Fisiologia Animale: Nutrizione, Respirazione e Sistemi Vitali

Nutrizione e Processi Vitali

Nutrizione: Il processo attraverso il quale tutta la materia vivente ottiene l'energia necessaria per formare le proprie strutture e svolgere le sue funzioni vitali. Sia la materia che l'energia vengono utilizzate dagli animali per crescere, svilupparsi, riprodursi e socializzare. L'energia proviene dal catabolismo della materia organica negli animali pluricellulari eterotrofi.

I Processi della Nutrizione

• 1. Ingestione e digestione: Trasformazione del cibo per rilasciare le sostanze nutritive contenute.
• 2. Distribuzione: Trasporto delle sostanze nutritive a tutte le cellule del corpo.
• 3. Assorbimento di ossigeno: Prelievo dall'ambiente esterno e successivo trasporto alle cellule.
• 4. Metabolismo cellulare: Utilizzo delle sostanze a livello cellulare.
• 5. Rimozione dei rifiuti: Raccolta dei prodotti di scarto prodotti dalle cellule nella fase precedente.
• 6. Escrezione: Eliminazione di queste sostanze all'esterno dell'organismo.

La Digestione

La digestione comporta la trasformazione delle macromolecole che formano gli alimenti in piccole molecole semplici che possono essere assorbite dalle cellule. Questo avviene attraverso due tipi di processi:

• Processi fisici o meccanici: Frammentazione di grossi pezzi di cibo in parti più piccole.
• Processi chimici: Miscelazione con le secrezioni digestive per separare i nutrienti in unità molecolari attraverso l'azione di enzimi digestivi.

Tipologie di Digestione

Digestione senza apparato digerente

I Poriferi eseguono la digestione di particelle di cibo in cellule speciali chiamate coanociti, che rivestono l'interno del corpo. I coanociti presentano un flagello e una struttura a collare. Il cibo entra attraverso i pori dell'animale; il flagello spinge l'acqua verso il collare che filtra le particelle, le quali entrano nei coanociti per endocitosi. Si forma un vacuolo circondato da enzimi digestivi lisosomiali che scompongono il cibo. I residui non digeriti vengono espulsi per esocitosi. Questo tipo di processo è chiamato digestione intracellulare e permette solo l'assunzione di particelle microscopiche.

Digestione in una cavità

Per pezzi di cibo più grandi, si sviluppa un sacchetto all'interno del corpo chiamato cavità gastrovascolare, che possiede una sola apertura con funzione di bocca e ano. Questo sistema è tipico di animali a basso fabbisogno energetico. Il cibo viene ridotto in pezzi più piccoli dall'azione di enzimi scaricati direttamente nella cavità (digestione extracellulare). Nei Cnidari e nei vermi piatti, la cavità è altamente ramificata per facilitare il trasporto dei nutrienti. La digestione non è completa nella cavità: il cibo predigerito entra nelle cellule che la rivestono, dove avviene la catalisi finale (digestione intracellulare).

Digestione in un tubo

Negli animali a simmetria bilaterale appare un tubo che attraversa il corpo con due aperture: un ingresso (bocca) e un'uscita (ano). Questo apparato permette di mangiare grandi quantità di cibo e digerire in modo efficiente, poiché ogni porzione del tubo è specializzata in una parte del processo (macinazione, degradazione enzimatica e assorbimento).

