Diversità e unitarietà dei viventi

1. Diversità e unitarietà dei viventi Gli esseri viventi sono diversi tra lorosimili tra loro

2. Diversità dei viventi L’insieme di tutte le specie di viventi presenti sulla Terra costituisce la BIODIVERSITA’. Una SPECIE è l’insieme di organismi, morfologicamente simili, in grado di incrociarsi tra loro e generare una prole fertile. Individui di specie diverse, in taluni casi, possono incrociarsi ma generano figli sterili detti IBRIDI (es. il mulo nato da una cavalla e un asino).

3. Milioni di specie viventi sulla Terra Nessuno sa di preciso quante sono le specie viventi che esistono sul nostro pianeta, semplicemente perché è sostanzialmente impossibile contarle tutte. Tuttavia, nel corso degli anni gli scienziati hanno messo a punto diversi metodi statistici per dare una stima di quante specie popolano la Terra: il numero di specie varia da 3 milioni a 100 milioni a secondo del tipo di studio. Secondo una stima pubblicata di recente, basata su un nuovo metodo statistico e frutto di un lavoro di ricerca durato 10 anni e che ha coinvolto 80 nazioni, sulla Terra vivono almeno 8,7 milioni di specie (con una possibile variazione di 1.300.000 specie in più o in meno). ma il calcolo prende solo in considerazione il dominio degli eucarioti, esseri viventi con sistemi cellulari complessi!!! Dal calcolo sono quindi esclusi i procarioti, di cui fa parte anche l’enorme schiera di batteri con due domini: Archea e Bacteria. Il numero cui sono giunti i ricercatori è quindi parziale e non tiene in considerazione l’intera diversità biologica del nostro Pianeta.

4. Milioni di specie sconosciute Nonostante diversi milioni di specie siano state studiate, l’86% circa delle specie viventi rimangono ancora sconosciute (esempio lampante sono le specie marine, sono state stimate in numero di 2,2 milioni ma la nostra conoscenza è pari all’11% di queste, circa 250.000 sono le specie conosciute). Il grafico mostra il numero di specie stimate dall’ultima ricerca (righe azzurre) e li mette a confronto con il numero di specie fino ad ora catalogate (righe blu). Sono elencati i regni al di sotto del dominio degli eucarioti, ovvero: animali (Animalia) con 7,770 milioni di specie, funghi (Fungi) con 611.000 specie, piante (Plantae) con 298.000 specie, protozoi (Protozoa) che include organismi unicellulari eterotrofi con 36.400 specie e cromisti (Chromista) che include organismi unicellulari per lo più fotosintetici con 27.500 specie .

5. Perché molte specie sono ancora sconosciute? I motivi sono molteplici, ma riconducibili a: • Mancanza di fondi per la ricerca • Mancanza di cataloghi completi e condivisi a livello mondiale • Difficoltà oggettive nella raccolta di campioni dovuta al fatto che spesso gli organismi da studiare e classificare: • sono microscopici, quindi invisibili ad occhi nudo (es. i batteri e i protisti) • vivono in ambienti (habitat) difficili da esplorare (es. fondali oceanici, foreste tropicali, zone polari o cime di montagne, sorgenti idrotermali…..) • vivono in territori (areali) molto ristretti (es. una sola grotta, una sola montagna…) → specie endemiche

6. Unitarietà dei viventi Definire il termine vita non è facile, è molto più facile individuare l’insieme delle caratteristiche che sono proprie dei viventi e permettono di distinguere un essere vivente da un oggetto non vivente.

