Capitolo 15 Strutture e funzioni degli animali: i concetti unificanti
Organizzazione strutturale gerarchia del corpo degli animali 15.1 Le strutture del corpo degli animali sono perfettamente correlate con la loro funzione L anatomia è lo studio della struttura di un organismo. La fisiologia è lo studio delle funzioni delle varie parti di un organismo.
Le funzioni di specifiche parti di un organismo (come le ali) dipendono dalla loro particolare struttura. Arto anteriore Polso Primo dito Rachide Palmo Secondo dito Terzo dito Struttura ossea Struttura della penna Rachide Barba Barbula Uncino Figura 15.1
15.2 Gli animali sono dotati di un organizzazione strutturale di tipo gerarchico L organizzazione strutturale del mondo vivente è impostata secondo diversi livelli gerarchici. A Livello di cellula Cellula muscolare B Livello di tessuto Tessuto muscolare D Livello di sistema Sistema cardiovascolare C Livello di organo Cuore Figura 15.2 E Livello di organismo Il risultato dell interazione di molti sistemi
15.3 I tessuti sono gruppi di cellule con struttura e funzioni comuni In quasi tutti gli organismi pluricellulari, la maggioranza delle cellule del corpo è organizzata in tessuti. I tessuti sono composti da gruppi di cellule simili, specializzate, che hanno cioè una struttura particolare che consente loro di svolgere un compito preciso. Negli animali sono presenti quattro tipi di tessuto: epiteliale, connettivo, muscolare e nervoso.
15.4 Il tessuto epiteliale riveste internamente ed esternamente il corpo e i suoi organi Il tessuto epiteliale, detto anche epitelio, è costituito da strati di cellule strettamente adiacenti che rivestono le superfici corporee, gli organi interni e le cavità del corpo. I diversi tipi di tessuto epiteliale vengono definiti in base al numero di strati cellulari da cui sono composti e dalla forma delle cellule predominanti nel tessuto.
Il tessuto epiteliale svolge funzioni di protezione, secrezione e scambio. Superficie libera dell epitelio Membrana basale (matrice) Tessuto sottostante Nuclei delle cellule A Epitelio squamoso semplice (rivestimento interno degli alveoli polmonari) D Epitelio squamoso stratificato (rivestimento interno dell esofago) Figura 15.4 B Epitelio cubico semplice (che forma un dotto renale) C Epitelio cilindrico semplice (rivestimento interno dell intestino) Strato di cellule morte Cellule epiteliali in rapida divisione Colonizzata SEM E Epitelio squamoso stratificato (pelle umana)
15.5 Il tessuto connettivo tiene uniti gli altri tessuti e li sostiene I vari tipi di tessuto connettivo sono formati da un insieme di cellule sparse e circondate da una sostanza detta matrice. Generalmente, la matrice è composta da fibre immerse in una sostanza che può essere liquida, gelatinosa o solida.
Il tessuto connettivo sostiene e tiene uniti gli altri tessuti. Gocciole di grasso Cellule cartilaginee C Tessuto adiposo Matrice Nucleo della cellula D Tessuto cartilagineo (parte terminale di un osso) Fibre di collagene B Tessuto connettivo fibroso (forma tendini e legamenti) Cellula Globuli bianchi Fibra di collagene Globulo rosso Fibre elastiche Plasma A Tessuto connettivo lasso Figura 15.5 (strato sottocutaneo) F Sangue E Tessuto osseo Canale centrale Matrice Cellule ossee
15.6 Il tessuto muscolare permette il movimento Il tessuto muscolare è costituito da fasci di lunghe cellule chiamate fibre muscolari ed è il più abbondante tessuto negli animali. Il tessuto muscolare scheletrico è formato da muscoli detti volontari perché, in genere, l animale può controllarne la contrazione. Il tessuto muscolare cardiaco costituisce il tessuto contrattile del cuore. I muscoli cardiaci pompano il sangue. Il tessuto muscolare liscio è costituito da fibre involontarie responsabili della contrazione delle pareti degli organi interni come lo stomaco.
