L’evoluzione dei vertebrati I viventi e la loro storia L’evoluzione dei vertebrati Gruppo di lavoro ALI’ CHIARA ALICATA GIOVANNA BARONE KENTIA CIARCIA’ CARLA DIGRANDI ANTONELLA INDELICATO IOLANDA 1

La classe III MEDIA 2 2

Unità di Apprendimento Verso la teoria dell’evoluzione L’evoluzione secondo Darwin Le prove dell’evoluzione L’origine dei viventi e l’evoluzione dell’uomo Dalla materia inorganica ai primi organismi L’evoluzione dei vertebrati L’origine e l’evoluzione dell’uomo

Percorso Didattico Percorso Didattico Richiami sulla teoria dell’evoluzione Differenza tra invertebrati e vertebrati Differenza tra Agnati e Gnatostomi PESCI ANFIBI RETTILI UCCELLI MAMMIFERI

L’evoluzione dei vertebrati Unità didattica L’evoluzione dei vertebrati PREREQUISITI: OBIETTIVI: Che cos’è la teoria evoluzionistica di Darwin; Quali sono le principali tappe evolutive dei vertebrati: In ambiente acquatico; Nella terra emersa; In tutti gli ambienti. Conoscere le principali strutture e funzioni degli animali; Sapere che cos’è un fossile; Sapere che la storia geologica della Terra è suddivisa in ere e periodi ; Tempo previsto: 3 ore Strumenti didattici 1 ora lezione frontale e/o partecipata 1 ora lavori di gruppo 1 ora Verifica. Libro di testo Power Point, Internet Materiale didattico vario

Richiami

Che cos’è l’evoluzione? E’ un lento processo di trasformazione, cambiamento, che interessa gli animali e gli esseri viventi in generale in seguito al quale si vengono a definire le diverse specie. Grazie all’evoluzione e ai cambiamenti, da piante e animali che occupavano la Terra tantissimi anni fa, sono nate le specie attuali. Ad esempio l’immagine che abbiamo del leone, è identica a quella che avevamo 2 anni fa, o 20 anni fa, ma sicuramente tra alcuni millenni il leone sarà molto diverso, come pure era diverso tantissimi anni fa. L’evoluzione secondo DARWIN Dopo aver capito che gli animali si trasformano e che quindi sono soggetti a un’EVOLUZIONE, Darwin si chiese quale era la causa di questa evoluzione e in che modo nascessero le nuove specie animali.

“La selezione naturale” Che cos’è la selezione naturale? E’ un fenomeno che spiega il processo evolutivo, gli esseri dotati di caratteristiche vantaggiose in relazione al loro ambiente, sopravvivono e si riproducono; quelli meno favoriti non riescono a prosperare e a riprodursi e così scompaiono. Durante il trascorrere del tempo le specie possono mutare e il meccanismo che porta da una specie a un’altra si chiama selezione naturale. Quando le condizioni ambientali cambiano, sopravvive chi ha le caratteristiche più favorevoli alle nuove condizioni. Ad esempio: se non c’è abbastanza cibo per tutti sopravvivono solo i più forti, i quali poi si riproducono e trasmettono le loro caratteristiche alla prole. ESEMPIO: L’evoluzione della giraffa.

Animali VERTEBRATI INVERTEBRATI CORDATI Poriferi Cnidari Platelminti Nematodi Anellidi Molluschi Artropodi Echinodermi Urocordati cefalocordati VERTEBRATI

I CORDATI I cordati sono animali caratterizzati dalla presenza di: Cordone nervoso dorsale Coda Notocorda Fessure branchiali Gli urocordati comprendono le ascidie, che sono animali sessili e le salpe, che invece sono planctonici. 10

La notocorda e la colonna vertebrale Nei cefalocordati la notocorda si estende per tutta la lunghezza del corpo, come negli anfiossi. Nei vertebrati invece la colonna vertebrale sostituisce la notocorda, questi animali hanno scheletro interno, cranio, celoma e un sistema circolatorio. 11

