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I celomati sono animali che hanno cavità interne del corpo, o celomi. Gli esseri umani sono celomati, poiché abbiamo una cavità addominale che contiene gli organi digestivi, alcuni degli organi escretori e riproduttivi, e una cavità toracica che contiene il cuore e i polmoni. Gli scheletri esterni e i celomi apparvero durante il periodo Cambriano-Ordoviciano.

Questi scheletri offrono diversi vantaggi ai loro produttori:

1. La secrezione di un guscio minerale che permetteva all’animale di utilizzare il guscio come deposito di minerali.

2. Protezione dall’essiccazione nella zona intertidale durante le basse maree.

3. Protezione dai predatori.

4. Siti per l’ancoraggio degli attacchi muscolari, offrendo nuovi modelli di locomozione e maggiore forza.

Protostomi (molluschi, anellidi e artropodi) – si sviluppano in modo che la prima apertura nell’embrione sia la bocca (protostomo = prima bocca). I protostomi sono bilateralmente simmetrici, hanno tre strati germinali, il livello di organizzazione degli organi, il piano corporeo a tubo nel tubo e un vero celoma.

Il celoma, una cavità corporea tra il tubo digerente e la parete del corpo completamente rivestita dal mesoderma, permette al sistema digestivo e alla parete del corpo di muoversi indipendentemente. Per questo motivo, gli organi interni possono essere più complessi. Il fluido celomico aiuta la respirazione e la circolazione diffondendo i nutrienti, e l’escrezione accumulando i rifiuti.

Questo fluido funziona al posto di diversi sistemi di organi negli animali superiori. Il celoma può servire come area di stoccaggio per uova e spermatozoi, facilitando lo sviluppo di questi gameti all’interno del corpo animale. Il liquido celomico protegge gli organi interni e serve anche come scheletro idrostatico. I protostomi sviluppano il loro embrione per scissione a spirale.

I deuterostomi (come esemplificato dagli echinodermi e dai cordati) sviluppano prima l’ano, poi la bocca all’altra estremità dell’embrione.

I deuterostomi sono animali celomizzati che hanno queste caratteristiche embriologiche:

i. Scissione radiale nella divisione cellulare embrionale – le cellule figlie siedono sopra le cellule precedenti.

ii. Il destino delle cellule è indeterminato; se le cellule embrionali sono separate, ciascuna si sviluppa in un organismo completo.

iii. Il blastoporo è associato all’ano, e la seconda apertura embrionale è associata alla bocca.

Phylum Echinodermata:

Ci sono 6000 specie di echinodermi; tutte le specie esistenti sono marine. Il phylum Echinodermata include i ricci di mare, le stelle di mare, i cetrioli di mare e le stelle marine. La maggior parte degli adulti ha una simmetria radiale, mentre le loro larve sono bilateralmente simmetriche.

Gli echinodermi hanno un endoscheletro costituito da piastre calcaree con spine. La simmetria radiale sembra essere un vantaggio per gli echinodermi che vivono principalmente sul fondo, che possono così nutrirsi in ogni direzione. Gli echinodermi adulti non hanno cervello. I membri del phylum hanno un sistema vascolare acquatico che alimenta la loro moltitudine di piedi tubolari.

Ci sono diverse classi tassonomiche di echinodermi più o meno familiari al grande pubblico.

Sono:

i. Classe Crinoidea:

La classe Crinoidea comprende circa 600 specie di crinoidi, i “gigli” di mare peduncolati e le stelle piume mobili. Le loro braccia ramificate sono usate per il filtraggio e danno agli animali un aspetto simile a un fiore o a una pianta (da cui il termine giglio di mare). I gambi dei crinoidi e le teste dei blastoidi sono fossili comuni in alcune parti del Nord America.

ii. Classe Holothuroidea:

La classe Holothuroidea ha 1.500 specie di cetrioli di mare. Gli oloturoidei hanno un corpo lungo e coriaceo, e si nutrono per mezzo di tentacoli situati intorno alla loro bocca.

iii. Classe Echinoidea:

Gli scienziati collocano generalmente circa 950 specie di ricci di mare e dollari di sabbia nella classe Echinoidea. Sia i ricci di mare che i dollari di sabbia hanno spine che usano per la locomozione, la difesa e per scavare. I ricci di mare hanno spine lunghe e smussate. Le dune di sabbia sono appiattite con uno schema a fiore in cinque parti di pori per le proiezioni della pelle.

iv. Classe Ophiuroidea:

La classe Ophiuroidea consiste di circa 2.000 specie di stelle fragili. Le stelle fragili hanno un disco centrale da cui si irradiano lunghe braccia flessibili. Queste lunghe braccia permettono loro di muoversi rapidamente.

v. Classe Asteroidea:

La classe Asteroidea contiene circa 1.500 specie di stelle marine (comunemente note come stelle marine). La maggior parte delle stelle marine hanno un corpo appiattito dorsoventralmente. Le stelle di mare hanno un disco centrale a cui sono attaccate cinque, o un multiplo di cinque, braccia robuste. Le stelle di mare sono comuni lungo le coste rocciose dove si nutrono di vongole, ostriche e altri bivalvi.

