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Sylvia S. Mader
Immagini e
concetti
della biologia
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Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012
A9 – La storia
della vita e la
biodiversità
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La scala geocronologica è basata
sulla documentazione fossile
La scala geocronologica ricostruisce la storia della
vita basata sulla documentazione geologica e
paleontologica.
Essa suddivide la storia della Terra in ere (il
Paleozoico, il Mesozoico e il Cenozoico), quindi in
periodi e poi in epoche.
I dati possono essere espressi sia in termini relativi
sia assoluti. Il tempo relativo fa riferimento alle ere,
periodi ed epoche; il tempo assoluto viene
espresso in milioni di anni (MA).
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L’orologio geocronologico rappresenta
in modo intuitivo la storia della vita
Nell’orologio geocronologico
della vita:
•le prime forme di vita sono
comparse alle 5 del mattino;
•i procarioti sono stati per
gran parte del tempo le
uniche forme di vita;
•la specie umana ha fatto la
sua comparsa poco meno di
un minuto prima della
mezzanotte.
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I movimenti delle masse terrestri
hanno influenzato la storia della vita
Il meteorologo tedesco Alfred Wegener (1880-1930) fu il
primo a ipotizzare la mobilità dei continenti.
Oggi sappiamo che i continenti non sono masse terrestri
fisse, le loro posizioni reciproche e rispetto agli oceani sono
cambiate nel corso del tempo. Ancora oggi, le masse
continentali si stanno muovendo una rispetto all’altra.
Secondo la teoria della tettonica delle placche, i
continenti si spostano perché la litosfera terrestre è
frammentata in zolle, o placche, che galleggiano su uno
strato del mantello, parzialmente fuso e caldo.
I continenti (crosta continentale) e i «pavimenti» dei bacini
oceanici (crosta oceanica) sono parti di
queste placche.
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I punti chiave dei movimenti tettonici
dal Permiano a oggi
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Cinque estinzioni di massa maggiori
hanno segnato la storia della vita
Le estinzioni di massa sono caratterizzate da una netta
riduzione della diversità e abbondanza di specie che
popolano la Terra.
Per spiegare le estinzioni di massa, alcuni scienziati
hanno proposto il modello press/pulse
(pressione/colpo): la «pressione» sarebbe data da
cambiamenti ambientali che portano la specie sull’orlo
dell’estinzione, mentre il «colpo» sarebbe l’evento
catastrofico che, alla fine, provoca la vera e propria
scomparsa della specie.
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Cinque estinzioni di massa maggiori
hanno segnato la storia della vita
Le cinque maggiori estinzioni di massa sono indicate dalle linee verticali grigie.
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L’uomo come fattore di estinzione
Le estinzioni di massa possono essere state
provocate da eventi cataclismatici come gli impatti
meteoritici e i cambiamenti climatici.
Tuttavia, molti scienziati ritengono che attualmente la
vita sulla Terra si trovi nel corso di una nuova
estinzione di massa dovuta all’impatto dell’attività
umana sull’ambiente (agricoltura, deforestazione,
urbanizzazione, inquinamento).
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La sistematica e le relazioni evolutive
La classificazione linneana, introdotta dal naturalista
svedese Carl Von Linnaeus, o Linneo (1707-1778),
raggruppa le specie secondo le seguenti categorie:
dominio, regno, phylum, classe, ordine, famiglia,
genere, specie.
Gli individui di una specie possono produrre prole fertile
solo riproducendosi con altri individui appartenenti alla
stessa specie.
Un taxon è un gruppo di organismi che rientra in una
particolare categoria di classificazione.
La classificazione in taxa si basa su parentele evolutive
e fornisce informazioni sulle affinità e le correlazioni tra i
vari organismi.
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Gli organismi possono essere
classificati in categorie sistematiche
La gerarchia dei taxa per la vite americana. I box indicano le categorie di classificazione.
