Adattamenti anatomici e fisiologici all ambiente acquatico

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Valerio Romagnoli
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Adattamenti anatomici e fisiologici all ambiente acquatico L anatomia interna dei cetacei, pur mostrando un completo adattamento alla vita acquatica mantiene la struttura e gli organi tipici dei

1 Adattamenti anatomici e fisiologici all ambiente acquatico L anatomia interna dei cetacei, pur mostrando un completo adattamento alla vita acquatica mantiene la struttura e gli organi tipici dei mammiferi terrestri. I Cetacei respirano aria mediante i polmoni, hanno sangue caldo e partoriscono piccoli già ben formati, che le madri allattano con il secreto delle ghiandole mammarie. I meccanismi metabolici e fisiologici presentano anch essi adattamenti alla vita acquatica, consentendo di massimizzare i tempi di apnea e evitare problemi circolatori legati agli sbalzi di pressione idrostatica.

L'adattamento alla vita in acqua ha reso questi Mammiferi talmente simili a pesci da essere considerati tali da tutti tranne che dai più illuminati zoologi, tra cui Aristotele.

2 L'adattamento alla vita in acqua ha reso questi Mammiferi talmente simili a pesci da essere considerati tali da tutti tranne che dai più illuminati zoologi, tra cui Aristotele. Qualsiasi traccia degli arti posteriori, con l'eccezione dei rudimenti del cinto pelvico ed eccezionalmente del femore, è scomparsa. L'organo propulsore è la coda, azionata da una muscolatura sviluppata e articolata in due lobi orizzontali che aumentano l'efficacia. Nelle specie più veloci è comparsa sul dorso, con funzioni di stabilizzatore, una formazione non connessa con lo scheletro, formata da una duplicatura cutanea, tessuto connettivo e fibre di collagene: la pinna dorsale. Gli arti anteriori si sono trasformati in pinne pettorali.

3 Gli adattamenti dello scheletro sono funzionali al nuoto, all immersione e al fatto che in acqua lo scheletro sostiene solo in parte il peso del corpo. Le ossa sono spugnose e impregnate di grasso per migliorare il bilanciamento idrostatico.

4 Il collo è scomparso, mentre il capo si è saldato al tronco e in molti casi si è avuta una fusione delle vertebre cervicali. Il cranio degli Odontoceti, a differenza di quello dei Misticeti, ha subito una deformazione laterale che gli conferisce una marcata asimmetria: Forse una condizione vantaggiosa nell'uso del biosonar. Il Capodoglio del Museo di Storia Naturale di Milano

Le narici, riunite in uno sfiatatoio (con una o due aperture), sono migrate verso la

L area intorno è sensibile alla variazione di pressione e consente di regolarne l apertura

La differenza anatomica più rilevante tra Misticeti e Odontoceti rimane la conformazione

5 Le narici, riunite in uno sfiatatoio (con una o due aperture), sono migrate verso la sommità del capo. L area intorno è sensibile alla variazione di pressione e consente di regolarne l apertura e la chiusura. La differenza anatomica più rilevante tra Misticeti e Odontoceti rimane la conformazione della bocca. In questi ultimi le mascelle sono fornite di denti, mentre i primi ne sono completamente sprovvisti; al loro posto, solo nella mascella superiore, possiedono i fanoni, lamine cornee triangolari, con il lato interno sfrangiato in setole.

6 Particolari sacche racchiudono le mammelle e gli organi genitali che vengono estroflessi solo all uso.

Idrodinamicità La forma affusolata dei cetacei offre la minore resistenza idrodinamica La pelle, più spessa di quella dei mammiferi terrestri, aumenta l efficienza della spinta propulsiva.

7 Idrodinamicità La forma affusolata dei cetacei offre la minore resistenza idrodinamica La pelle, più spessa di quella dei mammiferi terrestri, aumenta l efficienza della spinta propulsiva. Il pelo è scomparso (rimangono tracce nei feti e sul rostro (vibrisse con funzione tattile) rimpiazzato, nella funzione di coibente termico, da uno spesso pannicolo adiposo, l'ampio strato di grasso sottocutaneo. Il grasso rende la forma del corpo più smussata e bilancia il peso dell animale, favorendone il galleggiamento

La termoregolazione Il potere raffreddante dell'acqua può raggiungere valori 50 o 100 volte superiori a quelli dell'aria. Per un Mammifero omeotermo si presenta il problema della perdita di calore.