Vertebrati Agnati Gnatostomi Le principali tappe dell’evoluzione dei vertebrati All’inizio della storia del nostro pianeta, sulla Terra emersa, non era nato neanche un filo d’erba e tutti gli esseri viventi si trovavano in acqua. Vertebrati Pesci, Anfibi, Rettili, Uccelli, Mammiferi Agnati Gnatostomi

Vertebrati Gnatostomi Agnati Pesci, Anfibi, Rettili, Uccelli, Mammiferi I pesci sono i vertebrati più antichi: comparvero nei mari 400 milioni di anni fa quando ancora nessun animale popolava le terre emerse

Vertebrati acquatici: gli agnati Gli antenati dei pesci non possedevano mascelle e avevano una bocca circolare simile ad una ventosa. Oggi esistono i discendenti di questi organismi, che appartengono alla classe degli agnati. Gli agnati hanno la bocca circolare priva di mascelle e scheletro cartilagineo, vivono in mare (missine) o anche in acqua dolce (lamprede). La lampreda respira per mezzo di branchie ed è dotata di un corpo lungo e affusolato. E’ un parassita. Con la bocca dentata si attacca al corpo di altri animali e ne succhia il sangue. 15

Vertebrati acquatici: i pesci I primi pesci comparvero successivamente. Colonna vertebrale Forma affusolata Pinne Mandibole e mascelle articolate Pesci I pesci sono vertebrati acquatici dotati di mascelle articolate, branchie e pinne. Cartillaginei Ossei attinopterigi sarcopetirgi 16

I pesci cartilaginei I pesci cartilaginei o condroitti hanno il corpo coperto di scaglie piccole e aguzze. Ai lati della testa sono poste le fessure bronchiali attraverso le quali entra l’acqua per la respirazione svolta dalle branchie. Sono pesci con scheletro cartilagineo, pelle flessibile e coriacea. 17

I pesci ossei Gli osteitti hanno scheletro calcificato osseo e corpo rivestito di squame, mantenute lubrificate da un particolare muco. Ai lati del corpo è presente un sottile canale appena sotto la pelle: la linea laterale che è un organo di senso essendo in grado ri rilevare le variazioni di pressione nelle acque circostanti. I pesci ossei respirano per mezzo di branchie. Le fessure bronchiali sono coperte dall’opercolo. Un altro organo caratteristico è la vescica natatoria, una sacca piena di gas: riempiendola o svuotandola di gas il pesce può variare la profondità alla quale si trova. 18

I pesci ossei Gli Attinopterigi sono una classe di vertebrati, comprendente la maggior parte dei pesci ossei viventi. Il loro nome deriva dal greco aktis = raggio + pterygion, diminutivo di pteryx = ala, e fa riferimento alla loro principale caratteristica comune che è di possedere pinne sostenute da raggi. Dai sarcopetirgi (celacanti e dipnoi) si sono evoluti i vertebrati terrestri, hanno pinne lobate e alcuni sia polmoni che branchie per respirare. I Sarcopterigi sono pesci ossei, che presentano pinne carnose. I sarcopterigi si dividono in dipnoi (pesci polmonati), crossopterigi e tetrapodomorfi. Questi ultimi sono pesci dotati di caratteristiche simili a quelle dei tetrapodi, di pinne carnose. Molti di questi animali avevano un aspetto intermedio tra quello di un pesce e un anfibio.

Gli anfibi I primi tetrapodi a conquistare la terraferma sono stati gli anfibi. Gli anfibi infatti conducono una «doppia vita»: una nell’acqua e l’altra sulla terra. Derivano da un gruppo molto antico di pesci (simili agli attuali dipnoi), capaci di sopravvivere e spostarsi fuori dall’acqua grazie a pinne lobate e a polmoni primitivi.