I tre tipi di muscoli: Unità di contrazione muscolare Fibra muscolare Fibra muscolare Nucleo Giunzione tra due cellule Nucleo B Muscolo cardiaco Fibra muscolare Nucleo A Muscolo scheletrico C Muscolo liscio Figura 15.6
15.7 Il tessuto nervoso forma una rete di comunicazione Il tessuto nervoso trasmette le informazioni da una parte all altra del corpo sotto forma di segnali, o impulsi, nervosi. Percepisce gli stimoli, determina e dirige le risposte e fa sì che le varie parti del corpo agiscano come un insieme coordinato. Corpo cellulare Nucleo Prolungamenti cellulari Figura 15.7 LM 330
15.8 Gli organi sono formati da tessuti Un organo è costituito da diversi tessuti che, nel loro insieme, hanno il compito di svolgere una specifica funzione. Lume Tessuto epiteliale (epitelio cilindrico) Intestino tenue (in sezione) Lume Tessuto connettivo Tessuto muscolare liscio (2 strati) Tessuto connettivo Figura 15.8 Tessuto epiteliale
15.9 I sistemi cooperano per svolgere le funzioni vitali Per costituire un sistema (o apparato) è necessaria l integrazione di diversi organi. Ogni sistema svolge una o più funzioni. Nei vertebrati sono presenti 12 sistemi principali.
Il sistema digerente e il sistema respiratorio accumulano cibo e ossigeno. Bocca Esofago Fegato Stomaco Intestino tenue Cavità nasale Laringe Trachea Polmone Bronco Intestino crasso Ano A Sistema digerente B Sistema respiratorio Figure 15.9A, B
Il sistema cardiovascolare, aiutato dal sistema linfatico, rifornisce le cellule del corpo di ossigeno e sostanze nutritive. Il sistema immunitario, insieme al sistema linfatico, protegge il corpo dall attacco di sostanze estranee, microrganismi e cellule cancerose. Cuore Midollo osseo Timo Milza Linfonodi Vasi sanguigni Vasi linfatici Figure 15.9C E C Sistema cardiovascolare D Sistema immunitario E Sistema linfatico
Il sistema escretore elimina dal sangue le sostanze azotate di scarto. Il sistema endocrino e il sistema nervoso controllano e coordinano le attività corporee. Rene Uretere Vescica Uretra Ipofisi Tiroide Timo Ghiandola surrenale Pancreas Testicolo (maschio) Ovaia (femmina) Cervello Organo di senso Midollo spinale Nervi F Sistema escretore Figure 15.9F G G Sistema endocrino H Sistema nervoso
Il sistema tegumentario riveste e protegge il corpo. Il sistema scheletrico e il sistema muscolare sostengono l organismo e gli permettono di muoversi e mantenere una postura. Capelli Cartilagine Pelle Muscoli scheletrici Unghie Ossa Figure 15.9I M I Sistema tegumentario L Sistema scheletrico M Sistema muscolare
Il sistema riproduttore produce i gameti e gli ormoni sessuali. Maschio Femmina Prostata Vescicole seminali Uretra Pene Ovidotto Ovaia Utero Vagina Testicoli Figura 15.9N N Sistema riproduttore
COLLEGAMENTI 15.10 Nuove tecniche di visualizzazione delle immagini permettono di osservare l interno del corpo Tra gli sviluppi più straordinari della tecnologia in campo medico vi sono le tecniche che permettono ai medici di «vedere» gli organi e i sistemi senza dover ricorre alla chirurgia. I raggi X, scoperti nel 1895, sono stati il primo strumento che ha consentito di produrre un immagine fotografica (radiografia) degli organi interni. I raggi X vengono usati di routine per evidenziare le fratture delle ossa e le carie.
