Che cos’è la vita?
1a parte
Leonardo Beccarisi
Corso di Ecologia
Università degli Studi di Roma Tre
22 ottobre 2010
2a lezione
Sommario
1
Il metodo scientifico
I metodi dell’Ecologia
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
Il consenso scientifico
L’analisi statistica
2
La materia
La biosfera
Conservazione della materia
La composizione chimica degli esseri viventi
3
La cellula
Prime osservazioni al microscopio
La teoria cellulare
Tipi di cellule
“Organismi” non cellulari
4
Conclusioni
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
I metodi dell’Ecologia
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
Il consenso scientifico
L’analisi statistica
I metodi dell’Ecologia
• Descrizione1 Basata sull’osservazione dei fenomeni naturali.
• Sperimentazione2 Basata su un intervento programmato in un
determinato settore naturale.
• Costruzione di modelli Un modello è un caso analogo ad un
sistema naturale; si differenzia da esso per il substrato (che
può essere verbale, grafico o matematico), per le dimensioni e
per l’astrazione.
1
2
Esperimento naturale
Esperimento manipolativo, studio controllato
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
Modelli
I metodi dell’Ecologia
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
Il consenso scientifico
L’analisi statistica
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
I metodi dell’Ecologia
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
Il consenso scientifico
L’analisi statistica
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
1
Osservazione Il ricercatore compie osservazioni della natura
senza manipolarla, oppure mediante esperimenti finalizzati
2
Ipotesi di lavoro Il ricercatore elabora una congettura
provvisoria che spieghi il fenomeno osservato
3
Verifica Per stabilire la correttezza dell’ipotesi, il ricercatore
definisce un programma (disegno sperimetale) con cui
effettuare nuove e rigorose osservazioni
4
Raccolta di dati Il ricercatore compie le osservazioni secondo il
programma definito precedentemente
5
Interpretazione Il ricercatore analizza i dati e stabilisce il grado
(probabilità) di validità dell’ipotesi di lavoro
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
I metodi dell’Ecologia
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
Il consenso scientifico
L’analisi statistica
Pubblicazioni scientifiche
I risultati di una ricerca sono
sottoposti all’esame della
comunità scientifica e resi
pubblici attraverso riviste e
congressi.
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
I metodi dell’Ecologia
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
Il consenso scientifico
L’analisi statistica
Le spiegazioni di un fenomeno naturale
• Le teorie sono spiegazioni proposte di un fenomeno naturale,
corroborate da dati ed osservazioni, ed accettate generalmente
dalla comunità scientifica (es. la teoria dell’evoluzione)
• I fatti sono proposizioni empiriche che hanno ricevuto
continue conferme e nessuna confutazione. Essi sono
facilmente accertabili ed invarianti rispetto a trasformazioni
teoriche (es. l’estinzione dei dinosauri)
• Le leggi (proprie delle scienze fisiche) si applicano a processi il
cui esito è prevedibile (es. la legge di gravitazione universale)
Pressoché nessuna regolarità che sia stata osservata nei
sistemi complessi soddisfa la definizione rigorosa di legge
adottata dai fisici e dai filosofi.
(Mayr, 1998)
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
I metodi dell’Ecologia
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
Il consenso scientifico
L’analisi statistica
A proposito di specie estinte. . .
Quando l’estinzione di una specie diventa un fatto?
L’estinzione dei dinosauri è un fatto. Però, in molti casi
l’estinzione di una specie può essere solo teorizzata.
IUCN
International Union for Conservation of Nature
(IUCN) definisce le categorie ed i criteri con cui
valutare il rischio di estinzione di una specie.
Un taxon è estinto quando non vi è dubbio che l’ultimo
individuo sia morto. Un taxon si presume estinto quando
attraverso indagini esaustive condotte in tutto il suo areale
storico non sono riusciti a registrare alcun individuo. Le
indagini dovrebbero essere condotte in un lasso di tempo
adeguato al ciclo di vita del taxon ed alla sua forma di vita.
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
I metodi dell’Ecologia
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
Il consenso scientifico
L’analisi statistica
A proposito di specie estinte. . .
Quando l’estinzione di una specie diventa un fatto?
La certezza che una specie sia estinta può dipendere:
• Da quanto è antica la data dell’ultima osservazione
• Dall’estensione dell’area geografica
• Dalla grandezza fisica della specie
• Dall’accessibilità del territorio
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
I metodi dell’Ecologia
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
Il consenso scientifico
L’analisi statistica
A cosa serve la statistica
Nel mondo del vivente abbondano le
regolarità, che però non sono universali né
prive di eccezioni; esse sono probabilistiche
e soggette a limitazioni nello spazio e nel
tempo.