8 La termoregolazione Il potere raffreddante dell'acqua può raggiungere valori 50 o 100 volte superiori a quelli dell'aria. Per un Mammifero omeotermo si presenta il problema della perdita di calore. E un isolante situato all'interno della superficie di dissipazione calorica. In caso di surriscaldamento, il sangue può superare la barriera isolante e dissipare il calore attraverso vascolarizzazioni cutanee, presenti soprattutto sulle pinne. I Cetacei hanno risolto questo problema sostituendo la pelliccia (efficiente soltanto in aria) con il pannicolo adiposo (blubber), che presenta capacità coibenti. Lo spessore del pannicolo adiposo dipende dalla disponibilità di cibo. Questo meccanismo consente a molte specie di sopravvivere in acque polari e tropicali. L aumento delle dimensioni consente una minore superficie corporea e quindi una minore dispersione di calore.

9 La capacità d immersione I Cetacei devono respirare in superficie, ma sono costretti ad allontanarsene per mangiare. Meccanismi fisiologici permettono di prolungare l'apnea, soprattutto in specie, come Capodoglio e Zifiidi, specializzate nella predazione dei calamari mesopelagici. Due sono i principali adattamenti: la capacità di prolungare il tempo di apnea, e quella di evitare problemi (tra cui l'embolia) causati dagli sbalzi di pressione. 1) L'alta densità dei pigmenti respiratori emoglobina e mioglobina, nel sangue e nel muscolo, immagazzinano ossigeno nei tessuti più esigenti. Durante le immersioni gli organi meno importanti vengono tagliati fuori dal circolo sanguigno grazie a meccanismi di vasocostrizione; viene resa più efficace l'irrorazione di organi importanti, come il cervello; In immersione il battito cardiaco rallenta sensibilmente (bradicardia).

10 2) I problemi derivanti dalla decompressione vengono evitati riducendo la quantità di aria gassosa: Il volume dei polmoni è ridotto in relazione alla mole corporea, la quantità di azoto che può passare nel sangue e nei tessuti, dopo ogni atto inspiratorio è ridotta; Immergendosi, i cetacei non incamerano più aria di quanta i loro polmoni possano contenere; Oltre i 70 m di profondità la comprimibilità dei polmoni e la gabbia toracica flessibile, provocano il collasso alveolare, che interrompe lo scambio di gas tra polmoni e sangue; Un complesso sistema circolatorio arterioso, la rete mirabile toracospinale, cattura bolle di azoto che si generano durante l'emersione, e le libera, a poco a poco, tra un'immersione e l'altra.

11 L equilibrio osmotico L acqua di mare è un ambiente la cui salinità è superiore alla concentrazione di sali all'interno dell'organismo. Gli animali devono perciò regolare il proprio equilibrio osmotico: - limitando l'ingestione di sali dall'esterno; eliminando quelli di cui non è stato possibile evitare l'ingresso. I Cetacei non hanno ghiandole sudoripare, i principali organi devoluti alla funzione escretrice sono i reni. Sono particolarmente efficienti: la parte corticale è molto sviluppata e la loro superficie filtrante consente la produzione di un urina più concentrata dell'acqua di mare, permettendo l ingestione di piccoli quantitativi di acqua salata per dissetarsi.

Anche il mondo sensoriale ha subito evoluzioni: Il sistema olfattivo periferico si è ridotto totalmente, pur ricorrendo durante i primi stadi dell ontogenesi; La sensibilità cutanea è importante nei

12 Anche il mondo sensoriale ha subito evoluzioni: Il sistema olfattivo periferico si è ridotto totalmente, pur ricorrendo durante i primi stadi dell ontogenesi; La sensibilità cutanea è importante nei contatti sociali. I cetacei vedono bene sia fuori che dentro l acqua. La pupilla presenta due fori, usati differentemente nei due ambienti. La curvatura del cristallino è modificata in modo da consentire la messa a fuoco. Nei cetacei di fiume la vista è poco funzionale ed è sostituita dal tatto. Nuotano su un fianco, in modo da toccare con la pinna pettorale il fondo.

13 Comunque, è il sistema acustico ad essere dominante nel mondo sensoriale dei Cetacei. Uno dei maggiori passi in avanti nell evoluzione è stato, infatti, l adattamento alla ricezione dei suoni provenienti dall acqua. Anche il biosonar è considerato un importante strumento utilizzato per vedere

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