NOTIUNI INTRODUCTIVE

Obiectul de studiu. Biologia animala studiaza animalele, care sunt organisme pluricelulare, cu nutritie heterotrofa , din urmatoarele puncte de vedere:

al formei (morfologiei; morfi = forma) si structurii (organizatiei) interne, pentru aceasta facand apel la discipline ca anatomie comparata (anatome = disectie), histologie (histos = tesut), biologie celulara (citologia; kytos = celula);

al functiilor si comportamentelor, caz in care face apel la fiziologia comparata (physis = fel de a fi) si etologie (ethos = obicei);

al raspandirii in spatiu, pentru aceasta facand apel la discipline ca zoogeografia, biogeografia, oceanologia si paleontologia (palaios = vechi; studiaza formele disparute, fosile);

al raspandirii in timp, disciplinele la care apeleaza fiind filogenia (studiaza istoria evolutiva a speciilor si grupelor de organisme) si ontogenia (onta = fiinta; genesis = generatie; studiaza ciclurile de dezvoltare ale organismelor);

al interrelatiilor cu componentele abiotice si biotice ale mediului, caz in care apeleaza la ecologie (oikos = casa).

Importanta studiului animalelor.

Animalele au rol important in evolutia vietii pe Pamant. Cunoasterea speciilor de animale permite intelegerea rolului pe care il indeplinesc populatiile acestora in structura si functionarea biocenozelor din diferite ecosisteme.

Speciile de animale nevertebrate cu schelet participa la formarea scoartei terestre.

Speciile care traiesc in sol (edafice) participa la formarea si mentinerea structurii si proprietatilor solului.

Unele specii aduc prejudicii sanatatii si economiei umane (ex. speciile de nevertebrate parazite la om si animalele de interes economic, speciile daunatoare plantelor).

Unele specii sunt utile omului prin produsele lor (ex. albina, viermele de matase) sau prin actiunea lor (ex. insectele polenizatoare). Unele specii de vertebrate sunt folosite ca animale de tractiune (ex. elefanti, cai, reni, camile, struti), iar altele ca animale de laborator (ex. amfibieni, cobai, hamsteri, tatui, primate).

Clasificarea organismelor. Organismele sunt sisteme deschise, aflate intr-un permanent schimb de materie si energie cu mediul ambiant. Prezinta o serie de caractere comune:

sunt alcatuite din una sau mai multe celule;

au informatie ereditara (genom), codificata in ADN;

prezinta metabolism: totalitatea schimburilor permanente de materie si energie dintre organism si mediul ambiant, precum si totalitatea transformarilor materiale si energetice din interiorul organismului;

cresc si se reproduc;

au evoluat din forme mai simple si evolueaza spre forme mai complexe;

nu traiesc izolate, ci grupate in populatii care sunt integrate in ecosisteme.

Sistemul actual de clasificare a organismelor se bazeaza pe metodele elaborate de naturalistii secolelor XVII si XVIII si se leaga in special de numele lui Carl von Linné, un naturalist suedez, mai cunoscut pe numele sau latin Linnaeus. Sistemul linean de clasificare se bazeaza pe nomenclatura binara (binominala) a speciilor si pe ierarhia (ordinea) taxonomica.

Nomenclatura binara. Conform acestei nomenclaturi fiecare specie primeste un nume dublu: primul reprezinta numele de gen, iar al doilea numele de specie. Pentru denumirea tuturor speciilor se folosesc nume latine, ceea ce permite recunoasterea acestora in intreaga lume stiintifica. Exemple: Homo sapiens (omul; homo = om, sapiens = intelept), Passer domesticus (vrabia de casa; passer = vrabie, domesticus = domestic). Exista si conventii legate de modul de scriere a numelor de specii. Astfel, numele de gen se scrie intotdeauna cu majuscula, in timp ce numele de specie se scrie cu litera mica. De asemenea in lucrarile de specialitate numele speciilor se scrie cu caractere italice sau se subliniaza.

