Biologia I (Italiano)

In tutti gli animali, ad eccezione di alcuni tipi semplici, il sistema circolatorio viene utilizzato per trasportare nutrienti e gas attraverso il corpo. La semplice diffusione consente lo scambio di acqua, nutrienti, rifiuti e gas in animali primitivi che sono spessi solo pochi strati cellulari; tuttavia, il flusso di massa è l’unico metodo con cui si accede all’intero corpo di organismi più grandi e complessi.,

Architettura del sistema circolatorio

Il sistema circolatorio è effettivamente una rete di vasi cilindrici: le arterie, le vene e i capillari che emanano da una pompa, il cuore. In tutti gli organismi vertebrati, così come alcuni invertebrati, questo è un sistema a circuito chiuso, in cui il sangue non è libero in una cavità. In un sistema circolatorio chiuso, il sangue è contenuto all’interno dei vasi sanguigni e circola unidirezionalmente dal cuore attorno alla via circolatoria sistemica, quindi ritorna nuovamente al cuore, come illustrato nella Figura 1a., Rispetto a un sistema chiuso, artropodi—compresi gli insetti, crostacei e molluschi più—hanno un sistema circolatorio, come illustrato in Figura 1b. In un open sistema circolatorio, il sangue non è racchiuso nei vasi sanguigni, ma è pompato in una cavità chiamata emocele e si chiama emolinfa, perché il sangue si mescola con il liquido interstiziale. Mentre il cuore batte e l’animale si muove, l’emolinfa circola intorno agli organi all’interno della cavità del corpo e poi rientra nei cuori attraverso aperture chiamate ostia. Questo movimento consente lo scambio di gas e nutrienti., Un sistema circolatorio aperto non utilizza tanta energia come un sistema chiuso per operare o mantenere; tuttavia, c’è un compromesso con la quantità di sangue che può essere spostato in organi e tessuti metabolicamente attivi che richiedono alti livelli di ossigeno. In effetti, una ragione per cui gli insetti con le ali larghe fino a due piedi (70 cm) non sono in giro oggi è probabilmente perché sono stati superati dall’arrivo degli uccelli 150 milioni di anni fa. Si pensa che gli uccelli, avendo un sistema circolatorio chiuso, si siano mossi più agilmente, permettendo loro di procurarsi il cibo più velocemente e possibilmente di predare gli insetti.,

Figura 1. In (a) sistemi circolatori chiusi, il cuore pompa il sangue attraverso vasi separati dal liquido interstiziale del corpo. La maggior parte dei vertebrati e alcuni invertebrati, come questo lombrico anellide, hanno un sistema circolatorio chiuso. In (b) sistemi circolatori aperti, un fluido chiamato emolinfa viene pompato attraverso un vaso sanguigno che si svuota nella cavità del corpo. L’emolinfa ritorna al vaso sanguigno attraverso aperture chiamate ostia. Gli artropodi come questa ape e la maggior parte dei molluschi hanno sistemi circolatori aperti.,

Variazione del sistema circolatorio negli animali

Il sistema circolatorio varia da sistemi semplici negli invertebrati a sistemi più complessi nei vertebrati. Gli animali più semplici, come le spugne (Porifera) e i rotiferi (Rotifera), non hanno bisogno di un sistema circolatorio perché la diffusione consente un adeguato scambio di acqua, nutrienti e rifiuti, nonché di gas disciolti, come mostrato in Figura 2a., Gli organismi che sono più complessi ma hanno ancora solo due strati di cellule nel loro piano corporeo, come le gelatine (Cnidaria) e le gelatine a pettine (Ctenophora) usano anche la diffusione attraverso la loro epidermide e internamente attraverso il compartimento gastrovascolare. Entrambi i loro tessuti interni ed esterni sono immersi in un ambiente acquoso e scambiano fluidi per diffusione su entrambi i lati, come illustrato nella Figura 2b. Lo scambio di fluidi è assistito dal pulsare del corpo della medusa.

Figura 2., Gli animali semplici costituiti da un singolo strato cellulare come la spugna (a) o solo da pochi strati cellulari come la medusa (b) non hanno un sistema circolatorio. Invece, gas, sostanze nutritive e rifiuti vengono scambiati per diffusione.

Per organismi più complessi, la diffusione non è efficiente per il riciclaggio di gas, sostanze nutritive e rifiuti in modo efficace attraverso il corpo; pertanto, sistemi circolatori più complessi si sono evoluti. La maggior parte degli artropodi e molti molluschi hanno sistemi circolatori aperti., In un sistema aperto, un cuore pulsante allungato spinge l’emolinfa attraverso il corpo e le contrazioni muscolari aiutano a spostare i liquidi. I crostacei più grandi e complessi, comprese le aragoste, hanno sviluppato vasi arteriosi per spingere il sangue attraverso i loro corpi, ei molluschi più attivi, come i calamari, hanno sviluppato un sistema circolatorio chiuso e sono in grado di muoversi rapidamente per catturare le prede., I sistemi circolatori chiusi sono una caratteristica dei vertebrati; tuttavia, ci sono differenze significative nella struttura del cuore e nella circolazione del sangue tra i diversi gruppi di vertebrati a causa dell’adattamento durante l’evoluzione e delle differenze associate nell’anatomia. La figura 3 illustra i sistemi circolatori di base di alcuni vertebrati: pesci, anfibi, rettili e mammiferi.

