriscono che il batterio circolasse nella

popolazione umana già 40 000 anni fa (Figura 52).

39

Video 51

Sei virus

per cento.

Le pandemie

dell’ultimo

secolo

A364

La TB è oggi una malattia pandemica: nel 2019 oltre 10 milioni di persone si sono ammalate di TB e 1,5 milioni ne sono morte. Due terzi del totale dei casi si concentra in otto Paesi - India, Cina, Indonesia, Filippine, Pakistan, Ni-geria, Bangladesh e Sud Africa - ma la TB è diffusa in tutte le aree povere del mondo. Si stima che circa 1,5 miliardi di persone abbiano contratto un’infezione latente del batte-rio, con il rischio di sviluppare la TB nel corso della loro vita. Infatti, nella maggior parte dei casi, il nostro sistema immunitario è in grado di controllare la proliferazione del micobatterio, senza però riuscire ad eliminarlo. Il batterio si insedia così nei polmoni, dove rimane latente senza causare sintomi. Tuttavia, un abbassamento delle difese immunitarie può provocarne la riattivazione e quindi la comparsa della malattia. Si stima che il 5% - 15% delle persone infette sviluppi la TB durante il corso della vita.

La TB è contagiosa e si trasmette per via aerea attraver-so le secrezioni respiratorie di un individuo malato (ma non delle persone con un’infezione latente). Esiste una terapia farmacologica in grado di curare l’infezione, ma la sua efficacia negli anni è andata diminuendo a causa della comparsa di batteri multiresistenti ai farmaci. È un problema che si sta aggravando nell’ultimo decennio: solo in Italia, la percentuale di ceppi batterici resistenti agli antibiotici è aumentata di trenta volte. Questi ceppi sono responsabili di gravi infezioni e focolai epidemici spesso in ambito ospedaliero.

La diffusione della TB è fortemente associata alle catti-ve condizioni di vita. Sovrappopolazione, malnutrizione, scarsa igiene, approvvigionamento idrico insufficiente sono tutti fattori che possono contribuire a indebolire

Una infezione latente è una situazione in cui l’agente patogeno è presente nell’ospite in uno stato quiescente.

Le secrezioni respiratoriesono materiale fluido o semifluido prodotto dalle mucose respiratorie, che comprende cellule, muco e catarro.

le difese immunitarie. Inoltre, l’infezione da HIV-1, un virus responsabile della pandemia della sindrome da immunodeficienza acquisita (AIDS), è uno dei fattori maggiormente correlati alla comparsa della TB, causan-do circa 300 000 decessi l’anno.

RICORDA Epidemie e pandemie sono provocate

da virus e da batteri. La tubercolosi è una malattia

pandemica causata da un batterio.

Un esempio di virus emergente: il Chikungunya

Negli ultimi decenni, nuovi virus sono emersi dall’anoni-mato con una frequenza sempre maggiore, creando seri problemi sanitari mondiali: Chikungunya, influenza su-ina, SARS-CoV-1 e 2, MERS-CoV sono solo alcuni esempi.

Il virus Chikungunya è di origine africana e deve il suo nome a una parola che in Swahili significa «piegato» . La sua infezione, infatti, causa febbre e dolori articolari intensi (da qui il nome), a volte accompagnati da eruzio-ne cutanea (Figura 53). La guarigione è spontanea, ma i dolori articolari possono persistere in alcuni pazienti per settimane, mesi, in alcuni casi anche anni. Questo virus è trasmesso dalla zanzara Aedes aegypti diffusa in Africa, America centro-meridionale e Sud-Est Asiatico.

È stata proprio questa zanzara a portare il virus fuo-ri dall’Africa, diffondendolo in Asia e in America. Nel 2005-2006, durante un’epidemia nell’isola di La Reunion nell’Oceano Indiano, una mutazione genetica ha reso il virus capace di usare come vettore anche un’altra zanza-ra, originaria del Giappone: Aedes albopictus, la zanzara tigre. L’aumento della temperatura globale e la conse-guente mitezza delle stagioni fredde hanno contribuito alla diffusione di questa zanzara in tutto il mondo, con-sentendone la sopravvivenza anche nelle zone temperate del Mediterraneo, Italia compresa. Nel 2007, a partire da un singolo turista infetto, la zanzara tigre ha diffuso il vi-rus Chikungunya in Emilia-Romagna causando un’epide-mia con oltre 200 casi. Nel 2017 un’altra piccola epidemia si è verificata nel Lazio. Ogni anno si registrano decine di casi di Chikungunya importati da persone provenienti da zone endemiche, e questo fa sì che sia sempre presente il rischio di trasmissione da parte delle zanzare tigre di casa nostra. Chikungunya a oggi causa solo epidemie circo-scritte, ma altri virus sono in grado di causare epidemie diffuse o addirittura pandemie.

