I VERTEBRATI

GLI ANIMALI VERTEBRATI

Gli animali con cui abbiamo più familiarità, ovvero i pesci, i rettili, gli uccelli, gli anfibi e i mammiferi sono tutti classificati nel gruppo dei vertebrati, cioè son  insieme animali dotati di colonna vertebrale. I vertebrati, alle ascidie e agli anfiossi, fanno parte del phylum dei cordati.

Lo scheletro interno dei vertebrati, o endoscheletro, è costituito da tessuto vivente, il tessuto osseo, formato da cellule immerse in una matrice inorganica, da loro stesse prodotta, fatta di sali minerali.

L’endoscheletro si accresce insieme all’organismo formando un’intelaiatura ben articolata.A questa struttura portante sono attaccati robusti muscoli che, contraendosi, provocano il movimento di un osso rispetto all’altro. Lo scheletro interno consente quindi ai vertebrati di muoversi bene in tutte le direzioni e di accrescersi liberamente senza il problema di contenere le dimensioni o di rinnovare periodicamente l’esoscheletro. Le ossa della testa proteggono il cervello, la colonna vertebrale racchiude il midollo spinale, le costole formano una gabbia intorno al cuore e ai polmoni. Essi hanno un rivestimento esterno di tessuto sottile, la pelle o cute, variamente ricoperta di scaglie, squame,penne e peli.

Gli agnati, i pesci cartilaginei e i pesci ossei sono vertebrati acquatici che nel linguaggio comune sono chiamati pesci.

Gli anfibi sono vertebrati tetrapodi, cioè con quattro arti.

I rettili, gli uccelli e i mammiferi sono invece vertebrati tetrapodi terrestri.

VERTEBRATI ACQUATICI: I PESCI

I pesci sono vertebrati ben adattati ala vita acquatica, con una forma del corpo idrodinamica, sono affusolati, con le estremità anteriore e posteriore a forma di cono, il capo è saldato senza collo al tronco e le sporgenze, costituite da arti trasformati in pinne natatorie, sono alquanto ridotte, per offrire la minima resistenza al movimento nel mezzo acquatico. 

Gli attuali pesci con mascella vengono distinti alla composizione del loro scheletro:

i pesci cartilaginei detti anche condroitti, come squali, razze e mante hanno uno scheletro costituito da cartilagine. La cartilagine ha una struttura fibrosa ed elastica più leggera dell’osso ma anche meno robusta.

i pesci ossei, detti anche osteitti, costituiscono la classe più numerosa e conosciuta con circa  29000 specie. Lo scheletro cartilagineo, presente nell’embrione, viene sostituito durante lo sviluppo da uno scheletro osseo, più pesante e robusto.

Tra i caratteri distintivi di queste due classi di pesci vi sono le scaglie. I pesci cartilaginei hanno le scaglie con spine aguzze simili a fitti dentini che rende la loro pelle simile alla carta vetrata. I pesci ossei hanno invece scaglie più sviluppate sovrapposte come le tegole di un tetto; la pelle molto ricca di ghiandole produce un muco che la mantiene lubrificata e la protegge dalle infezioni.

Oltre a 5  organi di senso comuni ai vertebrati, nei pesci è presente l’organo della linea laterale che serve per orientarsi nell’acqua.

Un altro organo particolare, presente esclusivamente nei pesci ossei, è la vescica natatoria. Si tratta di una sacca riempita di una miscela di gas di composizione simile all’aria che facendo variare la densità del gas controlla il livello di galleggiamento.

Per respirare nel mezzo acquatico, i pesci utilizzano l’ossigeno disciolto nell’acqua, che viene assorbito mediante le branche, situate ai lati della testa.Nei pesci cartilaginei le branche comunicano direttamente con l’esterno: le aperture branchiali sono evidentissime, come negli squali, grosse fessure dietro gli occhi. Nei pesci ossei le branchie sono protette da un coperchio opercolo.