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La classificazione linneana
riflette la filogenesi
La sistematica è lo studio della diversità degli organismi
a tutti i livelli della loro organizzazione biologica.
La classificazione linneana è una parte della sistematica
poiché le categorie di classificazione contengono, per
ogni gruppo di organismi, le caratteristiche tipiche e
uniche di ciascun taxon, le quali riflettono idealmente la
filogenesi.
Uno degli scopi della sistematica è quello di determinare
la filogenesi, o storia evolutiva, di un gruppo di
organismi.
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La classificazione linneana
riflette la filogenesi
Caratteri derivati
Divergenza
Antenato comune
(caratteri ancestrali)
Spesso la filogenesi è
rappresentata da un albero
filogenetico (o albero evolutivo),
un diagramma che indica gli
antenati comuni e le linee dei
discendenti (genealogia).
I caratteri derivati sono le
caratteristiche individuali che
distinguono un determinato
gruppo.
I caratteri ancestrali sono le
caratteristiche condivise sia
dall’antenato comune sia dai
discendenti.
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I virus sono entità non cellulari
I virus hanno una struttura semplice di tipo acellulare e
si riproducono esclusivamente sfruttando i meccanismi
metabolici di una cellula ospite.
Non essendo cellulari e non potendo riprodursi in modo
autonomo, non possono essere assegnati a categorie di
classificazione tradizionali.
Diagramma sintetico della struttura virale.
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I virus si riproducono
all’interno di cellule e
possono causare malattie
I virus sono specifici e questa specificità si
estende anche al tipo di cellule che il
singolo virus è in grado di infettare. Per
esempio, i batteriofagi sono i virus che
infettano i batteri.
L’immagine illustra la replicazione di un
virus in una cellula animale, che ricalca i
seguenti stadi:
1.Aggancio;
2.Penetrazione;
3.Biosintesi;
4.Maturazione;
5.Rilascio.
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Il sistema di classificazione
a tre domini
•Il dominio Bacteria – i batteri rappresentano un gruppo
di procarioti assai diversificato e abbondante. Essi si
trovano praticamente ovunque sulla Terra;
•il dominio Archaea – anche gli archei sono procarioti,
ma dal punto di vista biochimico sono più affini agli
eucarioti che ai batteri. Essi vivono in ambienti estremi;
•il dominio Eukarya – gli eucarioti comprendono sia
forme unicellulari sia organismi pluricellulari, tutte con
cellule dotate di un nucleo racchiuso da una membrana.
La riproduzione degli eucarioti è sessuata e si osservano
diversi tipi di ciclo vitale.
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Il sistema di classificazione a tre domini
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Sia i Bacteria sia gli Archaea
sono procarioti
I procarioti sono unicellulari e
sono privi di un vero e proprio
nucleo e di organuli complessi.
L’immagine illustra l’anatomia
generale di un batterio.
Il nucleoide è un’area del
citoplasma più addensata, dove
si trova un unico cromosoma
costituito in larga parte da un
filamento circolare di DNA.
La parete cellulare che circonda
la membrana plasmatica è
rinforzata da peptidoglicano.
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Le forme comuni dei procarioti
Nei procarioti ricorrono tre forme principali: i cocchi,
che sono tondeggianti; i bacilli, a bastoncello e gli
spirilli, spiraliformi e elicoidali.
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I procarioti si riproducono per
via asessuata
I procarioti si riproducono
per via asessuata mediante
la scissione binaria, un
processo che produce due
cellule figlie di dimensioni e
contenuto pressoché
identici.
L’immagine illustra i tre
stadi della scissione
binaria.
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La formazione delle endospore
nei batteri
In condizioni ambientali sfavorevoli alcuni batteri formano
endospore: una porzione del citoplasma e una copia del
cromosoma si disidratano e vengono racchiusi all’interno
di un rivestimento protettivo duro.
