Indice - Medicalinformation
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Purves inizi vol 1:Layout 1 20-04-2009 13:45 Pagina XII Indice PARTE I La scienza e i mattoni della vita CAPITOLO 1 CAPITOLO 2 Lo studio della vita 1.1 Che cos’è la biologia? Gli organismi viventi sono fatti di cellule La diversità della vita è dovuta all’evoluzione per selezione naturale L’informazione biologica è scritta nel linguaggio genetico comune a tutti gli organismi Le cellule usano i nutrienti per procurarsi energia e costruire nuove strutture Gli organismi viventi controllano il proprio ambiente interno Gli esseri viventi interagiscono tra loro Le scoperte in biologia possono essere generalizzate La chimica della vita 3 3 5 7 7 8 8 9 1.2 In che modo tutte le forme di vita sulla Terra sono imparentate tra loro? La vita ha avuto origine dalla “non-vita” attraverso l’evoluzione chimica Quando si formarono le cellule cominciò l’evoluzione biologica La fotosintesi cambiò il corso dell’evoluzione Le cellule eucariotiche si sono evolute dai procarioti Comparve la pluricellularità e le cellule si specializzarono I biologi possono ricostruire l’albero evolutivo della vita 1.3 I biologi come studiano la vita? Lo spirito d’osservazione è un’abilità importante Il metodo scientifico combina osservazione e logica I buoni esperimenti offrono la possibilità di smentire un’ipotesi I metodi statistici sono strumenti essenziali Non tutte le forme di indagine sono scientifiche 10 10 11 11 2.1 Quali elementi chimici costituiscono gli organismi viventi? Un elemento consiste di un solo tipo di atomi I protoni: il loro numero identifica un elemento I neutroni: il loro numero differisce tra gli isotopi Gli elettroni: il loro comportamento determina i legami chimici 23 23 24 25 25 2.2 Come si legano gli atomi per formare le molecole? I legami covalenti consistono nella condivisione di coppie di elettroni Legami covalenti multipli I legami ionici si formano per attrazione elettrostatica I legami a idrogeno si possono formare entro o fra molecole con legami covalenti polari Sostanze polari e non polari: ognuna interagisce meglio con il proprio simile 27 27 29 30 32 32 12 12 12 14 14 14 15 17 17 1.4 In che modo la biologia influenza la politica? 18 Ricapitolando Temi di approfondimento Per fare ricerca 20 20 21 2.3 Come cambiano le combinazioni di atomi durante le reazioni chimiche? 33 2.4 Quali proprietà rendono l’acqua così importante in biologia? L’acqua ha una struttura unica e proprietà speciali L’acqua è il solvente della vita Le soluzioni acquose possono essere acide o basiche Il pH è una misura della concentrazione degli ioni idrogeno I tamponi minimizzano i cambiamenti di pH La chimica della vita è cominciata nell’acqua Una visione d’insieme e un’anticipazione Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 34 34 36 36 37 38 39 40 40 41 42 42 Purves inizi vol 1:Layout 1 20-04-2009 13:45 Pagina XIII INDICE © 978-88-08-16646-3 CAPITOLO 3 XIII 3.3 Quali sono le strutture chimiche Le macromolecole e l’origine della vita 3.1 Quali tipi di molecole caratterizzano gli esseri viventi? 45 I gruppi funzionali conferiscono specifiche proprietà alle molecole Gli isomeri sono caratterizzati da disposizioni diverse degli stessi atomi La struttura delle macromolecole ne riflette la funzione Gran parte delle macromolecole si forma per condensazione e si decompone per idrolisi 45 45 46 e le funzioni dei carboidrati? 56 I monosaccaridi ono zuccheri semplici Il legame glicosidico unisce i monosaccaridi I polisaccaridi immagazzinano energia e forniscono materiali strutturali I carboidrati chimicamente modificati contengono gruppi funzionali aggiuntivi 56 56 58 59 3.4 Quali sono le strutture chimiche e le funzioni dei lipidi? 61 I grassi e gli oli sono depositi di energia I fosfolipidi formano membrane biologiche Non tutti i lipidi sono trigliceridi 61 62 63 47 3.5 Quali sono le strutture chimiche 3.2 Quali sono le strutture chimiche e le funzioni delle proteine? 48 Gli amminoacidi sono i componenti delle proteine I legami peptidici formano lo scheletro di una proteina La struttura primaria di una proteina è la sua sequenza amminoacidica La struttura secondaria di una proteina richiede la formazione di legami a idrogeno La struttura terziaria di una proteina si forma attraverso curvature e ripiegamenti La struttura quaternaria di una proteina è l’organizzazione in subunità Sia la forma che la chimica di superficie contribuiscono alla specificità delle proteine Le condizioni ambientali influenzano la struttura proteica Le chaperonine aiutano le proteine a raggiungere la loro struttura 48 50 51 e le funzioni degli acidi nucleici? I nucleotidi sono i costituenti degli acidi nucleici L’unicità di un acido nucleico risiede nella sua sequenza nucleotidica Il DNA rivela le relazioni evolutive I nucleotidi svolgono altri ruoli importanti 64 65 65 67 68 3.6 Come è cominciata la vita sulla Terra? 68 52 52 53 La vita può essere giunta dall’esterno? La vita ha avuto origine sulla Terra? L’evoluzione chimica può aver condotto alla polimerizzazione L’RNA può essere stato il primo catalizzatore biologico Gli esperimenti confutano la generazione spontanea della vita 68 69 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 73 74 74 75 70 70 72 54 54 55 PARTE II Cellule ed energia CAPITOLO 4 4.2 Quali sono le caratteristiche Le cellule: unità operative della vita delle cellule procariotiche? 4.1 Quali caratteristiche fanno delle cellule le unità fondamentali della vita? Le dimensioni della cellula sono limitate dal rapporto tra superficie e volume Per vedere le cellule è necessario un microscopio Le cellule sono circondate da una membrana citoplasmatica Le cellule possono essere procariotiche o eucariotiche 79 79 80 82 82 Le cellule procariotiche condividono alcune caratteristiche Alcune cellule procariotiche hanno componenti specializzate 82 83 83 4.3 Quali sono le caratteristiche delle cellule eucariotiche? 85 La compartimentazione è la chiave del funzionamento della cellula eucariotica 85 Gli organelli possono essere studiati mediante microscopia oppure isolati per l’analisi chimica 85 Alcuni organelli processano l’informazione 86 Purves inizi vol 1:Layout 1 XIV 20-04-2009 13:45 Pagina XIV INDICE Il sistema endomembranoso comprende un gruppo di organelli collegati tra loro Alcuni organelli trasformano l’energia Vari altri organelli sono circondati da membrane Il citoscheletro è importante per la struttura cellulare © 978-88-08-16646-3 89 92 94 La parete cellulare è una struttura extracellulare La matrice extracellulare agevola le funzioni tissutali degli animali 101 102 102 4.5 Come si sono originate le cellule eucariotiche? 103 La teoria dell’endosimbiosi suggerisce come si sono evoluti gli eucarioti Sia i procarioti che gli eucarioti continuano a evolversi 104 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 105 105 106 106 103 CAPITOLO 5 La struttura dinamica della membrana cellulare 5.1 Qual è la struttura di una membrana biologica? I lipidi rappresentano la componente principale della membrana cellulare Le proteine di membrana sono distribuite in modo asimmetrico Le membrane sono strutture dinamiche I carboidrati di membrana sono siti di riconoscimento 109 109 111 113 114 5.2 Qual è il ruolo della membrana plasmatica nell’adesione e nel riconoscimento cellulare? Il riconoscimento e l’adesione fra cellule dipendono da proteine della superficie cellulare Tre tipi diversi di giunzioni cellulari possono unire cellule vicine 114 115 115 5.3 Quali sono i meccanismi di trasporto passivo attraverso la membrana? La diffusione è il movimento casuale di sostanze teso al raggiungimento di uno stato di equilibrio La diffusione semplice avviene attraverso il doppio strato fosfolipidico L’osmosi consiste nella diffusione di acqua attraverso la membrana La diffusione può essere facilitata da canali proteici sostanze 123 5.4 In che modo le sostanze possono 97 4.4 Quali sono le funzioni delle strutture extracellulari? Le proteine carrier contribuiscono al fenomeno di diffusione legando 118 118 119 120 121 attraversare le membrane contro il gradiente di concentrazione? Il trasporto attivo è un processo direzionale I meccanismi di trasporto attivo primario e secondario utilizzano fonti energetiche diverse 125 125 126 5.5 Come avviene il passaggio di grosse molecole attraverso la membrana? Macromolecole e particelle di varia natura penetrano nella cellula per endocitosi L’endocitosi mediata da recettori è caratterizzata da elevata specificità L’esocitosi provvede al trasferimento di materiali fuori dalla cellula 127 127 128 129 5.6 Quali sono altre funzioni delle membrane? 129 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 131 132 133 133 CAPITOLO 6 Energia, enzimi e metabolismo 6.1 Su quali principi fisici si basano le trasformazioni biologiche dell’energia? Esistono due tipi principali di energia e di metabolismo La prima legge della termodinamica: l’energia non può essere né creata né distrutta La seconda legge della termodinamica: il disordine tende ad aumentare Le reazioni biochimiche liberano o consumano energia L’equilibrio chimico e l’energia libera sono correlati 135 135 136 136 138 139 6.2 Qual è il ruolo dell’ATP nei processi biochimici? 140 L’idrolisi dell’ATP libera energia L’ATP accoppia reazioni esoergoniche ed endoergoniche 140 6.3 Cosa sono gli enzimi? Perché una reazione possa avvenire occorre superare una barriera energetica Gli enzimi legano specifiche molecole di reagenti Gli enzimi abbassano la barriera energetica ma non influiscono sull’equilibrio 141 142 143 144 144 Purves inizi vol 1:Layout 1 20-04-2009 13:45 Pagina XV INDICE © 978-88-08-16646-3 6.4 Come funzionano gli enzimi? La funzione di un enzima è determinata dalla sua struttura molecolare Alcuni enzimi necessitano di altre molecole per poter svolgere la loro funzione La concentrazione del substrato influisce sulla velocità di reazione 6.5 Come vengono regolati gli enzimi? 145 146 147 148 150 151 152 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 154 154 155 155 149 CAPITOLO 8 La fotosintesi: energia dalla luce del Sole 162 8.3 Come viene usata l’energia chimica 158 158 160 161 161 161 164 166 167 168 169 7.5 Perché si ottiene molta più energia con la respirazione cellulare che con la fermentazione? 177 178 179 179 162 157 7.4 In che modo l’ossidazione La catena di trasporto degli elettroni veicola gli elettroni e rilascia energia La diffusione dei protoni è accoppiata alla sintesi di ATP Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca La luce si comporta sia come una particella che come un’onda L’assorbimento di un fotone eccita una molecola di pigmento Esiste una correlazione tra le lunghezze d’onda assorbite e l’attività biologica La fotosintesi sfrutta l’energia assorbita da vari pigmenti L’assorbimento della luce produce una modificazione fotochimica La clorofilla eccitata nel centro di reazione agisce da agente riducente La riduzione innesca un trasporto di elettroni Il trasporto non ciclico degli elettroni produce ATP e NADPH Il trasporto ciclico degli elettroni produce ATP ma non NADPH La chemiosmosi è la fonte dell’ATP prodotto durante la fotofosforilazione 157 7.3 Come viene ricavata energia del glucosio produce ATP? 173 174 175 converte l’energia luminosa in energia chimica? 7.2 Quali sono le vie aerobiche dal glucosio in assenza di ossigeno? Catabolismo e anabolismo prevedono interconversioni dei monomeri biologici Catabolismo e anabolismo sono integrati Le vie metaboliche sono sistemi regolati 181 182 8.2 In che modo la fotosintesi 7.1 In che modo l’ossidazione Le reazioni della glicolisi che consumano energia richiedono ATP Le reazioni della glicolisi che liberano energia producono NADH + H+ e ATP L’ossidazione del piruvato collega la glicolisi al ciclo dell’acido citrico Il ciclo dell’acido citrico completa l’ossidazione del glucosio a CO2 Il ciclo dell’acido citrico è regolato dalla concentrazione dei materiali di partenza 173 La fotosintesi si articola in due vie Le vie metaboliche che catturano l’energia chimica del metabolismo del glucosio? sono interconnesse e controllate? 8.1 Cos’è la fotosintesi? CAPITOLO 7 Le cellule intrappolano l’energia libera mentre metabolizzano il glucosio Uno sguardo d’insieme: la cattura dell’energia contenuta nel glucosio Le ossidoriduzioni trasferiscono elettroni ed energia Il coenzima NAD è un trasportatore chiave di elettroni nelle reazioni di ossidoriduzione 7.6 In che modo le vie metaboliche 148 Gli enzimi possono essere regolati da inibitori Gli enzimi allosterici controllano la loro attività cambiando forma Gli effetti allosterici regolano il metabolismo Gli enzimi subiscono l’influenza dell’ambiente del glucosio libera energia chimica? XV 172 183 183 183 183 184 186 186 187 187 188 188 per sintetizzare carboidrati? 