Salve rare eccezioni i pesci hanno sessi separati e sono ovipari con la fecondazione generalmente esterna: il maschio irrora con gli spermatozoi le uova già deposte dalla femmina.

Alcune specie di squali hanno la fecondazione interna e sono vivipare.

VERTEBRATI TRA ACQUA E TERRA: GLI ANFIBI

Il termine anfibi deriva dalle parole greche ampbi = doppio e bios = vita.gli anfibi infatti conducono una doppia vita: una nell’acqua e l’altra sulla terra. Essi derivano da un gruppo molto antico di pesci capaci di sopravvivere e spostarsi fuori dall’acqua grazie a pinne lobate e a polmoni primitivi. Gli anfibi hanno sviluppato e perfezionato le pinne espanse di questo tipo di pesci, che sono diventate delle vere e proprie zampe con cinque dita ben formate. Attualmente la classe degli anfibi comprende tremila specie classificate in tre ordini:

gli urodeli anfibi con la coda come salamandre, tritoni e protei;

gli anuri anfibi senza coda come rane, raganelle e  rospi;

gli apodi, anfibi privi di arti come gimnofione e cecilie.

Per passare alla vita terrestre, i vertebrati hanno dovuto sviluppare i pomoni, che consentono di scambiare i gas della respirazione, ossigeno e anidride carbonica, con l’aria invece che con l’acqua. Gli anfibi, però, non possiedono un efficiente sistema di scambio dei gas: i loro polmoni sono ancora rudimentali e gran parte degli scambi gassosi tra il corpo e l’atmosfera avviene attraverso la pelle con la respirazione cutanea. Per poter essere attraversata dai gas la loro pelle deve quindi essere umida, sottile e nuda, cioè priva di quelle formazioni  come squame,penne e peli. In questo modo la pelle non è protetta a sufficienza contro il disseccamento.E’ per questo preciso motivo che gli anfibi, per la loro sopravvivenza, sono legati a luoghi umidi come stagni e corsi d’acqua. Un altra modificazione anatomica correlata con l’adattamento alla vita terrestre riguarda la circolazione sanguigna. In tutti i vertebrati il sangue scorre sempre all’interno dei vasi, perciò si dice una circolazione chiusa; per far fronte alla vita fuori dall’acqua, negli anfibi si è sviluppate una circolazione doppia, un sistema che si è mantenuto in tutte le classi di vertebrati terrestri.

Gli anfibi non possono allontanarsi troppo dall’acqua , non solo per evitare la disidratazione, ma anche perchè l’accoppiamento e la riproduzione avvengono nell’acqua. La fecondazione infatti è esterna ; il maschio irrora di sperma le uova  mano a mano che la femmina le depone. Dalle uova fecondate, piccole e protette solo da un involucro gelatinoso, si sviluppano larve acquatiche, dette girini che assomigliano molto ai pesci. Tutti gli adattamenti alla vita terrestre degli adulti, come gli arti, i polmoni e la circolazione doppia, vengono acquisiti nel corso di una complessa metamorfosi.

VERTEBRATI TERRESTRI: I RETTILI

I rettili hanno avuto origine da antenati anfibi e hanno dominato la vita sulla terra per molti milioni di anni con forme acquatiche, terrestri e perfino capaci di volare, ormai estinte. I rettili moderni,vengono classificati in tre ordini principali:

i cheloni come tartarughe marine e testuggini di acqua dolce o terrestri;

i loricati come coccodrilli, caimani e alligatori;

gli squamati  come sauri e gli ofidi (serpenti).

Diversamente da quella degli anfibi, la pelle dei rettili è spessa e rivestita da uno strato corneo che forma squame e scudi. Questo tipo di rivestimento cutaneo ostacola l’evaporazione dei liquidi corporei e impedisce la disidratazione.

I polmoni sono ben sviluppati e la parete interna, ripiegata più volte, forma delle concamerazioni, gli alveoli polmonari. Il cuore ha tre camere : due atri e un ventricolo parzialmente diviso e , quindi si parla di circolazione doppia e incompleta; solo nei coccodrilli è completa.

