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Sezione 4 La varietà dei viventi Sezione 5 L’ereditarietà I fondamenti concettuali della biologia e una forte visione evolutiva per imparare a interpretare la realtà e appassionarsi alle Scienze della Vita. Nel CD-ROM dello studente: Scienza VIVA e lezioni multimediali interattive in italiano e in inglese di @pprendiscienza, con oltre 400 animazioni, video, attività e simulazioni accompagnate da verifiche con feedback. Nella guida: programmazione flessibile e personalizzabile, uso del Libropiùweb e dei contenuti multimediali per LIM, lezioni ed esercizi per Biology in English, percorsi didattici, prove di valutazione. Nel DVD-ROM per l’insegnante: libro digitale interattivo, dinamico e personalizzabile dal docente ottimizzato per videoproiezione e per la LIM. Configurazione dell’opera Primo biennio Biologia per capire – Volume 1 + CD-ROM Guida per l’insegnante + DVD-ROM Secondo biennio Biologia per capire – Volume 2 + CD-ROM (Biochimica. Genetica. Evoluzione. Etologia, ecologia e biodiversità.) Guida per l’insegnante + DVD-ROM Biologia per capire – Volume 3 + CD-ROM (Forma e funzioni degli animali e dell’uomo. Forma e funzioni delle piante.) Guida per l’insegnante + DVD-ROM Quinto anno Biologia per capire – Volume 4 + CD-ROM (Come lavora la scienza. Evoluzione: la visione moderna. Biochimica e biologia molecolare. Biologia e società.) Guida per l’insegnante + DVD-ROM CONTENUTI MULTIMEDIALI 978-88-286-1006-9 978-88-286-1032-8 in preparazione in preparazione in preparazione BIOLOGIA PER CAPIRE @pprendiscienza BIOLOGIA PER CAPIRE 1 CO NC Sezione 1 Che cos’è la vita Sezione 2 La chimica e la vita Sezione 3 La cellula FRANCESCO CAVALLI-SFORZA M L. BI Cav O all LO i-S G fo 9 7 + IA rza 8 P F EI -88 CD E . C NA - - R a UD 28 RO C val I S 6-1 M AP li-S IR for CU 0 0 E za O 6LA 9 1 BIOLOGIA PER CAPIRE LUCA CAVALLI-SFORZA RO D- Luca Cavalli-Sforza Francesco Cavalli-Sforza L. Cavalli-Sforza F. Cavalli-Sforza Questo volume sprovvisto del talloncino a fronte (o opportunamente punzonato o altrimenti contrassegnato) è da considerarsi copia di saggio-campione gratuito, fuori commercio (vendita e altri atti di disposizione vietati art. 17, c.2 L. 633/1941). Esente da I.V.A. (D.P.R. 26.10.1972, n. 633, art. 2, lett. d). Cellula: l’unita’ fondamentale di tutti gli esseri viventi Piante: dal Sole l’energia per la vita grazie alla fotosintesi Homo sapiens: unica specie sopravvissuta del genere Homo Evoluzione: ha prodotto l’enorme diversita’ dei viventi in preparazione in preparazione in preparazione 1 Nel CD-ROM per lo studente: • @pprendiscienza: lezioni multimediali interattive, in italiano e in inglese • Scienza VIVA: animazioni e attività interattive Sul Web: • QuickTest: test interattivi di fine paragrafo • E-trainer: esercizi interattivi di fine capitolo Nella Classe virtuale: • Per l’insegnante: Test interattivi con registro virtuale, programmazione e verifiche in formato modificabile Volume 1 + CD-ROM Organismi acquatici: la vita e’ comparsa nell’acqua Nel DVD-ROM allegato alla guida per l’insegnante: • me-book: libro digitale interattivo • @pprendiscienza: lezioni multimediali interattive in italiano e in inglese, nella versione per il docente ottimizzate per LIM Prezzo al pubblico Euro 20,80 Cavalli Sforza cover ok 1 .indd 1 10/02/11 12:25 Luca Cavalli-Sforza Francesco Cavalli-Sforza Biologia per capire 1 I_XXIII_Romane.indd 1 07/02/11 19.45 II Alla scoperta del libro Il testo è suddiviso in sezioni, ognuna delle quali è articolata in più unità. Ciascuna unità si apre con una bella foto relativa all’argomento trattato. Titolo dell’unità L’Abstract racconta in estrema sintesi gli argomenti che studierai nell’unità. Elenca i paragrafi dell’unità Elenca i contenuti e le attività online Le parole colorate di azzurro rimandano ad appositi post-it che ne forniscono l’etimologia e ne spiegano il significato. Nel CD-ROM lezioni multimediali interattive, in italiano e in inglese animazioni e attività interattive In www.libropiuweb.it test interattivi di fine paragrafo test interattivi di fine capitolo I_XXIII_Romane.indd 2 07/02/11 19.45 III La rubrica PROTAGONISTI, introdotta nel testo dal simbolo IN+ , racconta uomini e idee le cui scoperte e studi hanno cambiato la nostra comprensione del mondo. La rubrica LA SCIENZA NEL TEMPO, introdotta nel testo dal simbolo IN+ , racconta il lavoro, gli studi, la ricerca e le scoperte scientifiche più importanti. Il Prova a rispondere, che chiude ogni paragrafo all’interno delle unità, aiuta a fare il punto sulle conoscenze acquisite. Nel testo, si trovano tabelle che aiutano a organizzare i