RICORDA Il virus Chikungunya è trasmesso anche

dalle zanzare tigre; in Italia provoca epidemie

circoscritte.

40

Figura 53 Il virus Chikungunya

Immagine del virus al microscopio elettronico.


I nuovi virus influenzali

Nell’aprile 2009, un virus influenzale di origine animale chiamato virus H1N1 ha causato la prima pandemia del Ventunesimo secolo. Grazie alle tecnologie molecolari sappiamo che questo virus si è originato dall’incontro di un virus circolante nei suini del Nord America con un altro virus presente nei maiali euroasiatici, in seguito al commercio di questi animali. L’incontro ha consentito il rimescolamento dei geni dei due virus, originandone uno nuovo in grado di infettare gli esseri umani.

Il serbatoio naturale dei virus influenzali, ossia gli ospiti che ne vengono infettati senza subire conseguenze, sono uccelli selvatici come anatre, oche, cigni e altri anse-

riformi acquatici. Gli anseriformi sono uccelli migratori e le loro rotte si intersecano, similmente a quelle del nostro traffico aereo, su tutti i continenti (Figura 54).

I suini sono gli unici mammiferi in grado di essere infettati contemporaneamente da virus influenzali aviari e umani, agendo così da perfetti incubatori per nuove va-rianti virali in grado di adattarsi alle persone che vivono a stretto contatto con i suini di allevamento. Esistono zone, soprattutto in Asia, in cui si osserva una concentrazione stagionale di diverse specie di uccelli anseriformi e, allo stesso tempo, un’elevata presenza di allevamenti suini. Per questo, lo studio dell’ecologia degli uccelli anserifor-mi e delle loro migrazioni riveste una grande importanza per il controllo e la sorveglianza dei virus influenzali.

RICORDA Il serbatoio naturale dei virus influenzali

sono gli uccelli migratori: lo studio della loro ecologia

è importante per la sorveglianza di questi virus.

41

Figura 54 Uccelli anseriformi migratori in volo

Gli anseriformi sono il serbatoio naturale dei virus influenzali che diffondono in tutto il mondo lungo le rotte migratorie.

I coronavirus: SARS-CoV-1 e MERS-CoV

Un altro esempio di come le attività umane possano, in modo del tutto casuale e imprevedibile, favorire l’intro-duzione di nuovi virus nella popolazione è quello del coronavirus SARS-CoV-1 responsabile della Sindrome Acuta Respiratoria Severa o SARS. Nei mercati asiatici vengono venduti come alimenti molti animali selvatici, vivi o morti. È il caso di un piccolo mammifero che vi-ve sugli alberi, la civetta delle palme (Figura 55A), la cui carne è molto ricercata in Cina. Questo animale, però, è anche vettore del coronavirus SARS-CoV-1 di cui è ospite intermedio, un po’ come i suini per l’influenza: il vero serbatoio naturale del virus sono pipistrelli del genere Rhinolophus che abitano nelle caverne (Figura 55B).

42

Figura 55 Ospiti intermedi e serbatoi

(A) La civetta delle palme è l’ospite intermedio del coronavirus SARS-CoV-1, responsabile della trasmissione all’essere umano. (B) I pipistrelli del genere Rhinolophus sono il serbatoio del virus.

A

B

A366

Nel dicembre del 2002, tra il personale di cucina addet-

to alla macellazione dei ristoranti nella provincia di

Guangdong della Cina meridionale si verificarono i primi

casi di infezione, diffusasi poi in tutta la provincia. Nel

febbraio del 2003, un medico dell’ospedale del capoluo-

go della stessa provincia, che aveva inconsapevolmente

contratto l’infezione da un paziente, si recò a Hong Kong

diffondendo l’infezione agli ospiti dell’albergo dove sog-

giornava, provenienti da Canada, Singapore, Taiwan e

Vietnam. A loro volta, rientrati nelle proprie città, queste

persone hanno dato il via a una catena di infezioni che

ha causato oltre 8000 casi in 25 nazioni diverse e quasi

800 vittime. Da allora non si sono verificate nuove epi-

demie di SARS, ma nel 2012 è emerso in Medio Oriente

un virus affine, il coronavirus responsabile della Sindro-

me Respiratoria del Medio Oriente o MERS-CoV, che ha

causato a oggi quasi 2600 infezioni e oltre 800 vittime.

Al momento gli unici vettori noti sono i cammelli e i

dromedari (Figura 56), ma si sospetta che questi animali

siano a loro volta ospiti intermedi e che il virus provenga

da altre specie selvatiche non ancora identificate.

