Strutture e funzioni degli animali Unità 8 Strutture e funzioni degli animali

Unità 8 Strutture e funzioni degli animali Obiettivi Obiettivi Riconoscere la correlazione tra strutture e funzioni ai diversi livelli di organizzazione gerarchica del corpo di un animale Conoscere la struttura e le funzioni dei tessuti epiteliale, connettivo, muscolare e nervoso Comprendere come i diversi sistemi di organi lavorino insieme per garantire la funzionalità dell’organismo Apprendere quali sono i principali meccanismi con cui gli animali regolano il proprio ambiente interno 2

Prova di competenza - Una passeggiata a testa in giù Qual è il segreto dei gechi, quei piccoli animali, simili a lucertole, che riescono a camminare su muri e soffitti senza mai cadere? 3

Lezione 1 L’ORGANIZZAZIONE GERARCHICA NEGLI ORGANISMI ANIMALI

8.1 Il corpo degli animali è organizzato in livelli gerarchici L’anatomia descrive le strutture di un organismo La fisiologia spiega le funzioni di quelle strutture Nel mondo vivente, le strutture sono organizzate in una gerarchia di livelli inclusi l’uno nell’altro A ogni livello, la combinazione dell’organizzazione strutturale e funzionale delle varie parti dà origine a specifiche proprietà emergenti

Livello di cellula Cellula muscolare A Figura 8.1 I livelli di organizzazione in un pellicano.

Livello di cellula Cellula muscolare Livello di tessuto Tessuto muscolare A B Figura 8.1 I livelli di organizzazione in un pellicano.

Livello di cellula Cellula muscolare Livello di tessuto Tessuto muscolare Livello di organo Cuore A B C Figura 8.1 I livelli di organizzazione in un pellicano.

Livello di sistema di organi Sistema circolatorio Livello di cellula Cellula muscolare Livello di tessuto Tessuto muscolare Livello di organo Cuore A B C D Livello di sistema di organi Sistema circolatorio Figura 8.1 I livelli di organizzazione in un pellicano.

Livello di sistema di organi Sistema circolatorio Livello di cellula Cellula muscolare Livello di tessuto Tessuto muscolare Livello di organo Cuore Livello di sistema di organi Sistema circolatorio Livello di organismo Molti sistemi di organi che interagiscono tra loro A B C D E Figura 8.1 I livelli di organizzazione in un pellicano.

8.1 Il corpo degli animali è organizzato in livelli gerarchici STEP BY STEP Descrivi i livelli di organizzazione che si possono osservare nel corpo di un organismo animale, a partire da quello delle singole cellule

8.2 La forma di un animale è il risultato di un processo di selezione naturale Spesso, quando organismi diversi si trovano ad affrontare le stesse sfide ambientali la selezione naturale trova soluzioni analoghe, plasmando adattamenti simili Si verificano così fenomeni di evoluzione convergente

Tonno Pinguino Figura 8.2 La forma aerodinamica degli organismi accomunati dal fatto di essere veloci nuotatori è un esempio di evoluzione convergente. Foca

Figura 8.2 La forma aerodinamica degli organismi accomunati dal fatto di essere veloci nuotatori è un esempio di evoluzione convergente. Tonno

Figura 8.2 La forma aerodinamica degli organismi accomunati dal fatto di essere veloci nuotatori è un esempio di evoluzione convergente. Pinguino

Figura 8.2 La forma aerodinamica degli organismi accomunati dal fatto di essere veloci nuotatori è un esempio di evoluzione convergente. Foca

8.2 La forma di un animale è il risultato di un processo di selezione naturale STEP BY STEP Perché un tonno, un pinguino e una foca rappresentano un esempio di evoluzione convergente?

8.3 I tessuti sono costituiti da cellule con struttura e funzioni comuni Le cellule di un tessuto sono uguali tra loro e hanno forma e strutture adatte per svolgere funzioni specifiche Negli animali sono presenti quattro tipi principali di tessuto Tessuto epiteliale Tessuto connettivo Tessuto muscolare Tessuto nervoso

8.3 I tessuti sono gruppi di cellule con struttura e funzioni comuni STEP BY STEP Che cosa distingue un tessuto da una cellula e da un organo?