concetti. La rubrica SPECIALE, introdotta nel testo dal simbolo IN+ , approfondisce metodi, strumenti, applicazioni delle discipline scientifiche. I_XXIII_Romane.indd 3 07/02/11 19.45 IV Le INFOGRAFICHE, introdotte nel testo dal simbolo IG1.1 , approfondiscono con grande dettaglio gli argomenti più tecnici della biologia. Le spettacolari immagini, foto e disegni, aiutano a comprendere gli argomenti e a fissare i concetti. I testi spiegano passo per passo gli argomenti, semplificandone l’apprendimento e descrivendo i processi con estrema chiarezza. La rubrica IN SINTESI riassume l’unità mettendone a fuoco gli argomenti fondamentali. Divisa in paragrafi, è utilissima anche per ripassare in vista dell’interrogazione. Biology in English è un primo assaggio della biologia in una lingua molto importante per lo studio delle scienze: l’inglese. Contiene un brano d’autore, un piccolo test e una semplice prova di traduzione, dall’inglese in italiano e viceversa, di termini della biologia. Le VERIFICHE riguardano i contenuti dell’unità. Nelle pagine finali, la sezione Biology in English contiene tre brani in lingua originale di altrettanti importantissimi autori: Charles Darwin, Gregor Mendel e Robert Hooke. I_XXIII_Romane.indd 4 Indagini e attività introduce alla parte più pratica dello studio. I Test contengono domande di vario tipo: vero o falso, scelte multiple, domande aperte, abbinamenti e altro. Il Leggi&Interpreta propone un brano relativo a un argomento dell’unità ed è arricchito da un piccolo test finale. 07/02/11 19.45 V Nel CD-ROM dello studente e nella classe virtuale sono presenti le lezioni multimediali interattive di @pprendiscienza, in italiano e in inglese, con oltre 400 animazioni, video, attività e simulazioni. Un’interfaccia intuitiva e un’organica integrazione dei contenuti con attività di valutazione facilitano lo studio e motivano lo studente con l’aggiornamento dei risultati raggiunti. Ogni lezione è composta da oggetti dinamici che tracciano le attività degli studenti e adattano i contenuti alle loro conoscenze e ai progressi che motivano ogni risposta e forniscono, a seconda dei risultati, attività di recupero e approfondimento. Inoltre, costantemente a disposizione, lo studente trova strumenti di consultazione quali glossario e biografie. LEZIONI ENGLISH VERSION Struttura delle cellule animali e vegetali Structure of plant and animal cells LEZIONI ENGLISH VERSION La classificazione degli organismi Classification of organism I virus Viruses L’origine della vita sulla Terra The origin of life on Earth Charles Darwin e la teoria dell’evoluzione Charles Darwin and the theory of evolution La composizione chimica delle cellule Chemical composition of cells Il nucleo, archivio per il materiale genetico The nucleus as a store of genetic material La divisione cellulare Cell division La specializzazione nelle cellule Cell specialization Trasporti e membrane Transport across membranes Laws of evolution and speciation Le trasformazioni metaboliche nella cellula Le leggi dell’evoluzione e della speciazione Metabolic transformations in a cell La storia della vita sulla Terra The history of life on Earth Pulsanti di navigazione Obiettivi di apprendimento Ogni argomento è organizzato in più livelli di approfondimento e verifica Simulazioni interattive per entrare nel vivo Ogni lezione è disponibile in italiano e in inglese Numerosi video e animazioni presentano i contenuti in modo coinvolgente Glossario e biografie Il report dei risultati raggiunti e delle attività svolte consultabile in qualsiasi momento Numerose tipologie di attività interattive di autovalutazione con feedback animati I_XXIII_Romane.indd 5 07/02/11 19.45 Sezione 1 Che cos’è la vita VI PROTAGONISTI – GALILEO GALILEI pag. 3 IN+ LA SCIENZA NEL TEMPO – IL METODO SCIENTIFICO pag. 4 pag. 5 IN+ PROTAGONISTI – FRANCESCO REDI + SPECIALE IL MICROSCOPIO OTTICO pag. 6 IN IN+ LA SCIENZA NEL TEMPO – LE ACCADEMIE SCIENTIFICHE pag. 8 IN+ Sommario Capitolo 1 Riproduzione ed evoluzione 1. La generazione dei viventi 2. La molteplicità degli organismi viventi Verso la teoria dell’evoluzione 3. Darwin e l’evoluzione 4. Il contributo di Linneo INFOGRAFICA 1.1 > Nomenclatura binomia e gerarchia della classificazione I più piccoli di tutti INFOGRAFICA 1.2 > Regni e domini: il primo sguardo d’insieme LA SCIENZA NEL TEMPO – RELIGIONI E SCIENZA: MITI DELLE ORIGINI E TEORIA DELL’EVOLUZIONE pag. 10 IN+ 5. La trasmissione dei caratteri IN+ COME LAVORA LA SCIENZA – LA COMUNICAZIONE SCIENTIFICA pag. 14 SPECIALE I VIRUS pag. 18 IN+ SPECIALE LE POTENZIALITÀ DELLA RICOMBINAZIONE pag. 38 LA SCIENZA NEL TEMPO – LE DISCIPLINE BIOLOGICHE