Il corpo a cinque raggi ha un lato orale (bocca) e uno aborale (superiore). Le spine sporgono dalla placca endoscheletrica attraverso il derma sottile. Le pedicellarie a tenaglia mantengono la superficie libera da particelle. Lo scambio di gas è condotto da branchie cutanee. Sulla superficie orale, ogni braccio ha una scanalatura rivestita di piedi tubolari.

Una stella di mare si nutre estendendo il suo stomaco. Si posiziona sopra un bivalve e attacca i piedi tubolari su ogni lato della conchiglia. Lavorando i piedi tubolari in modo alternato, apre la conchiglia. Solo una piccola crepa è necessaria per inserire il suo stomaco cardiaco nella preda. Gli enzimi dello stomaco iniziano a digerire il bivalve mentre questo cerca di chiudere la conchiglia.

Il cibo parzialmente digerito viene poi portato nello stomaco pilorico per la completa digestione. Un breve intestino si apre all’ano sul lato aborale. Ogni braccio ha un celoma ben sviluppato che contiene un paio di ghiandole digestive e gonadi maschili o femminili. Il sistema nervoso è un anello centrale con nervi radiali in ogni braccio. Un occhio sensibile alla luce si trova all’estremità di ogni braccio, facilitando risposte coordinate ma lente.

La locomozione dipende dal sistema vascolare dell’acqua. L’acqua entra dal lato aborale attraverso la piastra di setaccio, che è anche conosciuta come madreporite. L’acqua passa attraverso un canale di pietra in un canale anulare e nei canali radiali in ogni braccio.

I canali radiali alimentano i canali laterali che si estendono nei piedi del tubo, ognuno dei quali ha un’ampolla. La contrazione di un’ampolla spinge l’acqua nel piede tubolare, espandendolo; quando il piede tocca una superficie, il centro si ritira formando un’aspirazione e aderendo alle superfici.

Gli echinodermi non hanno sistemi respiratori, escretori e circolatori complessi. I fluidi all’interno della cavità celomica svolgono la funzione di diffusione delle sostanze e dei gas. Lo scambio di gas avviene attraverso le branchie cutanee e i piedi a tubo. I rifiuti azotati si diffondono attraverso il liquido celomico e attraverso la parete del corpo. Le ciglia sul peritoneo che riveste il celoma mantengono il fluido celomico in movimento.

Le stelle marine si riproducono sia sessualmente che asessualmente. Se il corpo è frammentato, ogni frammento può rigenerare un intero animale. Le stelle marine depongono le uova e rilasciano contemporaneamente uova o sperma. Le larve bilaterali subiscono una metamorfosi per diventare un adulto a simmetria radiale.

Phylum Hemichordata:

Il Phylum Hemichordata comprende circa 90 specie di vermi ghiandolari. Alcuni vermi ghiandaia che vivono sulle piane di fango di marea hanno una proboscide, un collare e una proboscide. Il cordone nervoso dorsale nel colletto e nel tronco assomiglia al cordone nervoso dei cordati. La faringe sotto il collare ha fessure branchiali. La larva degli emicordati assomiglia a quella degli echinodermi.

Questi fatti portano alcuni scienziati a credere che gli echinodermi e gli emicordati condividano un antenato comune e che gli emicordati e i cordati siano legati da un antenato comune.

Gli emicordati sono classificati in tre classi, due con membri viventi e una composta solo da forme fossili. Gli Enteropneusta comprendono i vermi ghiandaia; gli Pterobranchia comprendono 20 specie di vermi coloniali che vivono sul fondo. Il gruppo fossile (estinto), i Graptolithina (graptoliti), sono fossili comuni nell’Ordoviciano e nel Siluriano. Sono stati recentemente collocati in questo phylum.

Phylum Chordata:

Il Phylum Chordata comprende circa 45.000 specie che occupano quasi tutti gli ambienti.

Tutti i cordati ad un certo punto della loro storia di vita hanno:

I. Una notocorda – un’asta dorsale di sostegno situata dorsalmente appena sotto il midollo nervoso; fornisce supporto e viene sostituita dalla colonna vertebrale nei vertebrati.

II. Un midollo nervoso cavo dorsale – un canale pieno di liquido; il midollo spinale è protetto dalle vertebre.

III. Sacche branchiali faringee – aperture che funzionano per l’alimentazione, lo scambio di gas o entrambi.

Queste caratteristiche si vedono solo durante lo sviluppo embrionale nella maggior parte dei vertebrati. Non tutti i cordati sono vertebrati. Nei cordati invertebrati, nei pesci e nelle larve degli anfibi, le sacche branchiali faringee diventano branchie funzionanti.

I vertebrati terrestri hanno le loro sacche modificate per vari scopi; negli esseri umani, le prime sacche diventano le tube uditive, le seconde diventano tonsille, e la terza e quarta coppia diventano il timo e le ghiandole paratiroidi.

