Rettili: caratteristiche, classificazione, sistemi e riproduzione

I rettili sono un raggruppamento paraphyletic di animali vertebrati che includono tartarughe, lucertole, serpenti, tuataras e coccodrilli. Inoltre, includono diversi gruppi estinti di grandi dinosauri, plesiosauri, pterosauri, tra gli altri. La sua caratteristica più importante è la pelle spessa con scaglie.

Questi esseri viventi sono ectotermi, poiché non hanno la capacità di regolare internamente la temperatura corporea. Pertanto, la sua distribuzione è quasi limitata alle regioni con climi caldi, dove sono molto abbondanti.

Le tartarughe sono organismi con un grosso carapace e una morfologia ancestrale. Non hanno denti e sono tutti ovipari. La più grande diversità del gruppo si trova nelle lucertole, un gruppo che ha prosperato immensamente. La maggior parte sono ovipari e alcuni vivipari.

Due gruppi di rettili, serpenti e amphisbaenidae hanno subito una riduzione totale delle estremità. Inoltre, i serpenti hanno un cranio cinetico (con movimento) che permette loro di consumare un'enorme preda. Alcuni possono iniettare veleno.

I tuataras sono animali endemici della Nuova Zelanda. Le sue caratteristiche ricordano i rettili che abitavano la terra circa 100 milioni di anni fa.

I coccodrilli sono gli unici rappresentanti non-aviaria degli archosauri, una stirpe che ha dato origine ai dinosauri ormai estinti e agli uccelli attuali.

Nei rettili c'è un adattamento significativo che è riuscito a rendere indipendente la riproduzione dell'acqua: l'uovo amniotico. L'uovo è costituito da una struttura ricoperta da una struttura calcarea o coriacee con membrane extraembrionali denominate amnion, corion, sacco vitellino e allantoide. I rettili non osservano le fasi larvali della vita acquatica.

Caratteristiche generali

I rettili formano un gruppo parafiletico di circa 8.000 specie. Questi organismi sono abbondanti e si trovano in habitat molto vari, sia terrestri che acquatici, generalmente con clima caldo.

Sono coperti da strutture caratteristiche chiamate scale. La maggior parte ha due coppie di membri, con cinque dita ciascuna. Nei serpenti e in alcune lucertole i membri sono degenerati o sono molto ridotti.

La pelle dei rettili è spessa, fornendo protezione contro l'essiccazione. Le strutture epidermiche di questi animali sono formate da una speciale cheratina, chiamata beta cheratina. L'ossificazione dello scheletro è completa e il cranio è caratterizzato dall'avere un singolo condilo occipitale.

Per quanto riguarda la regolazione della temperatura, tutti i membri del gruppo sono animali ectotermici; non sono in grado di regolare la loro temperatura per via metabolica.

Al contrario, possono regolare la loro temperatura con il loro comportamento. Cioè, si spostano in regioni soleggiate se hanno bisogno di aumentarlo, o si trovano in regioni ombreggiate per abbassare la temperatura corporea.

L'uovo amniotico

L'uovo amniotico rappresenta uno degli adattamenti più sorprendenti del regno animale, poiché è riuscito a rendere indipendenti i processi riproduttivi dei corpi idrici.

L'uovo ha quattro strati o membrane embrionali extra chiamate amnion, allantois, corion e sacco vitellino.

L'amnion è lo strato che circonda l'embrione. All'interno troviamo il fluido che ammortizza l'organismo in via di sviluppo e fornisce un mezzo acquoso per la sua crescita. Nell'allantois sono immagazzinate le sostanze di rifiuto.

Il corion circonda tutto il contenuto di uova, ed è altamente vascolarizzato, come lo è l'allantoide. Questi due strati extra embrionali partecipano alla respirazione, essendo un componente vitale per lo scambio di ossigeno e anidride carbonica. Nel sacco vitellino sono i nutrienti che l'embrione utilizzerà.