190 Gli esperimenti di marcatura con radioisotopi hanno permesso di identificare le reazioni del ciclo di Calvin Il ciclo di Calvin è costituito da tre processi La luce stimola il ciclo di Calvin 190 191 193 8.4 In che modo le piante si adattano alle inefficienze della fotosintesi? La rubisco catalizza la reazione del RuBP sia con l’O2 che con il CO2 Le piante C4 possono aggirare la fotorespirazione Anche le piante CAM usano la PEP carbossilasi 194 194 194 197 Purves inizi vol 1:Layout 1 XVI 24-04-2009 15:44 Pagina XVI INDICE © 978-88-08-16646-3 alle altre vie metaboliche vegetali? 197 Temi di approfondimento Per fare ricerca Ricapitolando Quesiti di verifica 199 199 Risposte ai quesiti Crediti fotografici Indice analitico 8.5 Come è collegata la fotosintesi 200 200 A1 A3 A5 Indice PARTE III Eredità e genoma CAPITOLO 9 I cromosomi, il ciclo cellulare e la divisione cellulare 9.1 Come si dividono le cellule procariotiche e quelle eucariotiche? Le cellule eucariotiche si dividono per mitosi e meiosi 205 207 9.2 Come viene controllata la divisione cellulare degli eucarioti? Gli eventi del ciclo cellulare vengono controllati dalle cicline e da altre proteine I fattori di crescita possono stimolare le cellule a dividersi 9.3 Cosa accade durante la mitosi? Il DNA degli eucarioti è organizzato in cromosomi molto compatti Riepilogo: la mitosi distribuisce copie esatte dell’informazione genetica I centrosomi determinano il piano di divisione cellulare Durante la profase i cromatidi diventano visibili al microscopio e si forma il fuso mitotico I movimenti dei cromosomi sono rigorosamente ordinati I nuclei si formano durante la telofase La citodieresi è la divisione del citoplasma 208 209 211 212 212 212 213 214 215 216 217 9.4 Qual è il ruolo della divisione cellulare nel ciclo vitale degli organismi sessuali? La riproduzione mediante mitosi dà origine alla continuità genetica La riproduzione mediante meiosi porta a variabilità genetica Il numero, la forma e la dimensione dei cromosomi metafasici costituiscono il cariotipo 218 218 La seconda divisione meiotica separa i due cromatidi di ogni coppia di omologhi Le attività e i movimenti dei cromosomi durante la meiosi causano variabilità genetica Gli errori che possono verificarsi nella meiosi producono cromosomi anomali per struttura e numero La poliploidia può causare difficoltà durante la divisione cellulare 9.6 Come avviene la morte cellulare? Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 225 225 225 228 228 230 231 232 232 CAPITOLO 10 Da Mendel alla genetica moderna 10.1 Quali sono le leggi di Mendel sull’ereditarietà? Mendel introdusse nuovi metodi negli esperimenti sui meccanismi di trasmissione Mendel mise a punto un piano di ricerca accurato Il primo esperimento di Mendel riguardava incroci monibridi Gli alleli sono forme alternative di un gene La prima legge di Mendel afferma la segregazione degli alleli Mendel ha verificato la sua ipotesi effettuando incroci di controllo La seconda legge di Mendel afferma che gli alleli di geni differenti si assortiscono in modo indipendente Quadrato di Punnet o calcolo delle probabilità: una scelta di metodo Le leggi di Mendel si applicano anche agli alberi genealogici della nostra specie 235 235 237 238 239 240 241 242 244 245 218 10.2 Come interagiscono gli allelli? 219 9.5 Cosa accade quando una cellula va incontro a meiosi 221 La prima divisione meiotica dimezza il numero cromosomico 221 Nuovi alleli si originano per mutazone Molti geni possiedono alleli multipli La dominanza non è sempre completa Nella codominanza entrambi gli alleli di un locus vengono espressi Alcuni alleli producono effetti fenotipici multipli 247 247 247 248 248 249 © 978-88-08-16646-3 10.3 Come interagiscono i geni? Il vigore degli ibridi deriva da nuove combinazioni e interazioni geniche Gli effetti dell’ambiente sull’azione genica Gran parte dei fenotipi complessi viene determinata da geni multipli e dall’ambiente INDICE 249 250 250 251 10.4 Qual è la relazione fra geni e cromosomi? I geni situati sullo stesso cromosoma sono concatenati I geni possono essere scambiati fra cromatidi I genetisti possono elaborare mappe cromosomiche La concatenazione genica è stata dimostrata da studi sui cromosomi sessuali I geni localizzati sugli eterocromosomi vengono ereditati in maniera peculiare Nella specie umana molti caratteri sono legati al sesso 252 252 253 254 Ricapitolando Quesiti di verifica Problemi di genetica Per fare ricerca 11.4 Come viene riparato il DNA? 11.5 Quali applicazioni pratiche derivano dalle conoscenze relative alla struttura e alla replicazione del DNA? La reazione a catena della polimerasi permette di ottenere molte copie di DNA È possibile determinare la sequenza nucleotidica del DNA Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 258 260 260 261 262 263 11.1 Qual è la prova che un gene La composizione chimica del DNA era già nota Watson e Crick descrissero la doppia elica Quattro caratteristiche fondamentali definiscono la struttura del DNA La struttura a doppia elica è essenziale per la funzione del DNA 11.3 Come si replica il DNA? La replicazione del DNA potrebbe avvenire mediante tre diverse modalità Meselson e Stahl dimostrarono che la replicazione del DNA è semiconservativa La replicazione del DNA si svolge in due tappe Il DNA viene sintetizzato attraverso un complesso di replicazione 284 285 287 288 289 289 12.1 Quali sono le prove che i geni Il DNA e il suo ruolo nell’ereditarietà 11.2 Qual è la struttura del DNA? 284 Dal DNA alle proteine: dal genotipo al fenotipo codificano le proteine? Gli esperimenti con le muffe del pane hanno stabilito che i geni codificano enzimi Un gene codifica un polipeptide 265 265 266 267 269 270 270 271 272 273 274 274 275 276 276 291 291 292 12.2 Come fluisce l’informazione dai geni alle proteine? Il DNA di un tipo di batteri può trasformare geneticamente batteri di tipo diverso Il principio trasformante è il DNA La replicazione virale conferma che il DNA è il materiale genetico Anche le cellule eucariotiche possono essere trasformate geneticamente dal DNA 283 CAPITOLO 12 257 CAPITOLO 11 è formato da DNA? 278 281 254 10.5 Quali sono gli effetti dei geni localizzati fuori dal nucleo? Le DNA polimerasi aggiungono nucleotidi alla catena in accrescimento I telomeri si replicano completamente XI L’RNA differisce dal DNA Quando i geni vengono espressi, il flusso dell’informazione è unidirezionale I virus a RNA costituiscono un’eccezione al dogma centrale 294 294 294 295 12.3 In che modo l’informazione contenuta nel DNA viene trascritta per produrre 296 proteine? Le RNA polimerasi condividono caratteri comuni La trascrizione si svolge in tre tappe L’informazione per la sintesi proteica si trova nel codice genetico I biologi hanno utilizzato messaggeri artificiali per decifrare il codice genetico 296 296 298 299 12.4 Come viene tradotto l’RNA in proteine? Gli RNA transfer trasportano specifici amminoacidi e si legano a codoni specifici Enzimi specifici legano gli amminoacidi agli specifici tRNA Il ribosoma è il banco di lavoro della traduzione La traduzione si svolge in tre tappe La formazione di polisomi aumenta la velocità di sintesi proteica 300 300 301 303 303 306 12.5 Cosa succede ai polipeptidi dopo la traduzione? Segnali chimici dirigono le proteine verso le specifiche destinazioni cellulari 307 307 XII © 978-88-08-16646-3 INDICE Molte proteine vengono modificate dopo la traduzione 12.6 Cosa sono le mutazioni? Le mutazioni puntiformi sono cambiamenti di singoli nucleotidi Le mutazioni cromosomiche corrispondono a estesi cambiamenti del materiale genetico Le mutazioni possono essere spontanee o indotte Le mutazioni costituiscono la materia prima su cui agisce l’evoluzione Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 309 310 311 312 313 314 315 316 317 317 CAPITOLO 13 Genetica dei virus e dei procarioti 13.5 Cosa abbiamo imparato sul genoma dei procarioti grazie al sequenziamento? 341 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 342 343 344 344 Il genoma degli eucarioti e la sua espressione 14.1 Quali sono le caratteristiche 13.1 In che modo i virus si riproducono I virus non sono cellule I virus si riproducono soltanto con il contributo di cellule viventi I batteriofagi si riproducono attraverso il ciclo litico o quello lisogeno Alcuni virus animali possiedono cicli riproduttivi differenti Molti virus vegetali si diffondono grazie ai vettori 319 319 320 320 323 325 13.2 Come viene regolata l’espressione genica dei virus? si scambiano geni? La regolazione della trascrizione genica permette di conservare energia Un singolo promotore può controllare la trascrizione di geni adiacenti Gli operoni sono le unità di trascrizione dei procarioti Il controllo operatore-repressore induce la trascrizione dell’operone lac Nell’operone trp il controllo operatore-repressore reprime la trascrizione La sintesi proteica può essere controllata aumentando l’efficienza del promotore 348 351 14.2 Quali sono le caratteristiche dei geni eucariotici? 353 I geni che codificano le proteine contengono sequenze non codificanti 354 Le famiglie geniche sono importanti nell’evoluzione e nella specializzazione cellulare 356 dei geni eucariotici? Il processo di splicing rimuove gli introni dal trascritto primario 327 327 327 331 332 13.4 Com’è regolata l’espressione genica nei procarioti? Gli organismi modello hanno rivelato le caratteristiche del genoma eucariotico Il genoma degli eucarioti può comprendere molte sequenze ripetitive 349 14.3 Come vengono rielaborati i trascritti 326 13.3 In che modo i procarioti Nei procarioti la riproduzione dà origine a cloni I batteri usano vari metodi di ricombinazione genica I plasmidi corrispondono a cromosomi supplementari presenti nei batteri Gli elementi trasponibili spostano geni tra plasmidi e cromosomi 340 CAPITOLO 14 del genoma eucariotico? e trasmettono i propri geni? 339 Il sequenziamento dei genomi procariotici può dare potenziali benefici L’individuazione dei geni necessari per la vita cellulare potrebbe portare allo sviluppo di vita artificiale? 333 333 genica negli eucarioti? Geni specifici possono essere trascritti in modo selettivo L’espressione genica può essere regolata mediante cambiamenti strutturali della cromatina L’amplificazione selettiva dei geni dà origine a più di uno stampo per la trascrizione l’espressione genica dopo la trascrizione? 336 14.6 L’espressione genica come viene 337 359 359 363 365 14.5 Negli eucarioti come viene regolata 335 334 357 14.4 In che modo è regolata la trascrizione Diversi mRNA possono essere prodotti dallo stesso gene mediante splicing alternativo La stabilità dell’mRNA può essere regolata Piccoli RNA possono degradare gli mRNA Un RNA può essere sottoposto a revisione per cambiare la proteina codificata 334 357 controllata durante e dopo la traduzione? 366 366 367 367 368 368 © 978-88-08-16646-3 INDICE L’inizio e l’estensione della traduzione possono essere regolate I controlli post-traduzionali regolano la longevità delle proteine 368 369 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca XIII 370 370 371 371 PARTE IV Biologia molecolare: il genoma in azione CAPITOLO 15 La segnalazione e la comunicazione cellulare 15.1 Cosa sono i segnali e in che modo le cellule vi rispondono? Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca CAPITOLO 16 375 Le cellule ricevono segnali dall’ambiente fisico circostante e da altre cellule 375 Una via di trasduzione del segnale comprende: segnale, recettore, trasduzione e relativi effetti 376 Il DNA ricombinante e le biotecnologie 16.1 In che modo vengono analizzate le molecole di DNA? 15.2 In che modo i recettori danno inizio alla risposta cellulare? I recettori possiedono specifici siti di legame per i segnali I recettori possono essere classificati in base alla loro collocazione 378 378 379 15.3 Come viene provocata la risposta a un segnale attraverso la cellula? Le cascate delle proteina chinasi amplificano la risposta del legame di un ligando I secondi messaggeri possono stimolare le cascate di proteina chinasi I secondi messaggeri possono derivare da lipidi Gli ioni calcio sono coinvolti in molte vie di trasduzione del segnale L’ossido nitrico può fungere da secondo messaggero La trasduzione del segnale è strettamente regolata 393 393 394 394 382 382 384 385 386 387 Gli enzimi di restrizione tagliano il DNA in corrispondenza di sequenze specifiche L’elettroforesi su gel separa i frammenti di DNA L’impronta genetica del DNA si basa sull’analisi di restrizione e sull’elettroforesi Il progetto del codice a barre del DNA cerca di identificare tutti gli organismi sulla Terra 16.2 Cos’è il DNA ricombinante? 