8.4 Il tessuto epiteliale riveste la superficie esterna del corpo, le cavità interne e gli organi I diversi tipi di tessuto epiteliale prendono il nome in base a Numero di strati cellulari di cui sono costituiti Semplice: unico strato Stratificato: più strati Pseudostratificato: come il semplice, ma sembra stratificato Forma delle cellule presenti sulla superficie libera Squamoso: cellule piatte Cubico Cilindrico

Superficie libera dell’epitelio Nuclei delle cellule Tessuto sottostante Membrana basale (matrice extracellulare) Epitelio squamoso semplice (rivestimento interno degli alveoli polmonari) Epitelio cubico semplice (struttura di un tubulo renale) Epitelio cilindrico semplice (rivestimento interno dell’intestino) Epitelio squamoso stratificato (rivestimento interno dell’esofago) Epitelio cilindrico pseudostratificato ciliato delle vie respiratorie) A B C D E Figura 8.4 I diversi tipi di tessuto epiteliale. Il colore rosa identifica sempre le cellule epiteliali.

8.4 Il tessuto epiteliale riveste la superficie esterna del corpo, le sue cavità interne e gli organi STEP BY STEP Secondo quale criterio vengono classificati i diversi tessuti di tipo epiteliale?

8.5 Il tessuto connettivo collega tra loro tutti gli altri tessuti e li sostiene I tessuti connettivi vengono distinti in sei tipi principali Tessuto connettivo lasso: la sua matrice è costituita da una trama larga di fibre Tessuto connettivo fibroso: possiede una matrice costituita da fasci paralleli di fibre di collagene addossati l’uno all’altro Tessuto adiposo: accumula il grasso in grandi cellule sferiche disposte molto vicine le une alle altre

8.5 Il tessuto connettivo collega tra loro tutti gli altri tessuti e li sostiene Tessuto cartilagineo: forma una sorta di materiale scheletrico, molto resistente ma flessibile Tessuto osseo: possiede una matrice di fibre di collagene immerse in una sostanza minerale dura composta da sali di calcio, magnesio e fosforo Sangue: la sua matrice extracellulare, il plasma, è liquida, si tratta di una soluzione acquosa in cui sono disciolti sali e proteine

(strato sottocutaneo) F Sangue Gocciole di grasso Cellule di cartilagine C Tessuto adiposo Matrice Nucleo cellulare D Cartilagine (parte terminale di un osso) Fibre di collagene Canale centrale B Cellula Tessuto connettivo fibroso (tendini e legamenti) Globuli bianchi Matrice Figura 8.5 I diversi tipi di tessuto connettivo. Fibra di collagene Cellule che formano l’osso Fibre elastiche Globulo rosso E Osso Plasma A Tessuto connettivo Lasso (strato sottocutaneo) F Sangue

8.5 Il tessuto connettivo collega tra loro tutti gli altri tessuti e li sostiene STEP BY STEP Perché il sangue è considerato un tessuto connettivo?

8.6 Il tessuto muscolare permette il movimento Il tessuto muscolare è costituito da fasci di cellule allungate chiamate fibre muscolari Tessuto muscolare scheletrico: si ancora alle ossa per mezzo dei tendini ed è responsabile dei movimenti volontari del corpo Tessuto muscolare cardiaco: forma il tessuto contrattile del cuore Tessuto muscolare liscio: è privo di striature ed è responsabile dei movimenti involontari del corpo

Unità muscolare Giunzione contrattile Fibra tra due cellule Fibra Nucleo Nucleo Fibra muscolare Nucleo B Muscolo cardiaco A Muscolo scheletrico Figura 8.6 I tre tipi di tessuto muscolare. C Muscolo liscio

8.6 Il tessuto muscolare permette il movimento STEP BY STEP Che cosa caratterizza il tessuto muscolare liscio rispetto a quello scheletrico e cardiaco?

8.7 Il tessuto nervoso forma una rete di comunicazione L’unità strutturale e funzionale del tessuto nervoso è la cellula nervosa o neurone, specializzata nella conduzione di impulsi elettrici Le cellule di sostegno della glia circondano e isolano gli assoni, e nutrono i neuroni

Figure 20.7 Neurons in the spinal cord.