RICORDA SARS-CoV-1 e MERS-CoV sono coronavirus

che hanno provocato epidemie nelle popolazioni

umane attraverso animali vettori.

Figura 56 Il dromedario, vettore di MERS-CoV

Cammelli e dromedari sono considerati gli ospiti

intermedi del virus MERS-CoV.

Un nuovo coronavirus: SARS-CoV-2

Nel dicembre 2019 nella città di Wuhan nella provincia

cinese di Hubei, è stato registrato un aumento dei casi

di polmonite. Nelle prime settimane di gennaio 2020

gli scienziati cinesi hanno isolato dai soggetti colpiti un

nuovo coronavirus, chiamato SARS-CoV-2 (Coronavirus

2 da Sindrome Respiratoria Acuta Severa), che condivide

circa il 70% del suo patrimonio genetico con quello di

SARS-CoV-1 (Figura 57).

Dalla provincia di Hubei, il virus si è diffuso dappri-

ma in Oriente e, da febbraio 2020, anche in Europa e

Stati Uniti, per poi raggiungere l’emisfero australe. At-

tualmente, il virus è diffuso in tutto mondo: solo alcuni

piccoli arcipelaghi dell’Oceania sembrano essere stati

risparmiati dall’infezione. L’11 marzo, l’Organizzazione

Mondiale della Sanità ha dichiarato lo stato di pandemia.

La malattia causata da SARS-CoV-2 è stata denomi-

nata COVID-19 (dall’inglese Coronavirus Disease 2019).

Con l’aumentare delle conoscenze, è apparso evidente

come il virus causi malattia solo in circa il 20% – 25%

delle persone infette, la maggior parte delle quali mani-

festa sintomi lievi o assenti. Tuttavia, anche i pazienti

asintomatici possono inconsapevolmente trasmettere

il virus, contribuendo così alla sua diffusione. I sintomi

più comuni presenti all’inizio della malattia sono feb-

bre, tosse, dolori muscolari e stanchezza. Sintomi meno

frequenti includono mal di testa e diarrea. In una certa

percentuale di pazienti la malattia può progredire verso

forme di sindrome respiratoria acuta severa (SARS), che

richiedono la ventilazione meccanica del paziente. CO-

VID-19 è particolarmente pericoloso per soggetti di età

43

Figura 57 Il coronavirus SARS-CoV-2

Una ricostruzione al computer della struttura

del coronavirus SARS-CoV-2.


maggiore di 65 anni e affetti da patologie croniche come

diabete, ipertensione, problemi renali o cardiovascolari.

Essendo un virus nuovo, non erano disponibili far-

maci o vaccini specifici contro SARS-CoV-2, anche se

l’intera comunità internazionale si è immediatamente

attivata per il loro sviluppo. La trasmissione del virus

avviene per inalazione delle particelle virali emesse

tramite respiro, tosse o starnuti: si verifica quindi più

facilmente a distanza ravvicinata. Per questo le misure di

contenimento adottate per prevenire il contagio preve-

dono il distanziamento sociale e l’utilizzo di mascherine

per bloccare l’emissione del virus (Figura 58). Nella fase

più acuta dell’epidemia, l’elevato numero di ricoveri in

terapia intensiva e di decessi ha costretto i Paesi colpiti ad

adottare misure drastiche, quali la chiusura delle scuole

e delle attività produttive e commerciali e la limitazio-

ne della libertà di spostamento delle persone, confinate

all’interno delle loro abitazioni.

L’origine di SARS-CoV-2. L’origine di questo virus è

ancora in parte misteriosa. L’analisi dei suoi geni ha di-

mostrato senza ombra di dubbio che, analogamente a

SARS-CoV-1 e MERS-CoV, si tratta di un virus strettamen-

Figura 58 Prevenire COVID-19

Per evitare la diffusione di COVID-19, che per una parte della popolazione può avere gravi conseguenze, è fondamentale utilizzare dispositivi di protezione e lavarsi le mani.

te imparentato ad alcuni coronavirus che circolano nei

pipistrelli del genere Rhinolophus.

Questo dato suggerisce che un virus dei pipistrelli

dovrebbe essere il probabile «progenitore» da cui si è

evoluto il virus SARS-CoV-2. Tuttavia, la regione geno-

mica che nel SARS-CoV-2 codifica per la proteina virale

responsabile della capacità del virus di infettare le cellule

umane assomiglia a quella di coronavirus che infettano

dei piccoli mammiferi selvatici: i pangolini (Figura 59).