Nei rettili nessun stadio del ciclo vitale si svolge nell’acqua. La

fecondazione è interna: lo sperma viene introdotto dal maschio all’ interno del corpo della femmina e l’uovo, voluminoso e ben protetto da un guscio, viene deposto nel terreno.

La comparsa di un uovo in grado di resistere all’ essiccamento ha consentito a questi animali la completa emancipazione dall’acqua anche nella fase riproduttiva.L’uovo dei rettili simile a quello degli uccelli, viene definito uovo amniotico e consente la vita fuori dall’acqua grazie ad alcuni accorgimenti.

Pur essendo vertebrati ben adattati alla vita fuori dall’acqua, i rettili non hanno potuto diffondersi in tutti gli ambienti terrestri.Questo perchè, come i pesci e gli anfibi, essi sono animali a ” sangue freddo” o meglio eterotermi. Ciò non vuol dire che il loro sangue sia realmente a bassa temperatura bensì che la temperatura del loro corpo dipende dalle condizioni dell’ambiente esterno. I rettili regolano l loro temperatura interna scaldandosi al sole .

VERTEBRATI TRA TERRA E CIELO:

GLI UCCELLI

Per immagazzinare calore e diventare attivi i rettili devono esporsi al sole. I loro discendenti, gli uccelli e i mammiferi, sono invece animali a “sangue caldo” o meglio omeotermi , cioè mantengono la temperatura del corpo costante. Essi producono calore all’interno del corpo e lo distribuiscono a tutte le sue parti attraverso la circolazione del sangue. L’avere una temperatura interna elevata e costante rende questi animali più indipendenti rispetto all’ambiente esterno. Gli uccelli  hanno una temperatura  interna di circa 41 °C ciò consente di rimanere attivi anche a temperature esterne molto basse; questo fatto, però, ha dei costi notevoli sia durante le fasi attive che durante quelle di riposo un animale omotermo deve mantenere alti il ritmo respiratorio e quello cardiaco.

Gli uccelli hanno perfezionato un sistema di respirazione polmonare unico tra i vertebrati: la capacità dei polmoni è incrementata da un sistema di sacchi aerei, distribuiti lungo il corpo e in comunicazione anche con le cavità presenti nelle ossa , che vengono chiamate  per questo ossa pneumatiche . Le ossa cave, estremamente leggere, sono anche perfettamente funzionali al volo.

Per ridurre la dispersione di calore corporeo, gli animali omotermi hanno sviluppato dei sistemi isolanti: il piumaggio negli uccelli e le pellicce nei mammiferi. Penne e piume altro non sono che una modificazione estrema delle squame dei rettili. E’ proprio grazie alle penne che alcune specie di uccelli, come i pinguini, sono in grado di vivere nelle regioni più fredde.

Ilpiumaggio di contorno, quello che aderisce strettamente al corpo dei pennuti, garantisce l’isolamento termico. Altre penne offrono invece un’ampia superficie portante pe il volo: sono le penne remiganti dell’ala, deputate al volo e le penne timoniere della coda, che hanno soprattutto funzione di timone.

Il corpo degli uccelli presenta altri adattamenti che ne fanno una vera e propria macchina per volare. Il cranio è piccolo e leggero perchè le pesanti mascelle dei rettili sono state sostituite da una struttura cornea priva di denti, il becco.Inoltre, i due arti anteriori si sono trasformati in ali e in particolare le ossa dalla mano risultano molto modificate. delle cinque dita ne rimangono solo tre.

Nella maggior parte delle specie la gabbia toracica è ben sviluppata; l’osso mediano a cui si saldano le costole, lo sterno, negli uccelli buoni volatori è carenato,presenta cioè un’espansione a forma di chiglia che offre un’ampia superficie d’inserzione per i muscoli del volo.