pag. 42 IN+ 10 13 15 16 17 18 20 21 22 IN SINTESI VERIFICHE Capitolo 2 L’organizzazione della vita 1. L’individualità delle cellule e la loro organizzazione IN+ 3 10 25 La classificazione degli organismi dal punto di vista della cellula INFOGRAFICA 2.1 > La cellula: uno sguardo d’insieme Cellule, tessuti, organi, apparati INFOGRAFICA 2.2 > Esempi di organizzazione efficiente 25 26 28 29 2. La specie, l’unità fondamentale delle popolazioni 30 Ma che cos’è una specie? Le caratteristiche dei due tipi di riproduzione INFOGRAFICA 2.3 > I livelli di organizzazione dei viventi INFOGRAFICA 2.4 > Mitosi e meiosi: un primo confronto Aploidia e diploidia 30 30 31 32 32 3. L’importanza del sesso e la definizione di specie 34 INFOGRAFICA 2.5 > E tu quanti cromosomi hai? Le specie: riprodursi e avere prole non sterile INFOGRAFICA 2.6 > Ibridi e separazione delle specie La sessualità come vantaggio evolutivo 4. Forma e funzione INFOGRAFICA 2.7 > 34 35 36 37 39 Lo stretto legame tra forma e funzione IN SINTESI VERIFICHE 40 44 45 Indice dei contenuti online Capitolo 1 Riproduzione ed evoluzione L’esperimento di Needham L’esperimento di Redi Storia della classificazione dei viventi Capitolo 2 L’organizzazione della vita Dalla cellula all’organismo Cellula animale e cellula vegetale Forma e funzione della cellula I_XXIII_Romane.indd 6 Capitolo 3 Chimica: elementi e legami La composizione chimica delle cellule Struttura delle cellule animali e vegetali I legami chimici La tensione superficiale e la capillarità Il sale da cucina in acqua La molecola d’acqua Interazioni chimiche e temperatura Misurare il pH Tavola periodica La scala logaritmica dei viventi Tavola interattiva degli elementi 07/02/11 19.45 Sezione 2 La chimica e la vita VII Capitolo 3 Chimica: elementi e legami PROTAGONISTI – AVOGADRO E DALTON pag. 48 IN+ 1. Atomi, gli “indivisibili INFOGRAFICA 3.1 > 48 Elementi, composti e miscele 2. La struttura dell’atomo INFOGRAFICA 3.2 > 51 Particelle subatomiche e numero di massa 3. Gli isotopi 52 53 53 Il tempo di dimezzamento 4. La tavola periodica degli elementi 55 Gli elementi che costituiscono la materia vivente INFOGRAFICA 3.3 > La tavola periodica degli elementi 5. Gli elettroni e la formazione dei legami INFOGRAFICA 3.4 > 50 55 56 59 Legame covalente e legame ionico 6. La mole 7. L’acqua, indispensabile per la vita 60 61 62 La dissociazione in ioni INFOGRAFICA 3.5 > I legami a idrogeno e le interazioni deboli Cationi e anioni INFOGRAFICA 3.6 > Straordinarie proprietà dell’acqua 8. Acidi e basi 62 62 63 64 66 66 67 68 69 Il concetto di pH La formazione dei sali INFOGRAFICA 3.7 > IN SINTESI VERIFICHE 1. La materia che forma i viventi 72 La rappresentazione delle molecole organiche Le macromolecole biologiche INFOGRAFICA 4.1 > Gli amminoacidi LA SCIENZA NEL TEMPO – GLI ACIDI NUCLEICI SONO I VERI RESPONSABILI DELL’EREDITÀ BIOLOGICA pag. 80 2. Le proteine INFOGRAFICA 4.2 > I_XXIII_Romane.indd 7 I livelli di struttura delle proteine 76 78 78 79 81 A che cosa serve il DNA? INFOGRAFICA 4.3 > Com’è fatto un nucleotide Il DNA è una doppia elica Le reazioni di condensazione La diffrattometria a raggi X La formazione di catene carboniose La struttura delle proteine Unità biologica nella diversità La duplicazione del DNA Il glucosio La molecola di glicerolo Costruire gli amminoacidi Costruire gli acidi nucleici 72 72 73 74 3. Gli acidi nucleici e la scoperta del materiale ereditario Capitolo 4 Di che cosa sono fatti i viventi SPECIALE COME SI SCOPRE LA STRUTTURA DI UNA MOLECOLA pag. 75 IN+ Capitolo 4 Di che cosa sono fatti i viventi IN+ IN+ SPECIALE LA RADIOATTIVITÀ pag. 54 IN+ PROTAGONISTI – JAMES WATSON E FRANCIS CRICK: I “DIGNITARI” DEL DNA pag. 82 4. I lipidi e gli zuccheri 84 I lipidi 84 85 86 87 88 89 INFOGRAFICA 4.4 > I lipidi o grassi Energia e sostegno per le cellule: gli zuccheri Gli zuccheri o carboidrati INFOGRAFICA 4.5 > IN SINTESI VERIFICHE 07/02/11 19.45 VIIISezione 3 La cellula PROTAGONISTI MARCELLO MALPIGHI pag. 92 IN+ LA SCIENZA NEL TEMPO – LE VACCINAZIONI pag. 95 IN+ Capitolo 5 La cellula, unità della vita 1. La scoperta della cellula Il microscopio aiuta a studiare le cellule INFOGRAFICA 5.1 > Unicellulari e pluricellulari L’universalità delle cellule 2. Due livelli di complessità degli organismi viventi: Procarioti ed Eucarioti IN+ SPECIALE L’ULTRACENTRIFUGAZIONE pag. 102 Anche i Procarioti possiedono DNA INFOGRAFICA 5.2 > I Procarioti INFOGRAFICA 5.3 > Gli Eucarioti Gli Eucarioti 3. Principali organi e funzioni della cellula IN+ PROTAGONISTI – CAMILLO GOLGI pag. 104 92 92 93 94 96 96 96 98 99 101 Il nucleo cellulare degli Eucarioti Organuli originati dal sistema di