Anche se resta da dimostrare che i pangolini siano gli

ospiti intermedi tra pipistrelli ed esseri umani, è molto

probabile che il nuovo coronavirus sia il prodotto di un

evento di ricombinazione tra coronavirus diversi che,

in circostanze ancora da chiarire, si sono venuti a tro-

vare contemporaneamente nello stesso ospite e si sono

«scambiati» reciprocamente parti del genoma. Da questo

scambio, sarebbe nato un nuovo virus con caratteristiche

mai viste prima: un meccanismo analogo a quello che

ha causato la comparsa del virus influenzale pandemico

del 2009.

Sono state avanzate anche teorie complottiste, secon-

do cui il virus sarebbe stato creato in laboratorio ma anali-

si genetiche e molecolari hanno dimostrato chiaramente

l’origine naturale di SARS-CoV-2. La diffusione iniziale

del virus a Wuhan è stata probabilmente facilitata dalla

manipolazione e dal commercio nei mercati della città

di animali selvatici provenienti dalle campagne (inclusi

pipistrelli e pangolini): un meccanismo analogo a quello

che aveva favorito la diffusione del virus SARS-CoV-1.

RICORDA I fenomeni all’origine di SARS-CoV-2 sono

probabilmente gli stessi di altri virus epidemici e sono

legati all’azione dell’essere umano sull’ambiente.

Figura 59 Il pangolino, probabile ospite di SARS-CoV-2

Questo animale potrebbe essere l’ospite intermedio di trasmissione del virus SARS-CoV-2 tra pipistrelli e umani.

A368

Concetti di epidemiologia

Comprendere i rapporti ecologici tra le varie specie e

l’impatto dei cambiamenti ambientali, naturali o pro-

vocati dagli esseri umani, sull’evoluzione degli agenti pa-

togeni è essenziale per mettere a punto strategie efficaci

per combattere la diffusione delle malattie. Ma come si

contrasta un’epidemia virale?

Un concetto molto importante in epidemiologia (la

scienza che studia le epidemie e come fermarle) è il co-

siddetto numero di riproduzione (R0) di un virus. In

termini semplici, R0 indica a quante persone un soggetto

infetto trasmetterà il virus e misura quindi la contagiosi-

tà e rapidità di diffusione virale. Per fare un esempio, se

R0 = 2 da un infetto se ne svilupperanno due nuovi. Cia-

scuno di questi trasmetterà il virus ad altre due persone

per cui si produrranno 4 nuovi casi e poi 8, 16, 32… da un

piccolo numero di casi iniziali, un virus con R0 = 2 può

rapidamente dare origine a una epidemia (Figura 60A).

Influenza e SARS-CoV-2 hanno R0 intorno a 2,5; altri vi-

rus, come il morbillo, hanno R0 superiore a 10.

Per fermare un’epidemia, quindi, quello che bisogna

fare è ridurre R0

a valori inferiori a 1, cioè a meno di una

persona contagiata da ogni individuo infetto. Le misure

adottate per contrastare l’epidemia di SARS-CoV-2 sono

basate proprio su questo principio: indossare la masche-

rina crea una barriera alla emissione di particelle virali e

44

Senza misure di contenimento

... che infettano

due persone ciascuno

Il paziente 0

infetta due

persone

Immunità di gruppo

Il paziente 0

infetta una

sola persona

Immunizzato o vaccinato

Non immunizzato ma sano

Infettato e contagioso

A B

Figura 60 Come agisce l’immunità di gruppo

Evoluzione dell’epidemia (A) in assenza di qualsiasi misura di contenimento e (B) in seguito allo sviluppo dell’immunità di gruppo.

il distanziamento tra le persone complica la trasmissione

delle stesse da un individuo infetto a un’altra persona.

Lo strumento fondamentale per il controllo delle

epidemie è la vaccinazione. Le persone vaccinate sono

resistenti (immuni) all’infezione, grazie al fatto che il loro

sistema immunitario viene «riprogrammato» per ricono-

scere e neutralizzare lo specifico virus (o batterio) con-

tro cui è stato vaccinato. Quando la maggior parte delle

persone è vaccinata, se un individuo contrae l’infezione

sarà comunque circondato da altri individui immuni e

non la diffonderà. Si parla in questo caso di «immunità

di gruppo».

In altri termini, le persone vaccinate costituiscono

un baluardo in grado di arginare la diffusione di un pa-

togeno, proteggendo così anche chi, per motivi di salute,

non può vaccinarsi (Figura 60B). Le vaccinazioni di massa

hanno consentito di eradicare il vaiolo e di ridurre mol-

tissimo l’incidenza di altre pericolose infezioni quali la

poliomielite, la difterite, il morbillo, la meningite e molte

altre.