397 397 398 400 401 402 16.3 Come vengono inseriti nuovi geni nelle cellule? I geni possono essere inseriti sia in cellule procariotiche che eucariotiche I vettori trasportano nuovo DNA nelle cellule ospiti I geni reporter identificano le cellule ospiti contenenti DNA ricombinante 404 404 404 406 388 16.4 Qual è la fonte del DNA utilizzato 15.4 In che modo le cellule cambiano in risposta al segnale? I canali ionici si aprono in risposta ai segnali Le attività enzimatiche cambiano in risposta ai segnali I segnali possono dare inizio alla trascrizione genica nella clonazione? 388 389 389 390 15.5 Le cellule come comunicano direttamente tra loro? Le cellule animali comunicano tramite giunzioni serrate Le cellule vegetali comunicano tra loro tramite plasmodesmi Le librerie genomiche contengono frammenti di DNA di un genoma Le librerie di cDNA vengono costruite a partire da trascritti di mRNA Il DNA può essere sintetizzato chimicamente in laboratorio Le mutazioni a livello del DNA possono essere indotte in laboratorio 407 407 408 409 409 390 16.5 Quali altri tecniche permettono 391 392 di manipolare il DNA? I geni possono essere inattivati mediante ricombinazione omologa 410 410 XIV © 978-88-08-16646-3 INDICE Gli RNA antisenso e gli RNA di interferenza possono impedire l’espressione di particolari geni I chip di DNA possono rivelare mutazioni del DNA e l’espressione dell’RNA 16.6 Cosa si intende per biotecnologie? I vettori di espressione possono trasformare le cellule in fabbriche di proteine Proteine utili in campo medico possono essere prodotte grazie alle biotecnologie Le tecniche di manipolazione del DNA stanno cambiando l’agricoltura Le biotecnologie sollevano preoccupazione nell’opinione pubblica Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 411 412 413 413 414 416 418 419 420 421 421 CAPITOLO 17 Sequenziamento del genoma, biologia molecolare, e medicina molecolare Le mutazioni genetiche portano alla comparsa di proteine non funzionali Le malattie da prioni rappresentano condizioni patologiche derivanti da anomalie della conformazione proteica La maggior parte delle malattie è dovuta sia a fattori genetici che ambientali Esistono numerose modalità di trasmissione delle malattie genetiche umane provocano malattie? Le cellule cancerose differiscono dalle cellule normali Alcune neoplasie maligne vengono causate da virus La maggior parte delle neoplasie maligne è causata da mutazioni geniche In molti tipi di cancro risultano alterate due classi di geni Numerosi eventi sono necessari per trasformare una cellula normale in cellula cancerosa 436 436 437 438 438 440 17.5 Come vengono trattate le malattie genetiche? Le malattie genetiche possono essere trattate modificandone il fenotipo La terapia genica offre la speranza di poter mettere a punto cure specifiche Genoma Umano? 423 423 426 427 427 17.2 Quali cambiamenti del DNA Un modo per identificare un gene è isolare la proteina corrispondente Le delezioni cromosomiche possono contribuire a isolare un gene e, successivamente, la proteina corrispondente I marcatori genici permettono di localizzare geni importanti Le mutazioni che provocano malattie possono interessare un numero qualsiasi di paia di basi Le ripetizioni di triplette in espansione dimostrano la fragilità di alcuni geni umani I cambiamenti a livello del DNA possono avere conseguenze diverse nei maschi e nelle femmine 17.4 Cosa sono le neoplasie maligne? 434 441 441 443 17.6 Cosa abbiamo imparato dal Progetto 17.1 In che modo le proteine difettose provocano malattie? L’analisi del DNA costituisce il test più accurato per l’individuazione di anomalie genetiche 428 444 Esistono due approcci al sequenziamento del genoma La sequenza del genoma umano ha riservato molte sorprese Le sequenze del genoma umano possono essere utilizzate per numerosi scopi L’uso delle informazioni genetiche solleva problemi etici Il problema più complesso del genoma La biologia dei sistemi integra i dati provenienti dalla genomica e dalla proteomica 449 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 449 450 451 451 444 446 446 447 447 429 CAPITOLO 18 429 Immunologia: sistemi di espressione genica e di difese naturali 430 18.1 Quali sono i principali sistemi di difesa degli animali? 431 432 Il sangue e il tessuto linfatico svolgono ruoli importanti nei sistemi di difesa I globuli bianchi svolgono molti ruoli di difesa Le proteine del sistema immunitario si legano ai patogeni o fungono da segnale per altre cellule 453 453 454 455 432 18.2 Quali sono le caratteristiche delle difese 17.3 In che modo lo screening genetico permette di individuare alcune malattie? Lo screening per i fenotipi anomali può ricorrere all’espressione proteica aspecifiche? 433 433 Le barriere fisiche e alcuni agenti locali difendono l’organismo dagli invasori Altre difese aspecifiche comprendono particolari proteine e processi cellulari 456 456 456 © 978-88-08-16646-3 L’infiammazione è una risposta coordinata all’infezione o al danneggiamento di un tessuto Una via di segnalazione cellulare stimola le difese dell’organismo INDICE 458 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca XV 479 480 481 481 459 CAPITOLO 19 18.3 In che modo si sviluppa l’immunità specifica? Il sistema immunitario specifico possiede quattro caratterische principali Esistono due tipi di risposta immunitaria specifica che interagiscono tra loro I cambiamenti genetici e la selezione clonale generano la risposta immunitaria specifica L’immunità e la memoria immunitaria sono il risultato della selezione clonale I vaccini sono un’applicazione della memoria immunitaria Gli animali distinguono tra self e non-self e tollerano i propri antigeni 459 460 460 461 461 462 463 18.4 Qual è la risposta immunitaria umorale? Alcuni linfociti B si trasformano in plasmacellule I diversi anticorpi hanno una struttura comune Esistono cinque classi di immunoglobuline Gli anticorpi monoclonali vengono utilizzati in vario modo 464 464 464 465 465 I recettori dei linfociti linfociti T si trovano su due tipi di cellule T Il complesso maggiore di istocompatibilità codifica le proteine che presentano gli antigeni al sistema immunitario I linfociti T helper e le proteine MHC II contribuiscono alla risposta immunitaria umorale I linfociti T citotossici e le proteine MHC I partecipano alla risposta immunitaria cellulare Le proteine MHC sono alla base della tolleranza nei confronti del self 467 468 468 469 470 471 18.6 In che modo gli animali producono così tanti anticorpi diversi? La diversità degli anticorpi è il risultato della riorganizzazione del DNA e di altre mutazioni La regione costante è coinvolta nel processo di class switching 472 472 474 18.7 Cosa succede quando il sistema immunitario va incontro a disfunzioni? Le reazioni allergiche derivano dall’ipersensibilità Le malattie autoimmuni sono causate da reazioni contro gli antigeni self L’AIDS è una malattia da deficit immunitario 19.1 Quali sono i processi dello sviluppo? 483 Lo sviluppo comprende la determinazione, il differenziamento, la morfogenesi e l’accrescimento Con il progredire dello sviluppo la specializzazione delle cellule aumenta 483 484 19.2 Il differenziamento cellulare è irreversibile? Normalmente le cellule vegetali sono totipotenti Negli animali le cellule dell’embrione precoce sono totipotenti Le cellule somatiche degli animali adulti mantengono il genoma completo Particolari stimoli ambientali possono indurre le cellule staminali pluripotenti a differenziarsi Le cellule staminali embrionali rappresentano potenziali agenti terapeutici 485 486 486 487 488 489 19.3 Qual è il ruolo dell’espressione 18.5 Qual è la risposta immunitaria cellulare? L’espressione differenziale dei geni durante lo sviluppo 474 475 475 476 genica nel differenziamento cellulare? La trascrizione genica differenziata è una caratteristica del differenziamento cellulare Le tecniche della biologia molecolare vengono utilizzate per studiare lo sviluppo 491 491 492 19.4 In che modo viene determinato il destino di una cellula? La segregazione citoplasmatica può determinare la polarità e il destino di una cellula Gli induttori che passano da una cellula all’altra possono determinare il destino cellulare 492 493 494 19.5 L’espressione genica come determina la formazione dei piani organizzativi? Durante lo sviluppo alcuni geni determinano la morte cellulare programmata Le piante possiedono geni di identità degli organi I gradienti dei morfogeni forniscono informazioni posizionali Nella Drosophila, una cascata di fattori di trascrizione stabilisce la segmentazione del corpo I geni dell’omeobox codificano fattori di trascrizione 496 497 497 499 499 500 XVI © 978-88-08-16646-3 INDICE Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 501 502 503 503 CAPITOLO 20 Sviluppo e cambiamenti evolutivi 20.1 In che modo un insieme di strumenti molecolari controlla lo sviluppo? 507 I geni dello sviluppo sono simili nei diversi organismi, ma danno risultati differenti 507 Gli organismi rispondono ai segnali che permettono di prevedere con precisione le condizioni future Alcuni segnali che predicono con precisione condizioni future non sempre si manifestano Gli organismi non rispondono ai segnali ambientali scarsamente indicativi circa le condizioni future Gli organismi possono non dare risposte appropriate a nuovi segnali ambientali 513 514 515 516 20.5 In che modo i geni dello sviluppo 20.2 Le mutazioni caratterizzate da effetti drastici cambiano soltanto una porzione del corpo? Gli interruttori genetici controllano l’uso della “cassetta degli attrezzi molecolari” La modularità permette ai geni di essere espressi in tempi e in luoghi diversi limitano l’evoluzione? 509 509 510 510 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 512 Risposte ai quesiti Crediti fotografici Indice analitico 20.3 Come possono evolvere differenze tra le specie? 20.4 In che modo l’ambiente modula lo sviluppo? L’evoluzione procede mediante cambiamenti delle strutture preesistenti I geni dello sviluppo conservatisi possono indurre fenomeni di evoluzione parallela 516 517 517 519 519 520 521 A1 A3 A5 Indice PARTE V I modelli e i processi evolutivi Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca CAPITOLO 21 La storia della vita sulla Terra 21.1 In che modo gli scienziati datano eventi passati? I radioisotopi ci forniscono un metodo per datare le rocce I metodi di datazione mediante radioisotopi sono stati ampliati e perfezionati 525 526 526 21.2 Come sono cambiati nel tempo i continenti e i climi sulla Terra? L’ossigeno è costantemente aumentato nell’atmosfera terrestre Il clima terrestre è cambiato da caldo/umido a freddo/secco I vulcani a volte hanno cambiato la storia della vita Eventi extraterrestri che hanno innescato cambiamenti sulla Terra 528 529 530 531 531 21.3 Quali sono stati i principali eventi nella storia della vita? Diversi fattori contribuiscono alla scarsità di fossili Gli organismi viventi nel Precambriano erano piccoli e acquatici La vita si espanse rapidamente durante il Cambriano Molti gruppi di animali si diversificarono La differenziazione geografica aumentò durante l’era Mesozoica L’evoluzione dei biota moderni si verificò durante l’era Cenozoica Tre tipi principali di fauna hanno dominato la vita sulla Terra 532 532 533 533 534 537 538 540 CAPITOLO 22 I meccanismi dell’evoluzione 22.1 Quali fatti costituiscono la base della nostra comprensione dell’evoluzione? La parola “adattamento” ha due significati La genetica di popolazione fornisce un fondamento alla teoria di Darwin La maggior parte delle popolazioni è geneticamente variabile Il cambiamento evolutivo può essere misurato in base alle frequenze degli alleli e dei genotipi La struttura genetica di una popolazione non cambia nel tempo se esistono determinate condizioni Le deviazioni dall’equilibrio di Hardy-Weinberg indicano che l’evoluzione è in corso differisce tra gruppi di organismi? Oggi esistono dei “fossili viventi” I cambiamenti evolutivi sono stati graduali per la maggior parte dei gruppi Talvolta i tassi di cambiamento evolutivo sono rapidi Anche le velocità di estinzione sono state estremamente variabili 541 541 541 541 543 548 551 551 552 553 554 556 22.2 Quali sono i meccanismi del cambiamento evolutivo? Le mutazioni generano variabilità genetica Il flusso genico può cambiare le frequenze alleliche La deriva genetica può provocare grandi cambiamenti in piccole popolazioni L’incrocio non casuale modifica le frequenze genotipiche 556 556 557 557 559 22.3 Quali meccanismi evolutivi conducono all’adattamento? 