La statistica si occupa di organizzare,
sintetizzare e descrivere dati di tipo
quantitativo. Essa consente di trarre delle
conclusioni dai dati e di effettuare, quindi,
delle generalizzazioni.
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
I metodi dell’Ecologia
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
Il consenso scientifico
L’analisi statistica
Un esempio
Studio simulato sulla distribuzione di due specie vegetali
Lo scenario
Area di studio = 40.000m2
Specie A
Specie B
Numero
individui
532
1029
Ma noi non lo sappiamo
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
I metodi dell’Ecologia
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
Il consenso scientifico
L’analisi statistica
Un esempio
Studio simulato sulla distribuzione di due specie vegetali
Plot
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
N. ind.
specie A
4
1
3
6
1
1
4
4
1
0
5
2
4
4
1
1
1
3
1
4
1
1
2
5
N. ind.
specie B
2
4
5
1
4
5
6
2
7
2
3
6
3
0
7
7
5
0
4
0
1
7
7
1
Area di un plot = 100m2
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
I metodi dell’Ecologia
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
Il consenso scientifico
L’analisi statistica
Un esempio
Studio simulato sulla distribuzione di due specie vegetali
Risultati
Confronto tra le medie
Totale individui
Media per plot
Specie
A
60
2.5
Specie
B
89
3.7
t.test
t = -1.9546
df = 40.843
p-value = 0.0575
Rapporto SpecieA / SpecieB
0.67 (campione)
0.51 (popolazione reale)
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
I metodi dell’Ecologia
Le cinque fasi della spiegazione di un fenomeno
Il consenso scientifico
L’analisi statistica
Un esempio
Studio simulato sulla distribuzione di due specie vegetali
Risultati
Correlazione
correlation.test
cor = -0.5324761
t = -2.9506
df = 22
p-value = 0.007392
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
La biosfera
Conservazione della materia
La composizione chimica degli esseri viventi
Le condizioni che consentono la vita
• Disponibilità di una fonte di energia luminosa (il sole).
• Presenza dell’atmosfera (un prodotto della forza
gravitazionale) che protegge da radiazioni ultraviolette
(tossiche per i tessuti biologici) e meteoriti.
• Presenza di acqua in tre stati di aggregazione (l’acqua
occupa i 3/4 della superficie terrestre e costituisce il
60-80% della massa degli organismi viventi).
L’acqua:
• Costituisce il medium in cui avvengono le reazioni
biochimiche
• È un solvente per sostanze polari o ioniche
• Ha funzione di trasporto di materia sia a livello di
organismo che di ecosistema
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
La biosfera
Conservazione della materia
La composizione chimica degli esseri viventi
Vita e pensiero scientifico come forze modificatrici sulla
Terra
La biosfera è l’involucro terrestre in cui è
presente la vita ed in cui si realizzano i cicli
della materia (cicli biogeochimici).
Vladimir Ivanovič Vernadskij
(1863-1945)
Secondo Vernadskij, il pensiero scientifico e l’attività della scienza
costituiscono una forza biologica che opera nella biosfera. Cosı̀
come la nascita della vita ha trasformato in maniera significativa la
geosfera, cosı̀ la nascita della conoscenza ha trasformato
radicalmente la biosfera.
Geosfera =⇒ Biosfera =⇒ Noosfera
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
La biosfera
Conservazione della materia
La composizione chimica degli esseri viventi
Conservazione della materia
Concetti fondamentali
La materia è tutto ciò che è dotato di massa ed occupa uno spazio.
Stati di aggregazione: solido, liquido e gassoso.
La materia è costituita da elementi. Gli elementi sono costituiti da
atomi. Gli atomi possono unirsi a formare composti (molecole).
In condizioni normali, la materia non viene né creata né distrutta,
ma riciclata più e più volte.
Legge di conservazione della massa
Quando della materia cambia di forma, volume o stato di
aggregazione, la sua massa non varia.
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
La biosfera
Conservazione della materia
La composizione chimica degli esseri viventi
Gli elementi importanti per gli esseri viventi
Elemento
Idrogeno (H)
Ossigeno (O)
Carbonio (C)
Azoto (N)
Zolfo (S)
Fosforo (P)
Funzioni fisiologiche
Costituente
dell’acqua
cellulare e del materiale
organico della cellula
Costituente dell’acqua e
del materiale organico cellulare; accettore di elettroni nella respirazione
degli organismi aerobi
Costituente dei materiali
organici della cellula
Costituente di proteine,
acidi nucleici e coenzimi
Costituente di proteine
(negli amminoacidi cisteina e metionina) e di
alcuni coenzimi
Costituente di acidi nucleici, fosfolipidi e coenzimi
Altri elementi fondamentali
Potassio (K)
Magnesio (Mg)
Manganese (Mn)
Calcio (Ca)
Ferro (Fe)
Cobalto (Co)
Rame (Cu)
Zinco (Zn)
Nichel (Ni)
Molibdeno (Mo)
Cloro (Cl)
Boro (B)
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
La biosfera
Conservazione della materia
La composizione chimica degli esseri viventi
Le molecole biologiche
La chimica degli organismi viventi è organizzata intorno
all’elemento carbonio, che rappresenta più della metà del peso
secco delle cellule.