8.7 Il tessuto nervoso forma una rete di comunicazione STEP BY STEP Quali tipi di cellule compongono il tessuto nervoso?

8.8 Gli organi sono formati dall’insieme di più tessuti Un organo è un insieme di due o più tessuti che collaborano per svolgere un compito preciso Il cuore, per esempio, è costituito da tessuto muscolare, tessuto epiteliale, connettivo e nervoso Il tessuto epiteliale riveste le camere cardiache Il tessuto connettivo conferisce elasticità al cuore e rafforza le sue pareti I neuroni regolano il ritmo di contrazione della muscolatura cardiaca

(epitelio cilindrico) Intestino tenue Lume Tessuto epiteliale Tessuto connettivo Tessuto muscolare liscio (2 strati) (epitelio cilindrico) Figura 8.8 I diversi strati di tessuti che compongono la parete dell’intestino tenue.

8.8 Gli organi sono formati dall’insieme di più tessuti STEP BY STEP Perché la capacità di pompare sangue costituisce una proprietà emergente del cuore?

Tessuti e organi artificiali una terapia d’avanguardia COLLEGAMENTO salute Tessuto epiteliale cresciuto in laboratorio Vittime di gravi ustioni Diabetici affetti da ulcere della pelle Nel 2006 è stato effettuato il primo trapianto di organi creati in laboratorio Vesciche, cresciute a partire da cellule prelevate direttamente dai pazienti, in modo da ridurre il rischio di rigetto

Fibroblasti umani al microscopio.

8.9 I sistemi di organi cooperano per sostenere le funzioni vitali Sistema respiratorio: è deputato allo scambio di gas con l’ambiente Sistema muscolare: compie i movimenti, mantiene la postura e produce calore Sistema tegumentario: protegge da traumi, infezioni, caldo o freddo eccessivi, disidratazione

Sistema circolatorio Cuore Vasi sanguigni Sistema respiratorio Cavità nasale Laringe Trachea Bronco Polmone muscolare tegumentario Capelli Unghie Pelle Muscoli scheletrici Cartilagine Ossa scheletrico Ghiandola surrenale Pancreas Testicolo (maschio) Ovaia (femmina) Ipotalamo Ipofisi Tiroide Paratiroide endocrino C D F E B A Figura 8.10 I sistemi di organi presenti negli esseri umani.

A endocrino B Sistema Ipotalamo scheletrico Ipofisi Ossa Tiroide Cartilagine Ossa Sistema scheletrico Ghiandola surrenale Pancreas Testicolo (maschio) Ovaia (femmina) Ipotalamo Ipofisi Tiroide Paratiroide endocrino B A Figura 8.10 I sistemi di organi presenti negli esseri umani.

Sistema circolatorio Cuore Vasi sanguigni Sistema respiratorio Cavità nasale Laringe Trachea Bronco Polmone C D Figura 8.10 I sistemi di organi presenti negli esseri umani.

Sistema muscolare tegumentario Capelli Unghie Pelle Muscoli scheletrici F E Figura 8.10 I sistemi di organi presenti negli esseri umani.

8.9 I sistemi di organi cooperano per sostenere le funzioni vitali Sistema linfatico: restituisce al sistema circolatorio l’eccesso di fluidi presente nell’organismo e funziona come una parte del sistema immunitario Sistema immunitario: difende l’organismo dalle infezioni e dal cancro Sistema escretore: rimuove dal sangue le sostanze di scarto

8.9 I sistemi di organi cooperano per sostenere le funzioni vitali Sistema digerente: scompone il cibo in sostanze chimiche adatte a fornire energia alle cellule Sistema riproduttore: produce gameti e ormoni sessuali Sistema nervoso: coordina le attività del corpo rilevando gli stimoli, elaborando le informazioni e modulando le risposte dell’organismo

Sistema linfatico e sistema immunitario G, H Timo Midollo osseo Milza Ovidotto Ovaia Femmina Linfonodi Vasi linfatici Utero Vagina Sistema escretore Maschio Encefalo Vescicole seminali Prostata Dotto deferente Pene Uretra Testicolo Organo di senso spinale nervoso Nervi Esofago Fegato Stomaco Intestino tenue digerente crasso Ano Bocca Rene Uretere Vescica K J I L riproduttore Figura 8.10 I sistemi di organi presenti negli esseri umani.