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I procarioti si nutrono in modi
molto diversificati
Per la maggior parte, i procarioti sono aerobi e
possono vivere solo in presenza di ossigeno.
Esistono però anche procarioti anaerobi obbligati,
che non possono vivere in ambienti in cui sia
presente ossigeno libero, e procarioti anaerobi
facoltativi, in grado di vivere sia in assenza sia in
presenza di ossigeno gassoso.
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I procarioti si nutrono in modi
molto diversificati
Alcuni procarioti chemiosintetici vivono sui
fondi di laghi ricchi di nutrienti (sopra); altri
vivono presso le sorgenti idrotermali
sottomarine (sotto).
I procarioti autotrofi producono
da sé le molecole complesse.
Essi possono essere:
•fotosintetici – utilizzano
l’energia solare per produrre
composti organici;
•chemiosintetici – prendono
elettroni dai composti inorganici,
come il metano (CH4) e
l’ammoniaca (NH3), usandoli per
ridurre il CO2 in molecole
organiche.
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I procarioti si nutrono in modi
molto diversificati
La maggior parte dei procarioti è eterotrofa, ossia
deve acquisire dall’esterno i nutrienti organici.
Questi procarioti sono anche aerobi saprotrofi,
cioè secernono enzimi digestivi nell’ambiente per
degradare le macromolecole in molecole più
piccole che possono assorbire.
Negli ecosistemi i batteri saprotrofi giocano il ruolo
cruciale di decompositori, riciclando la materia e
rendendo disponibili molecole organiche agli
organismi fotosintetici.
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I cianobatteri sono organismi di
grande importanza ecologica
I cianobatteri (un tempo chiamati alghe verdi-azzurre)
sono importanti dal punto di vista ecologico perché
producono ossigeno tramite la fotosintesi, fissano l’azoto
atmosferico e stabiliscono rapporti di simbiosi con molti
organismi; per esempio, in associazione con i funghi,
essi formano i licheni.
La struttura generale (a destra)
e la diversificazione dei
cianobatteri (in basso).
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Alcuni archei vivono in ambienti
con condizioni estreme
Spesso gli archei vengono presentati secondo il tipo
di habitat particolare in cui vivono:
•metanogeni - si trovano in ambienti anaerobici e
producono metano;
•alofili - sono adattati a vivere in ambienti con
elevata concentrazione salina;
•termoacidofili - vivono in ambienti estremamente
caldi e acidi.
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I procarioti sono cosmopoliti e sono
importanti in campo medico
La grande maggioranza delle specie batteriche non risulta patogena
per l’uomo. Alcuni batteri, tuttavia, hanno un impatto notevole sulla
salute, nel passato come oggi, come illustrato in questa tabella.
Categoria
Malattia
Malattie a trasmissione sessuale
Sifilide, gonorrea, clamidia.
Malattie dell’apparato respiratorio Mal di gola da streptococco, scarlattina, tubercolosi,
polmonite, morbo del legionario, pertosse, antrace (o
carbonchio).
Malattie della pelle
Erisipela, foruncolosi, favo, impetigine, acne, infezioni
di ferite chirurgiche o accidentali, lebbra (malattia di
Hansen).
Malattie dell’apparato digerente
Gastroenteriti, avvelenamenti alimentari, dissenteria,
colera, ulcera peptica, carie dentaria.
Malattie del sistema nervoso
Botulismo, tetano, lebbra, meningiti spinali.
Malattie sistemiche
Tularemia, malattia di Lyme.
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I procarioti sono cosmopoliti e sono
importanti in campo ecologico
I batteri contribuiscono a riciclare i nutrienti derivati dalla
decomposizione dei resti vegetali e animali, vengono utilizzati
negli impianti di depurazione delle acque reflue e per il
biorisanamento di suoli contaminati con sostanze inquinanti.
Prima
Impianto di depurazione delle acque reflue
Dopo
Biorisanamento
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