Come illustrato nella Figura 3a I pesci hanno un singolo circuito per il flusso sanguigno e un cuore a due camere che ha solo un singolo atrio e un singolo ventricolo., L’atrio raccoglie il sangue che è tornato dal corpo e il ventricolo pompa il sangue alle branchie dove avviene lo scambio di gas e il sangue viene ri-ossigenato; questo è chiamato circolazione branchiale. Il sangue continua poi attraverso il resto del corpo prima di arrivare all’atrio; questo è chiamato circolazione sistemica. Questo flusso unidirezionale di sangue produce un gradiente di sangue ossigenato a deossigenato attorno al circuito sistemico del pesce., Il risultato è un limite nella quantità di ossigeno che può raggiungere alcuni organi e tessuti del corpo, riducendo la capacità metabolica complessiva del pesce.

In anfibi, rettili, uccelli e mammiferi, il flusso sanguigno è diretto in due circuiti: uno attraverso i polmoni e di nuovo al cuore, che è chiamato circolazione polmonare, e l’altro in tutto il resto del corpo e dei suoi organi compreso il cervello (circolazione sistemica). Negli anfibi, lo scambio di gas avviene anche attraverso la pelle durante la circolazione polmonare e viene indicato come circolazione pulmocutanea.,

Come mostrato nella Figura 3b, gli anfibi hanno un cuore a tre camere che ha due atri e un ventricolo piuttosto che il cuore a due camere dei pesci. I due atri (camere cardiache superiori) ricevono sangue dai due diversi circuiti (i polmoni e i sistemi), e poi c’è una certa miscelazione del sangue nel ventricolo del cuore (camera cardiaca inferiore), che riduce l’efficienza dell’ossigenazione. Il vantaggio di questa disposizione è che l’alta pressione nei vasi spinge il sangue ai polmoni e al corpo., La miscelazione è mitigata da una cresta all’interno del ventricolo che devia il sangue ricco di ossigeno attraverso il sistema circolatorio sistemico e il sangue deossigenato al circuito pulmocutaneo. Per questo motivo, gli anfibi sono spesso descritti come aventi doppia circolazione.

Figura 3. (a) I pesci hanno i sistemi circolatori più semplici dei vertebrati: il sangue scorre unidirezionalmente dal cuore a due camere attraverso le branchie e poi il resto del corpo., (b) Gli anfibi hanno due vie circolatorie: una per l’ossigenazione del sangue attraverso i polmoni e la pelle e l’altra per portare ossigeno al resto del corpo. Il sangue viene pompato da un cuore a tre camere con due atri e un singolo ventricolo.

La maggior parte dei rettili ha anche un cuore a tre camere simile al cuore anfibio che dirige il sangue verso i circuiti polmonari e sistemici, come mostrato nella Figura 4a. Il ventricolo è diviso in modo più efficace da un setto parziale, che si traduce in una minore miscelazione di sangue ossigenato e deossigenato., Alcuni rettili (alligatori e coccodrilli) sono gli animali più primitivi per esibire un cuore a quattro camere. I coccodrilli hanno un meccanismo circolatorio unico in cui il cuore devia il sangue dai polmoni verso lo stomaco e altri organi durante lunghi periodi di immersione, ad esempio, mentre l’animale aspetta la preda o rimane sott’acqua aspettando che la preda marcisca. Un adattamento include due arterie principali che lasciano la stessa parte del cuore: una porta il sangue ai polmoni e l’altra fornisce un percorso alternativo allo stomaco e ad altre parti del corpo., Altri due adattamenti includono un foro nel cuore tra i due ventricoli, chiamato il forame di Panizza, che permette al sangue di muoversi da un lato del cuore all’altro, e tessuto connettivo specializzato che rallenta il flusso di sangue ai polmoni. Insieme questi adattamenti hanno reso coccodrilli e alligatori uno dei gruppi animali evolutivamente più riusciti sulla terra.

Nei mammiferi e negli uccelli, il cuore è anche diviso in quattro camere: due atri e due ventricoli, come illustrato nella Figura 4b., Il sangue ossigenato è separato dal sangue deossigenato, che migliora l’efficienza della doppia circolazione ed è probabilmente richiesto per lo stile di vita a sangue caldo di mammiferi e uccelli. Il cuore a quattro camere di uccelli e mammiferi si è evoluto indipendentemente da un cuore a tre camere. L’evoluzione indipendente dello stesso o di un tratto biologico simile è indicata come evoluzione convergente.

Figura 4. (a) I rettili hanno anche due vie circolatorie; tuttavia, il sangue viene ossigenato solo attraverso i polmoni., Il cuore è a tre camere, ma i ventricoli sono parzialmente separati, quindi si verifica una certa miscelazione di sangue ossigenato e deossigenato tranne che nei coccodrilli e negli uccelli. (b) I mammiferi e gli uccelli hanno il cuore più efficiente con quattro camere che separano completamente il sangue ossigenato e deossigenato; pompa solo sangue ossigenato attraverso il corpo e sangue deossigenato ai polmoni.