7. Gli esseri viventi come sistemi complessi Un SISTEMA è un insieme di parti che interagiscono tra loro Quindi i viventi sono sistemi perché formati da parti più piccole che interagiscono tra loro e si organizzano a formare parti sempre più complesse I viventi sono sistemi complessi, organizzati ed ordinati (ordine dinamico – non statico come in certi materiali non viventi- che mantengono grazie ad un dispendio di energia)

8. Livelli di organizzazione presenti nei viventi (in ordine crescente)* = presente sia nei viventi sia nei non viventi PARTICELLE SUBATOMICHE *: Sono le particelle che si trovano all’interno dell’atomo cioè protoni, neutroni e elettroni. ATOMO*: è la più piccola particella stabile che forma la materia sia vivente sia non vivente. MOLECOLE*: insieme di due o più atomi uniti mediante legami chimici. Nei viventi sono presenti sia molecole inorganiche (es. l’acqua H2O e l’anidride carbonica CO2) sia organiche (dette biomolecole). ORGANULI / STRUTTURE CELLULARI: sono formati da biomolecole e si trovano all’interno delle cellule. Ogni organulo è delimitato da una o due membrane ed ha una specifica struttura e funzione. CELLULE: sono la più piccola parte di un essere vivente con le proprietà della vita; costituite da biomolecole che si aggregano a formare membrane e/o organuli cellulari Nel caso di individui unicellulari questo livello coincide con quello di organismo TESSUTO: insieme di cellule uguali per funzione e struttura, generalmente unite tra loro.

9. . ORGANI: insieme di più tessuti in relazione funzionale e strutturale tra loro. APPARATI o SISTEMI: insiemi di più organi in relazione funzionale e strutturale tra loro. Si parla di apparati quando sono formati da tessuti diversi e comunicano con l’esterno mediante una cavità (es. apparato digerente, respiratorio, riproduttore…) Si parla di sistemi quando sono formati da un solo tipo di tessuto e non comunicano con l’esterno mediante una cavità (es. sistema nervoso) ORGANISMO PLURICELLULARE: insieme di più apparati e sistemi che cooperano tra loro. POPOLAZIONE: insieme di tutti gli organismi della stessa specie che vivono in uno stesso luogo, in un certo momento. COMUNITA’: insieme di popolazioni diverse che vivono in un certo luogo, in un certo momento. ECOSISTEMA: insieme delle comunità viventi (componente biotica) e dell’ambiente fisico (componente abiotica) in cui vivono (acqua, aria, suolo) e delle loro interazioni. BIOSFERA: insieme di tutti gli ecosistemi presenti sulla Terra (ecosfera).

10. Tutti i viventi sono costituiti da cellule La cellula è l’unità strutturale e funzionale dei viventi cioè è la più piccola parte di un vivente con le proprietà della vita: come i viventi nasce, cresce e muore, si nutre, si muove, si riproduce… In base al numero di cellule, gli organismi possono essere: unicellularipluricellulari (formati da una sola una cellula) (formati da più cellule). Le cellule sono composte da strutture (membrane) e/o organuli cellulari a loro volta formati da BIOMOLECOLE ( = molecole della vita) ovvero molecole organiche prodotte dai viventi e che formano i viventi, quali proteine, carboidrati, lipidi, acidi nucleici, vitamine.

11. Esistono due tipologie di cellula: Cellule PROCARIOTECellule EUCARIOTE (nei batteri – dominio Archea (in piante, animali, funghi, protisti – e Bacteria): dominio Eucarya): sono piccole e semplici, prive di sono almeno 10 volte più grandi nucleo e di organuli cellulari di quelle procariote e più complesse, con nucleo e organuli cellulari. Sia le cellule procariote sia quelle eucariote hanno la membrana cellulare, la parete cellulare (escluse le eucariote animali), materiale genetico (DNA), ribosomi (RNA) e citoplasma. Solo le cellule eucariote hanno gli organuli cellulari.

12. Tutti i viventi contengono DNA Il DNA è il depositario (cioè la sede) di tutte le informazioni necessarie alla costruzione e al funzionamento dell’organismo. Tali informazioni costituiscono il patrimonio genetico, così detto perché viene trasmesso in eredità dai genitori ai figli ed è scritto nei GENI cioè porzioni di cromosomi. Il DNA è presente in tutte le cellule: in quelle procariote si trova nel citoplasma ed è sempre una sola molecola (un solo cromosoma circolare), mentre in quelle eucariote si trova nel nucleo dove sono presenti più molecole. Negli eucarioti, ogni molecola di DNA, durante la divisione cellulare, forma una struttura bastoncellare detta CROMOSOMA: il numero di cromosomi è lo stesso in tutte le cellule di un organismo ed è tipico della specie (per es. 46 nella specie umana, 8 nel moscerino, 20 nel mais).