MODIFICAZIONI ANATOMICHE: Hanno sviluppato e perfezionato le pinne espanse che sono diventate delle vere e proprie arti, zampe con cinque dita ben formate. Hanno dovuto sviluppare i polmoni, anche se questi sono ancora rudimentali e la pelle non è protetta a sufficienza contro il disseccamento. Hanno sviluppato una circolazione doppia. Di conseguenza anche la struttura del cuore si è modificata; il cuore degli anfibi è fatto di tre cavità: due atri e un ventricolo.

Tuttavia, gli anfibi dipendono ancora strettamente dall’ambiente acquatico, non solo per evitare la disidratazione, ma anche perché l’accoppiamento e la riproduzione avvengono nell’acqua. La fecondazione è infatti esterna; il maschio irrora di sperma le uova a mano a mano che la femmina le depone.

LORICATI (coccodrilli) I rettili Classificazione OFIDI (serpenti) CHELONI (tartarughe) LORICATI (coccodrilli) SAURI (lucertole)

uova amniotico con guscio PELLE ricoperta da squame I rettili Caratteristiche ETEROTERMI CIRCOLAZIONE doppia e incompleta SCHELETRO osseo RESPIRAZIONE polmonare OVIPARI uova amniotico con guscio PELLE ricoperta da squame 24 24

I rettili Eterotermi Scheletro Rivestimento I rettili sono animali eterotermi, o a sangue freddo, poiché la temperatura interna non è regolata in modo autonomo, ma dipende da quella ambientale. Scheletro osseo Scheletro completamente ossificato la colonna vertebrale può avere da trenta (tartarughe) a cinquecento vertebre (serpenti) possesso, tipicamente, di quattro arti (tetrapodi), con cinque dita; nei serpenti e in alcuni sauri gli arti sono scomparsi o variamente regrediti; Le specie dotate di zampe ne presentano generalmente quattro, sono collocate lateralmente e mantengono il tronco leggermente sollevato e si spostano alternativamente in avanti mentre viene impresso un movimento sinuoso alla colonna vertebrale Scheletro Cute ricoperta da squame Le squame sono ispessimenti cornei cutanei, presenti nei rettili dove coprono la maggior parte della superficie Le squame sono di origine epidermica: lo strato esterno della cute si cheratinizza formando una zona assai resistente agli agenti esterni. Tale ipercheratinizzazione non è però continua: tra le squame rimangono piccole strisce di cute sottile per permettere la flessibilità del corpo. La pelle corneificata e ricoperta di squame non consente praticamente scambi gassosi. Rivestimento

I rettili Riproduzione Circolazione e Respirazione Circolazione doppia e incompleta circolazione del sangue è doppia e incompleta. Il cuore presenta tre cavità, due atri e un ventricolo parzialmente diviso, ad eccezione dei Coccodrilli nei quali quest'ultimo è provvisto di un setto divisorio completamente sviluppato, attraversato da un piccolo orifizio. In ogni caso, anche nei rettili con un solo ventricolo, la presenza del setto divisorio nel ventricolo, anche se incompleto, assicura una larga separazione della circolazione venosa da quella arteriosa . Respirazione polmonare Gli organi della respirazione constano sempre di polmoni, cioè di sacchi pieni d'aria di solito indivisi. La struttura dei polmoni è molto semplice, anche in relazione al basso metabolismo legato alla condizione di eterotermia di questi animali. Circolazione e Respirazione Un uovo adatto a svilupparsi all’asciutto L’uovo amniotico è rivestito da un guscio impermeabile all’acqua e permette all’embrione di svilupparsi in un ambiente acquoso protetto Il guscio, impregnato di carbonato di calcio, limita l’evaporazione dei liquidi contenuti al suo interno permettendo allo stesso tempo gli scambi gassosi. All’interno dell’uovo vengono immagazzinate notevoli quantità di riserve nutritive sotto forma di vitello che permettono all’embrione di raggiungere uno stadio di sviluppo avanzato prima della schiusa. Internamente al guscio si trovano le membrane extraembrionali, che proteggono l’embrione e favoriscono gli scambi gassosi e l’escrezione dei rifiuti azotati