La maggior parte delle uova amniotiche sono circondate da un guscio e una copertura mineralizzata e abbastanza flessibile. Questa barriera raggiunge un equilibrio tra la protezione dell'embrione e lo scambio di sostanze, poiché agisce come barriera semipermeabile.

classificazione

I rettili viventi sono rappresentati dai seguenti ordini: Testudine (tartarughe), Squamata (lucertole e serpenti), Sphenodonta (i tuataras della Nuova Zelanda) e Crocodilia (coccodrilli e alleati).

Inoltre, i gruppi di rettili si distinguono per il numero di aperture nel loro cranio. In primo luogo, esploreremo la classificazione dei diversi teschi degli amnioti, e quindi esploreremo la classificazione tassonomica dei quattro gruppi di rettili viventi.

Anapsidi, sinapsidi e diapsidi

Nella classificazione dei rettili - e del resto dei vertebrati tetrapodi - è usuale applicare i termini anápsidos, diápsidos e sinápsidos. Questa terminologia si riferisce al modello di aperture (fenestra) a livello della regione temporale nel cranio di questi animali.

Gli anapsidi sono organismi la cui regione temporale è priva di qualsiasi apertura. Questa morfologia è considerata primitiva e si ritiene che i primi amnioti apparsi nel corso dell'evoluzione possedessero questo modello anatomico. All'interno delle specie attuali, le tartarughe hanno un cranio anapsico.

Tuttavia, il caso delle tartarughe è molto particolare. Secondo le attuali prove molecolari, è stato concluso che questi rettili acquisivano secondariamente la condizione di anapsid, poiché provenivano da un antenato con diapsidi di apertura temporanea.

Da questa condizione ancestrale furono derivate due varianti anatomiche: i diapsidi e le sinapidi. Nel cranio delle diapsidi troviamo due aperture temporanee. Il cranio diapside è presente nei rettili attuali (compresi gli uccelli e con l'eccezione delle tartarughe).

Il terzo modello di aperture temporanee è synapsid, dove ci sono solo un paio di aperture temporanee. I mammiferi hanno questo tipo di cranio.

1. Ordina Testudines (Chelonia)

L'ordine Testudines è composto da tartarughe. Questi organismi sono cambiati molto poco durante l'evoluzione, mantenendo in larga misura la morfologia caratteristica del gruppo.

La caratteristica più notevole è la presenza di un carapace dorsale e un piastrone ventrale. Questo guscio è formato da due strati: uno esterno composto da cheratina e uno interno di natura ossea.

Lo strato interno è un'unione di ossa, vertebre fuse e altri elementi dermici ossificati. Come caratteristica unica tra i vertebrati, le tartarughe sono gli unici organismi che possiedono gli arti e la vita all'interno delle costole.

La mandibola dei cheloniani manca di strutture dentali. Invece, c'è una sorta di piatti di cheratina che consente la manipolazione e la frantumazione del cibo.

Da una prospettiva ecologica, le tartarughe sono riuscite a conquistare una varietà di nicchie. Esistono specie totalmente acquatiche (tranne quando vengono deposte uova) e totalmente terrestri.

Per quanto riguarda i sensi, le tartarughe non presentano un udito particolarmente buono. Per contrastare questo svantaggio, hanno un sistema di gusto e una visione molto sensibile. In realtà, la visione è a colori ed è paragonabile al sistema dei fotorecettori degli esseri umani.

2. Ordina Squamata

Questo ordine è composto da lucertole e serpenti. È molto ampio e diversificato, tra cui quasi il 95% di tutte le specie viventi di rettili non aviari.

I serpenti esibiscono una serie di caratteristiche uniche e distintive. Il corpo ha subito un importante allungamento, che porta alla riorganizzazione interna degli organi; gli arti sono stati persi e ci sono adattamenti per il consumo di altri animali di grandi dimensioni.

La maggior parte delle lucertole ha la capacità di muovere le palpebre. Al contrario, i serpenti di solito hanno uno strato trasparente e permanente sui loro organi visivi. La visione di alcune specie è adattata alla luce solare e ha una visione a colori, mentre altre specie notturne no.

Il cranio dei membri di questa classe è chiamato cranio cinetico, poiché ha proprietà mobili che permettono loro di consumare e manipolare prede di dimensioni considerevoli. Sebbene il cranio delle lucertole sia cinetico, nei serpenti il ​​fenomeno è molto più marcato.