Sistema linfatico e sistema immunitario G, H Timo Midollo osseo Milza Linfonodi Vasi linfatici Figura 8.10 I sistemi di organi presenti negli esseri umani.

Sistema escretore Esofago Fegato Stomaco Intestino tenue digerente crasso Ano Bocca Rene Uretere Vescica Uretra J I Figura 8.10 I sistemi di organi presenti negli esseri umani.

K Sistema riproduttore Femmina Vescicole seminali Maschio Prostata Ovidotto Dotto deferente Ovaia Figura 8.10 I sistemi di organi presenti negli esseri umani. Pene Utero Uretra Vagina Testicolo

Encefalo Organo di senso Midollo spinale Sistema nervoso Nervi L Figura 8.10 I sistemi di organi presenti negli esseri umani.

8.9 I sistemi di organi cooperano per sostenere le funzioni vitali STEP BY STEP Quali sono i sistemi di organi maggiormente coinvolti nella regolazione e nel controllo dell’attività degli altri sistemi?

Lezione 2 GLI SCAMBI CON L’AMBIENTE ESTERNO

8.10 Gli adattamenti strutturali favoriscono gli scambi tra gli animali e il loro ambiente Per sopravvivere, gli animali devono scambiare sostanze con il proprio ambiente L’adattamento evolutivo che garantisce scambi adeguati con l’ambiente è rappresentato dalla presenza di ripiegamenti delle superfici, generalmente interne

8.10 Gli adattamenti strutturali favoriscono gli scambi tra gli animali e il loro ambiente I sistema respiratorio permette lo scambio di gas Il sistema digerente permette di acquisire sostanze nutritive ed eliminare le sostanze non assorbite Il sistema escretore permette di eliminare i prodotti di scarto del metabolismo

Ambiente esterno CO2 Cibo O2 Bocca Animale d oo Sistema Bl respiratorio d Bl oo digerente Cuore Sostanze nutritive circolatorio Intestino escretore Cellule del corpo Liquido interstiziale Ano Sostanze non assorbite (feci) Prodotti di rifiuto metabolico (urina) Figura 8.10 Scambi indiretti tra l’ambiente e le cellule di un animale a struttura complessa.

8.10 Gli adattamenti strutturali favoriscono gli scambi tra gli animali e il loro ambiente STEP BY STEP In che modo la struttura di polmoni e intestino assolve alla funzione di scambio con l’ambiente?

8.11 Gli animali regolano finemente l’ambiente interno Omeostasi: le condizioni dell’ambiente esterno possono subire variazioni anche di rilievo, ma i meccanismi omeostatici regolano l’ambiente interno in modo da contrastare e rendere minimi i cambiamenti interni

Figura 8.14A Un modello dell’omeostasi.

8.11 Gli animali regolano finemente l’ambiente interno La maggior parte dei sistemi di controllo omeostatici è regolata da meccanismi a feedback negativo Il cambiamento di una certa variabile stimola il sistema nel suo complesso a riportarla nella condizione di partenza

8.11 Gli animali regolano finemente l’ambiente interno I meccanismi di controllo prevedono la presenza di Recettore: sensore per la variabile da controllare Stimolo: cambiamento dalla variabile che induce una risposta da parte del sistema Effettore: l’apparato in grado di influenzare la variabile da controllare Centro di controllo: apparato che elabora le informazioni raccolte dal sensore e induce le risposte adeguate

la temperatura interna del Le ghiandole sudoripare secernono sudore che, evaporando, raffredda il corpo I vasi sanguigni della pelle si dilatano e il calore viene disperso La temperatura diminuisce Il termostato spegne i meccanismi di raffreddamento sale sopra i livelli normali scende sotto i meccanismi di riscaldamento Omeostasi: la temperatura interna del corpo è di circa 36-38 °C aumenta I vasi sanguigni della pelle si restringono, riducendo la perdita di calore I muscoli scheletrici si contraggono rapidamente provocando i brividi, che generano calore Il termostato nel cervello attiva i meccanismi Il termostato nel cervello di raffreddamento Figura 8.11B Il sistema di regolazione della temperatura corporea.

8.11 Gli animali regolano finemente l’ambiente interno STEP BY STEP Spiega in che modo è regolata la temperatura corporea negli esseri umani