Purtroppo, una diffusa quanto ingiustificata diffi-

denza nei confronti delle vaccinazioni spesso ostacola

il successo dei programmi di immunizzazione di massa.

RICORDA Per contrastare un’epidemia virale

è necessario ridurre il numero di riproduzione R0

a valori inferiori a 1 e vaccinarsi.


1. Quali sono i fattori responsabili del calo di

biodiversità?

2. Cosa si intende per serbatoio naturale di

un virus?

3. Quali sono le misure da adottare per

evitare la diffusione del SARS-CoV-2?

4. In che modo si può contrastare

un’epidemia?

1. La civetta delle palme è il serbatorio

naturale / l’ospite intermedio del virus

SARS-CoV-1.

2. Quando un patogeno si diffonde

contemporaneamente in molte nazioni si

parla di pandemia / epidemia.

3. Per fermare un’epidemia bisogna portare

R0 a valori superiori / inferiori a 1.

Tra il 1300 e il 1800 si verificarono molti

eventi pandemici ed epidemici di peste in

Europa. Fai una ricerca in Rete per capire

come si diffondeva la malattia e quali misure

furono prese per contrastarla. Discuti i

risultati in classe con i tuoi compagni.


PER SAPERNE DI PIÙ

Le mascherine: facciamo un po’ di chiarezza

L e mascherine sono dei dispositivi di protezione

individuale (DPI) facciali, impiegati per

schermare le mucose di naso e bocca da agenti

patogeni nebulizzati in aria, da gas e da polveri

sottili in entrata (cioè diretti dall’ambiente esterno

all’individuo) o in uscita (cioè dall’individuo

all’ambiente esterno).

In commercio esistono diversi tipi di

mascherine, dalle più semplici mascherine

comunitarie e chirurgiche (schermanti), alle più

elaborate FFP (filtranti, dall’inglese Filtering Face

Piece) (Figura A). La mascherina da adottare viene

quindi scelta in base alle esigenze richieste e alla

funzione che deve svolgere.

La mascherina chirurgica

La mascherina più utilizzata per ridurre la

diffusione di virus o altri microrganismi patogeni

in ambiente è la chirurgica. Questo dispositivo

è costituito da un velo rettangolare formato

da almeno tre strati di tessuto non tessuto,

ovvero una sorta di ragnatela di fibre depositate

casualmente l’una sull’altra, che schermano

e assorbono le goccioline di saliva rilasciate

dal soggetto infetto respirando, parlando,

starnutendo o tossendo. La mascherina è

poi completata dalla presenza di due elastici

laterali, fasce o anelli che fermano il dispositivo

bloccandolo alle orecchie o dietro la nuca, e di un

listello flessibile che permette alla mascherina di

aderire meglio alle forme del viso.

Prima di essere commercializzate, le

mascherine chirurgiche sono soggette ad attente

valutazioni finalizzate a certificarne l’efficienza

e che rispondono alle caratteristiche richieste

dalla norma UNI EN ISO 14683-2019. A questo

scopo, vengono eseguiti test di laboratorio mirati

a valutare prima di tutto la traspirabilità della

mascherina, cioè il coefficiente di passaggio

dell’aria attraverso il dispositivo per garantire una

respirazione confortevole.

Se i test risultano positivi, si passa alla fase

successiva, la valutazione del potere schermante

della mascherina o test di efficienza di filtrazione

batterica (BFE), cioè una misura della resistenza

di un materiale alla penetrazione dei batteri

di dimensione maggiore di 3 µm. Sebbene le

dimensioni dei virus non superino i 400 - 500 nm,

essi non sono mai rilasciati «nudi» nell’ambiente,

ma sempre all’interno di droplet (micro-goccioline

di saliva) le cui dimensioni sono maggiori di 5 µm.

Cellule batteriche, particelle virali o micro-polveri

di dimensioni minori di 3 µm, invece, possono

passare quasi liberamente. Il BFE risulta superato

quando l’efficienza di filtrazione è pari o superiore

al 95% dei batteri spinti ad una data pressione

sulla mascherina (simulando uno starnuto).

Infine, il test della carica microbica presente

nella mascherina stessa al momento della

vendita/spacchettamento permette di garantire

che il prodotto che arriva al consumatore sia

pulito e libero da agenti microbici, quali batterici

e muffe.

Figura A Mascherine chirurgiche e mascherine

FFP, con e senza valvola, hanno caratteristiche

diverse; la scelta dipende dalle specifiche esigenze

di chi le indossa.

Le mascherine filtranti

Le mascherine FFP sono regolamentate dalla

norma UNI EN 149:2009 e si usano in contesti a

rischio di contaminazione ambientale.