La maggior parte dei cordati ha uno scheletro interno contro cui lavorano i muscoli. La maggior parte ha una coda post anale che si estende oltre l’ano; in alcuni (come l’uomo), questa può apparire solo negli embrioni.

L’origine evolutiva dei cordati rimane un mistero, anche se la biochimica e l’embriologia comparata indicano che echinodermi e cordati condividono un’origine comune. Anche se scarsi, i reperti fossili del Cambriano suggeriscono che i cordati erano presenti nei depositi di Burgess Shale.

Cordi invertebrati:

Non tutti i cordati sono vertebrati. Alcuni cordati sono invertebrati, senza colonna vertebrale. In questi cordati invertebrati, la notocorda persiste e non è mai sostituita dalla colonna vertebrale.

i. Subphylum Urochordata:

Il subphylum Urochordata contiene 1.250 specie di tunicati che hanno fessure branchiali. Gli adulti hanno un corpo composto da una tunica esterna con un sifone incorrente e uno ricorrente. Quando sono disturbati, i tunicati tendono a spruzzare acqua fuori. L’acqua passa in una faringe ed esce attraverso numerose fessure branchiali, l’unica caratteristica dei cordati che rimane negli adulti.

Particelle microscopiche aderiscono a una secrezione mucosa nella faringe e vengono mangiate. Le larve sono bilateralmente simmetriche e hanno le tre caratteristiche dei cordati. La larva del tunicato metamorfosa nell’adulto sessile. Il battito delle numerose ciglia che rivestono l’interno della faringe crea una corrente per muovere l’acqua attraverso il tunicato.

Alcuni suggeriscono che le larve siano diventate sessualmente mature senza sviluppare le caratteristiche dei tunicati; quindi, una larva urocordata era ancestrale ai vertebrati; oppure una larva cefalocordata potrebbe essere stata ancestrale ai vertebrati.

ii. Subphylum Cephalochordata:

Le lancette hanno tre caratteristiche di cordati. Le 23 specie di lancette si trovano nel genere Branchiostoma nel subphylum Cephalochordata. Il loro corpo allungato, a forma di lancia, assomiglia alla lancetta, un coltello chirurgico a due tagli. Abitano in acque costiere poco profonde; giacciono parzialmente sepolti in substrati sabbiosi e si nutrono di filtri.

Le lancette si nutrono di particelle microscopiche filtrate dal flusso costante di acqua che entra nella bocca ed esce attraverso le fessure branchiali in un atrio che si apre all’atrioporo. Le lancette mantengono le tre caratteristiche dei cordati da adulte. La notocorda si estende dalla testa alla coda, il che spiega il nome “Cephalochordata”. Le lancette hanno muscoli segmentati e il loro cordone nervoso cavo dorsale ha rami periodici.

Cordati vertebrati:

I vertebrati comprendono un grande gruppo di cordati, e sono suddivisi in sette classi (3 classi di pesci, anfibi, rettili, uccelli e mammiferi). I vertebrati hanno uno scheletro interno di cartilagine o osso, con vertebre che circondano il midollo dorsale.

Subphylum Vertebrata:

Il subphylum Vertebrata consiste di circa 43.700 specie di animali con spina dorsale. I vertebrati mostrano tutte e tre le caratteristiche dei cordati ad un certo punto della loro vita. La notocorda embrionale è sostituita da una colonna vertebrale nell’adulto. La colonna vertebrale è fatta di singoli segmenti duri (vertebre) che circondano il cavo nervoso dorsale.

Il cordone nervoso è l’unica caratteristica cordata presente nella fase adulta di tutti i vertebrati. La colonna vertebrale, parte di un endoscheletro flessibile ma forte, è la prova che i vertebrati sono segmentati. Lo scheletro dei vertebrati è tessuto vivente (cartilagine o osso) che cresce man mano che l’animale cresce.

L’endoscheletro e i muscoli formano un sistema di organi (il sistema muscoloscheletrico) che permette un movimento rapido ed efficiente. Le pinne pettorali e pelviche dei pesci si sono evolute in appendici articolate che hanno permesso ai vertebrati di spostarsi sulla terraferma. Il cranio, la componente più anteriore dell’asse principale dell’endoscheletro dei vertebrati, racchiude il cervello.

L’alto grado di cefalizzazione dei vertebrati è accompagnato da complessi organi di senso concentrati nella regione della testa. Gli occhi si sono sviluppati come escrescenze del cervello. Le orecchie erano dispositivi di equilibrio nei vertebrati acquatici che funzionano come ricevitori di onde sonore nei vertebrati terrestri.

I vertebrati hanno un sistema digestivo completo e un grande celoma. Il loro sistema circolatorio è chiuso, con pigmenti respiratori contenuti nei vasi sanguigni. Lo scambio di gas è effettuato in modo efficiente dalle branchie, dai polmoni e, in alcuni casi, dalla pelle umida. I reni sono efficienti nell’escrezione dei rifiuti azotati e nella regolazione dell’acqua. La riproduzione è di solito sessuale con sessi separati.