21.4 Perché la velocità evolutiva 545 545 546 546 La selezione naturale produce risultati variabili La selezione sessuale influenza il successo riproduttivo 560 560 562 22.4 Come viene mantenuta la variabilità genetica entro le popolazioni? All’interno delle popolazioni possono accumularsi mutazioni neutrali La ricombinazione sessuale amplifica il numero di possibili genotipi 564 564 564 © 978-88-08-16646-3 La selezione dipendente dalla frequenza mantiene la variabilità genetica all’interno delle popolazioni La variazione ambientale favorisce la variabilità genetica Molta variabilità genetica viene mantenuta in sottopopolazioni geograficamente distinte INDICE CAPITOLO 24 565 L’evoluzione dei geni e dei genomi 566 24.1 Cosa possono rivelare i genomi riguardo all’evoluzione? 566 22.5 Quali vincoli limitano l’evoluzione? I processi di sviluppo limitano l’evoluzione I fenomeni di bilanciamento limitano l’evoluzione I risultati evolutivi a breve e a lungo termine qualche volta differiscono 567 567 568 568 L’evoluzione dei genomi produce la diversità biologica I geni e le proteine vengono confrontati attraverso l’allineamento delle loro sequenze Per calcolare la divergenza evolutiva vengono usati modelli di evoluzione delle sequenze L’evoluzione molecolare può essere osservata direttamente per mezzo di studi sperimentali 22.6 In che modo l’uomo ha influenzato Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 569 570 571 572 572 CAPITOLO 23 Le specie e la loro origine 23.1 Cosa sono le specie? Possiamo riconoscere e identificare molte specie dal loro aspetto Le specie si formano nel tempo La speciazione allopatrica richiede un isolamento genetico quasi completo La speciazione simpatrica avviene in assenza di barriere fisiche 575 575 575 577 Le barriere prezigotiche agiscono prima della fecondazione Le barriere postzigotiche operano dopo la fecondazione Se l’isolamento riproduttivo è incompleto si può formare una zona dell’ibrido 579 581 581 582 584 23.4 Perché i tassi di speciazione variano? 594 594 596 Gran parte dell’evoluzione è neutrale È possibile individuare nel genoma l’azione della selezione positiva e di quella stabilizzante Anche le dimensioni e l’organizzazione del genoma si evolvono Nuove funzioni possono originarsi mediante duplicazione genica Alcune famiglie geniche evolvono attraverso l’evoluzione concertata 598 599 600 602 603 604 dell’evoluzione molecolare? I dati relativi alla sequenza delle molecole sono utilizzati per determinare la storia evolutiva dei geni L’evoluzione genica viene usata per studiare la funzione delle proteine L’evoluzione in vitro produce nuove molecole L’evoluzione molecolare viene utilizzata per studiare e combattere le malattie 605 606 607 607 608 577 23.3 Cosa accade quando specie recentemente formate si riuniscono? 593 24.3 Quali sono alcune applicazioni 23.2 Come hanno origine nuove specie? 593 24.2 Quali sono i meccanismi dell’evoluzione molecolare? l’evoluzione? XI Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 609 610 611 611 CAPITOLO 25 La ricostruzione e l’utilizzo delle filogenesi 25.1 Cos’è la filogenesi? Tutte le forme di vita sono collegate tra loro attraverso la storia evolutiva I confronti tra specie richiedono una prospettiva evolutiva 613 614 614 585 25.2 Come vengono costruiti gli alberi 23.5 Perché si realizzano delle radiazioni adattative? Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca filogenetici? 586 588 589 590 590 La parsimonia fornisce la spiegazione più semplice dei dati filogenetici Le filogenesi vengono ricostruite a partire da molte fonti di dati I modelli matematici espandono le potenzialità della ricostruzione filogenetica 616 617 618 619 XII © 978-88-08-16646-3 INDICE L’accuratezza dei metodi filogenetici può essere verificata 619 È possibile ricostruire gli stati ancestrali 620 Gli orologi biologici aggiungono una dimensione temporale 621 25.3 I biologi come usano gli alberi filogenetici? 622 La filogenesi ci aiuta a ricostruire il passato La filogenesi ci consente di mettere a confronto gli organismi viventi I biologi usano la filogenesi per predire il futuro 622 623 624 25.4 Che nesso c’è tra la filogenesi e la classificazione? 625 La filogenesi è la base della moderna classificazione biologica Codici diversi di nomeclatura biologica regolamentano l’uso dei nomi scientifici 627 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 628 628 629 629 626 PARTE VI L’evoluzione della diversità CAPITOLO 26 26.5 Quali sono i principali gruppi Bacteria e Archaea: i domini dei procarioti di procarioti? 26.1 In che modo gli organismi viventi hanno iniziato a diversificarsi? I tre domini differiscono tra loro per alcune caratteristiche significative 26.2 Dove vivono i procarioti? I procarioti di solito formano comunità complesse 633 633 634 635 26.3 Quali sono le caratteristiche principali del successo evolutivo dei procarioti? I procarioti possiedono particolari pareti cellulari I procarioti hanno forme caratteristiche di locomozione I procarioti si riproducono asessualmente ma possono verificarsi anche eventi di ricombinazione genetica Alcuni procarioti comunicano attraverso l’ambiente circostante I procarioti sono caratterizzati da vie metaboliche molto diverse 637 637 638 639 639 640 la filogenesi dei procarioti? 642 645 645 646 646 647 648 649 650 651 652 26.6 In che modo i procarioti influiscono sull’ambiente circostante? 26.4 In che modo si può determinare Lo studio della storia evolutiva dei procarioti è complicata dalle loro ridotte dimensioni Le sequenze nucleotidiche dei procarioti rivelano i loro rapporti evolutivi Il fenomeno del trasferimento genico laterale può complicare gli studi filogenetici La maggior parte delle specie di procarioti non è mai stata studiata Nei procarioti la principale fonte di variabilità è rappresentata dalle mutazioni Le spirochete si muovono per mezzo di filamenti assiali Le clamidie sono parassiti estremamente piccoli Alcuni Gram-positivi ad alto GC costituiscono valide fonti di antibiotici I cianobatteri sono importanti batteri fotoautotrofi Non tutti i Gram-positivi a basso GC sono effettivamente Gram-positivi I Proteobacteria costituiscono un gruppo ampio e diversificato Gli Archaea differiscono dai batteri per molti aspetti importanti Molti crenarcheoti vivono in luoghi caldi e acidi Gli euriarcheoti vivono in molti luoghi sorprendenti I corarcheoti e i nanoarcheoti sono meno conosciuti 645 652 I procarioti svolgono un ruolo importante nei cicli degli elementi Alcuni procarioti vivono sulla superficie e all’interno di altri organismi Solo una minoranza dei batteri è patogena 653 653 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 654 655 656 656 652 642 CAPITOLO 27 643 L’origine e la diversificazione degli eucarioti 644 27.1 In che modo gli eucarioti unicellulari 643 644 influiscono sull’ambiente circostante? 659 © 978-88-08-16646-3 Sia la filogenesi che la morfologia degli eucarioti microbici illustrano la loro diversità Gli organismi che costituiscono il fitoplancton rappresentano i produttori primari della rete alimentare marina Alcuni eucarioti microbici sono endosimbionti Alcuni eucarioti microbici sono letali L’uomo dipende dai prodotti di antichi eucarioti microbici marini INDICE 659 660 661 661 663 XIII I foraminiferi hanno dato origine a estesi depositi calcarei I radiolari possiedono pseudopodi esili e rigidi Gli amebozoi utilizzano pseudopodi lobiformi per la locomozione 684 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 687 688 689 689 683 683 27.2 Come si è evoluta la cellula eucariotica? L’evoluzione della cellula eucariotica è avvenuta attraverso una lunga serie di tappe I cloroplasti permettono di studiare il processo di endosimbiosi Non riusciamo ancora a spiegare la presenza di alcuni geni procariotici nel genoma degli eucarioti 664 664 Le piante senza seme: dall’acqua alla terraferma 666 28.1 In che modo si sono evolute le piante terrestri? 667 27.3 In che modo si sono diversificati gli eucarioti microbici? Gli eucarioti microbici hanno molti stili di vita diversi Gli eucarioti microbici sono caratterizzati da vari tipi di locomozione Gli eucarioti microbici utilizzano i vacuoli per molti scopi Gli eucarioti microbici possiedono vari tipi di superfici cellulari microbici? 667 668 668 669 670 Gli alveolati possiedono alveoli sotto il plasmalemma Gli stramenopili possiedono due flagelli diversi, di cui uno provvisto di peli Le alghe rosse sono contraddistinte dalla presenza di un tipico pigmento fotosintetico accessorio Le clorofite, le carofite e le piante terrestri contengono clorofilla a e b I diplomonadi e i parabasalidi sono excavati privi di mitocondri Gli eteroloboseani alternano forme ameboidi e forme provviste di flagelli Gli euglenoidi e i cinetoplastidi possiedono mitocondri e flagelli particolari 691 691 692 28.2 Le piante come hanno colonizzato l’ambiente terrestre e vi sono sopravvissute? Gli adattamenti alla vita sulla terraferma distinguono le piante terrestri dalle alghe verdi Le piante non tracheofite vivono di solito in aree dove c’è disponibilità d’acqua Il ciclo vitale delle piante terrestri è caratterizzato dall’alternanza di generazioni Lo sporofito delle piante non tracheofite dipende dal gametofito 693 693 694 695 695 670 671 672 673 27.5 Quali sono i principali gruppi di eucarioti? Le piante terrestri vengono suddivise in dieci gruppi principali Le piante terrestri si sono evolute dalle alghe verdi 667 27.4 Come si riproducono gli eucarioti Alcuni eucarioti microbici si riproducono senza ricombinazione sessuale e la effettuano senza riprodursi Molti cicli vitali degli eucarioti microbici comprendono l’alternanza di generazioni Le clorofite sono caratterizzate da modalità diverse di ciclo vitale Il ciclo vitale di alcuni eucarioti microbici richiede più di una specie ospite CAPITOLO 28 673 675 676 679 680 681 681 682 28.3 Quali sono i caratteri distintivi delle painte vascolari? I tessuti vascolari provvedono al trasporto dell’acqua e dei minerali disciolti Le piante vascolari si sono evolute per quasi 500 milioni di anni Le prime piante vascolari erano prive di radici e foglie Le piante vascolari si sono diversificate Le radici potrebbero essersi evolute dai rami Le pteridofite e le piante a seme possiedono vere foglie La comparsa dell’eterosporia tra le piante vascolari 697 697 698 700 700 700 701 702 28.4 Quali sono i cladi principali di piante senza seme? Le epatiche potrebbero costituire il clade di piante più antico sopravvissuto fino a oggi Le antocerote possiedono stomi, cloroplasti particolari e sporofiti privi di peduncolo 703 703 704 XIV © 978-88-08-16646-3 INDICE I meccanismi di trasporto dell’acqua e degli zuccheri si sono evoluti nei muschi Alcune piante possiedono tessuti vascolari, ma sono prive di semi I muschi clavati sono strettamente imparentati con le altre piante vascolari Equiseti, psilopsida e felci costituiscono un clade Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 705 706 706 706 710 710 711 711 CAPITOLO 29 L’evoluzione delle piante a seme 29.1 In che modo le piante a seme sono diventate l’attuale vegetazione predominante? Il ciclo vitale delle piante a seme è caratterizzato dalla formazione di strutture che proteggono i gameti e l’embrione Il seme è una struttura complessa e ben protetta Un cambiamento anatomico ha permesso alle piante a seme di raggiungere dimensioni molto elevate 713 I rapporti tra gnetofite e conifere sono tuttora oggetto di ricerca Le conifere producono coni ma possiedono gameti immobili 713 715 716 716 718 718 29.3 Quali caratteri distinguono le angiosperme? Le strutture riproduttive delle angiosperme sono i fiori La struttura del fiore si è evoluta nel tempo Le angiosperme si sono coevolute con gli animali Il ciclo vitale delle angiosperme è caratterizzato dalla doppia fecondazione Le angiosperme producono frutti 720 721 722 723 724 725 Il clade di angiosperme più primitive costituisce una materia controversa L’origine delle angiosperme rimane un mistero 726 I semi delle piante costituiscono la principale fonte di nutrimento dell’uomo Le piante a seme sono una fonte di farmaci fin dai tempi antichi I funghi riciclano i minerali, sono patogeni, parassiti e mutualisti delle piante 30.1 In che modo i funghi crescono praticamente in tutti gli ambienti? Il corpo di un fungo pluricellulare è formato da ife I funghi stabiliscono uno stretto contatto con l’ambiente I funghi utilizzano numerose risorse trofiche I funghi bilanciano nutrizione e riproduzione agli altri organismi? I funghi saprobi eliminano i residui organici e contribuiscono al ciclo globale del carbonio I rapporti mutualistici sono vantaggiosi per entrambi gli organismi coinvolti I licheni possono crescere in luoghi inadatti per le piante Le micorrize sono essenziali per la maggior parte delle piante I funghi endofiti proteggono alcune piante dai patogeni, dagli erbivori e dallo stress Alcuni funghi costituiscono una fonte trofica per le formiche che li coltivano 735 735 736 737 738 739 739 740 740 742 743 743 30.3 In che modo i vari cicli vitali fungini differiscono tra loro? I funghi si riproducono sia per via asessuata che sessuata La condizione dicariotica è una caratteristica unica dei funghi Il ciclo vitale di alcuni funghi parassiti coinvolge due ospiti I “funghi imperfetti” mancano di uno stadio sessuale fungini? 