Questi dispositivi sono classificati in base al

loro potenziale filtrante: in ambienti polverosi

dove però il rischio di tossicità ambientale è

assente si usano le FFP1 (falegnamerie, industria

alimentare); in ambienti con polveri e nubi di

particelle a rischio di tossicità medio-basso

(industria tessile, cantieri edili) vengono indossate

le FFP2; in ambienti di lavoro caratterizzati da

polveri sottili e aerosol con un elevato rischio di

tossicità (industrie chimica, mineraria, ambienti

medici ad alto rischio di infezione) vengono

adottate le FFP3.

Dispositivi altruisti ed egoisti

La mascherina chirurgica è un dispositivo

altruista: non protegge noi dagli altri ma gli altri

da noi schermando le emissioni in uscita. Per le

mascherine di tipo FFP il discorso è un po’ più

complesso. Le FFP possono essere, infatti, dotate

di una valvola di espirazione in gomma. Questa

valvola serve a migliorare il comfort durante

l’impiego del dispositivo consentendo il rilascio in

ambiente esterno dell’aria calda e della condensa

del respiro, in grado però di veicolare possibili

particelle virali o altri microrganismi patogeni.

In generale, le FFP1 non sono adatte a

proteggere chi le indossa da agenti patogeni che

si trasmettono per via aerea e forniscono una

blanda protezione di tipo altruista, anche se prive

di valvola. Le FFP2 e le FFP3 sono da considerarsi

dispositivi egoisti se provvisti di valvole di

espirazione, sia egoisti sia altruisti se invece ne

sono sprovvisti. Quando prive di valvola, infatti,

queste mascherine sono dotate di ottime capacità

filtranti in entrambe le direzioni.

FFP1, FFP2 (o N95*), FFP3 (o N99 e N100*)Mascherina chirurgica

Con valvola

Proteggono

chi la indossa

Senza valvola

Proteggono chi la indossa

e gli altri *N95, N99 e N100

secondo la classificazione americana

Monouso

Proteggono gli altri

A370

ESERCIZI

CAPITOLO

A

12

Costruisci la tua MAPPA INTERATTIVA

ONLINEMettiti alla prova con 20 esercizi interattivi

1. Completa la mappa inserendo i termini mancanti.

acelomati / articolate / celomati / chitina / cnidari /

colonna vertebrale / diblastici / echinodermi / miriapodi

/ nematodi / notocorda / poriferi / protostomi /

terrestri / triblastici / tunicati / vertebrati

suddivisi in

IL REGNO ANIMALE

che sono

che sono

che sono

comprende

che comprendono

che comprendonoche possiedono

come

dotati di

dotati di

divisi in

divisi in

che possono

essere

acquatici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

cefalocordati

pseudocelomati

platelminti

anellidi

insetti

artropodi

crostacei

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . deuterostomi

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

cordati

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(spugne)

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(polipi e meduse)animali

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

animali

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

appendici

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

esoscheletro di

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Ripassa i concetti

Definisci i termini

2. Dai una definizione per ciascuno dei seguenti termini associati.

ectoderma:

mesoderma:

endoderma:

Lo strato più esterno della gastrula, che darà origine all’epidermide e al sistema nervoso.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

protostomi:

deuterostomi:

Animali in cui il blastoporo dà origine alla bocca e l’apertura anale si forma in un secondo momento.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

acelomati:

pseudocelomati:

celomati:

Animali che non possiedono alcuna cavità corporea.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

agnati:

gnatostomi:

Animali privi di mascelle e mandibole articolate e mobili.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

A12 | Esercizi di fine capitolo |A371

3. Quale di questi non è un carattere

che contraddistingue gli animali?

A l’eterotrofia.

B la pluricellularità.

C la digestione interna.

D la produzione di sostanze organiche.

4. Un tessuto è

A composto da due o più organi che

svolgono una funzione comune.

B l’insieme di due o più organi che svolgono

una o più funzioni correlate.

C un insieme di cellule specializzate per

svolgere una determinata attività.

D solo un insieme di cellule vegetali.

5. Quale di queste affermazioni è errata?

A la morula è l’ultimo stadio embrionale.

B la morula è il primissimo stadio

embrionale.

C la morula è costituita dalle 12 alle 32

cellule.

D la blastula presenta una cavità chiamata

blastocele.

6. Quale di queste affermazioni è errata?

A la COVID-19 è causata dal virus SARS-

CoV-2.

B i cammelli sono ospiti intermedi di SARS-

CoV-2.

C SARS-CoV-2 deriva dalla ricombinazione

tra coronavirus diversi.

D SARS-CoV-2 condivide circa il 70% del suo

genoma con SARS-CoV-1.

7. Tra i seguenti animali, ha simmetria

radiale

A il riccio di mare

B il serpente.