Gli uccelli Sopravvivenza ai cambiamenti climatici Omeotermi: sangue caldo e capaci di mantenere una temperatura del corpo costante Efficace respirazione e energia adeguata per il volo Sacchi aerei: prolungamenti dei polmoni ripieni d’aria fino all’interno delle ossa Siringe : organo di fonazione che varia da specie in specie Ossa pneumatiche: cave e piene d’aria Carena: cresta dello sterno su cui si innestano i muscoli del volo Maggior sostegno al volo Arti anteriori Ali Arti posteriori Zampe 27

Gli uccelli Remiganti: delle ali, deputate al volo Penne : rigide e robuste disposte a formare una superficie adatta a fendere l’aria Timoniere: della coda, per dirigere il volo Modificazione squame rettili Piume : leggere e soffici che garantiscono l’isolamento termico e rivestito da una sostanza grassa impermeabile all’acqua prodotta dall’uropigio

Gli uccelli Cranio : piccolo e leggero perché le mascelle dei rettili sono sostituite dal più leggero becco, la cui forma cambia a seconda del regime alimentare Uova amniotiche : simili a quelle dei rettili, che devono essere mantenute al caldo per assicurare una temperatura costante all’embrione Nido : caratteristiche diverse a seconda della specie Circolazione doppia e completa Migrazioni : notevoli distanze spesso legate alla riproduzione

Gli uccelli: Laboratorio 1. Pesare l’osso di un pollo e l’osso di un coniglio e notare che quello del pollo è più leggero perché cavo. Lo si può notare anche spezzando l’osso del pollo 2. Far accendere una candela e soffiare attraverso una penna per provare a spegnere la fiamma 3. Versare qualche goccia d’acqua sulla penna e notare che non si bagna perché impermeabile 4. Birdwatching: osservazione e riconoscimento 5. Versare un po’ di inchiostro all’interno di una parte del guscio e notare che questo colora anche la parte esterna provando la porosità del guscio

I mammiferi 31

I mammiferi : le loro caratteristiche la presenza di peli che generalmente ricoprono la pelle, che gli permette di essere omotermi; 32

I mammiferi : le loro caratteristiche hanno sviluppato una grande varietà di arti, adatti a saltare, correre, scavare ed arrampicarsi sugli alberi e a volare; hanno sviluppato denti molto specializzati che consentono una efficacia presa, lacerazione e masticazione a seconda del tipo di alimentazione prevalente; 33

I mammiferi : le loro caratteristiche Oltre a quelle sopracitate i mammiferi si distinguono anche per le seguenti caratteristiche: i polmoni sono ben sviluppati e la respirazione è efficiente; il cuore presenta quattro cavità e la circolazione è doppia e completa; 34

I mammiferi Oltre ai caratteri fino ad ora elencati, i mammiferi presentano altre due caratteristiche che forse più di tutte hanno contribuito alla loro straordinaria capacità di colonizzare tutti gli ambienti della Terra: un cervello più sviluppato che in ogni altra classe di vertebrati. 35

I mammiferi Oltre ai caratteri fino ad ora elencati, i mammiferi presentano altre due caratteristiche che forse più di tutte hanno contribuito alla loro straordinaria capacità di colonizzare tutti gli ambienti della Terra: un cervello più sviluppato che in ogni altra classe di vertebrati. 36

I mammiferi Oltre ai caratteri fino ad ora elencati, i mammiferi presentano altre due caratteristiche che forse più di tutte hanno contribuito alla loro straordinaria capacità di colonizzare tutti gli ambienti della Terra: un cervello più sviluppato che in ogni altra classe di vertebrati. un sistema di riproduzione e di cura della prole altamente perfezionato che li distingue dagli altri animali; la presenza delle ghiandole mammarie per la produzione di latte per la prole. 37