endomembrane INFOGRAFICA 5.4 > La struttura dei ribosomi 102 103 105 4. La membrana cellulare, la parete e il citoscheletro 106 La membrana regola gli scambi con l’esterno La parete cellulare Le giunzioni tra cellule Il citoscheletro e le altre strutture di sostegno INFOGRAFICA 5.5 > Il modello a mosaico fluido IN SINTESI VERIFICHE 106 106 107 107 108 110 111 Indice dei contenuti online Capitolo 5 La cellula, unità della vita Il nucleo, archivio per il materiale genetico Trasporti e membrane I fosfolipidi Forma e funzione delle cellule L’osmosi Il funzionamento dell’apparato di Golgi La struttura della cellula eucariote La struttura della membrana plasmatici I_XXIII_Romane.indd 8 Capitolo 6 Come funziona la cellula Le trasformazioni metaboliche nella cellula Attraversare la membrana plasmatica Il trasporto attivo Il trasporto passivo La sintesi delle proteine Fotosintesi e respirazione Le fasi della fotosintesi Il funzionamento degli stomi 07/02/11 19.46 IX Capitolo 6 Come funziona la cellula 1. La cellula produce e consuma energia L’endosimbiosi con i plastidi, un’arma vincente INFOGRAFICA 6.1 > Respirazione cellulare e ATP Altri plastidi: i cloroplasti e i perossisomi INFOGRAFICA 6.2 > La fotosintesi INFOGRAFICA 6.3 > Energia e trasporto Autotrofi ed eterotrofi 2. Il “dogma centrale” della biologia INFOGRAFICA 6.4 > Il dogma centrale e il ruolo dell’RNA 3. Come fa l’RNA a costruire le proteine? 114 114 115 116 117 118 119 122 4. Da dove vengono le novità nell’evoluzione? 124 124 124 125 126 128 129 Capitolo 7 La cellula si riproduce 1. La riproduzione sessuata La riproduzione sessuata è più impegnativa ma più vantaggiosa INFOGRAFICA 7.1 > Pollini, spermatozoi, fecondazione 2. La divisione cellulare: mitosi e meiosi Le fasi della mitosi Proteine speciali rendono possibile la mitosi Una mitosi modificata: la meiosi INFOGRAFICA 7.3 > Durante la meiosi avviene scambio di segmenti genici INFOGRAFICA 7.2 > citoplasma proteina in formazione nucleotidi liberi amminoacidi liberi DNA pori nucleari mRNA trascrizione ribosoma traduzione IN+ SPECIALE I VIRUS SONO ORGANISMI VIVENTI? pag. 134 SPECIALE DAL SUICIDIO CELLULARE ALLA RIPRODUZIONE IMPAZZITA pag. 138 IN+ 132 132 132 135 136 138 139 140 3. La cellula si organizza 141 Le classi di tessuti INFOGRAFICA 7.4 > I tessuti 141 142 144 145 IN SINTESI VERIFICHE nucleo 120 122 122 123 IN SINTESI VERIFICHE membrana nucleare 120 L’alfabeto delle proteine INFOGRAFICA 6.5 > L’enigma del codice genetico Che cos’è un gene? Mutazione ed evoluzione INFOGRAFICA 6.6 > Le mutazioni Casualità e frequenza di mutazione Quali sono le cause dell’evoluzione? IN+ PROTAGONISTI HANS KREBS pag. 116 Capitolo 7 La cellula si riproduce La teoria dell’endosimbiosi La fotosintesi La sintesi proteica Il codice genetico La funzione del DNA I luoghi della fotosintesi I luoghi della respirazione cellulare Decodificare il DNA I_XXIII_Romane.indd 9 La divisione cellulare La specializzazione nelle cellule La mitosi La meiosi I tessuti 07/02/11 19.46 X Sezione 4 La varietà dei viventi Capitolo 8 Alla base dell’evoluzione 1. Come cambiano le specie? IN+ SPECIALE I FOSSILI pag. 148 IN+ SPECIALE LE PRINCIPALI QUANTITÀ DEMOGRAFICHE pag. 156 IN+ PROTAGONISTI – CHARLES DARWIN pag. 161 LA SCIENZA NEL TEMPO – GRANDI MIGRAZIONI pag. 172 IN+ Le mutazioni introducono novità nei viventi INFOGRAFICA 8.1 > Le tante strade dell’evoluzione Vantaggioso uguale universale? 2. Mutazione e selezione naturale 148 150 152 153 L’ambiente filtra i più adatti La selezione naturale è un processo automatico INFOGRAFICA 8.2 > Adattamenti e pressione selettiva 153 153 154 3. Demografia: come si misura la selezione naturale 156 Quando una popolazione aumenta: il successo demografico INFOGRAFICA 8.3 > L’evoluzionismo sfida il creazionismo Da un viaggio intorno al mondo alla teoria della selezione naturale La selezione naturale è un processo demografico INFOGRAFICA 8.4 > Le prove dell’evoluzione 4. Il drift o deriva genetica casuale Il destino delle mutazioni neutrali Il drift: è il più fortunato che sopravvive INFOGRAFICA 8.5 > La deriva genetica e l’effetto dei fondatori 5. La migrazione 6. La ricombinazione L’importanza della riproduzione sessuata INFOGRAFICA 8.6 > Lo sviluppo della resistenza agli antibiotici Il crossing over aumenta la ricombinazione Le ragioni di un grande successo 7. Evoluzione biologica, evoluzione culturale INFOGRAFICA 8.7 > I IN SINTESI VERIFICHE 156 158 160 160 162 164 164 165 166 168 L’umanità è da sempre in movimento Gli effetti delle migrazioni I_XXIII_Romane.indd 10 148 diversi aspetti dell’evoluzione 168 168 172 172 172 174 174 175 176 178 180 07/02/11 19.46 XI LA SCIENZA