Precedentemente, l'ordine Squamata era integrato da tre sottordini: Sauria, Serpentes e Amphisbaenia. Al giorno d'oggi, l'ultimo gruppo è considerato come membri modificati di Sauria.

Sottordine Sauria

Comprende i lunghi, un gruppo estremamente vario di forme che abitano ambienti terrestri, acquatici agli alberi, aree sotterranee e persino l'aria. Tra i rappresentanti più popolari ci sono gechi o gekonidi, iguane, scincidi, monitor e camaleonti.

Per la maggior parte delle specie di lucertole, l'udito non rappresenta un senso rilevante. Tuttavia, in alcune specie le canzoni sono un elemento importante nella ricerca e nella scelta di una coppia.

Gli ambienti abitati da questo gruppo di organismi sono solitamente aridi e secchi. La sua pelle spessa e la mancanza di ghiandole prevengono in larga misura la perdita di acqua. Inoltre, l'urina dei rettili è quasi solida e presenta quantità significative di acido urico. Questi meccanismi consentono loro di eludere l'essiccazione.

Poiché i rettili mancano di regolazione termica e dipendono dalla temperatura dell'ambiente, ci sono poche specie di rettili nelle zone fredde, poiché queste condizioni limitano la loro crescita.

Gli anfisbaenidi o ciottoli

Gli anfisbaenidi sono un gruppo molto particolare di lucertole (Order Squamata), la cui morfologia è simile a quella di un serpente o di un lombrico. Il suo corpo è vermiforme e gli arti sono stati persi.

Il nome del gruppo descrive la sua peculiare capacità di andare avanti e indietro. Cioè, possono muoversi nella direzione della testa e della coda con la stessa efficienza.

Il loro stile di vita è sotterraneo e hanno diversi adattamenti legati alla vita sotterranea: morfologia vermiforme per muoversi; il cranio è duro e robusto, permettendo lo scavo; gli occhi sono atrofizzati e sono praticamente indistinguibili dal corpo (poiché sono coperti da uno strato di pelle) e non vi è alcuna apertura esterna nell'orecchio.

Sottordine Serpentes

I serpenti sono rettili che non hanno arti e, nella maggior parte dei gruppi, mancano anche i fianchi pettorali e pelvici. Il suo corpo è formato da numerose vertebre che permettono loro di muoversi lungo il terreno attraverso una serie di movimenti ondulatori nella forma di S.

Come abbiamo detto, il cranio dei serpenti è altamente cinetico, il che implica che può consumare un'enorme preda. Questa caratteristica potrebbe essere responsabile dello straordinario successo dei serpenti. Alcune specie di serpenti - circa il 20% - sono in grado di iniettare il veleno nelle loro prede.

Per quanto riguarda i sensi, solo un piccolo gruppo di serpenti con abitudini arboree possiede una visione straordinaria. Non hanno timpano o orecchio esterno. Per la rilevazione di stimoli chimici, i serpenti sono dotati dell'organo Jacobson, noto anche come organo vomeronasale.

3. Ordina Sphenodonta

L'ordine Sphenodonta è composto esclusivamente da due specie viventi - gli unici sopravvissuti del lignaggio - appartenenti al genere Sphenodon, endemico della Nuova Zelanda. Sono comunemente noti come tuataras.

I tuataras sono stati un modello di studio che ha suscitato l'interesse dei biologi evoluzionisti. Queste specie sono cambiate molto poco nel corso dell'evoluzione e presentano un primitivo cranio diapside.

4. Ordina Crocodilia

Coccodrilli, alligatori e alligatori sono rettili robusti e semi-acquatici. Sono conosciuti principalmente per essere grandi predatori. Le loro mascelle sono potenti e permettono loro di catturare in modo efficace la loro preda.

Il corpo dell'animale è costituito da una testa allungata, corpo e coda e arti brevi ma forti. Questi ultimi consentono la mobilità a terra, sebbene le attività nell'ambiente terrestre non siano molto comuni. Insieme agli uccelli formano il clade Archosauria.