13. Tutti i viventi si riproducono Grazie alla riproduzione un organismo è in grado di generare altri organismi simili a se stesso (cioè della stessa specie), a cui viene trasmesso il patrimonio genetico del/dei genitore/i la specie può perpetuare Esistono due tipi di RIPRODUZIONE: asessuata e sessuata. • ASESSUATA (negli organismi più semplici come batteri, protisti, funghi, ma anche nelle piante): basta un solo individuo per generare figli geneticamente identici tra loro e identici all’unico genitore (CLONI) • SESSUATA(nelle piante e negli animali): prevede che nella specie esistano individui di due sessi diversi: maschi e femmine. Ognuno di essi produce cellule adibite alla riproduzione (gameti) di diverso tipo: i gameti maschili sono gli spermatozoi negli animali e il polline nelle piante; i gameti femminili sono le cellule uovo o ovuli sia negli animali sia nelle piante. Con la riproduzione un gamete maschile e uno femminile devono incontrarsi e fondersi (fecondazione) per creare la prima cellula del nuovo individuo, detta zigote che conterrà sia il DNA paterno sia il DNA materno. Per questo i figli sono simili, ma non identici ai due genitori.

14. Modalità di riproduzione asessuata Ci sono vari tipi di riproduzione asessuata: • Scissione binaria (nei batteri e in alcuni protisti): essendo organismi unicellulari, l’unica cellula, dopo aver duplicato il proprio DNA, si divide in due cellule figlie ciascuna delle quali eredita metà del patrimonio genetico contenuto nella cellula madre al momento della divisione. • Gemmazione (es. idra, lievito): sull'organismo spuntano delle protuberanze dette gemme, da cui poi nasce un nuovo individuo che poi si staccherà dal genitore. • Sporulazione (es. funghi e muffe): l'organismo disperde delle spore, da cui poi nasceranno altri individui. • Propagazione (o riproduzione per via vegetativa) (tipica delle piante): un solo individuo è in grado di produrne altri uguali grazie alla produzione di lunghi rami (detti stoloni) o di fusti sotterranei (detti bulbi o rizomi) da cui spuntano germogli da cui nasceranno nuove piante che poi diverranno indipendenti dal genitore.

15. Vantaggi e limiti della riproduzione asessuata e sessuata

16. Tutti i viventi presentano un ciclo vitale Tutti i viventi nascono, crescono, si sviluppano, muoiono. Crescita:Sviluppo: aumento di dimensioni. cambiamento più o meno profondo che porta allo stadio adulto quando l'organismo acquisisce la capacità di riprodursi Esiste uno sviluppoDIRETTO: quandonon ci sono grandissime differenze tra un neonato a un adulto (per esempio nella specie umana) , oppure INDIRETTO: quando ci sono molte differenze tra lo stadio larvale e lo stadio adulto dal punto di vista morfologico, anatomico, ecologico (per es. negli insetti e negli anfibi). La duratadel ciclo vitale è diversa a seconda della specie (per es. uomo: in media 70-80 anni, batterio: 20 minuti). Durante il ciclo vitale di un organismo, la riproduzione potrebbe non avvenire oppure avvenire più volte oppure avvenire una sola volta al termine del ciclo vitale.

17. Tutti i viventi rispondono agli stimoli e si muovono Tutti i viventi presentano una reattività cioè una capacità di reagire a stimoli esterni o interni. Stimoli: qualsiasi variazione proveniente dall’ambiente esterno o dall’interno dell’organismo (es. variazione di luce, temperatura, pressione, salinità, fame….). Spesso la risposta agli stimoli comporta un movimento dell’intero individuo o di parte di esso. Tutti i viventi, a differenza dei corpi non viventi, sono capaci di compiere movimenti in modo autonomo. Tali movimenti possono riguardare l’intero organismo o solo parte di esso.