Regioni dell'Apparato Digerente nei Vertebrati e Invertebrati

• Regione di ricezione: Bocca o cavità orale, faringe muscolare, artigli. Adattata al tipo di cibo. Ad esempio, la spiritrompa delle farfalle, l'apparato pungente-succhiante delle zanzare, o i cheliceri dei ragni che iniettano enzimi per creare una "zuppa nutriente". Nei cefalopodi troviamo il becco corneo, nei gasteropodi la radula e nei ricci di mare la lanterna di Aristotele.
• Regione di stoccaggio e trasporto: L'esofago trasporta il cibo allo stomaco. In anellidi, insetti e uccelli, il cibo può essere conservato temporaneamente nell'ingluvie (gozzo).
• Regione di macinazione e digestione iniziale: Lo stomaco mescola il cibo con i succhi gastrici. Gli animali senza denti possiedono spesso un ventriglio muscolare per macinare il cibo (a volte con l'ausilio di pietre ingerite). Nei ruminanti, il cibo passa attraverso rumine, reticolo, omaso e abomaso (lo stomaco vero).
• Regione di digestione e assorbimento dei nutrienti: L'intestino tenue è il sito principale della digestione chimica e dell'assorbimento nel sangue. Ghiandole come il fegato e il pancreas aiutano il processo. Strutture come il tiflosole negli anellidi o la valvola a spirale negli squali aumentano la superficie di assorbimento.
• Regione di assorbimento d'acqua ed espulsione: Nell'intestino crasso avviene il riassorbimento dell'acqua. I resti formano le feci, espulse dall'ano o dalla cloaca (comune in anfibi, rettili e uccelli).

Funzione Respiratoria

La respirazione è lo scambio gassoso tra organismo e ambiente. La respirazione cellulare avviene nei mitocondri per estrarre energia. Lo scambio avviene per diffusione e richiede superfici umide, ampie e sottili.

Tipi di Respirazione

• Senza organi respiratori: Spugne, cnidari e nematodi usano la diffusione cellula per cellula.
• Respirazione cutanea: Tipica di oligocheti e irudinei, integrata con una rete di capillari sotto la pelle.
• Respirazione acquatica (Branchie): Estensioni vascolarizzate. Possono essere esterne (larve, anfibi) o interne e protette (bivalvi, pesci). Nei pesci ossei sono coperte dall'opercolo.
• Respirazione terrestre:
  • Trachee: Sistema di tubi (tracheole) che portano l'aria direttamente alle cellule tramite fori chiamati spiracoli.
  • Polmoni: Cavità interne vascolarizzate. L'aria passa attraverso naso, bocca, faringe, laringe, trachea e bronchi. Nei pesci, questa struttura può evolvere in vescica natatoria.

Funzione Circolatoria

Il sistema circolatorio distribuisce nutrienti e ossigeno e trasporta i rifiuti verso il sistema escretore. È composto da sangue, vasi sanguigni e un cuore (pompa booster).

Sistemi Aperti e Chiusi

• Sistema aperto: Il sangue esce dai vasi e riempie gli spazi intercellulari (artropodi).
• Sistema chiuso: Il sangue scorre sempre nei vasi (anellidi, cefalopodi, vertebrati). Il percorso include arterie (elastiche), arteriole (con sfinteri precapillari), capillari (scambio per diffusione), venule e vene (con valvole per impedire il reflusso).

Circolazione Semplice e Doppia

• Semplice: Il sangue compie un solo giro (pesci).
• Doppia: Include la circolazione polmonare (cuore-polmoni) e la circolazione sistemica (cuore-corpo). Nei mammiferi, il cuore è tetraventricolare (due atri e due ventricoli), garantendo una separazione completa tra sangue ossigenato e deossigenato per mantenere costante la temperatura corporea.

Funzione Escretoria e Omeostasi

L'eliminazione di anidride carbonica, acqua e scorie azotate permette di mantenere l'omeostasi, ovvero la stabilità dell'ambiente interno (pH, sali, ecc.).

Il Rene e il Nefrone

Il rene dei vertebrati è composto da migliaia di nefroni, le unità funzionali. Ogni nefrone comprende:

• Glomerulo: Una rete di capillari dove il sangue viene filtrato ad alta pressione.
• Capsula di Bowman: Raccoglie l'ultrafiltrato.
• Tubulo renale: Modifica la composizione del filtrato tramite riassorbimento e secrezione. Include il tubulo prossimale, distale e l'ansa di Henle.

Osmoregolazione

I vertebrati terrestri devono compensare la perdita d'acqua per evaporazione. I mammiferi espellono urea e utilizzano l'ansa di Henle per recuperare acqua e produrre urina ipertonica.