La tomografia assiale computerizzata (TAC) fornisce, grazie a un computer, immagini di una sequenza di sottili sezioni trasversali del corpo ed è un eccellente strumento diagnostico. Figura 15.10A Figura 15.10B
La risonanza magnetica (RM) è una tecnica che sfrutta il comportamento degli atomi di idrogeno contenuti nelle molecole d acqua. È in grado di evidenziare chiaramente i tessuti molli perché questi sono costituiti prevalentemente da acqua. È particolarmente adatta per evidenziare problemi a livello dei tessuti nervosi circondati da osso, come le fibre nervose nel midollo spinale.
La risonanza magnetica microscopica (RMM) fornisce immagini tridimensionali di strutture molto piccole (come gli organi di un embrione). Figura 15.10C
La tomografia a emissione di positroni (PET) è una tecnica che fornisce informazioni sui processi metabolici in punti specifici del corpo. MAX ASCOLTARE PAROLE VEDERE PAROLE Figura 15.10D EMETTERE PAROLE PENSARE PAROLE MIN
Gli scambi con l ambiente esterno e l omeostasi 15.11 Gli adattamenti strutturali favoriscono gli scambi chimici tra gli animali e l ambiente Gli animali non possono sopravvivere se non scambiano sostanze con l esterno. Questi scambi avvengono anche a livello della cellula, attraverso la propria membrana.
Nei piccoli animali con una struttura corporea semplice (come l idra) la superficie esposta di ogni cellula è abbastanza estesa da poter provvedere in modo soddisfacente, tramite la diffusione e il trasporto attivo, alle esigenze dell intero volume del citoplasma. Bocca Diffusione Diffusione Due strati di cellule Cavità gastrovascolare Figura 15.11A
Gli animali con un corpo strutturalmente complesso hanno strutture specializzate che aumentano la superficie interna. Ambiente esterno Lo scambio di sostanze tra il sangue e il corpo avviene attraverso il liquido interstiziale: le sostanze passano dal sangue al liquido interstiziale e da questo alle cellule. Intestino Bocca Sistema digerente Sostanze nutritive Cibo Sangue Cuore CO 2 O 2 Sistema circolatorio Sistema respiratorio Sistema escretore Cellule Liquido interstiziale Ano Figura 15.11B Sostanze non assorbite (feci) Prodotti di rifiuto metabolico (urina)
Il sistema respiratorio possiede un enorme superficie interna, con un ampia rete di capillari. Figura 15.11C
15.12 Gli animali regolano il proprio ambiente interno In risposta ai cambiamenti delle condizioni dell ambiente esterno, molti animali possono mantenere relativamente costanti le condizioni del proprio ambiente interno, una condizione nota come omeostasi. Ambiente esterno Ampie fluttuazioni Meccanismi omeostatici Ambiente interno Piccole fluttuazioni Figura 15.12A Figura 15.12B
15.13 L omeostasi è regolata da meccanismi a feedback negativo La maggior parte dei sistemi di controllo che regolano l omeostasi si basa su un meccanismo a feedback negativo, nel quale il cambiamento di una variabile provoca reazioni che contrastano quel cambiamento. Il termostato nel cervello attiva meccanismi di raffreddamento. Temperatura al di sopra della norma Aumento della temperatura Il termostato spegne i meccanismi di raffreddamento. Omeostasi: Temperatura interna del corpo di circa 36 38 ο C Il termostato spegne i meccanismi di riscaldamento. I vasi sanguigni della pelle si restringono; la perdita di calore viene resa minima. Le ghiandole sudoripare secernono sudore che, evaporando, raffredda il corpo. I vasi sanguigni della pelle si dilatano; il calore viene disperso. Diminuzione della temperatura Temperatura al di sotto della norma Il termostato nel cervello attiva meccanismi di riscaldamento. Figura 15.13 I muscoli scheletrici si contraggono rapidamente, provocando brividi, che generano calore.