730 I chitridi sono gli unici funghi con cellule flagellate Gli zigomiceti si riproducono sessualmente mediante fusione di due gametangi I glomeromiceti formano micorrize arborescenti Negli ascomiceti la struttura adibita alla riproduzione sessuata è l’asco Nei basidiomiceti la struttura adibita alla riproduzione sessuata è il basidio 731 Ricapitolando 728 728 29.5 In che modo le piante sostengono la vita sulla Terra? CAPITOLO 30 743 744 745 745 748 30.4 Come si distinguono i vari gruppi 29.4 Come si sono evolute e diversificate le angiosperme? 732 732 733 733 30.2 I funghi come recano beneficio 29.2 Quali sono i gruppi principali delle gimnosperme? Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 730 749 749 750 751 751 753 754 © 978-88-08-16646-3 Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca INDICE 754 755 755 L’origine degli animali e l’evoluzione del piano corporeo 31.1 Quali dati indicano un’origine monofiletica degli animali? L’origine monofiletica degli animali è supportata da studi su sequenze geniche e dati morfologici I modelli di sviluppo illustrano i rapporti evolutivi tra gli animali 757 La maggior parte degli animali è caratterizzata da simmetria La struttura della cavità corporea influisce sul movimento La segmentazione del corpo facilita il controllo dei movimenti Le appendici facilitano la locomozione 757 758 760 760 761 I filtratori catturano piccole prede Gli erbivori si nutrono di piante I predatori catturano e uccidono prede di grossa taglia I parassiti vivono sulla superficie o all’interno di altri organismi Tutti i cicli vitali comprendono almeno uno stadio di dispersione Nessun ciclo vitale è in grado di massimizzare tutti i benefici Il ciclo vitale dei parassiti si è evoluto per facilitare la dispersione e superare le difese dell’ospite Le spugne sono animali con scarsa organizzazione anatomica Gli ctenofori hanno simmetria radiale e sono diblastici Gli cnidari sono carnivori specializzati di lofotrocozoi? I briozoi sono coloniali Platelminti, rotiferi e nemertini sono imparentati ma strutturalmente diversi I foronoidei e i brachiopodi utilizzano il lofoforo per estrarre cibo dall’acqua Gli anellidi e i molluschi sono gruppi imparentati Gli anellidi possiedono un corpo segmentato I molluschi hanno subito una straordinaria radiazione evolutiva 781 782 783 783 784 785 787 787 789 32.3 Quali sono i gruppi principali Molti gruppi marini comprendono un numero relativamente scarso di specie I nematodi e le specie affini sono abbondanti e diversificati 763 764 765 766 767 767 768 768 770 771 772 772 dominano la fauna terrestre attuale? I gruppi imparentati con gli artropodi possiedono appendici carnose, non articolate Le zampe articolate sono comparse nei trilobiti I crostacei sono diversificati e abbondanti Gli insetti sono artropodi che dominano nell’ambiente terrestre I miriapodi possiedono numerose zampe La maggior parte dei chelicerati possiede quattro paia di appendici Una visione d’insieme dell’evoluzione dei protostomi Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 792 792 793 776 776 777 777 795 795 796 796 798 802 802 803 805 805 806 806 CAPITOLO 33 I deuterostomi 33.1 Cosa sono i deuterostomi? 809 33.2 Quali sono i principali gruppi di echinodermi e di emicordati? Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 779 32.4 Per quale motivo gli artropodi 31.5 Quali sono i principali gruppi di animali? 779 763 31.4 In cosa differiscono i cicli vitali degli animali? Nei lofotrocozoi si sono evoluti la trocofora, i lofofori e la segmentazione a spirale Gli ecdisozoi devono sostituire periodicamente il proprio esoscheletro I chetognati mantengono alcuni caratteri embrionali ancestrali di ecdisozoi? 762 762 31.3 In che modo gli animali si procurano il cibo? I protostomi 32.2 Quali sono i gruppi principali 31.2 Quali caratteristiche determinano il piano corporeo degli animali? CAPITOLO 32 32.1 Cosa sono i protostomi? CAPITOLO 31 XV Gli echinodermi possiedono un sistema vascolare acquifero Gli emicordati possiedono una struttura corporea tripartita 810 811 813 XVI © 978-88-08-16646-3 INDICE 33.3 Quali nuovi caratteri si sono evoluti nei cordati? Gli adulti della maggior parte degli urocordati e dei cefalocordati sono sessili Nei vertebrati la notocorda viene sostituita da una nuova struttura dorsale di supporto Il piano strutturale dei vertebrati è in grado di fornire sostegno ad animali di grandi dimensioni Pinne e vesciche natatorie aumentano la stabilità e il controllo del movimento 814 815 816 817 818 Le pinne articolate hanno aumentato il sostegno meccanico dei pesci Gli anfibi si sono adattati alla vita sulla terraferma Gli amnioti hanno colonizzato gli ambienti aridi I rettili si sono adattati a molti habitat I Crocodylia e gli uccelli condividono un antenato comune con i dinosauri 821 821 822 824 825 826 827 829 829 33.5 Quali caratteri contraddistinguono i primati? 33.4 In che modo i vertebrati hanno colonizzato le terre emerse? L’evoluzione delle penne ha permesso agli uccelli di volare I mammiferi si sono diversificati dopo l’estinzione dei dinosauri La maggior parte dei mammiferi sono teri 832 Gli antenati dell’uomo hanno sviluppato una locomozione bipede L’encefalo umano è aumentato di dimensioni, mentre le mascelle si sono ridotte L’uomo ha sviluppato un linguaggio e una cultura complessa 836 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 836 837 838 838 Risposte ai quesiti Crediti fotografici Indice analitico 833 834 A1 A3 A7 Indice PARTE VII Le piante con fiore: forma e funzione CAPITOLO 34 34.4 In che modo l’anatomia delle foglie Il piano strutturale delle piante permette la fotosintesi? 34.1 Com’è organizzato il corpo delle piante? Le radici ancorano le piante al terreno e provvedono all’assorbimento dell’acqua e dei minerali Il fusto dà origine alle gemme, alle foglie e ai fiori Le foglie costituiscono la sede principale della fotosintesi I sistemi tissutali consentono le attività della pianta 843 844 Il trasporto di sostanze nelle piante 846 35.1 In che modo le cellule 846 La parete cellulare può avere una struttura complessa Le cellule parenchimatiche sono vive quando svolgono le loro funzioni Le cellule del collenchima forniscono un sostegno flessibile quando sono in vita Le cellule dello sclerenchima forniscono un rigido supporto meccanico Le cellule dello xilema trasportano l’acqua e i minerali dalle radici ai fusti e alle foglie Le cellule del floema trasportano i carboidrati e altri nutrienti 847 847 848 Le piante e gli animali si accrescono in modo differente Il piano corporeo delle piante viene prodotto da una gerarchia di meristemi Il meristema apicale delle radici dà origine alla cuffia radicale e ai meristemi radicali primari I prodotti dei meristemi primari della radice si trasformano in tessuti radicali I prodotti dei meristemi primari dei fusti diventano tessuti del fusto I fusti e le radici di molte eudicotiledoni subiscono un processo di crescita secondaria delle piante assorbono acqua e soluti? L’acqua si sposta attraverso le membrane per osmosi Le aquaporine facilitano i movimenti dell’acqua attraverso le membrane L’assunzione di ioni minerali richiede proteine di trasporto di membrana L’acqua e gli ioni passano nello xilema attraverso l’apoplasto e il simplasto 865 865 867 867 868 850 850 850 850 34.3 In che modo i meristemi producono il corpo delle piante? 861 862 863 863 CAPITOLO 35 845 34.2 Perché le cellule vegetali sono uniche? Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 860 851 851 853 854 855 855 35.2 L’acqua e i minerali come vengono trasportati nello xilema? Gli esperimenti che fecero scartare l’ipotesi del trasporto xilematico dovuto all’azione di pompaggio di cellule vive La pressione radicale non spiega il trasporto nello xilema Il meccanismo della traspirazione-coesione -tensione spiega il trasporto nello xilema La camera iperbarica misura la tensione nella linfa xilematica 870 870 870 871 872 35.3 In che modo gli stomi controllano la perdita di acqua e l’assunzione di CO2? Le cellule di guardia controllano le dimensioni dell’apertura degli stomi La traspirazione delle coltivazioni può essere ridotta 873 874 874 35.4 Come vengono traslocate 856 le sostanze nel floema? 876 © 978-88-08-16646-3 INDICE Il modello del flusso pressorio sembra spiegare la traslocazione all’interno del floema Il modello del flusso pressorio è stato testato sperimentalmente I plasmodesmi permettono il trasferimento di materiale fra le cellule 879 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 880 880 881 881 877 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca CAPITOLO 37 La regolazione della crescita nelle piante 37.1 Come procede lo sviluppo di una pianta? La nutrizione delle piante 36.1 In che modo le piante acquisiscono Gli autotrofi fabbricano da soli i propri composti organici In che modo un organismo sessile trova le sostanze nutritive? 883 883 884 36.2 Quali sostanze minerali sono necessarie alle piante? I sintomi da carenza rivelano una nutrizione inadeguata Molti elementi essenziali svolgono ruoli diversi Per identificare gli elementi essenziali furono ideati specifici esperimenti 884 884 885 886 Vari ormoni e fotorecettori partecipano alla regolazione della crescita vegetale Le vie di trasduzione dei segnali sono coinvolte in tutte le fasi dello sviluppo vegetale Il seme germina e forma una pianticella che cresce La pianta fiorisce e produce frutti La pianta invecchia e muore Non tutti i semi possono germinare in assenza di segnali La dormienza dei semi è vantaggiosa in termini di adattamento La germinazione di un seme inizia con l’assorbimento di acqua L’embrione deve mobilizzare tutte le sue riserve I suoli hanno una struttura complessa I suoli si formano dalla degradazione delle rocce I suoli sono la fonte delle sostanze alimentari delle piante In agricoltura si impiegano fertilizzanti e limo Le piante influenzano la fertilità e il pH del suolo 887 888 889 889 890 890 36.4 In che modo l’azoto passa dall’aria alle cellule delle piante? I fissatori dell’azoto rendono possibile la vita La nitrogenasi catalizza la fissazione dell’azoto Certe piante e alcuni batteri lavorano insieme per fissare l’azoto La fissazione biologica dell’azoto non è sempre sufficiente a soddisfare le necessità agricole Piante e batteri partecipano al ciclo globale dell’azoto 891 891 892 893 894 894 da altre fonti oltre a suolo, aria e luce solare? Le piante carnivore integrano la loro alimentazione per quanto riguarda i nutrienti minerali Le piante parassite sfruttano altre piante La malattia della “piantina sciocca” portò alla scoperta delle gibberelline Le gibberelline hanno molti effetti sulla crescita e lo sviluppo delle piante 37.3 Qual è la funzione dell’auxina? Il fototropismo ha portato alla scoperta dell’auxina Il trasporto dell’auxina è polare e richiede proteine di trasporto La luce e la gravità influiscono sulla direzione della crescita di una pianta L’auxina influenza la crescita delle piante in molti modi L’auxina può funzionare da erbicida L’auxina stimola la crescita agendo sulle pareti cellulari L’auxina e le gibberelline vengono riconosciute attraverso meccanismi simili 895 895 896 901 902 902 902 903 903 904 904 905 905 905 907 908 908 909 909 910 912 912 914 37.4 Qual è la funzione delle citochinine, dell’etilene, dell’acido abscissico e dei brassinosteroidi? 36.5 Quali piante ricavano nutrienti 901 37.2 Qual è la funzione delle gibberelline? 36.3 Quali sono i ruoli del suolo? 