NEL TEMPO – L’ESPERIMENTO DI UREY-MILLER pag. 186 IN+ Capitolo 9 Origine della vita e classificazione 1. L’origine della vita L.U.C.A., l’antenato universale IN+ SPECIALE BIOFILM 2. Un mondo di Procarioti pag. 190 INFOGRAFICA 9.1 > Archeobatteri ed Eubatteri 3. La diversificazione della vita INFOGRAFICA 9.2 > Chi viveva sulla Terra 3 milioni di anni fa? 4. La classificazione e la chiave evolutiva Dalla classificazione di Linneo agli alberi evolutivi I nuovi livelli della tassonomia moderna La cladistica descrive le linee evolutive INFOGRAFICA 9.3 > Costruire un cladogramma IN+ SPECIALE PROTOZOI, ALGHE, FUNGHI MUCILLAGINOSI pag. 194 IN+ PROTAGONISTI – LINNEO IN SINTESI VERIFICHE 184 185 188 188 192 192 196 196 198 198 200 202 203 pag. 196 Indice dei contenuti online Capitolo 8 Alla base dell’evoluzione Le leggi dell’evoluzione e della speciazione Charles Darwin e la teoria dell’evoluzione Mutamenti e popolazioni nel corso delle ere La deriva genetica La separazione geografica L’evoluzione dell’uomo La forma dell’apparato boccale I_XXIII_Romane.indd 11 Capitolo 9 Origine della vita e classificazione L’origine della vita sulla Terra La classificazione degli organismi I virus La formazione dei fossili L’esperimento di Miller e Urey Costruire un albero filogenetico 07/02/11 19.46 XII Sezione 4 La varietà dei viventi Capitolo 10 Eredità mendeliana e genetica moderna 1. La trasmissione ereditaria: come studiarla Un monaco boemo propone la prima teoria dell’eredità L’approccio di Mendel: semplificare il problema da risolvere 2. Le tre leggi di Mendel Prima e seconda legge di Mendel Fenotipo, genotipo e alleli La dominanza incompleta negli eterozigoti INFOGRAFICA 10.2 > I quadrati di Punnet e un riesame delle leggi di Mendel L’indipendenza dei caratteri e la terza legge di Mendel INFOGRAFICA 10.3 > La dominanza incompleta e le leggi della probabilità INFOGRAFICA 10.1 > PROTAGONISTI – GREGOR MENDEL pag. 208 IN+ 3. Morgan e la genetica della drosofila Gli incroci tra drosofile forniscono risultati inattesi 4. L’eredità legata al sesso. Geni e cromosomi IN+ SPECIALE LE MUTAZIONI DEL CROMOSOMA Y pag. 220 Le malattie ereditarie legate al sesso INFOGRAFICA 10.4 > I caratteri legati al sesso La resistenza alla malaria Geni associati INFOGRAFICA 10.5 > Distanze tra geni e crossing over 4. La mutazione La frequenza delle mutazioni può essere aumentata La sindrome di Down è una patologia genetica IN SINTESI VERIFICHE Biology in English Glossario 206 206 207 209 210 211 212 213 214 214 217 217 218 218 218 220 220 222 224 224 225 226 228 231 245 Indice dei contenuti online Capitolo 10 L’eredità mendeliana e la genetica moderna Prima legge di Mendel Seconda legge di Mendel Terza legge di Mendel Le mutazioni Le mutazioni I_XXIII_Romane.indd 12 07/02/11 19.46 Introduzione La Biologia è comparsa nella storia un po’ più tardi delle sue grandi sorelle, la Fisica e la Chimica. A differenza di loro, che hanno preso molto presto un indirizzo sperimentale e anche teorico, soprattutto la Fisica, la Biologia è rimasta a lungo puramente descrittiva, limitata all’esame delle forme e delle funzioni degli organismi viventi. L’enorme diversità delle forme di vita ha cominciato a essere studiata sistematicamente nella seconda metà del Settecento, esaminando un gran numero di specie di piante e animali, e poi nell’Ottocento, quando fu possibile costruire microscopi di potenza sufficiente a rivelare organismi invisibili a occhio nudo. I più piccoli, i virus, furono scoperti solo nel Novecento. Grazie al microscopio si dimostrò molto presto che tutti gli organismi sono formati da moltissime unità indipendenti, le cellule, ciascuna delle quali ha origine solo dalla divisione di altre cellule molto simili, un fatto che ha dato loro una forte individualità. La Chimica affiancò ben presto la Biologia e nel corso del Novecento divenne chiaro che i segreti della vita sono racchiusi in due tipi di macro-molecole, entrambe formate di lunghissime catene di sostanze più semplici: gli acidi nucleici (tra cui il DNA, che costituisce il corredo ereditario di quasi tutti gli organismi) e le proteine, che sono gli operai specializzati nelle complicatissime reazioni chimiche che permettono agli organismi di vivere e di generare figli, cioè di costruire nuovi organismi praticamente identici. La struttura chimica del DNA fu precisata nel 1953. Nel 2007 fu reso noto il primo corredo ereditario completo (il genoma) di un essere umano, Craig Venter, uno scienziato che ha dato un contributo importante a realizzare la ‘lettura’ del genoma e che ha pubblicato il proprio per intero su internet, in risposta a chi aveva espresso