Ierarhia (ordinea) taxonomica. Linaeus si alti naturalisti contemporani cu acesta au dezvoltat un sistem natural de clasificare, in cadrul caruia speciile erau grupate in genuri, pe baza unor caractere comune, care definesc fiecare gen in parte. Cele mai utilizate caractere in acest sens au fost cele anatomice, deoarece se conserva cel mai bine. De exemplu in genul Canis sunt incluse lupul, coiotul si sacalul. Caracterele care definesc acest gen sunt prezenta unei coame erectile pe gat, craniu prevazut cu creasta sagitala lunga si proeminenta, pe care isi au originea muschii temporali, bine dezvoltati, care actioneaza falcile. In acelasi mod, toate genurile care prezentau anumite caractere comune erau grupate in ordine, ordinele asemanatoare erau grupate in clase, iar clasele in regnuri.

Desi Linnaeus folosea in sistemul sau de clasificare numai 5 categorii taxonomice (specie, gen, ordin, clasa si regn), modul de subordonare a acestora s-a pastrat, aflandu-se la baza sistemelor moderne de clasificare. Acestea includ 7 categorii taxonomice de baza, care in ordinea descresterii rangului taxonomic sunt: regnul, filumul, clasa, ordinul, familia, genul si specia. In functie de complexitatea grupului de organisme si de gradul de cunoastere al acestuia, la aceste categorii taxonomice de baza pot fi adaugate categorii intermediare, situate la oricare din nivelurile ierarhice ale sistemului de clasificare. De exemplu pentru mamifere se foloseste urmatoarea ierarhie de taxoni:

Regn

Filum

Subfilum

Clasa

Subclasa

Infraclasa

Cohorta

Superordin

Ordin

Subordin

Infraordin

Superfamilie

Familie

Subfamilie

Trib

Subtrib

Gen

Subgen

Specie

Ierarhia (ordinea) taxonomica poate fi definita ca ierarhia categoriilor taxonomice de ranguri diferite. Principalele categorii taxonomice sunt specia, genul, familia, ordinul, clasa, filumul si regnul. Principiul de alcatuire a ierarhiei taxonomice este gradul de inrudire intre taxoni, grad apreciat dupa criteriul similaritatii.

Caracterele utilizate in aprecierea gradului de inrudire pot fi: externe (morfologice) - ex. forma corpului, a partilor corpului, raportul dintre ele, coloritul, desenul; interne (anatomice) - ex. dimensiunile relative ale organelor interne, numarul vertebrelor, al radiilor inotatoarelor; fiziologice - ex. capacitatea de a hiberna; comportamentale (etologice) - ex. cantecul, cuibul; ecologice - ex. daca o specie este sau nu gazda intermediara pentru anumiti agenti patogeni; embriologice - ex. caracteristicile dezvoltarii embrionare; moleculare; genetice.

Descrierea, ordonarea si clasificarea organismelor reprezinta activitati ce delimiteaza aria de preocupare a doua ramuri ale biologiei: taxonomia si sistematica. Taxonomia (taxis = ordine; nomos = lege, principiu) este stiinta care are ca scop studiul clasificarii, cuprinzand bazele, principiile, procedurile si regulile acesteia. Problema centrala a taxonomiei este elaborarea unei teorii privind categoriile (rangurile) taxonomice si ordinea lor de subordonare (ierarhia taxonomica), care sa permita o clasificare naturala (filogenetica) a organismelor (sa reflecte istoria evolutiva a organismelor). Sistematica (systema = sistem, in sensul de sistem de clasificare) este stiinta care studiaza diversitatea organismelor si a relatiilor dintre ele, mai ales a celor filogenetice (de inrudire), avand ca scop clasificarea organismelor pe baza filogenetica cu ajutorul principiilor enuntate de taxonomie. Problema cea mai importanta a sistematicii este descrierea si denumirea tuturor organismelor (speciilor) actuale si fosile si incadrarea lor in taxoni de diferite ranguri ai ierarhiei taxonomice.