897 898 899 899 877 CAPITOLO 36 le sostanze nutritive? XIII Le citochinine sono attive dal seme alla senescenza L’etilene è un ormone gassoso che accelera la senescenza delle foglie e la maturazione dei frutti L’acido abscissico è l’“ormone dello stress” 914 915 916 917 XIV © 978-88-08-16646-3 INDICE I brassinosteroidi sono ormoni che mediano gli effetti della luce 918 37.5 In che modo i fotorecettori partecipano alla regolazione della crescita di una pianta? I fitocromi mediano gli effetti della luce nel rosso e nel rosso lontano I fitocromi hanno molti effetti sullo sviluppo e la crescita delle piante Più fitocromi hanno ruoli diversi nello sviluppo delle piante I criptocromi, le fototropine e la zeaxantina sono recettori della luce blu Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 919 919 920 921 922 923 924 924 38.1 In che modo le angiosperme 927 928 928 928 930 930 I meristemi apicali possono diventare meristemi d’infiorescenza Una cascata di espressioni geniche porta alla fioritura La fioritura può essere avviata da segnali fotoperiodici Le piante differiscono per le loro risposte a diversi segnali fotoperiodici La durata della notte è il segnale fotoperiodico chiave per determinare la fioritura I ritmi circadiani vengono mantenuti grazie a un orologio biologico I fotorecettori regolano l’orologio biologico Lo stimolo alla fioritura si origina in una foglia In alcune piante la fioritura richiede l’esposizione a un periodo di basse temperature Esistono molte forme di riproduzione asessuata La riproduzione vegetativa ha uno svantaggio La riproduzione vegetativa è importante per l’agricoltura 943 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 945 945 946 946 942 943 CAPITOLO 39 Le risposte delle piante alle sfide ambientali dagli agenti patogeni? Le piante sigillano le parti infette per limitare i danni Alcune piante possiedono potenti difese chimiche contro gli agenti patogeni La risposta ipersensibile è una strategia di contenimento localizzata La resistenza sistemica acquisita è una forma di “immunità” a lungo termine Alcuni geni vegetali hanno una corrispondenza con certi geni degli agenti patogeni Le piante sviluppano una immunità specifica ai virus a RNA 931 932 933 943 934 934 935 935 936 937 939 939 941 949 949 950 951 951 952 952 39.2 In che modo le piante si difendono dagli erbivori? 38.2 Cosa determina la transizione dallo stato vegetativo allo stato di fioritura? 942 39.1 Come si difendono le piante La rirpoduzione nelle piante con fiore si riproducono sessualmente? si riproducono asessualmente? 921 CAPITOLO 38 Il fiore è la struttura delle angiosperme deputata alla riproduzione sessuata Le piante con fiore sono dotate di gametofiti microscopici L’impollinazione permette la fecondazione in assenza di acqua Alcune piante con fiore praticano la “selezione del compagno” Un tubetto pollinico trasporta le cellule spermatiche nel sacco embrionale Le angiosperme compiono una doppia fecondazione Gli embrioni si sviluppano nei semi Alcuni frutti contribuiscono alla dispersione dei semi 38.3 In che modo le angiosperme Il pascolo aumenta la produttività di certe piante Alcune piante producono difese chimiche contro gli erbivori Alcuni metaboliti secondari svolgono più funzioni Alcune piante chiedono aiuto Molte difese dipendono da massicci meccanismi di segnalazione La tecnologia del DNA ricombinante potrebbe conferire alle piante una migliore resistenza agli insetti In che modo le piante evitano di autoavvelenarsi? Le piante non vincono sempre 953 953 953 954 955 955 956 956 957 39.3 Come si difendono le piante dai climi estremi? Alcune foglie dispongono di adattamenti speciali per gli ambienti aridi Le piante dispongono di altri adattamenti per gestire una quantità d’acqua limitata Nei terreni saturi d’acqua l’ossigeno è scarso Le piante possono adattarsi alle temperature estreme 958 958 959 959 960 © 978-88-08-16646-3 INDICE 39.4 In che modo le piante si difendono dalla eccessiva salinità e dai metalli pesanti? La maggior parte delle alofite accumula sale Le alofite e le xerofite presentano adattamenti simili Alcuni habitat sono ricchi di metalli pesanti 961 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca XV 964 964 965 965 961 962 962 Risposte ai quesiti Crediti fotografici Indice analitico A1 A3 A5 Indice PARTE VIII Gli animali: forma e funzione Il termostato dei vertebrati si serve delle informazioni di feedback Le febbre aiuta il corpo a combattere le infezioni Regolare il termostato CAPITOLO 40 Fisiologia, omeostasi e regolazione della temperatura 984 985 985 40.1 Perchè gli animali devono regolare il loro ambiente interno? Un ambiente interno rende possibili complessi animali pluricellulari L’omeostasi richiede una regolazione fisiologica I sistemi fisiologici sono composti di cellule, tessuti e organi Gli organi sono costituiti da più tessuti 969 969 970 971 973 40.2 In che modo la temperatura influenza i sistemi viventi? Il Q10 è una misura della sensibilità alla temperatura Gli animali possono acclimatarsi ai cambiamenti stagionali di temperatura Come fanno gli endotermi a produrre così tanto calore? Gli esotermi e gli endotermi reagiscono in modo diverso ai cambiamenti di temperatura I capitali energetici riflettono gli adattamenti per regolare la temperatura corporea Sia gli esotermi che gli endotermi controllano il flusso sanguigno verso la pelle Alcuni pesci aumentano la temperatura corporea conservando il calore prodotto dal metabolismo Alcuni esotermi regolano la produzione di calore 974 975 975 976 976 978 978 CAPITOLO 41 Gli ormoni degli animali funzionano? Gli ormoni possono funzionare sia vicino ai siti in cui sono stati prodotti sia a distanza Da un punto di vista filogenetico, la comunicazione ormonale è antica La muta è controllata da ormoni prodotti a livello dell’estremità cefalica L’ormone giovanile controlla lo sviluppo degli insetti Gli ormoni possono essere divisi in tre gruppi in base alla loro struttura chimica I recettori ormonali si trovano sulla superficie cellulare o all’interno della cellula L’azione degli ormoni dipende dalla natura delle cellule bersaglio e dei loro recettori 979 980 991 991 992 992 993 995 995 995 41.2 Come interagiscono il sistema nervoso e quello endocrino? 40.4 In che modo i mammiferi regolano la loro temperatura corporea? 987 988 989 989 41.1 Cosa sono gli ormoni e come 974 40.3 Gli animali come regolano lo scambio di calore con l’ambiente? Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 996 L’integrazione tra le funzioni nervose e quelle endocrine avviene a livello dell’ipofisi 997 Gli ormoni ipotalamici esercitano un controllo sull’ipofisi anteriore 999 La secrezione ormonale è controllata mediante un meccanismo di feedback negativo 1000 981 Il metabolismo basale dipende sia dalle dimensioni del corpo che dalla temperatura ambientale 981 Gli endotermi reagiscono al freddo producendo calore e riducendone la dispersione 982 L’evaporazione dell’acqua può dissipare il calore, ma a un prezzo 983 41.3 Quali sono le principali ghiandole endocrine dei mammiferi e quali ormoni producono? La tiroxina controlla il metabolismo cellulare Il gozzo è provocato da disfunzioni tiroidee La calcitonina abbassa i livelli ematici di calcio 1001 1001 1001 1003 © 978-88-08-16646-3 L’ormone paratiroideo aumenta i livelli di calcio nel sangue La vitamina D è un vero e proprio ormone Il paratormone riduce i livelli di fosfato nel sangue La concentrazione ematica di glucosio è controllata dagli ormoni insulina e glucagone La somatostatina è un ormone presente sia nel sistema nervoso centrale sia nell’apparato gastroenterico Il surrene è costituito in realtà da due distinte ghiandole endocrine Gli steroidi sessuali vengono sintetizzati nelle gonadi L’inizio della pubertà coincide con le modificazioni nel controllo della sintesi degli steroidi sessuali La melatonina regola il ritmo delle funzioni biologiche cicliche e interviene nel fotoperiodismo La lunga lista delle molecole con funzione ormonale INDICE 1003 1004 con cui agiscono gli ormoni? Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 1005 1006 1006 1008 1009 1009 1010 1010 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1015 CAPITOLO 42 riproduttore dell’uomo e quello della donna? Gli organi sessuali maschili producono e trasportano il seme L’attività sessuale maschile è controllata dagli ormoni Gli organi sessuali femminili producono cellule uovo, accolgono gli spermatozoi e nutrono l’embrione Il ciclo ovarico produce una cellula uovo matura Il ciclo uterino prepara un ambiente idoneo per lo sviluppo dell’uovo fecondato Gli ormoni controllano e coordinano il ciclo ovarico e quello uterino Durante la gravidanza, gli ormoni prodotti dalle membrane extraembrionali svolgono un ruolo determinante Il parto viene indotto da stimoli ormonali e meccanici la fertilità e salvaguardata la salute in ambito sessuale? La nostra specie fa uso di molti metodi per il controllo delle nascite Le tecniche riproduttive aiutano a risolvere i problemi di infertilità L’attività sessuale può trasmettere molti agenti patogeni Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca CAPITOLO 43 42.1 In che modo gli animali possono 1017 Lo sviluppo animale: dai geni agli organismi 1017 43.1 In che modo la fecondazione riprodursi senza ricorrere al sesso? 1018 42.2 Come avviene la riproduzione sessuale negli animali? Il processo di gametogenesi produce cellule uovo e spermatozoi La fecondazione consiste nell’unione di uno spermatozoo e di una cellula uovo L’accoppiamento facilita l’incontro fra uova e spermatozoi Un singolo individuo può comportarsi sia da maschio che da femmina L’evoluzione dei sistemi riproduttivi dei vertebrati è avvenuta parallelamente alla conquista della terraferma 1019 1019 1021 1024 1025 1026 1028 1028 1030 1031 1032 1033 1033 1034 1035 42.4 Come può esssere controllata La riproduzione animale Gemmazione e rigenerazione producono nuovi individui mediante mitosi La partenogenesi consiste nello sviluppo di un uovo non fecondato 1027 42.3 Come funzionano l’apparato 1005 41.4 Come vengono studiati i meccanismi La presenza di un ormone e la sua concentrazione possono essere misurati tramite dosaggio immunologico Un solo ormone può agire tramite numerosi recettori Un ormone può agire tramite molte catene diverse di eventi molecolari I diversi sistemi riproduttivi si distinguono in base alla sede di sviluppo dell’embrione XI attiva il processo di sviluppo? Spermatozoo e cellula uovo contribuiscono in modo diverso alla formazione dello zigote La ridistribuzione del citoplasma dell’uovo caratterizza la fase di determinazione La segmentazione provoca una ridistribuzione del citoplasma Nei mammiferi la segmentazione si svolge in modo peculiare Particolari blastomeri danno origine ai diversi tessuti e organi 1036 1037 1039 1040 1041 1043 1044 1044 1047 1047 1048 1048 1050 1052 43.2 In che modo la gastrulazione dà origine a più strati di tessuto? 1053 L’invaginazione del polo vegetativo caratterizza la gastrulazione del riccio di mare 1053 XII © 978-88-08-16646-3 INDICE La gastrulazione di rana inizia a livello della semiluna grigia Il labbro dorsale del blastoporo organizza la formazione dell’embrione I meccanismi molecolari dell’organizzatore coinvolgono numerosi fattori di trascrizione L’organizzatore modifica la propria attività quando migra dal labbro dorsale La modalità di gastrulazione di rettili e uccelli rappresenta un adattamento alle uova ricche di tuorlo Le uova dei mammiferi placentati non hanno sostanze di riserva ma conservano la gastrulazione tipica di rettili e uccelli 1054 1055 1056 1058 1058 1058 43.3 Come si sviluppano gli organi e gli apparati? Lo stadio di sviluppo è determinato dal labbro dorsale del blastoporo La segmentazione del corpo si realizza durante la neurulazione Geni Hox controllano lo sviluppo lungo l’asse antero-posteriore del corpo 43.4 Qual è l’origine della placenta? Le membrane extraembrionali si formano dal contributo di tutti i foglietti germinativi Nei mammiferi le membrane extraembrionali danno origine alla placenta Le membrane extraembrionali forniscono indicazioni per la diagnosi di malattie genetiche 1059 1060 1060 1061 1062 1062 1063 1063 L’embrione viene definito feto già alla fine del primo trimestre Il feto cresce e si completa durante il secondo e terzo trimestre Cambiamenti inerenti allo sviluppo continuano per tutta la vita Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 1064 1064 1065 1066 1067 1068 1069 1069 I neuroni e il sistema nervoso 1071 1071 1072 1074 44.2 In che modo i neuroni generano e conducono i segnali? 