Fisiologia Animale: Evoluzione dell'Apparato Escretore e del Sistema Nervoso

L'Apparato Escretore e il Metabolismo Cellulare

L'apparato escretore interviene nel metabolismo cellulare per l'eliminazione di un certo numero di sostanze che devono essere espulse dal corpo, poiché alcune di esse sono molto tossiche, come le scorie azotate. Altre sostanze non sono tossiche in sé, ma possono rappresentare un problema per l'animale a seconda del suo habitat, come i sali minerali per gli animali acquatici. Molti rifiuti metabolici sono escreti attraverso la pelle, anche negli animali più evoluti. Tuttavia, esistono strutture specializzate nella regolazione dell'ambiente interno che, oltre a espellere le sostanze tossiche, controllano i parametri di acqua, sali minerali e nutrienti all'interno dell'animale.

Forme di Rimozione dell'Azoto

La rimozione dell'azoto viene eseguita attraverso diverse forme molecolari, quali ammoniaca, urea o acido urico:

• Ammoniotelici: L'espulsione sotto forma di ammoniaca richiede la capacità di catturare costantemente grandi quantità di acqua, in quanto l'ammoniaca deve essere immediatamente rimossa e disciolta. In caso contrario, l'animale morirebbe. Pertanto, gli animali che producono scorie azotate ammoniacali vivono in acqua, come i pesci ossei.
• Ureotelici: Squali, razze, anfibi adulti, tartarughe e mammiferi espellono urea. L'urea si forma quando i radicali amminici si legano al carbonio. Questa sostanza, pur essendo tossica, può essere conservata all'interno dell'animale quando è disciolta in acqua.
• Uricotelici: Gli animali che hanno bisogno di limitare le perdite d'acqua, come insetti o rettili, o che non possono accumulare grandi quantità di acqua a causa del loro stile di vita, come gli uccelli, espellono acido urico. Questa sostanza viene espulsa in forma solida, evitando la perdita di acqua.

Sistema Escretore negli Invertebrati

Gli animali invertebrati diblastici eliminano le sostanze azotate per diffusione. Questo sistema è seguito anche da semplici animali triblastici. Tuttavia, è più frequente la presenza di strutture specifiche:

• Protonefridi: Strutture semplici presenti in acelomati o pseudocelomati. Esistono due tipi:
  • Cellule a fiamma: Cellule di grandi dimensioni con ciglia che creano una corrente per scaricare i prodotti azotati verso l'esterno.
  • Solenociti: Cellule flagellate con un collare, associate all'espulsione di sostanze attraverso l'azione dei flagelli.
• Metanefridi: Presenti in anellidi, molluschi e alcuni artropodi. Sono tubi arrotolati con due aperture: il nefrostoma (che raccoglie i liquidi dal celoma) e il nefroporo (per l'espulsione esterna). Nel nefrodutto avviene il riassorbimento delle sostanze utili.
• Tubuli Malpighiani: Strutture tipiche degli insetti. Sono tubuli con un'estremità chiusa che catturano sostanze dalla cavità interna e le riversano nell'ultimo tratto dell'intestino, dove avviene il riassorbimento delle sostanze utili.
• Ghiandole Verdi (o antennali): Presenti nei crostacei, situate sotto le antenne. Comprendono un sacchetto per le sostanze tossiche, un lungo tubo e una vescica per l'accumulo prima dell'espulsione.
• Ghiandole Coxali: Strutture simili alle ghiandole verdi, presenti negli aracnidi presso le coxe (le prime articolazioni delle zampe).

Escrezione nei Vertebrati

Nei vertebrati, molte strutture possono svolgere la funzione di escrezione, inclusa la pelle e l'apparato respiratorio (che espelle CO2 e umidità). Tuttavia, gli organi specifici per l'eliminazione delle sostanze azotate e il mantenimento dell'omeostasi sono i reni, formati da tubuli renali.

Evoluzione delle Strutture Renali

• Pronefro: Strutture che appaiono negli embrioni dei vertebrati, costituite da nefrostomi collegati a un uretere.
• Mesonefro: Presente nei pesci e negli anfibi adulti, e negli embrioni di rettili, uccelli e mammiferi. Include la capsula di Bowman in contatto con il sistema circolatorio per filtrare il sangue.
• Metanefro: Appare in rettili, uccelli e mammiferi. Il rene è composto da nefroni, suddivisi in:
  • Capsula di Bowman: Raccoglie il liquido filtrato dai capillari del glomerulo.
  • Tubulo prossimale: Zona tortuosa dove avviene il riassorbimento dei soluti necessari.
  • Ansa di Henle: Curva stretta circondata da vasi sanguigni che concentra il liquido.
  • Tubulo contorto distale: Continua il riassorbimento e aumenta la concentrazione del fluido prima di sfociare nel tubulo collettore.

Il Ruolo della Relazione e il Sistema Nervoso

L'ambiente in cui vivono gli animali è in continua evoluzione. I cambiamenti rilevati sono chiamati stimoli (interni come la fame, o esterni come la luce). Le risposte possono essere positive (avvicinamento) o negative (allontanamento). Per rilevare questi stimoli, l'animale possiede organi di senso e sistemi di coordinamento: il sistema nervoso e il sistema endocrino.

Il Neurone e l'Impulso Nervoso

Il sistema nervoso è composto da neuroni e cellule di supporto chiamate glia. L'impulso nervoso è trasmesso attraverso cambiamenti di polarità nelle membrane cellulari:

• Potenziale di riposo: Mantenuto dalla pompa sodio/potassio (Na+/K+), che consuma ATP per espellere tre ioni sodio e introdurre due ioni potassio, creando una differenza di potenziale di circa -70 mV.
• Potenziale d'azione: Quando arriva uno stimolo, i canali del sodio si aprono, depolarizzando la membrana. Se si raggiunge il potenziale di soglia, l'impulso viene trasmesso secondo la legge del "tutto o niente".
• Sinapsi: Lo spazio tra i neuroni (spazio sinaptico) dove vengono rilasciati i neurotrasmettitori per trasmettere il segnale alla membrana postsinaptica.

Tipologie di Sistemi Nervosi

1. Rete Diffusa: Tipica dei Cnidari, dove l'impulso si espande in tutte le direzioni.
2. Sistema Gangliare Ventrale: Presente in Platelminti, Molluschi, Anellidi e Artropodi. Negli Artropodi, il cervello è diviso in Protocerebro (occhi), Deutocerebro (antenne) e Tritocerebro (apparato boccale).
3. Sistema Radiale: Caratteristico degli Echinodermi, con anelli nervosi che controllano le diverse parti del corpo.
4. Tubo Neurale Dorsale: Caratteristico dei Cordati e dei Vertebrati. Consiste in un tubo che si allarga anteriormente nel cervello e prosegue dorsalmente nel midollo spinale, formando il sistema nervoso centrale (SNC) e periferico (SNP).

La complessità di questo sistema permette ai vertebrati funzioni avanzate come vedere, annusare, ascoltare e comprendere l'ambiente circostante.