18. Tutti i viventi hanno bisogno di energia e materia Per compiere le innumerevoli funzioni vitali (crescere, muoversi, riprodursi, rispondere agli stimoli….) tutti i viventi hanno bisogno di energia e materia, ovvero sostanze chimiche. L’unica forma di energia che tutti i viventi sono in grado di utilizzare è l’energia chimica contenuta nei legami chimici delle molecole che assumono dall’esterno o che producono al loro interno manipolando le sostanze che hanno assunto (assimilazione). Pertanto, i viventiscambiano energia e materia (sostanze) con l’ambiente esterno: • Le sostanze entrano o perché assunte come cibo o perché assorbite dall’ambiente circostante (aria, acqua, suolo) ed escono perché espulse, come prodotti di scarto, in vario modo (respirazione, sudorazione, feci, urine, traspirazione, espulsione gas dalle foglie…) • L’energia entra o come energia chimica contenuta nelle sostanze assunte o come energia luminosa ed esce come energia chimica nelle sostanze di rifiuto o come energia termica (calore). Per questo motivo i viventi sono considerati SISTEMI APERTI

19. Tutti i viventi presentano un metabolismo Energia e sostanze sono continuamente trasformate mediante innumerevoli reazioni chimiche che avvengono all’interno dei viventi e che costituiscono il METABOLISMO. Questo di divide in: Anabolismo: tutte le reazioni di sintesi (costruzione) attraverso cui un organismo produce sostanze complesse a partire da sostanze semplici e meno ricche di energia. Nelle reazioni anaboliche viene, pertanto, richiesta energia che il vivente deve assumere dall’esterno come energia chimica (chemiosintesi) o come energia luminosa (fotosintesi). Catabolismo: tutte le reazioni di demolizione attraverso cui un organismo produce sostanze semplici a partire da sostanze complesse e più ricche di energia. Con le reazioni cataboliche viene liberata energia chimica che può essere utilizzata dal vivente. Un processo catabolico attraverso cui, tutti i viventi, liberano energia dalle molecole di glucosio è la respirazione. L’energia chimica liberata dalla demolizione di questo zucchero finisce nei legami di una molecola detta ATP che rappresenta la “riserva energetica” a cui i viventi attingono per svolgere le varie funzioni vitali.

20. . In base al modo in cui ricavano l’energia e le sostanze di cui necessitano, gli esseri viventi si classificano in: ETEROTROFI (dal greco “altro, diverso” e “nutrimento”): quando ottengono l’energia e le molecole dalle sostanze complesse provenienti dall’esterno e assunte sotto forma di cibo. Sono eterotrofi una parte dei batteri e dei protisti, tutti i funghi e tutti gli animali. AUTOTROFI (dal greco “sé stesso” e “nutrimento”): quando sono in grado di produrre da sé molecole complesse e ricche di energia prendendo dall’esterno molecole più semplici ed energia anche in forme diverse (per es. energia luminosa proveniente dal sole). Sono autotrofi una parte dei batteri e dei protisti, tutte le piante e le alghe.

21. Tuttii viventi presentano l’omeostasi Omeostasi (= uguali condizioni): è la capacità dei viventi di mantenere all’interno del proprio corpo condizioni più o meno costanti, nonostante le variazioni (anche drastiche) dell’ambiente esterno. I diversi fattori chimico-fisici che regolano l’ambiente interno (per es. temperatura, salinità, livello di acqua, pH, pressione interna, livello di zuccheri nel sangue…) possono leggermente variare, a secondo delle condizioni esterne, ma comunque restano entro certi limiti compatibili con la vita. Per garantire tutto ciò i viventi possiedono particolari meccanismi (detti omeostatici). In molti animali, uno dei più importanti meccanismi omeostatici è la termoregolazione che permette di mantenere la temperatura corporea entro certi livelli ottimali, nonostante le fluttuazioni esterne: gli animali con questa capacità sono detti omeotermi (uccelli e mammiferi), mentre tutti gli altri sono detti eterotermi perché la loro temperatura interna cambia molto di più in relazione a quella esterna.