I mammiferi La riproduzione è sessuata. Le uova vengono fecondate all’interno del corpo materno e gli embrioni si sviluppano per un certo periodo nell’utero. Vi sono tre diversi modi di sviluppo dell’embrione che rappresenta altrettanti gradi differenti di evoluzione. I monotremi sono i mammiferi più primitivi, essi sono ovipari, ossia depongono le uova come i rettili; I placentati sono mammiferi vivipari provvisti di placenta, l’organo di scambio tra la madre e il feto. I marsupiali sono mammiferi vivipari provvisti di marsupio; 38

I mammiferi La riproduzione è sessuata. Le uova vengono fecondate all’interno del corpo materno e gli embrioni si sviluppano per un certo periodo nell’utero. Vi sono tre diversi modi di sviluppo dell’embrione che rappresenta altrettanti gradi differenti di evoluzione. I placentati sono mammiferi vivipari provvisti di placenta, l’organo di scambio tra la madre e il feto. 39

Verifica sul linguaggio Verifica – I vertebrati Verifica sul linguaggio Accanto a ognuna delle seguenti definizioni scrivi il numero corrispondente alla parola corretta da scegliere fra quelle riportate (alcune delle parole numerate potrebbero non essere usate). Struttura di sostegno formate da tante vertebre Animale con temperatura del corpo variabile Vertebrato con squame L’unico vertebrato con il corpo ricoperto da penne e da piume Animali con colonna vertebrale Vertebrato con mammelle Animali che partoriscono i figli vivi. Animali che depongono le uova. Animali con la temperatura del corpo costante Animale che può vivere sia nell’acqua che sulla terra MAMMIFERO RETTILE UCCELLO ANIMALE A SANGUE FREDDO ANIMALE A SANGUE CALDO OVOVIVIPARI COLONNA VERTEBRALE VERTEBRATI OVIPARI VIVIPARI ANFIBIO MARSUPIO

Verifica – I vertebrati Verifica finale Che cosa sai? Che cosa hai capito? I rettili sono animali che: Vivono esclusivamente sulla terra ferma Respirano con i polmoni Vivono esclusivamente nell’acqua. Hanno il corpo ricoperto da scaglie 1. Per ciascuna delle cinque classi dei vertebrati (pesci, anfibi, rettili, uccelli, mammiferi) rispondi alle seguenti domande. Sono animali a sangue freddo o a sangue caldo? Come è ricoperto il loro corpo? Da adulti come respirano? Quali mezzi usano per il movimento? Depongono le uova? Se sì le uova hanno un guscio? 2. Cita due esempi di mammiferi che vivono nell’acqua e un esempio di mammifero che è in grado di volare. 3. Quali funzioni svolgono le ali negli uccelli? 4. Cita due esempi di pesci ossei e due esempi di pesci cartilaginei. Gli anfibi sono caratterizzati dal fatto che: Le loro larve respirano con le branchie e gli adulti con i polmoni. Vivono soltanto nell’acqua. Depongono le uova nel terreno. Hanno la pelle ricoperta di squame Sono vertebrati a sangue freddo I mammiferi Gli uccelli Soltanto i pesci e i rettili I pesci, i rettili, gli anfibi. Sono vertebrati che depongono le uova: I mammiferi e i rettili. Soltanto gli uccelli. Tutti i vertebrati esclusi i mammiferi. Soltanto i rettili. Sia i pesci che gli anfibi: Durante tutta la loro vita, per respirare prendono l’ossigeno disciolto nell’acqua. Vivono nell’acqua durante tutta la loro vita. Depongono le uova nell’acqua. Sono animali a sangue caldo.

Applica quello che hai imparato Verifica – I vertebrati Verifica finale Applica quello che hai imparato Elenca su due fogli distinti, i rettili e gli anfibi che conosci. Accanto al nome di ogni animale che hai elencato, indica le caratteristiche che lo contraddistinguono. Sulla base di ciò che sai completa la seguente tabella.