Tutti gli uccelli depongono uova amniotiche simili a quelle dei rettili che devono essere mantenute al caldo per assicurare una temperatura costante all’embrione in via di sviluppo.

I MAMMIFERI

Una delle principali caratteristiche dei mammiferi, che li aiuta a mantenere la temperatura corporea costante, è rappresenta dai peli che generalmente ricoprono la pelle. La pelle dei mammiferi ha una struttura abbastanza complessa. Lo strato più superficiale l’epidermide forma un rivestimento costituito da cellule morte, impregnato di cheratina, una sostanza impermeabile che limita le perdite di acqua. I peli, le unghie e gli zoccoli sono particolari ispessimenti della cheratina dell’epidermide che si trovano esclusivamente nei mammiferi. Nelle vicinanze di ogni pelo c’è una ghiandola che produce il sebo, una sostanza oleosa che serve da lubrificante; altre ghiandole producono il sudore.

Al di sotto della pelle si trova uno strato di grasso che la connette ai muscoli sottostanti.

La capacità di mantenere una temperatura interna costante ha reso i mammiferi molto più attivi,resistenti e adattabili rispetto ai rettili. La grande agilità che essi presentano è dovuta anche alla stupefacente varietà di arti che hanno sviluppato. arti adatti a saltare, a correre, a scavare, ad arrampicarsi sugli alberi, oppure pinne per il nuoto o addirittura ali per il volo.

I mammiferi hanno sviluppato denti molto specializzati, che consentono un efficace presa, lacerazione e masticazione a seconda del tipo di alimentazione.

Nei mammiferi i polmoni sono ben sviluppati e la respirazione è efficiente : un muscolo, il diaframma separa la cavità toracica da quella addominale e svolge una funzione molto importante nella dinamica respiratoria.. Il cuore presenta quattro cavità e la circolazione è doppia e completa come gli uccelli.

Oltre ai caratteri finora 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 ciò consente uno straordinario aumento di complessità delle facoltà intellettuali, in particolare dell’apprendimento e della memoria.

Un sistema di riproduzione e di cura della prole altamente perfezionato, che si distingue da tutti gli altri animali, e che presenta straordinari vantaggi.Tutti i mammiferi alimentano i piccoli alla nascita con il latte, una sostanza molto nutriente. Il latte viene prodotto dalle ghiandole mammarie, da cui deriva appunto il nome della classe.

In tutti i mammiferi la riproduzione è sessuata con fecondazione interna. La fecondazione interna è indispensabile negli animali terrestri perchè le cellule sessuali, uova e spermatozoi, non solo non possono sopravvivere nell’aria, ma neppure incontrarsi. Esse devono rimanere ben protette all’interno del corpo.

I mammiferi più primitivi sono ovipari, ossia depongono le uova come i rettili. Quando l’uovo si schiude la madre provvede al nutrimento del piccolo per mezzo di rudimentali ghiandole mammarie.Questo tipo di mammiferi oggi è rappresentato dai monotremi con specie come l’ornitorinco.

Poi ci sono i marsupiali, mammiferi vivipari forniti di marsupio. Nei marsupiali l’embrione si sviluppa in un organo cavo dell’apparato riproduttivo femminile, l’utero. Il parto, però, è precoce; subito dopo la nascita il piccolo, non ancora ben sviluppato si arrampica nel marsupio e rimane attaccato a un capezzolo finchè non ha completato lo sviluppo. I marsupiali, un tempo molto diffusi, oggi contano  poche specie: gli opossum, i canguri, koala, talpe, topi e  ratti marsupiali.

Infine, ci sono placentati, mammiferi vivipari provvisti di placenta, l’organo di scambio tra la madre e il feto.

Pur avendo successo sulla Terra, i mammiferi costituiscono una piccola classe se li paragoniamo ad altri gruppi di animali.

Essi, infatti, comprendono solo 4500 specie viventi: di queste i placentati sono il 95% e vengono classificati in ordini diversi in base soprattutto alle caratteristiche degli arti e al tipo di dentatura.