Unità 8 Strutture e funzioni degli animali Unità 8 Strutture e funzioni degli animali 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 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 4 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 5 A Livello di cellula Cellula muscolare 6 A Livello di cellula Cellula muscolare B Livello di tessuto Tessuto muscolare 7 A Livello di cellula Cellula muscolare B Livello di tessuto Tessuto muscolare C Livello di organo Cuore 8 A Livello di cellula Cellula muscolare B Livello di tessuto Tessuto muscolare C Livello di organo D Livello di sistema di organi Cuore Sistema circolatorio 9 A Livello di cellula Cellula muscolare B Livello di tessuto Tessuto muscolare C Livello di organo Cuore D Livello di sistema di organi Sistema circolatorio E Livello di organismo Molti sistemi di organi che interagiscono tra loro 10 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 11 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 12 Tonno Pinguino Foca 13 Tonno 14 Pinguino 15 Foca 16 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? 17 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 18 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? 19 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 20 Membrana basale (matrice extracellulare) Superficie libera dell’epitelio Nuclei delle cellule Tessuto sottostante A Epitelio squamoso semplice (rivestimento interno degli alveoli polmonari) D Epitelio cilindrico pseudostratificato ciliato (rivestimento interno delle vie respiratorie) B Epitelio cubico semplice (struttura di un tubulo renale) C Epitelio cilindrico semplice (rivestimento interno dell’intestino) E Epitelio squamoso stratificato (rivestimento interno dell’esofago) 21 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? 22 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 23 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 24 Gocciole di grasso Cellule di cartilagine C Tessuto adiposo Matrice Nucleo cellulare D Cartilagine (parte terminale di un osso) Fibre di collagene B Tessuto connettivo fibroso (tendini e legamenti) Fibra Cellula Canale centrale Globuli bianchi Matrice di collagene Fibre elastiche Globulo rosso A Tessuto connettivo Lasso (strato sottocutaneo) Plasma E Osso Cellule che formano l’osso F Sangue 25 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? 26 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 27 Unità muscolare contrattile Fibra muscolare Fibra muscolare Giunzione tra due cellule Nucleo Nucleo Fibra muscolare Nucleo B Muscolo cardiaco A Muscolo scheletrico C Muscolo liscio 28 8.6 Il tessuto muscolare permette il movimento STEP BY STEP Che cosa caratterizza il tessuto muscolare liscio rispetto a quello scheletrico e cardiaco? 29 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 30 31 8.7 Il tessuto nervoso forma una rete di comunicazione STEP BY STEP Quali tipi di cellule compongono il tessuto nervoso? 32 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 33 Intestino tenue Lume Lume Tessuto epiteliale (epitelio cilindrico) Tessuto connettivo Tessuto muscolare liscio (2 strati) Tessuto connettivo Tessuto epiteliale 34 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? 35 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 36 37 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 38 C Sistema circolatorio D Sistema respiratorio Cavità nasale Laringe Trachea Bronco Polmone Cuore Ipotalamo A Sistema endocrino Ipofisi Tiroide Vasi B Sistema sanguigni scheletrico Ossa Paratiroide Ghiandola surrenale Pancreas Ovaia (femmina) Testicolo (maschio) Cartilagine E Sistema muscolare Muscoli scheletrici F Sistema tegumentario Capelli Unghie Pelle 39 Ipotalamo A Sistema endocrino Ipofisi Tiroide B Sistema scheletrico Ossa Paratiroide Ghiandola surrenale Pancreas Ovaia (femmina) Cartilagine Testicolo (maschio) 40 C Sistema circolatorio Cuore D Sistema respiratorio Cavità nasale Laringe Trachea Bronco Polmone Vasi sanguigni 41 E Sistema muscolare Muscoli scheletrici F Sistema tegumentario Capelli Unghie Pelle 42 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 43 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 44 G, H Sistema linfatico e sistema immunitario K Sistema riproduttore Timo Midollo osseo Milza Linfonodi Maschio Femmina Vasi linfatici Prostata Ovidotto Ovaia Dotto deferente Pene Uretra Testicolo Utero Vagina I Sistema escretore Encefalo Organo di senso Bocca Rene Uretere Vescica Uretra Vescicole seminali J Sistema digerente Esofago Fegato Stomaco Intestino tenue Midollo spinale L Sistema nervoso Nervi Intestino crasso Ano 45 G, H Sistema linfatico e sistema immunitario Timo Midollo osseo Milza Linfonodi Vasi linfatici 46 I Sistema escretore Bocca Rene Uretere Vescica Uretra J Sistema digerente Esofago Fegato Stomaco Intestino tenue Intestino crasso Ano 47 K Sistema riproduttore Femmina Ovidotto Ovaia Utero Vagina Maschio Vescicole seminali Prostata Dotto deferente Pene Uretra Testicolo 48 Encefalo Organo di senso Midollo spinale L Sistema nervoso Nervi 49 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? 50 Lezione 2 GLI SCAMBI CON L’AMBIENTE ESTERNO 51 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 52 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 53 Ambiente esterno CO2 O Cibo 2 Bocca Animale Sistema respiratorio Sistema digerente Liquido interstiziale Sostanze nutritive Cuore Sistema circolatorio Cellule del corpo Sistema escretore Intestino Ano Sostanze non assorbite (feci) Prodotti di rifiuto metabolico (urina) 54 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? 55 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 56 57 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 58 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 59 Le ghiandole sudoripare secernono sudore che, evaporando, raffredda il corpo Il termostato nel cervello attiva i meccanismi di raffreddamento I vasi sanguigni della pelle si dilatano e il calore viene disperso La temperatura Il termostato spegne diminuisce i meccanismi di raffreddamento La temperatura sale sopra i livelli normali Omeostasi: la temperatura interna del corpo è di circa 36-38 °C La temperatura Il termostato spegne i meccanismi aumenta di riscaldamento I muscoli scheletrici si contraggono rapidamente provocando i brividi, che generano calore La temperatura scende sotto i livelli normali I vasi sanguigni della pelle si restringono, riducendo la perdita di calore Il termostato nel cervello attiva i meccanismi di riscaldamento 60 8.11 Gli animali regolano finemente l’ambiente interno STEP BY STEP Spiega in che modo è regolata la temperatura corporea negli esseri umani 61
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