C la coccinella.

D il lombrico.

8. Il serbatoio naturale dei virus influenzali

sono

A i pipistrelli.

B gli uccelli anseriformi.

C le civette delle palme.

D i suini.

9. Sono privi di tessuti e organi veri e propri

animali come

A le spugne.

B le meduse.

C i vermi piatti.

D i molluschi.

10. Nel ciclo vitale di una medusa,

il polipo è l’organismo

A sessile asessuato.

B sessile sessuato.

C mobile asessuato.

D mobile sessuato.

11. Una novità evolutiva che caratterizza

i platelminti è la presenza

A della simmetria radiale.

B del mesoderma.

C dell’endoderma.

D di un piano strutturale diviso in tre parti

distinte.

12. La rigida conchiglia calcarea presente

in alcuni molluschi è secreta da

A la massa

viscerale.

B il piede.

C il mantello.

D la radula.

13. Sono detti vermi segmentati

A i gasteropodi

B i nematodi.

C i platelminti.

D gli anellidi.

14. Gli artropodi non possiedono

A appendici articolate.

B la segmentazione corporea.

C l’emolinfa.

D un endoscheletro.

15. Hanno il corpo suddiviso in capo, torace

e addome

A crostacei e insetti.

B gli echinodermi.

C i poriferi.

D i miriapodi.

16. Praticano la metamorfosi completa

A gli insetti che subiscono cambiamenti

graduali.

B gli insetti come le blatte.

C le api.

D le cavallette.

17. Il numero di riproduzione R0 indica

A il numero totale dei contagiati.

B il numero dei contagiati a inizio epidemia.

C il numero di persone che un soggetto

infetto può contagiare.

D il numero di persone non ancora

contagiate in una popolazione.

18. Gli agnati sono privi di

A appendici articolate.

B segmentazione corporea.

C mascella e mandibola articolate e mobili.

D un endoscheletro.

19. Il sistema della linea laterale dei pesci

avverte le variazioni di

A pressione.

B temperatura.

C ossigeno.

D luce.

20. Negli anfibi, lo stadio larvale

A si svolge sulla terraferma.

B ha respirazione polmonare.

C si svolge in acqua.

D è contraddistinto da respirazione cutanea.

21. Which of the following is not

a feature of an insect?

A compound eyes.

B eight legs.

C antennae.

D an exoskeleton.

E jointed legs.

22. Nei vertebrati l’apparato

circolatorio è chiuso. Questo significa

che:

A il sangue non si mescola mai con i liquidi

interstiziali.

B il cuore è diviso in parte destra e sinistra,

nettamente separate tra loro.

C la circolazione è divisa in sistemica

e polmonare.

D è presente un solo cuore.

E il circolo sanguigno e linfatico non

comunicano tra loro.

[dalla prova di ammissione

a Veterinaria, anno 2018]

Verifica le tue conoscenze

A372

23. Associa a ciascun gruppo di animali triblastici la caratteristica

corrispondente.

a. nematodi

b. platelminti

c. molluschi

d. anellidi

1. Sono animali acelomati triblastici.

2. Sono celomati con il corpo suddiviso in tre

parti.

3. Presentano il corpo suddiviso in segmenti.

4. Sono pseudocelomati rivestiti da una cuticola

protettiva.

a b c d

24. Leggi e completa le seguenti affermazioni relative alla

formazione dei foglietti embrionali.

a) Dopo la fase di . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , lo sviluppo dell’embrione

prosegue con la formazione dei foglietti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,

destinati a trasformarsi nei futuri tessuti e organi.

b) Il primo dei foglietti è l’. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , lo strato più

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . della gastrula, che darà origine all’epidermide

e al . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

c) Il secondo foglietto è il . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , lo strato intermedio,

da cui si formeranno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , lo scheletro, il sistema

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . , i reni e l’apparato riproduttore.

d) L’. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . è lo strato più . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ,

che formerà il rivestimento del canale digerente e dei polmoni

e diverse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25. Completa l’albero filogenetico degli animali partendo

dall’antenato comune.

De

ute

rost

om

i

Antenato

comune

Due foglietti

embrionaliIl blastoporo

dà origine

alla bocca

Il blastoporo dà

origine all’ano

Simmetria bilaterale;

tre foglietti embrionali

Simmetria radiale

Notocorda

Pro

tost

om

i

26. Sottolinea l’alternativa corretta.

a) Il sistema acquifero degli echinodermi / anfibi è costituito da un

reticolo di canali acquiferi che confluiscono nei

reni / pedicelli ambulacrali.

b) Questo sistema, che contiene acqua marina, è coinvolto negli

scambi gassosi, nella locomozione e

nella riproduzione / nell’alimentazione.

c) La colonna dorsale / notocorda è la caratteristica distintiva dei

cordati, con funzione di sostegno, oltre alla presenza di una coda e

di un cordone nervoso ventrale / dorsale.

d) L’anfiosso è l’unico rappresentante dei tunicati / cefalocordati, che

sono animali detritivori / filtratori e mantengono la notocorda per

tutta la / una fase della vita.