1076 1078 1079 1080 1081 1083 La giunzione neuromuscolare è un modello di sinapsi chimica L’arrivo di un potenziale d’azione provoca il rilascio di neurotrasmettitori La membrana postsinaptica reagisce ai neurotrasmettitori Le sinapsi fra i neuroni possono essere inibitorie o eccitatorie La cellula postsinaptica integra gli input eccitatori e inibitori Le sinapsi possono essere veloci o lente Le sinapsi elettriche sono veloci ma non integrano bene le informazioni L’azione di un neurotramettitore dipende dal recettore a cui si lega I recettori del glutammato potrebbero essere coinvolti nell’apprendimento e nella memoria Per disattivare le risposte, le sinapsi devono essere liberate dai neurotrasmettitori Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 1084 1084 1084 1085 1086 1086 1086 1087 1088 1089 1090 1091 1092 1093 1093 CAPITOLO 45 45.1 Come fanno le cellule sensoriali 44.1 Quali cellule si trovano unicamente Le reti neuronali variano in complessità I neuroni sono le unità funzionali del sistema nervoso Anche le cellule gliali sono componenti importanti del sistema nervoso 1075 I sistemi sensoriali CAPITOLO 44 nel sistema nervoso? 1075 44.3 I neuroni come comunicano con le altre cellule? 43.5 Quali sono le fasi dello sviluppo umano? Semplici concetti legati all’elettricità possono aiutare a spiegare le funzioni neuronali I potenziali di membrana possono essere misurati tramite elettrodi Le pompe e i canali ionici generano i potenziali di membrana Oggi i canali ionici e le loro proprietà possono essere studiati direttamente I canali ionici ad accesso regolato alterano il potenziale di membrana I potenziali d’azione sono generati da modifiche improvvise dei canali del Na+ e del K+ I potenziali d’azione vengono condotti lungo gli assoni senza perdita di segnale I potenziali d’azione possono saltare lungo gli assoni 1075 a convertire gli stimoli in potenziali d’azione? Le proteine recettoriali coinvolte nelle funzioni sensoriali agiscono sui canali ionici I meccanismi di trasduzione nelle cellule recettoriali coinvolgono cambiamenti nei potenziali di membrana La sensazione percepita dipende da quale neurone riceve il potenziale d’azione dal recettore Molti recettori si adattano a stimolazioni ripetute 1095 1095 1096 1097 1097 © 978-88-08-16646-3 INDICE 45.2 I sistemi sensoriali come fanno a percepire gli stimoli chimici? Gli artropodi forniscono alcuni buoni esempi per lo studio della chemiorecezione L’olfatto consente di percepire gli stimoli odorosi L’organo vomeronasale percepisce i feromoni Il gusto consente di percepire i sapori 1098 1098 1099 1100 1100 Molte cellule differenti rispondono al tatto e alla pressione I meccanocettori si trovano nei muscoli, nei tendini e nei legamenti Il sistema acustico utilizza le cellule ciliate per percepire le onde sonore Le cellule ciliate forniscono informazioni sullo spostamento 1101 1102 1102 1103 1105 45.4 I sistemi sensoriali come fanno a percepire la luce? Le rodopsine sono responsabili della fotosensibilità Gli invertebrati hanno un’ampia varietà di sistemi visivi Occhi che formano immagini si sono evoluti indipendentemente nei vertebrati e nei molluschi cefalopodi La retina dei vertebrati riceve ed elabora le informazioni visive Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 1108 1108 1130 1132 superiori del SNC in termini di linguaggio neuronale? 1134 Il sonno e i sogni corrispondono a precisi pattern di attività elettrofisiologica nella corteccia cerebrale Alcune forme di apprendimento e di memoria si localizzano in specifiche aree cerebrali Le capacità linguistiche sono localizzate nell’emisfero cerebrale sinistro Cosa si intende per coscienza? 1138 1139 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 1140 1141 1142 1143 1134 1136 1110 1111 1112 1115 1116 1117 1117 CAPITOLO 46 Il sistema nervoso dei mammiferi: struttura e funzioni 46.1 Qual è l’organizzazione del sistema nervoso dei mammiferi? 1128 46.3 È possibile comprendere le funzioni 45.3 Come fanno i sistemi sensoriali a percepire le forze meccaniche? Il sistema nervoso autonomo controlla il corretto svolgimento delle funzioni involontarie Gli stimoli luminosi che raggiungono la retina generano segnali che sono integrati nella corteccia visiva Le cellule corticali ricevono input da entrambi gli occhi XIII 1119 L’organizzazione funzionale del sistema nervoso si basa sul flusso e sul tipo di informazione 1119 Il SNC dei vertebrati si sviluppa nel corso dell’ontogenesi dal tubo neurale 1120 Il midollo spinale trasmette e modifica le informazioni che lo attraversano 1121 La formazione reticolare è responsabile dello stato di allerta del prosencefalo 1123 La porzione profonda del prosencefalo controlla impulsi fisiologici, istinti ed emozioni 1123 Le diverse aree del telencefalo interagiscono per conseguire la consapevolezza e il controllo del comportamento 1124 CAPITOLO 47 Gli effettori: come gli animali rispondono agli stimoli ambientali 47.1 Come si contraggono i muscoli? Lo scorrimento dei filamenti causa la contrazione del muscolo scheletrico L’interazione tra actina e miosina causa lo scorrimento dei filamenti Le interazioni tra actina e miosina sono controllate dagli ioni calcio Il miocardio è responsabile del battito cardiaco La muscolatura liscia provoca lenti fenomeni contrattili di molti organi interni La risposta graduale di un muscolo scheletrico deriva dalla somma di singoli eventi contrattili 1145 1145 1147 1148 1150 1151 1153 47.2 Cosa determina la forza e la resistenza muscolare? I vari tipi di fibre muscolari determinano la forza e la resistenza Il muscolo ha una lunghezza ottimale per generare la massima tensione L’esercizio aumenta la forza e la resistenza del muscolo La quantità di ATP immagazzinata dal muscolo limita la prestazione 1154 1154 1155 1155 1156 47.3 Quali ruoli svolge l’apparato 46.2 Come viene elaborata un’informazione da parte delle reti neuronali? scheletrico durante il movimento? 1128 Lo scheletro idrostatico è costituito da una cavità muscolare piena di fluido 1157 1158 XIV © 978-88-08-16646-3 INDICE L’esoscheletro è costituito di strutture rigide esterne L’endoscheletro dei vertebrati fornisce il supporto per i muscoli Le ossa si sviluppano dai tessuti connettivi Le ossa che presentano articolazioni in comune possono agire come una leva 1158 1159 1160 1161 48.3 Come funzionano i polmoni umani? 1178 Le secrezioni del tratto respiratorio coadiuvano la ventilazione I polmoni sono ventilati grazie ai cambiamenti di pressione all’interno della cavità toracica I cromatofori permettono a un animale di cambiare il proprio colore Le ghiandole secernono sostanze chimiche per inviare segnali di difesa, di comunicazione o di predazione Alcuni effettori generano elettricità utilizzata per la percezione, la comunicazione, la difesa o l’attacco Gli effettori luminosi utilizzano gli enzimi per produrre la luce Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 1163 1163 1164 1165 1166 1167 1167 48.1 Quali fattori fisici condizionano 1169 Gli organi respiratori sono caratterizzati da ampie superfici di scambio Il trasporto dei gas da e per le superfici di scambio ottimizza i gradienti di pressione parziale Gli insetti possiedono vie aeree in ogni parte del proprio corpo Le branchie dei pesci sfruttano il flusso controcorrente per rendere massimo lo scambio gassoso Gli uccelli utilizzano una ventilazione unidirezionale per rendere massimi gli scambi gassosi La ventilazione bidirezionale produce uno spazio morto che limita l’efficienza dello scambio gassoso 1183 1183 1184 la respirazione? 1185 La respirazione è controllata dal tronco cerebrale La regolazione della respirazione richiede informazioni di feedback 1186 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 1188 1189 1190 1190 1185 CAPITOLO 49 Il sistema circolatorio 1169 49.1 Perché gli animali hanno bisogno 1170 1170 1171 1171 1172 di un sistema circolatorio? Alcuni animali non possiedono un sistema circolatorio Il sistema circolatorio aperto fa muovere il fluido extracellulare Nei sistemi circolatori chiusi il sangue circola attraverso un sistema di vasi sanguigni 1172 1172 1173 1173 1193 1193 1194 1194 49.2 Come si sono evoluti i sistemi circolatori dei vertebrati? 48.2 Quali adattamenti rendono massimi gli scambi respiratori? 1182 48.5 Come viene regolata 1164 Gli scambi gassosi negli animali La diffusione è regolata dai gradienti di concentrazione dei gas respiratori La legge di Fick è applicabile a tutti i sistemi di scambio gassoso L’aria è un mezzo respiratorio migliore dell’acqua Le alte temperature creano problemi respiratori negli animali acquatici La disponibilità di O2 diminuisce se l’altitudine aumenta Il CO2 viene eliminato grazie al fenomeno della diffusione L’emoglobina si combina reversibilmente con l’ossigeno La mioglobina possiede una riserva di ossigeno L’affinità dell’emoglobina per l’ossigeno è variabile Il biossido di carbonio è trasportato nel sangue sotto forma di ione bicarbonato 1181 1164 CAPITOLO 48 lo scambio dei gas respiratori? 1180 48.4 Come fa il sangue a trasportare i gas respiratori? 47.4 Quali sono gli altri tipi di effettori? 1178 I pesci hanno il cuore suddiviso in due camere Gli anfibi hanno il cuore provvisto di tre camere I rettili hanno un raffinato controllo della circolazione sistemica e polmonare Gli uccelli e i mammiferi hanno il circuito polmonare e quello sistemico completamente separati 1195 1195 1196 1197 1198 49.3 Come funziona il cuore 1174 1175 1177 dei mammiferi? Il sangue fluisce dal cuore destro ai polmoni e dal cuore sinistro al resto del corpo Il battito cardiaco si origina nel muscolo cardiaco Un sistema di conduzione coordina la contrazione del muscolo cardiaco 1198 1198 1200 1202 © 978-88-08-16646-3 Le proprietà elettriche dei muscoli dei ventricoli sostengono la contrazione cardiaca L’ECG registra l’attività elettrica del cuore INDICE 1203 1203 49.4 Quali sono le caratteristiche del sangue e dei vasi sanguigni? I globuli rossi trasportano i gas respiratori Le piastrine sono essenziali per la coagulazione sanguigna Il plasma è una soluzione complessa Il sangue circola attraverso il corpo in un sistema di vasi sanguigni Molecole e sostanze vengono scambiate nei letti capillari grazie alla filtrazione, all’osmosi e alla diffusione Il sangue torna al cuore attraverso le vene I vasi linfatici fanno tornare il fluido interstiziale al sangue Nelle fasi iniziali, la malattia vascolare è asintomatica 1204 1204 1205 1206 1206 1207 1208 1209 1210 49.5 Come è controllato e regolato il sistema circolatorio? 1211 L’autoregolazione adegua il flusso sanguigno alle necessità locali 1211 La pressione arteriosa è controllata e regolata da meccanismi ormonali e neuronali 1212 Il controllo cardiovascolare nei mammiferi che si immergono permette di economizzare l’ossigeno 1213 I carnivori devono individuare, catturare e uccidere le prede Le specie di vertebrati possiedono tipi di denti caratteristici Negli animali la digestione del cibo è extracellulare I canali alimentari possiedono un’apertura a ciascuna estremità Gli enzimi digestivi scindono le molecole complesse degli alimenti 1215 1216 1217 1217 CAPITOLO 50 Nutrizione, digestione e assorbimento 50.1 Quali sostanze presenti nel cibo sono necessarie agli animali? L’energia può essere misurata in calorie I bilanci energetici rivelano in che modo gli animali utilizzano le loro risorse Le fonti di energia possono essere immagazzinate nell’organismo Gli alimenti forniscono gli scheletri carboniosi utilizzati per le biosintesi Gli animali hanno bisogno di elementi minerali per una varietà di funzioni Gli animali devono ricavare le vitamine dal cibo Le carenze di sostanze nutritive provocano malattie 1219 1219 1220 1221 1226 1226 1227 1227 1228 50.3 Come funziona il sistema gastrointestinale dei vertebrati? Il canale alimentare dei vertebrati è formato da strati concentrici di tessuto L’attività meccanica sposta il cibo attraverso il canale alimentare favorendo la digestione La digestione chimica inizia nella bocca e nello stomaco Cosa provoca l’ulcera gastrica? Lo stomaco rilascia gradualmente il suo contenuto nell’intestino tenue La maggior parte della digestione chimica avviene nell’intestino tenue Le sostanze nutritive vengono assorbite nell’intestino tenue Le sostanze nutritive assorbite finiscono nel fegato L’acqua e gli ioni inorganici sono assorbiti nell’intestino crasso Il problema della cellulosa 1229 1229 1230 1231 1232 1233 1233 1235 1236 1236 1236 50.4 Come viene controllato e regolato il flusso delle sostanze nutritive? Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca XV Gli ormoni controllano molte funzioni digestive Il fegato dirige il traffico delle molecole che alimentano il metabolismo È importante regolare l’assunzione del cibo 1237 1237 1238 1240 50.5 In che modo gli animali trattano le tossine ingerite? 