Conform sistemului modern de clasificare, organismele sunt incluse in 5 regnuri care apartin la doua supraregnuri:

Supraregnul Procariota (pro = inainte; carion = nucleu) la care ADN-ul nu este asociat cu proteine si nu este inclus intr-un nucleu, iar citoplasma nu contine organite celulare cu membrana proprie; cuprinde un singur regn:

Regnul Monera cuprinde bacteriile si cyanobacteriile (algele albastre verzi); bacteriile sunt organisme unicelulare cu nutritie saprotrofa (se hranesc cu compusi organici si anorganici din mediul ambiant).

Supraregnul Eucariota (eu = adevarat) la care ADN-ul este asociat cu proteine si inclus intr-un nucleu prevazut cu membrana nucleara, iar citoplasma contine organite celulare prevazute cu membrana proprie; cuprinde 4 regnuri:

Regnul Protista include alge, mucegaiuri si protozoare (Subregnul Protozoa). Acest regn este alcatuit din circa 30 filumuri, care sunt atat de diverse incat definitia regnului este data prin eliminare: protistele nu sunt plante pentru ca nu se dezvolta dintr-un embrion, nu sunt animale pentru ca nu se dezvolta dintr-o blastula si nu sunt nici fungi pentru ca nu se dezvolta din spori. Protistele sunt organisme unicelulare cu nutritie autotrofa, heterotofa, mixotrofa (autotrofa la lumina si heterotrofa la intuneric) sau saprotrofa; multe forme sunt coloniale, in diferite faze de realizare a multicelularitatii. Diversitatea organizarii celulare intrafilumuri, a modelelor diviziunii celulare, a ciclurilor de viata, este atat de mare incat exista sugestii de a ridica o serie de filumuri de protiste la rang de regnuri.

Regnul Fungi cuprinde fungii, care sunt organisme pluricelulare cu nutritie saprotrofa (excreta enzime ce degradeaza hrana in afara organismului si apoi absorb, nu ingereaza, substantele prin membrana).

Regnul Plantae include plantele, care sunt organisme pluricelulare cu nutritie autotrofa (sintetizeaza substante organice folosind CO₂, apa si substante minerale, in prezenta energiei electromagnetice solare).

Regnul Animalia cuprinde animalele, organisme pluricelulare cu nutritie heterotrofa.

Celula eucariota. O celula tipica este alcatuita din 3 elemente structurale:

membrana celulara, care izoleaza restul celulei de mediul ambiant;

nucleul, care contine informatia ereditara codificata in ADN si coordoneaza intreaga activitate a celulei; la procariote (bacterii) materialul genetic este reprezentat printr-o singura molecula circulara si nuda de ADN, situata in partea centrala a citoplasmei; la eucariote ADN-ul este inclus intr-o vezicula - nucleul, prevazut cu membrana dubla.

citoplasma, care este o matrice semifluida ce ocupa volumul dintre regiunea nucleara si membrana celulara. La bacterii interiorul celulei nu este compartimentat, in timp ce la eucariote se diferentiaza structuri organizate numite organite celulare.

Structura celulei animale. Desi celulele animale sunt diverse ca forma si functie, ele au o arhitectura comuna: toate prezinta membrana plasmatica si contin o matrice proteica de sustinere numita citoschelet si numeroase organite celulare.

Membrana plasmatica este formata dintr-un strat dublu de lipide, strabatut de o serie de proteine, care regleaza interactiunile dintre celula si mediul sau extern. Proteinele membranei plasmatice pot forma: canale care permit trecerea unor molecule specifice (ex. canalele ionice), receptori care inregistreaza si transmit informatiile (ex. receptorii hormonali) si markeri care permit recunoasterea intercelulara. Functiile membranei plasmatice sunt: reglarea schimburilor dintre mediul extern si cel intern al celulei si recunoasterea intercelulara.

Citoplasma are o structura coloidala care-i permite trecerea de la starea de gel la starea de sol. Este formata dintr-un amestec de proteine, lipide si hidrati de carbon (plasma fundamentala) in care se gasesc constituentii citoplasmatici permanenti si temporari.

Constituentii citoplasmatici permanenti (euplasmatici) sunt: reticulul endoplasmatic (RE), ribozomii, aparatul Golgi, lizozomii, mitocondriile si centriolii.