Proteine
Le proteine, lunghi polimeri di amminoacidi, costituiscono, a parte
l’acqua, la frazione più grande della cellula. In una cellula esistono
migliaia di tipi diversi di proteine, che svolgono diverse funzioni:
• Elementi strutturali
• Enzimi, che mediano le reazioni biochimiche
• Recettori, che trasferiscono segnali specifici
• Trasportatori, che trasportano sostanze specifiche verso
l’interno o l’esterno della cellula.
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
La biosfera
Conservazione della materia
La composizione chimica degli esseri viventi
Le molecole biologiche
Acidi nucleici
Gli acidi nucleici, DNA e RNA, sono polimeri di nucleotidi. Essi
conservano, trasmettono e traducono l’informazione genetica.
Carboidrati
• I monosaccaridi sono zuccheri semplici (es. glucosio) utilizzati
prevalentemente nei processi per la produzione di energia
• I polisaccaridi sono polimeri di zuccheri semplici. Hanno due
funzioni principali:
1
2
Riserve di sostanze nutritive da cui estrarre energia
Elementi extracellulari legati alla membrana cellulare
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
La biosfera
Conservazione della materia
La composizione chimica degli esseri viventi
Le molecole biologiche
Lipidi
Nella cellula esistono diversi tipi di lipidi, che svolgono diverse
funzioni, tra cui:
• Componenti strutturali delle membrane
• Riserve di composti ricchi di energia
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
Prime osservazioni al microscopio
La teoria cellulare
Tipi di cellule
“Organismi” non cellulari
Prime osservazioni al microscopio
Antony van Leeuwenhoek (1632-1723)
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
Prime osservazioni al microscopio
La teoria cellulare
Tipi di cellule
“Organismi” non cellulari
La teoria cellulare
1
Matthias Jacob
Schleiden
(1804-1881)
2
3
4
Theodor Schwann
(1810-1882)
Tutti gli organismi viventi sono costituiti
da cellule
Le cellule hanno origine da altre cellule
Le reazioni chimiche avvengono
all’interno delle cellule
Le cellule contengono le informazioni
ereditarie
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
Prime osservazioni al microscopio
La teoria cellulare
Tipi di cellule
“Organismi” non cellulari
Procarioti e eucarioti
Gruppi tassonomici
Procarioti
Batteri (incluse alghe
azzurre = cianobatteri)
Dimensioni
1 − 10µm
cellule
Nucleo
Assente
Organizzazione Unicellulare
Eucarioti
Protisti (protozoi, alghe,
funghi), piante (piante
con semi, felci, muschi),
animali
> 10µm
Presente
Unicellulare o pluricellulare
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
Cellule animali e vegetali
Prime osservazioni al microscopio
La teoria cellulare
Tipi di cellule
“Organismi” non cellulari
Il metodo scientifico
La materia
La cellula
Conclusioni
Prime osservazioni al microscopio
La teoria cellulare
Tipi di cellule
“Organismi” non cellulari
“Organismi” non cellulari
Virus Sono costituiti da proteine e da un solo
tipo di acidi nucleici (DNA o RNA). Sono
parassiti cellulari di animali, piante e
batteri.
Viroidi Sono costituiti da un singolo filamento di
RNA. Sono causa di alcune malattie per le
piante.
Prioni Agenti infettivi “non convenzionali” di
natura proteica.
Collegamenti con il libro di testo
Capitolo 2 pp. 37-45
Capitolo 6 pp. 137-143
Letture consigliate
Pera M., 1996 Apologia del metodo. Editori Laterza.
Mayr E., 1998 Il modello biologico. McGraw-Hill.
Vernadskij V. I., 1999 La biosfera e la noosfera. Sellerio editore Palermo.
Gruppo LASER, 2005 Il sapere liberato. Il movimento dell’open source e la
ricerca scientifica. Giangiacomo Feltrinelli Editore.
Siti web
The IUCN Red List of Threatened Species http://www.iucnredlist.org/
Fonti delle immagini SCIENCEWATCH (p. 6); OpenClipArt (nicubunu: p. 11, gustavorezende: p. 18,
Platypuscove: p. 9); Wikipedia (pp. 16, 15, 22, 23, 26). OpenStreetMap (p. 4)
Presentazione realizzata con il sistema Beamer 3.07.