1241 L’organismo non può metabolizzare molte tossine sintetiche Alcune tossine vengono trattenute e concentrate 1242 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 1242 1244 1245 1245 1241 1222 1223 1224 CAPITOLO 51 Il bilancio di sali e acqua e l’eliminazione dell’azoto 1224 51.1 Quali ruoli hanno gli organi 50.2 In che modo gli animali assumono e digeriscono il cibo? l cibo degli erbivori di solito fornisce poca energia ed è di difficile digeribilità 1226 1226 escretori nel mantenimento dell’omeostasi? Nelle cellule l’acqua entra o esce per osmosi 1247 1247 XVI © 978-88-08-16646-3 INDICE Gli organi escretori controllano l’osmolarità del liquido cellulare attraverso filtrazione, secrezione e riassorbimento Gli animali possono essere osmoconformi o osmoregolatori Gli animali possono essere conformatori ionici o regolatori ionici 51.5 In che modo i reni dei mammiferi 1248 1248 1249 51.2 In che modo gli animali espellono le sostanze di scarto del metabolismo dell’azoto? 1250 Gli animali espellono azoto in varie forme 1250 Gran parte delle specie produce vari tipi di prodotti di scarto del metabolismo azotato 1251 51.3 Come funzionano i sistemi escretori degli invertebrati? Il protonefridio dei platelminti espelle acqua e conserva sali Il metanefridio degli anellidi modifica chimicamente il liquido celomatico Il funzionamento dei tubuli malpighiani degli insetti si basa su processi di trasporto attivo 1251 1251 1252 1252 I pesci marini devono conservare l’acqua Gli anfibi terricoli e i rettili devono evitare la disidratazione Gli uccelli e i mammiferi possono produrre urina molto concentrata Il nefrone è l’unità funzionale del rene dei vertebrati Il sangue viene filtrato nel glomerulo I tubuli renali convertono il filtrato glomerulare in urina 1253 1253 1254 1254 1254 1255 1256 1256 1256 1257 1258 1258 1260 1260 1260 1261 1261 51.6 Quali sono i meccanismi che regolano le funzioni dei reni? 51.4 I vertebrati come mantengono in equilibrio il bilancio di sali e acqua? producono urina concentrata? I reni producono urina e la vescica la immagazzina I nefroni hanno disposizione regolare nel rene Gran parte del filtrato glomerulare è riassorbito dal tubulo contorto prossimale L’ansa di Henle crea un gradiente di concentrazione nel tessuto circostante La permeabilità all’acqua dei tubuli renali dipende dai canali dell’acqua Il riassorbimento dell’acqua inizia nel tubulo contorto distale L’urina viene concentrata nel dotto collettore I reni contribuiscono a regolare l’equilibrio di acidi e basi L’insufficienza renale viene curata con la dialisi I reni mantengono stabile la velocità di filtrazione glomerulare L’osmolarità del sangue e la pressione sanguigna sono regolate dall’ADH Il cuore produce un ormone che influenza le funzioni dei reni Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca Risposte ai quesiti Crediti fotografici Indice analitico 1263 1263 1263 1264 1265 1266 1267 1267 A1 A3 A5 Indice PARTE IX L’ecologia CAPITOLO 52 L’ecologia e la distribuzione della vita 52.1 Cos’è l’ecologia? 1271 52.5 Come è distribuita la vita negli ambienti acquatici? 1295 Le correnti creano delle regioni biogeografiche negli oceani 1295 Gli ambienti d’acqua dolce possono essere ricchi di specie 1296 52.2 Come sono distribuiti i climi sulla Terra? L’energia solare determina il clima globale La circolazione oceanica globale è determinata dall’andamento dei venti Gli organismi si devono adattare ai cambiamenti che avvengono nei loro ambienti 52.3 Cos’è un bioma? La tundra si trova alle latitudini elevate e in alta montagna Gli alberi sempreverdi dominano la maggior parte delle foreste boreali Le foreste temperate decidue cambiano con le stagioni Le praterie temperate sono ampiamente diffuse I deserti freddi si trovano ad altitudini elevate e sono aridi I deserti caldi si formano a 30° di latitudine Il clima della macchia è secco e piacevole Le foreste spinose e le savane tropicali hanno climi simili Le foreste tropicali decidue si ritrovano nelle pianure calde Le foreste tropicali sempreverdi sono ricche di specie La distribuzione dei biomi non è determinata solamente dal clima 1272 1272 1274 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 1297 1298 1298 1299 CAPITOLO 53 1275 Il comportamento e l’ecologia comportamentale 1275 53.1 Quali domande si pongono i biologi 1277 1278 1279 1280 1281 1282 1283 1284 1285 1286 riguardo al comportamento? 1301 53.2 In che modo i geni e l’ambiente interagiscono nel modellare il comportamento? Attraverso esperimenti è possibile distinguere tra influssi genetici e ambientali sul comportamento Il controllo genetico del comportamento è adattativo in molte situazioni L’imprinting avviene in una precisa fase dello sviluppo Alcuni comportamenti sono il risultato di interazioni complesse tra ereditarietà e apprendimento Gli ormoni influenzano il comportamento in momenti geneticamente determinati 1302 1302 1303 1305 1306 1307 1287 53.3 Le risposte comportamentali 52.4 Cos’è una regione biogeografica? Tre progressi scientifici hanno cambiato il campo della biogeografia Una singola barriera può dividere le aree di distribuzione di molte specie L’interscambio biotico segue alla fusione di masse di terra Sia la vicarianza che la dispersione influenzano la maggior parte dei modelli biogeografici 1287 1289 1293 1293 1293 all’ambiente come influiscono sull’adattamento? La scelta del luogo dove vivere influenza la sopravvivenza e il successo riproduttivo La difesa di un territorio comporta costi e benefici Gli animali scelgono quali cibi mangiare La scelta degli individui con cui associarsi influenza la fitness di un animale 1308 1308 1309 1310 1313 © 978-88-08-16646-3 Le risposte all’ambiente devono essere correttamente sincronizzate Gli animali devono sapersi orientare nell’ambiente INDICE 1314 1316 53.4 In che modo gli animali comunicano tra loro? I segnali visivi sono rapidi e versatili I segnali chimici sono durevoli I segnali acustici funzionano bene sulle grandi distanze I segnali tattili possono comunicare messaggi complessi I segnali elettrici possono trasmettere messaggi nelle acque buie La crescita della popolazione è limitata dalle risorse e dalle interazioni biotiche La densità di popolazione influenza i tassi di nascita e di morte Diversi fattori spiegano perché alcune specie sono più comuni di altre XIII 1338 1339 1340 1318 1319 1319 1319 1320 54.4 In che modo gli ambienti spazialmente variabili influenzano le dinamiche di popolazione? Molte popolazioni vivono in porzioni di habitat separate Eventi distanti possono influenzare le densità di popolazione locali 1343 1343 1344 1320 54.5 Come possiamo gestire 53.5 Perché si evolvono le società animali? le popolazioni? 1321 La vita di gruppo fornisce benefici ma impone anche costi 1321 Le cure parentali possono evolvere in sistemi sociali più complessi 1322 L’altruismo può evolversi quando contribuisce alla fitness complessiva di un animale 1322 53.6 In che modo il comportamento influenza le popolazioni e le comunità? La selezione dell’habitat e del cibo influenza la distribuzione degli organismi La territorialità influenza la struttura delle comunità Gli animali sociali possono raggiungere grandi densità di popolazione Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 1324 1324 1324 1325 1326 1327 1328 1329 1345 I tratti demografici determinano la sostenibilità dei livelli di raccolta Le informazioni demografiche vengono usate per controllare le popolazioni Possiamo gestire la nostra stessa popolazione? 1347 Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 1348 1348 1349 1349 1345 1346 CAPITOLO 55 Ecologia di comunità 55.1 Cosa sono le comunità ecologiche? Le comunità sono insiemi laschi di specie Gli organismi in una comunità usano varie fonti di energia 1351 1351 1352 55.2 Quali processi influenzano la struttura delle comunità? CAPITOLO 54 Ecologia delle popolazioni 54.1 In che modo gli ecologi studiano le popolazioni? Gli ecologi usano vari dispositivi per tracciare gli individui Le densità di popolazione possono essere stimate in base a campioni I tassi di nascita e di morte possono essere stimati dai dati relativi alla densità della popolazione 1331 1331 1332 1333 1354 1355 1358 1359 1360 55.3 In che modo le interazioni tra specie provocano le cascate trofiche? 54.2 Le condizioni ecologiche come influiscono sulle storie di vita? La predazione e il parassitismo sono universali La competizione è diffusa perché tutte le specie condividono le risorse Le interazioni commensalistiche e amensalistiche sono molto diffuse La maggior parte degli organismi partecipa a interazioni mutualistiche Un predatore può influenzare molte specie diverse Le specie chiave di volta hanno effetti ad ampio raggio 1361 1361 1363 1336 55.4 Gli eventi di disturbo come 54.3 Quali fattori influenzano le densità di popolazione? Tutte le popolazioni hanno la potenzialità di crescere esponenzialmente 1337 1337 interessano le comunità ecologiche? Una successione è un cambiamento che si verifica in una comunità dopo un disturbo 1364 1364 XIV © 978-88-08-16646-3 INDICE La ricchezza in specie è maggiore a livelli intermedi di disturbo Sia la facilitazione che l’inibizione influenzano una successione 1366 1366 55.5 Che cosa determina la ricchezza di specie delle comunità ecologiche? La ricchezza di specie è influenzata dalla produttività La ricchezza in termini di specie e di produttività influenza la stabilità dell’ecosistema Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 1367 1367 1369 1370 1371 1371 1373 1374 1375 1376 1377 56.2 In che modo l’energia fluisce attraverso l’ecosistema globale? 1377 1378 1378 56.3 Come circolano i materiali attraverso l’ecosistema globale? L’acqua trasferisce i materiali da un compartimento all’altro Il fuoco è importante nel promuovere il movimento degli elementi Il ciclo del carbonio è stato alterato dalle attività industriali Le recenti perturbazioni del ciclo dell’azoto hanno prodotto effetti avversi sugli ecosistemi L’uso dei combustibili fossili influenza il ciclo dello zolfo Il ciclo globale del fosforo non ha una componente atmosferica Anche altri cicli biogeochimici sono importanti I cicli biogeochimici sono interconnessi 1380 1380 1382 1382 1385 1387 1388 1389 1390 56.4 Quali servizi vengono forniti dagli ecosistemi? 1394 1395 1395 1396 CAPITOLO 57 57.1 Cos’è la biologia della conservazione? La biologia della conservazione è una disciplina scientifica normativa La biologia della conservazione mira a impedire l’estinzione delle specie 1399 1399 1400 57.2 In che modo i biologi predicono 56.1 Quali sono i compartimenti L’energia solare promuove i processi all’interno dell’ecosistema Le attività umane modificano i flussi di energia Ricapitolando Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca 1393 La biologia della conservazione Ecosistemi ed ecologia globale Gli oceani ricevono materiali dalla terra e dall’atmosfera L’acqua si sposta rapidamente attraverso i laghi e i fiumi L’atmosfera regola la temperatura in prossimità della superficie terrestre Le terre emerse coprono circa un quarto della superficie del pianeta gli ecosistemi in maniera sostenibile? 1368 CAPITOLO 56 dell’ecosistema globale? 56.5 Quali opzioni esistono per gestire 1391 i cambiamenti nella biodiversità? 1401 57.3 Quali fattori minacciano la sopravvivenza delle specie? Le specie sono in pericolo a causa della perdita, degradazione e frammentazione dell’habitat Lo sfruttamento eccessivo ha prodotto l’estinzione di molte specie Predatori invasivi, competitori e patogeni minacciano molte specie Il rapido cambiamento climatico può provocare l’estinzione delle specie 1403 1403 1405 1405 1406 57.4 Quali strategie adottano i biologi conservazionisti? Le aree protette preservano l’habitat per prevenire l’eccessivo sfruttamento Gli ecosistemi degradati possono essere ripristinati Talvolta è necessario ripristinare delle tipologie di disturbo È possibile creare nuovi habitat Utilizzare i mercati per influenzare lo sfruttamento delle specie È cruciale porre fine al commercio per salvare molte specie È importante controllare l’invasione da parte di specie esotiche La biodiversità può essere fonte di profitto Vivere “con gentilezza” in armonia con l’ambiente aiuta a preservare la biodiversità I programmi di riproduzione in cattività possono sostenere alcune specie L’eredità di Samuel Plimsoll Ricapitolando 1408 1408 1410 1411 1411 1412 1413 1413 1414 1416 1417 1418 1418 © 978-88-08-16646-3 Quesiti di verifica Temi di approfondimento Per fare ricerca INDICE 1419 1420 1420 Risposte ai quesiti Crediti fotografici Indice analitico XV A1 A3 A5