timori e critiche sulla diffusione di questo tipo di conoscenze. La biologia è oggi capace di comprendere meccanismi assai complicati e di realizzare applicazioni tecnologiche di grande valore pratico per la vita di tutti gli organismi viventi: microrganismi, piante, animali e noi stessi. Queste applicazioni includono scoperte e invenzioni di grande valore per la salute e per la medicina, che hanno permesso di aumentare di quattro volte la durata media della vita umana. Essa aveva superato raramente i vent’anni in tutta la storia del genere umano, fino a circa centocinquant’anni fa, quando la scoperta dei microrganismi patogeni generò la medicina moderna e consentì di debellare la loro azione letale. Almeno nei Paesi sviluppati, oggi è raro che si muoia, per esempio, di polmonite, una malattia che fino a settant’anni fa uccideva la metà di coloro che ne erano colpiti, oppure di colera, un’infezione che dava origine a tremende epidemie. Dobbiamo al lavoro di milioni di ricercatori questi successi, di cui beneficia l’intera umanità. Oggi, l’aumento della velocità di comunicazione e di trasporto sta generando una nuova era, così ricca di cambiamenti e di grandi novità che dovremo imparare a diventare più saggi e sviluppare un’etica più forte e intelligente, per assicurarci che le applicazioni del progresso scientifico e tecnologico siano prodotte e utilizzate con una chiara visione dei benefici che possono recare. Un grande potere dà grandi responsabilità. Nuove idee, invenzioni e scoperte cambiano le nostre conoscenze e il nostro comportamento, ma bisogna porre grande attenzione anche ai danni, che sono sempre immancabili in ogni novità. L’evoluzione della cultura – che è tutto ciò che possiamo imparare e trasmettere a un altro – è molto più rapida dell’evoluzione biologica, che avviene solo nel passaggio da genitori a figli, da una generazione all’altra. Le due evoluzioni interagiscono in modo complesso, dando origine all’evoluzione bioculturale che osserviamo nella nostra specie. Il nostro sforzo, nello scrivere questi volumi, è stato di rendere la biologia profondamente attraente, evitando di caricare il libro di quell’enorme quantità di terminologia, resa inevitabile dai milioni di specie e di processi biologici esistenti, presente nella gran maggioranza dei libri di testo. Ci interessa invece spiegare come si è arrivati a capire ciò che sappiamo oggi. I fenomeni che osserviamo sono il prodotto di miliardi di anni di evoluzione della vita. La storia delle scoperte che hanno permesso di comprenderli è appassionante e ci aiuta ad acquisire conoscenze, non nozioni. Un processo logico guidato dall’osservazione, dalla sperimentazione, dal ragionamento, è più utile che esercitare la memoria a tenere insieme informazioni sconnesse e mal digerite. Nel corso della scuola superiore, alcuni di voi resteranno affascinati dalle meraviglie della vita e vorranno diventare biologi: abbiamo bisogno di molti biologi buoni, sia che si dedichino ad analisi teoriche, sia che sviluppino nuove applicazioni sui molti fronti possibili, dall’agricoltura alla medicina alla vita nello spazio. Applicazioni intelligenti della biologia possono favorire un livello medio di felicità ben più soddisfacente dell’attuale, nelle nuove società che stiamo creando. La maggior parte di voi farà da adulto tutt’altri mestieri. Se lo studio della biologia vi avrà portato a comprendere i fenomeni naturali che rendono possibile la nostra esistenza, porterete sempre con voi la conoscenza del bene più prezioso che ci è dato godere: la vita. I_XXIII_Romane.indd 13 Luca Cavalli-Sforza Francesco Cavalli-Sforza 07/02/11 19.46 Capitolo 2 L’organizzazione della vita 1. L’individualità delle cellule e la loro organizzazione 2. La specie, l’unità fondamentale di popolazione 3. L’importanza del sesso e la definizione di specie 4. Forma e funzione Animazioni e attività interattive Quick test e-trainer 024_046Cap02.indd 24 03/02/11 19.57 Capitolo 2 L’organizzazione della vita 25 2 l’organizzazione della vita dalle cellule alle popolazioni: come si struttura la vita Abstract L’unità strutturale della materia vivente è la cellula, a sua volta in gra- 1. L’individualità delle cellule e la loro organizzazione do di organizzarsi in tessuti, organi, apparati e infine organismi, caratterizzati da corrispondenze tra forma e funzione. Nella cellula degli Eucarioti il nucleo, sede del patrimonio ereditario, è delimitato da una membrana, al contrario di ciò che avviene nella cellula dei Procarioti. La materia vivente è organizzata in cellule, Individui simili tra loro in una popolazione costituiscono una specie, che sono in un certo senso