Sistema digestivo

L'apparato digerente dei rettili è composto da una serie di organi ed elementi che orchestrano il passaggio del cibo e l'estrazione di sostanze nutritive.

L'assunzione inizia con la cavità orale, che nei rettili è ampiamente modificata, in particolare nei crani cinetici dei serpenti, e in misura minore nelle lucertole. Solo i coccodrilli hanno un palato secondario.

Seguito dalla cavità orale, troviamo la faringe, poi l'esofago e lo stomaco. Sono seguiti dagli intestini che sfociano in una fogna.

Il tratto gastrointestinale della maggior parte dei rettili è breve, tipico di una dieta carnivora. Le varianti erbivore hanno intestini più lunghi che permettono loro di digerire la materia vegetale. Alcuni di loro mostrano il comportamento di deglutire le pietre per favorire la digestione.

Sistema circolatorio

La circolazione nei rettili è composta da due circuiti: uno di loro prende il sangue e lo porta ai polmoni, mentre il secondo percorso orchestra il passaggio del sangue attraverso il resto del corpo.

Con l'eccezione dei coccodrilli, i rettili hanno un cuore con una partizione incompleta, che consente un piccolo contatto tra sangue ossigenato e non ossigenato.

Nei coccodrilli, il cuore è più complesso e assomiglia a quello di mammiferi e uccelli, poiché ha due atri e due ventricoli. Questa completa separazione aumenta l'efficienza del processo.

Sistema nervoso

In generale, il sistema nervoso dei rettili ha tutte le strutture di base trovate negli anfibi, ma più grandi - in particolare il cervello e il cervelletto.

Tuttavia, rispetto a uccelli e mammiferi, il cervello è relativamente più piccolo. Ad esempio, il cervello delle tartarughe è piccolo - non supera mai l'1% della massa totale dell'animale. Tuttavia, il cervelletto ha una dimensione importante in questo gruppo di rettili.

La maggior parte degli organi di senso sono ben sviluppati, anche se ci sono diverse eccezioni.

Sistema respiratorio

La respirazione nei rettili avviene attraverso i polmoni. La pelle di questi organismi è densa, quindi non svolge un ruolo rilevante nello scambio di gas, come accade negli anfibi con pelle sottile e umida.

La maggior parte dei membri ha persino polmoni, ad eccezione di serpenti e anfisbaenidi.

Nelle tartarughe, vi è un'ulteriore complicazione del processo respiratorio: gli organi sono confinati nel guscio dell'animale. Per risolvere questo problema, le tartarughe usano la muscolatura addominale e pettorale come diaframma.

Le specie di tartarughe che vivono nei corpi idrici riescono a soddisfare le loro richieste di ossigeno grazie al pompaggio che svolgono nella loro cavità orale - che è molto vascolarizzata - o nella fogna. Questo fenomeno consente loro di rimanere sott'acqua per periodi di tempo significativi.

I coccodrilli hanno un'importante innovazione: il palato secondario. È costituito da una serie di pieghe di origine cutanea che separa la bocca dai passaggi nasali. Cioè, possono respirare mentre la bocca dell'animale è aperta.

Sistema escretore

Tutti i rettili hanno reni appaiati, lobati e approssimativamente della stessa dimensione. Nei serpenti, i reni si trovano nella regione caudale della cavità celomatica.

Come nel resto dei vertebrati, l'unità funzionale del rene sono i nefroni. Nei rettili, ogni rene è composto da poche migliaia di nefroni, il che è poco se li confrontiamo con i quasi due milioni di nefroni nel rene umano.

La riduzione della dimensione del glomerulo è considerata come un adattamento per evitare la perdita di acqua. Inoltre, questi sono molto scarsamente vascolarizzati.

Il prodotto di scarto dei rettili è acido urico; pertanto, i rettili sono noti come uricoteli. Questo sembra essere un adattamento per ridurre la perdita d'acqua.

L'acido urico è una sostanza insolubile in acqua. Pertanto, il prodotto precipita e la sostanza escreta consiste in una massa bianca semisolida.

