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Immagini e concetti della biologia Sylvia S. Mader Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

A11 – L’evoluzione degli animali e dell’uomo Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il regno degli animali Gli animali (regno Animalia) possiedono caratteristiche che li rendono assai diversi dagli altri eucarioti pluricellulari: sono eterotrofi ingeriscono il cibo internamente al proprio corpo Di solito si riproducono per via sessuata. Alla fecondazione segue una serie di stadi di sviluppo fino alla formazione di un organismo dotato di tessuti e organi specializzati. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

L’evoluzione dei piani corporei Gli animali sono caratterizzati dal tipo di simmetria. Nella simmetria radiale qualsiasi piano longitudinale che passi per il centro può sezionare l’animale in due metà speculari. Nella simmetria bilaterale un solo piano passante per il centro può sezionare l’animale in due metà uguali. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

L’albero evolutivo degli animali si basa su sette caratteri chiave Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli animali e il celoma Una struttura importante che riguarda gli animali è la presenza di una cavità corporea. Gli animali che ne sono privi, come i platelminti, si definiscono acelomati. I nematodi sono invece pseudocelomati: possiedono una cavità corporea non completamente rivestita di mesoderma. La maggior parte degli animali fa parte dei celomati, gruppi dotati di un vero celoma, cioè una cavità posta tra il canale alimentare e la parete corporea. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I celomati: protostomi e deuterostomi Nel corso dello sviluppo embrionale, nei celomati si forma un’apertura chiamata blastoporo. Nei protostomi la bocca compare in corrispondenza o vicina al blastoporo. Nei deuterostomi in corrispondenza del blastoporo o vicino a esso compare l’ano e, più tardi, da una nuova apertura si forma la bocca. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I vantaggi del celoma La presenza del celoma offre diversi vantaggi: i movimenti del corpo sono più liberi l’ampio spazio permette lo sviluppo di organi e sistemi di organi complessi il fluido celomatico protegge gli organi interni dai danni meccanici e dalle escursioni termiche la cavità funge da deposito e trasporto di sostanze nel corpo negli animali privi di scheletro fornisce sostegno idrostatico Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Invertebrati e vertebrati I gruppi animali si possono suddividere in due ampie categorie: invertebrati – privi di endoscheletro di cartilagine o tessuto osseo (per esempio, le spugne e i molluschi) vertebrati – muniti di endoscheletro, cartilagineo oppure osseo (per esempio, i pesci e i mammiferi) Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli invertebrati più semplici: le spugne Sono gli unici animali privi di veri e propri tessuti, benché presentino cellule specializzate. Si nutrono per filtrazione di particelle dall’acqua. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli invertebrati più semplici: gli cnidari Hanno simmetria radiale e sono in prevalenza sessili. Catturano le loro prede grazie a un anello di tentacoli dotati di cellule urticanti, gli cnidociti. Hanno un livello di organizzazione tissutale e presentano due forme corporee di base: il polipo e la medusa. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I platelminti, o vermi piatti Hanno tre foglietti embrionali. Hanno un sistema di organizzazione a livello di organi, con un sistema digerente incompleto e un sistema nervoso organizzato come una sorta di «scala a pioli» con un piccolo cervello anteriore. Sono animali acelomati. Sono parassiti dell’essere umano e di altri animali. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I nematodi, o vermi cilindrici Sono vermi non segmentati, presentano una cavità interna (pseudoceloma) e un tubo digerente completo. Si trovano quasi ovunque e alcuni, come gli ascaridi, sono endoparassiti dell’essere umano. Il nematode Caenorhabditis elegans Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli anellidi, o vermi segmentati Presentano il corpo suddiviso in segmenti riconoscibili dall’esterno, separati da setti che suddividono il celoma. Il phylum include gli oligocheti (come il lombrico), i policheti (di ambiente marino) e gli irudinei (come le sanguisughe). Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I molluschi Hanno il corpo composto da: il piede, la robusta porzione muscolare usata per la locomozione la massa viscerale, che contiene gli organi interni il mantello, che riveste la massa viscerale e può secernere la conchiglia Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I tre gruppi di molluschi Nei gasteropodi l’animale si muove per la contrazione muscolare che interessa il piede, appiattito ventralmente. Nei cefalopodi il piede si è evoluto in tentacoli che circondano il capo. Nei bivalvi, così chiamati per la conchiglia formata da due valve, il piede muscolare si estroflette ventralmente dalla conchiglia. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli artropodi Il successo degli artropodi può essere attribuito ad alcune caratteristiche: appendici articolate esoscheletro segmentazione sistema nervoso ben sviluppato varietà degli organi respiratori competizione ridotta grazie alla metamorfosi Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli artropodi: crostacei Sono un vasto gruppo di artropodi per lo più marini. Sono dotati di un esoscheletro duro e crostoso e di cinque paia di zampe. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli artropodi: miriapodi e aracnidi I centopiedi sono dotati di un paio di appendici per ogni segmento corporeo, i millepiedi di due paia di appendici sulla maggior parte dei segmenti. Gli aracnidi comprendono i ragni, gli scorpioni e gli acari. Sono provvisti di quattro paia di zampe, attaccate al cefalotorace. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli artropodi: insetti Il gruppo degli insetti è estremamente numeroso e diversificato. Sono adattati a uno stile di vita terrestre e hanno colonizzato una vastissima gamma di ambienti. Il corpo è suddiviso in un capo, un torace e un addome; al torace sono articolate tre paia di zampe. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli echinodermi Comprendono organismi come le stelle marine, i ricci di mare e i cetrioli di mare. Gli adulti hanno simmetria radiale e non presentano né un capo, né un cervello, né una segmentazione; tuttavia, le larve presentano simmetria bilaterale. La locomozione è affidata a un peculiare sistema vascolare acquifero. Non hanno sistemi respiratorio, escretore o circolatorio complessi, dato che i fluidi della cavità celomatica e il sistema vascolare acquifero assolvono molte di queste funzioni. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli echinodermi Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il phylum dei cordati Tutti i cordati hanno simmetria bilaterale e in qualche stadio del loro ciclo vitale presentano queste caratteristiche: cordone dorsale di sostegno, chiamato notocorda cordone nervoso tubulare dorsale tasche faringee, che nella maggior parte dei vertebrati sono presenti soltanto durante lo sviluppo embrionale coda post-anale Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I cordati invertebrati Nei cordati invertebrati la notocorda non viene mai rimpiazzata da una colonna vertebrale. I tunicati, che vivono sui fondali marini, presentano le quattro caratteristiche tipiche dei cordati soltanto nello stadio larvale. Gli anfiossi, anch’essi marini, mantengono le caratteristiche tipiche dei cordati anche nella forma adulta. Due esempi di cordati invertebrati: un’ascidia (a sinistra) e un anfiosso (a destra). Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

L’albero evolutivo dei vertebrati I cinque caratteri che distinguono i vari vertebrati tra loro e dai cordati invertebrati sono: presenza delle vertebre evoluzione delle mascelle comparsa dei polmoni presenza di arti articolati comparsa di un uovo amniotico Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I pesci I pesci agnati sono privi di mascelle, di scaglie e di pinne pari. Alcuni sono parassiti. I pesci cartilaginei comprendono squali, razze e mante. Hanno scheletro di cartilagine e sono in prevalenza predatori. I pesci ossei sono i più numerosi e diversificati tra tutti i vertebrati. Per la maggior parte si tratta di pesci a pinne raggiate, dotati di vescica natatoria; l’altro gruppo è quello dei pesci a pinne lobate. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli anfibi Sono rappresentati da rane, rospi, tritoni e salamandre. Sono tutti dotati di quattro arti. La respirazione polmonare è coadiuvata dallo scambio di gas che avviene attraverso la pelle (respirazione cutanea). La maggior parte di essi conduce uno stile di vita anfibio: lo stadio larvale vive in acqua, l’adulto sulla terraferma. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I rettili Il corpo dei rettili è rivestito di squame coriacee cheratinizzate, che proteggono l’animale dalla disidratazione e dai predatori. L’adattamento più significativo è il tipo di riproduzione: dopo la fecondazione interna la femmina depone uova amniotiche, che rendono possibile lo sviluppo embrionale lontano dall’acqua. La diversità dei rettili: tartaruga verde, mostro di Gila e crotalo adamantino. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli uccelli Quasi tutte le caratteristiche anatomiche degli uccelli sono correlate alla capacità di volare, dagli arti anteriori modificati in ali alle ossa pneumatiche. Sono animali endotermi (mantengono una temperatura corporea costante) e depongono uova con guscio duro. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I mammiferi La classe dei mammiferi si divide in tre gruppi: monotremi – dotati della cloaca e depongono uova a guscio duro marsupiali – iniziano il loro sviluppo nel corpo materno e lo completano nel marsupio, una tasca dell’addome materno placentati – a cui appartiene la gran parte dei mammiferi, che presentano membrane embrionali modificate (tra cui la placenta) per lo sviluppo interno nell’utero della madre. I mammiferi monotremi e marsupiali Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I mammiferi I mammiferi sono endotermi e molti dei loro adattamenti, tra cui la pelliccia, sono legati al controllo della temperatura interna. Le ghiandole mammarie permettono alle femmine di allattare i piccoli. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Tutti i primati derivano da un antenato comune L’ordine dei primati include: proscimmie, scimmie, scimmie antropomorfe, esseri umani. L’ultimo antenato mammifero comune risale al Cenozoico, 65 milioni di anni fa. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli esseri umani hanno postura eretta e cervello voluminoso I dati molecolari suggeriscono che la divergenza tra le scimmie antropomorfe e gli ominidi risalga a circa 7 MA. Gli esseri umani e gli scimpanzé hanno DNA quasi identico e molti tratti in comune, ma anche alcune differenze, illustrate nella figura. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Esempi dei primi ominidi Gli ominidi più recenti si sono evoluti dalle australopitecine. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Le australopitecine avevano un cervello di piccole dimensioni Le australopitecine sono un gruppo di ominidi che si è evoluto e diversificato in Africa a partire da circa 4 MA e fino a 1 MA. Si tratta di un antenato diretto degli esseri umani: il genere Homo si è infatti originato dalle australopitecine. Le australopitecine mettono in evidenza adattamenti a due stili di vita diversi: alcune erano di costituzione più gracile (A. africanus), mentre altre erano più robuste (A. robustus). Entrambe vissero in Africa meridionale e orientale. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I primi Homo avevano un cervello di grandi dimensioni Il genere Homo fa la sua comparsa intorno a 2 MA. I fossili di quel periodo testimoniano che i primi Homo avevano già dimensioni cerebrali di almeno 600 cm3, mascelle e denti molto somiglianti a quelli degli esseri umani moderni e la capacità di usare strumenti. Il genere Homo comprende: H. habilis e H. rudolfensis – onnivori, con un cervello di 800 cm3 H. ergaster – si è evoluto in Africa, aveva un cervello di 1000 cm3, faccia piatta e naso prominente H. erectus – ritrovato sia in Africa sia in Asia H. floresiensis – scoperto nel 2003, era in grado di usare utensili e conosceva il fuoco Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Homo sapiens Gli uomini di Neandertal e di Cro-Magnon coesistettero per circa 12 000 anni. L’uomo di Neandertal (H. neanderthalensis) era adattato alla vita in climi rigidi. Viveva in Europa e nel Medio Oriente, costruiva rifugi, produceva utensili di pietra, usava il fuoco e seppelliva i morti ornandoli con fiori e utensili. L’uomo di Cro-Magnon (H. sapiens) raggiunse l’Africa e l’Europa migrando dall’Africa. Era in grado di fabbricare efficienti utensili di pietra, aveva un cervello altamente sviluppato, un linguaggio articolato, forme sociali elaborate ed era estremamente creativo. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Diversi modelli che spiegano la particolare evoluzione di Homo sapiens Gli scienziati hanno proposto tre ipotesi per spiegare la comparsa dei sapiens in Europa, Asia e Africa. Il modello multiregionale – ipotizza che i primi esseri umani moderni si siano evoluti più o meno contemporaneamente in tutte le macroregioni. Il modello africano – ipotizza che gli esseri umani moderni si siano evoluti solo in Africa, migrando poi in Europa e in Asia. Il modello dell’assimilazione – ipotizza che i Cro-Magnon si siano evoluti esclusivamente in Africa e che poi siano migrati in Asia ed Europa. Qui si sarebbero incrociati con esseri umani arcaici, producendo popolazioni ibride. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Un’unica specie: la specie umana Nella specie umana si riconoscono diverse etnie. Molti scienziati ritengono che le variazioni umane si siano evolute come adattamenti alle condizioni ambientali locali. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018