Reticulul endoplasmatic este un sistem extins de membrane care imparte interiorul celulei in compartimente si canale. Suprafetele RE pot fi acoperite cu ribozomi, organite celulare cu rol in sinteza proteinelor, ceea ce face  ca aspectul acestuia sa fie rugos si sa se numeasca RE rugos. Ribozomii sunt agregate moleculare formate din proteine si ARN ribozomal. Partile RE neacoperite de ribozomi formeaza RE neted. La nivelul RE neted se ataseaza o serie de enzime care catalizeaza sinteza de carbohidrati si lipide. RE rugos are rol in sinteza si transportul proteinele, iar RE neted in organizarea sintezei lipidelor si a altor activitati de biosinteza.

Aparatul sau complexul Golgi este alcatuit din pachete de vezicule turtite, cu capetele dilatate (cisterne), la nivelul carora se formeaza vezicule mici. Acesta constituie sistemul care distribuie moleculele substantelor sintetizate in celula eucariota. La nivelul sau se realizeaza colectarea, impachetarea si distributia moleculelor sintetizate la nivelul RE neted si RE rugos.

Lizozomii sunt vezicule derivate din aparatul Golgi, care contin enzime digestive ce catalizeaza scindarea componentelor celulare uzate. Prin izolarea acestor enzime in lizozomi se protejeaza restul celulei de actiunea lor digestiva. In celula eucariota se gasesc si organite numite microzomi, care contin un set de enzime implicate in transformarea grasimilor in carbohidrati sau in distrugerea peroxizilor nocivi (H₂O₂); sunt vezicule derivate din RE. Seturi similare de enzime inglobate in vezicule se intalnesc la plante, animale, fungi si protiste; la animale se numesc peroxizomi, iar la plante glicoxizomi.

Mitocondriile sunt organite tubulare, cu membrana dubla; membrana interna emite cute caracteristice numite criste, care compartimenteaza interiorul mitocondriei si pe care se ataseaza proteinele implicate in metabolismul oxidativ al celulei. Mitocondriile se considera a fi la origine bacterii aerobe endosimbionte. Cea mai mare parte a genomului mitocondrial este incorporat in cromozomii celulei gazda, dar anumite gene specifice se pastreaza la nivelul mitocondriei.

Centriolii sunt centrii de organizare a microtubulilor care formeaza fusul de diviziune, deci au rol in diviziunea indirecta (mitoza).

Constituentii citoplasmatici temporari (paraplasmatici) rezulta in urma metabolismului celulei si sunt reprezentati prin formatiuni scheletice, substante de rezerva, etc.

Nucleul este o vezicula care contine aparatul ereditar al celulei si coordoneaza intreaga activitate a acesteia. In celula animala nucleul este situat in general in regiunea centrala. Membrana nucleara este dubla si prezinta pori (canale proteice), care permit schimburile nucleo-plasmatice in timpul metabolismului.

ADN-ul eucariotelor este organizat in cromozomi: segmente de ADN, asociate cu proteine si ARN; in cursul diviziunii celulare cromozomii sunt condensati formand structuri compacte. In microscopia optica, la nivelul nucleului, se observa unul sau mai multi nucleoli care sunt agregari de ARN ribozomal si proteine ribozomale, acumulate in regiunile cromozomilor in care se desfasoara o activitate intensa de sinteza a ARN-ului ribozomal.

Citoscheletul este o retea de fibre proteice care permite mentinerea formei celulei si ancoreaza organitele celulare. In plus ofera puncte de atasare pentru enzime si alte macromolecule, avand rol in organizarea activitatii celulare si permite miscarea componentelor celulei (ex. deplasarea cromozomilor in cursul diviziunii celulare).

Flagelii si cilii sunt organite alungite, prezente la suprafata celulei, cu rol in locomotie, hranire si rol senzorial. Structura acestora este asemanatoare: microtubuli dispusi longitudinal - 9 perechi periferice si 2 perechi centrale. Microtubulii sunt derivati dintr-un corpuscul bazal situat la baza flagelului sau cilului. Spre deosebire de flageli, cilii sunt mai scurti, mai numerosi si asezati in siruri dense.