Al contrario, le specie che vivono in ambienti acquatici spesso espellono ammoniaca, una sostanza con alti livelli di tossicità. Poiché il prodotto dell'escrezione è tossico, deve essere diluito con più acqua del necessario per l'escrezione di acido urico.

riproduzione

I rettili hanno fecondazione interna e i sessi sono separati. I maschi possiedono due testicoli e le femmine due ovaie. I maschi eseguono la copula con un organo speciale chiamato emipene. È anche in tutti i rettili, ad eccezione delle tartarughe e dei coccodrilli.

Le tartarughe hanno una fecondazione interna e sono ovipari. Investono energia nella creazione di un nido per la loro prole, e una volta che le uova sono depositate e coperte dal substrato, i genitori ignorano i loro futuri discendenti.

Un gran numero di serpenti sono ovipari e un piccolo gruppo è ovoviviparo. La viviparità si è evoluta all'interno dei rettili quasi un centinaio di volte attraverso percorsi evolutivi separati. Questo fenomeno si verifica, generalmente, con un aumento del tempo in cui le uova vengono trattenute all'interno dell'ovidotto.

Gli animali con questa modalità riproduttiva sono generalmente associati a climi freddi, essendo in grado di essere una caratteristica adattativa che consente ai rettili di mantenere una temperatura ottimale per la loro prole. All'interno del corpo della madre, la temperatura è ottimale per lo sviluppo della prole.

Determinazione del sesso

Una delle peculiarità dei rettili in termini di riproduzione è l'influenza della temperatura nel determinare il sesso degli animali. Questo fenomeno è stato segnalato in tartarughe, lucertole e coccodrilli.

Nelle tartarughe, le basse temperature sono associate alla produzione di maschi. Allo stesso modo, le alte temperature si traducono nella produzione di femmine. Poiché la temperatura è il fattore determinante, queste specie mancano di cromosomi sessuali.

I rettili sono un vero gruppo?

Storicamente, gli animali vertebrati terrestri sono classificati in tre classi ben definite: rettili, uccelli e mammiferi. I rettili sono organismi a sangue freddo con squame; gli uccelli sono a sangue caldo e hanno piume; mentre i mammiferi sono a sangue caldo, hanno peso e producono latte.

Prospettiva di Cladista

Con questa semplice descrizione, sembrerebbe facile raggruppare gli esseri organici in categorie corrispondenti alle classi.

Per la scuola cladista, i rettili rappresentano un raggruppamento parafilética, vale a dire che non formano un clado.

Sotto la prospettiva del cladismo, i raggruppamenti validi includono l'antenato comune più recente e tutti i discendenti di questo. Nel caso dei rettili, non tutti i discendenti sono considerati, poiché questo gruppo esclude gli uccelli.

Gli uccelli si sono evoluti da un gruppo di dinosauri chiamati dromaeosauri. Pertanto, se si desidera considerare un gruppo monofiletico - il più recente antenato comune e tutti i suoi discendenti - gli uccelli dovrebbero essere presi in considerazione all'interno dei rettili.

Alcuni biologi che vogliono riferirsi a queste classi correttamente usano il termine di rettili aviari e non-aviari.

Caratteri derivati ​​condivisi

In modo molto superficiale, i gruppi di rettili e uccelli possono sembrare molto diversi l'uno dall'altro. Tuttavia, entrambi condividono una serie di caratteri derivati ​​condivisi o sinapomorfie, come sono noti nella terminologia cladistica.

Sia gli uccelli che i rettili "tradizionali" hanno caratteristiche anatomiche condivise a livello del cranio e delle caviglie. Inoltre, entrambi hanno beta cheratina nelle loro strutture. Questi caratteri unificano entrambi i gruppi in un clade (gruppo monofiletico).

Uccelli e coccodrilli sono gruppi gemelli. Un coccodrillo è più imparentato con un colibrì che con una lucertola o un serpente. In altre parole, coccodrilli e uccelli condividono un antenato comune più recente e sono considerati un gruppo monofiletico (ricordate che i gruppi monofiletici possono essere annidati).