27. Associa a ciascun gruppo di artropodi la caratteristica

corrispondente.

a. crostacei

b. miriapodi

c. insetti

d. chelicerati

1. Possiedono le mandibole e il corpo è suddiviso

in capo e tronco.

2. Possiedono all’estremità del capo appendici

modificate per la cattura del cibo.

3. Sono dotati di carapace.

4. Hanno strutture per la respirazione chiamate

trachee e fanno la metamorfosi.

a b c d

28. Completa il disegno scrivendo il nome delle strutture indicate.

29. Numerose caratteristiche hanno permesso agli amnioti di

colonizzare un’ampia varietà di habitat terrestri, ma una su

tutte ha fatto in modo che questi animali si sganciassero

completamente dall’acqua. Qual è questa caratteristica?

Verifica le tue abilità

A12 | Esercizi di fine capitolo | A373

Dati in agenda

COLLEGA E DEDUCI

30. I resti fossili del dinosauro predatore Archaeopteryx, vissuto

all’incirca 150 milioni di anni fa, hanno avuto un’importanza

straordinaria per gli studiosi di classificazione. Spiega perché

secondo te e riassumi quali sono stati i passi che hanno portato

alla classificazione attuale degli uccelli.

RICERCA ED ELABORA

31. I platelminti comprendono circa 30 000 specie e la maggior parte,

come i trematodi e i cestodi, sono parassiti anche dell’essere

umano. Fai una ricerca in Rete sulle principali parassitosi

provocate da vermi piatti parassiti e indica quali sono le

caratteristiche che hanno permesso a questi animali di diventare

endoparassiti.

PROGETTA

32. Lavorando al tuo progetto di ricerca in zoologia, devi dimostrare

che le spugne sono animali e non piante. Descrivi brevemente

quali aspetti analizzeresti per avvalorare la tua tesi.

ELABORA

33. Per proteggere la biodiversità, in tutto il mondo sono stati

realizzati vari «corridoi ecologici» che permettono agli animali

di spostarsi all’interno di habitat interconnessi, ma ormai

frammentati. Per esempio a Oslo (Norvegia) è stata realizzata

la Oslo Bee Highway, la prima autostrada al mondo pensata

esclusivamente per le api. Tutti i cittadini sono invitati a contribuire

seminando fiori e costruendo casette per gli insetti, così da fornire

agli impollinatori cibo e riparo lungo le vie principali della città.

Ricerca informazioni su altri corridoi ecologici e prepara una

presentazione che illustri:

a) dove si trova il corridoio ecologico;

b) per quale tipo di animali è stato ideato;

c) quali caratteristiche possiede;

d) i dati (se presenti) che documentano il numero di animali che lo

utilizzano per i propri spostamenti.

Allena le tue competenze

SOS biodiversità

ANALIZZA LA NOTIZIA

34. Guarda il video e completa il testo.

Numero di specie di vertebrati in

Italia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Percentuale di anfibi in pericolo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Due esempi di mammiferi a rischio. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Percentuale di uccelli estinti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Lo è il 62% delle specie di rettili. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

CERCA ALTRE FONTI

35. Cerca in Rete il sito italiano della IUCN e vai nella sezione Liste

rosse italiane. Entra in ciascun gruppo sistemico e scegli:

• un animale in pericolo critico (CR) o estinto nella regione (RE);

• uno in pericolo (EN);

• uno vulnerabile (VU) o quasi minacciato (NT).

Per ciascun animale che selezioni, indica:

• il nome scientifico,

• una sua fotografia,

• la minaccia che ne compromette la sopravvivenza

Riassumi tute le informazioni in una tabella.

FAI UN PASSO IN PIÙ

36. Cerca un’area protetta della tua regione e crea un prodotto

multimediale (video, podcast, presentazione...) che racconti:

• una specie animale e vegetale tipica del parco;

• un’attività scientifica o di tutela del paesaggio che porta

avanti;

• una curiosità sulla storia del parco.

Il tuo obiettivo è invogliare le persone a visitare il parco e a

salvaguardare il suo ambiente.

Try it in English!

Watch the video

and answer the questions.

SOS Biodiversity

A LA BIODIVERSITÀ: 12 GLI ANIMALI - Zanichelli

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