22. Tutti i viventi si adattano all’ambiente Gli esseri viventi di ogni specie presentano particolari caratteristiche (morfologiche, anatomiche, fisiologiche, ecologiche) che li rendono particolarmente adatti a vivere in un certo ambiente: si dice quindi, che sono ben adattati al loro ambiente. All’interno di una stessa specie, se ci sono popolazioni diverse che vivono in ambienti diversi, gli individui di queste popolazioni presenteranno caratteristiche differenti (variabilità della specie), perché ciascuno è adattato al proprio ambiente caratterizzato da particolari condizioni chimico – fisiche (clima, temperatura, acqua disponibile, salinità…) cioè ciascuno può meglio vivere (o sopravvivere) in quell’ambiente e quindi riprodursi garantendo la continuità della specie.

23. I viventi subiscono la selezione naturale • Le diverse caratteristiche (caratteri) di una specie sono il risultato di cambiamenti comparsi casualmente, in seguito a mutazioni del DNA, in pochi individui di una specie. • Se la nuova caratteristica rende l’individuo meglio adattato al suo ambiente, cioè se il carattere è favorevole, questo individuo potrà più facilmente vivere, riprodursi e passare il suo DNA ai figli che manifesteranno lo stesso nuovo carattere. Col tempo nella popolazione il numero di individui con quel carattere favorevole sarà sempre maggiore e questo carattere diventerà tipico della specie. • Viceversa se il nuovo carattere non favorisce la sopravvivenza dell’individuo in cui è comparso, questo potrà morire prima di riprodursi e di trasmetterlo alla prole. In questo modo il carattere non favorevole si perderà. • A stabilire se un carattere è favorevole o sfavorevole è l’ambiente in cui vive l’organismo che manifesta il carattere: quindi è l’ambiente (la natura) che SELEZIONA di volta in volta i caratteri che compaiono in ogni specie.

24. Il caso della Biston betularia • Si tratta di una falena che deve il nome di "betularia" all'abitudine a posarsi sui tronchi delle betulle, alberi dalla corteccia chiara; generalmente, la forma predominante di Biston è quella chiara, perché riesce a mimetizzarsi meglio sul tronco chiaro e quindi riesce a sfuggire ai suoi predatori. Gli individui che, casualmente, nascono scuri risultano sfavoriti perché non riescono a mimetizzarsi e quindi saranno predati più facilmente. • Con l'avvento della Rivoluzione Industriale, soprattutto nell'Inghilterra del XVIII secolo, iniziarono ad essere immesse nell'atmosfera ingenti quantità di polveri scure derivanti dalla combustione del carbone (il principale combustibile delle macchine dell'epoca). Nelle aree industriali, di conseguenza, le cortecce degli alberi (incluse le betulle), iniziarono a diventare più scure per via del carbonio nell'aria. Per effetto di questo mutamento ambientale, la forma scura della Biston betularia (ossia la Biston betularia var. carbonaria) risultò meglio adattata alle nuove condizioni ambientali essendo meglio mimetizzata rispetto alla forma chiara: la forma scura divenne in breve tempo numericamente prevalente. Questo fenomeno, detto melanismo industriale è stato di grande aiuto per comprendere i meccanismi della selezione naturale.

25. Tutti i viventi si evolvono Grazie alle mutazioni, che determinano la comparsa di nuovi caratteri, e alla selezione naturale, che seleziona i vari caratteri permettendo a quelli favorevoli di essere trasmessi alle nuove generazioni, col tempo si potranno formare individui così diversi dai progenitori da non esser più considerati della stessa specie. Si dice che una specie si è evoluta. Le specie non restano pertanto immutate nel tempo (come sosteneva la teoria fissista), ma lentamente si modificano. Secondo la teoria evoluzionistica, in circa 3,5 miliardi di anni, da poche specie primordiali si sono formate milioni di specie.