individui comovvero un insieme in grado di riprodursi dando origine a prole feconda. pleti e capaci di una certa indipendenza. La riproduzione può avvenire per via asessuata (organismi unicellulari) Ogni cellula ha un involucro (la membrao sessuata: in quest’ultimo caso, rappresenta un vantaggio evolutivo, na cellulare), che la separa dal resto del poiché permette di fruire del materiale genetico di due genitori. mondo, quindi anche dalle altre cellule. La membrana ha funzioni protettive e di regolazione. Conferisce alla cellula una forma terno si trova il DNA. Il DNA speciale, che risponde alle sue funzioni (per esempio, le si organizza in piccole struttucellule della pelle isolano il corpo dall’ambiente esterma re” cromoso nifica “colo re, simili a bastoncelli, chiamate Il greco croma sig“corpo”: i no). Inoltre, controlla quali sostanze possono uscire dalre significa cromosomi, i quali divengono e soma,mi, infatti, possono esseche la cellula o entrarvi e si occupa della comunicazione con te so o si o om pp visibili quando la cellula si divide. crcolorati con sostanze a icroscopio. l’esterno, raccogliendo e individuando stimoli. lm a i il ib is v I batteri, invece, non hanno un li rendono Ogni cellula possiede anche un’area specifica in cui risome Chromo vero e proprio nucleo: il loro DNA siede il patrimonio ereditario, cioè tutte le istruzioni che forma un unico cromosoma, che servono a formare quella cellula e che saranno trasmesse spesso è di forma circolare. Chiamiamo i batteri Procarioti, alle cellule figlie. Quest’area, come vedremo nel prossimo per dire che sono privi di nucleo e distinguerli dalle cellule paragrafo, può essere o meno protetta da una membrana. eucariotiche. La classificazione degli organismi Tra gli Eucarioti, i Protisti sono unicellulari, i Funghi sono dal punto di vista della cellula sia unicellulari sia pluricellulari, mentre Piante e Animali Come abbiamo visto nel capitolo precedente, la maggior sono tutti pluricellulari e hanno quasi sempre più di un croparte degli organismi fatti di una cellula sola, detti unimosoma. Un uomo è fatto di quasi un milione di miliardi cellulari, forma due nuovi domini nella nomenclatura di cellule e ogni sua cellula ha 23 paia di cromosomi >fig1. contemporanea. I due domini comprendono batteri abbastanza diversi tra fig1> Schema generale della classificazione degli organismi. loro, che si pensa abbiano avuto origine altrettanto diversa: Archeobatteri ed Eubatteri. Bacteria Il dominio degli Eucarioti comprende il regno dei Protisti Unicellulari Procarioti 2 Domini (tra cui i Protozoi, i più semplici e antichi) accanto ai regni di Funghi, Piante e Animali. Archaea Anche i Protisti sono unicellulari, ma sono più grandi dei Protisti batteri, benché ancora microariote ariote, Procper “buono, ben c u E Unicellulari scopici, e la struttura intere sta Il greco eu-, ch to caso definisce la es Funghi na della loro cellula ha buone formato” in qu che significa “nocciolo” áryon k il la lta ro su pa ri somiglianze con le cellule dei Eucarioti 4 Regni “nucleo”: ne e per estensione al nucleo ben formato”. “d : o regni animale e vegetale, che di ss ffi to significa vece il su Animali Pluricellulari rocariote”, in Nella parola “p rimitivo”: in queste sono le più complesse IG2.1 . “p r pe a e. st nt se as pro Le cellule degli Eucarioti sono è praticamente cellule il nucleo Piante cell, provviste di nucleo, al cui inEukariotic cell Prokariotic 024_046Cap02.indd 25 03/02/11 19.57 26 Sezione 1 Che cos’è la vita INFOGRAFICA 2.1 > La cellula: uno sguardo d’insieme I Procarioti sono le cellule più piccole: addirittura, alcuni batteri sono lunghi soltanto 0,2 µm (al limite cioè del potere risolutivo di un microscopio ottico), circa il doppio di una particella virale di HIV (il virus responsabile dell’AIDS). Mediamente, le cellule batteriche (per cellula vegetale tipica esempio quelle di Escherichia coli, un 10-100 µm batterio residente nell’intestino umano) hanno una lunghezza di un paio di µm: sebbene questo valore sia dieci volte maggiore delle dimensioni precedenti, si tratta comunque di cellule notevolmente più piccole delle cellule eucariotiche tipiche. Una cellula animale è mediamente lunga, all’incirca, 20 µm, ma vi sono cellule che arrivano ai 100 µm o addirittura (pensate all’uovo di alcuni uccelli) ad alcuni centimetri; una cellula vegetale ha lunghezza media tipica di circa 35 µm. Trypanosoma (protozoo) 25 µm di lunghezza Escherichia coli (batterio) 1-5 µm di lunghezza poliovirus 30 nm virus dell’AIDS 100 nm molecola di DNA 2 nm di diametro globulo rosso umano 7-8 µm di diametro uovo di gallina 65 mm batteriofago T4 225 nm di lunghezza Chlamydomonas (alga verde) 5-6 µm a occhio nudo virus del mosaico del tabacco 300 nm di lunghezza microscopio ottico (fino a 200 nm) microscopio elettronico (fino a 0,2 nm) 1 mm 100 µm Le cellule dei Procarioti sono delimitate da una membrana cellulare e, di solito, presentano un ulteriore strato protettivo (la parete, che conferisce alla cellula una forma tipica, per esempio allungata, sferica, o spiraliforme), talvolta anche un secondo, la capsula esterna, avente lo scopo di evitare un’eccessiva perdita d’acqua e quindi la disidratazione della cellula. 10 µm 1 µm 100 nm 10 nm 1 nm 0,5 nm CELLULA DEI PROCARIOTI Il patrimonio genetico dei Procarioti è sparso in una regione all’interno della cellula: non si ha quindi – a differenza degli Eucarioti – un vero e proprio nucleo delimitato da una membrana. 024_046Cap02.indd 26 03/02/11 19.57 Capitolo 2 L’organizzazione della vita 27 Rispetto alle cellule dei Procarioti, le cellule eucariotiche presentano tre differenze fondamentali: due le abbiamo già descritte, e sono le dimensioni maggiori e la presenza di un nucleo che contiene il patrimonio genetico ed è chiaramente delimitato da una membrana nucleare. CELLULA EUCARIOTICA ANIMALE La terza differenza risiede nella maggiore complessità strutturale e organizzativa della cellula eucariotica. Questo tipo di cellula, infatti, deve poter svolgere diverse funzioni nello stesso tempo ed è pertanto compartimentata per soddisfare questa esigenza. La compartimentazione della cellula si realizza grazie alla presenza di piccoli organi, detti organuli, preposti a diverse mansioni: dalla produzione dell’energia necessaria alla cellula, al deposito di sostanze, alla sintesi chimica delle proteine. CELLULA EUCARIOTICA VEGETALE Le cellule vegetali sono contraddistinte dalla presenza di una parete di cellulosa (più, eventualmente, altre sostanze come per esempio la lignina, che conferisce particolare spessore e robustezza) esterna alla membrana, con funzione di protezione e sostegno. All’interno della cellula si trova solitamente un grande “sacchetto” pieno d’acqua, il vacuolo centrale, che ha la funzione di riserva idrica. Inoltre, le cellule eucariotiche vegetali possiedono alcuni tipi speciali di organuli (cloroplasti, plastidi), coinvolti nel processo di fotosintesi e cioè nella trasformazione di energia luminosa, acqua e ossigeno in zuccheri nutrienti per la pianta. 024_046Cap02.indd 27 03/02/11 19.57 28 Sezione 1 Che cos’è la vita Cellule, tessuti, organi, apparati Negli organismi pluricellulari le cellule stringono relazioni e si organizzano in strutture più complesse. Un insieme di cellule omogeneo per forma e funzione è detto tessuto >tab2.1: negli animali i tessuti epiteliali, per esempio, formano il rivestimento del corpo (la pelle) e anche quello del tubo intestinale e di molte altre parti dell’organismo; il tessuto muscolare rende possibile il movimento; i tessuti connettivi, come il tessuto cartilagineo e il tessuto osseo, sono l’impalcatura di supporto dell’organismo: formano lo scheletro e tengono insieme le varie parti del corpo; il tessuto nervoso permette la sensibilità e la vita di relazione; e così via. Vi sono piccole differenze nella classificazione dei tessuti in autori diversi. Un organo è formato da un insieme di tessuti, organizzati in modo da compiere un certo numero di funzioni speciali: ogni organo ha funzioni particolari, come l’escrezione (rene, intestino), la secrezione esterna (ghiandole che producono il sudore e le lacrime) o interna (ghiandole che versano i loro prodotti nel sangue e controllano a distanza l’attività di altri organi), e così via. Un sistema (o apparato) è composto di molti organi e rappresenta una categoria fisiologica ancora superiore: per esempio, il sistema digerente comprende esofago, >tab2.1 Denominazione stomaco, fegato, pancreas e vari tratti di intestino designati con nomi diversi IG2.2 . Anche i funghi e le piante possiedono tessuti e organi con funzioni analoghe a quelle degli animali, ma strutturati diversamente. Prova a rispondere 1Vero o falso? a I Protisti sono sempre unicellulari. V F b I Funghi sono sempre unicellulari. V F c Archeobatteri ed Eubatteri appartengono a domini diversi. V F d Tutte le cellule hanno un nucleo. V F 2Quali sono le dimensioni tipiche di un batterio? a 0,2-2 micrometri b 20-100 micrometri c 0,2-2 millimetri d 0,002 millimetri 3Rifletti&Rispondi 1 Che cosa si intende per “apparato”? Da quali strutture più semplici è composto?” 2 Che differenze ci sono tra Batteri e Protisti? 3 Descrivi le caratteristiche di una cellula eucariotica vegetale. principali tipi di tessuto esempi di localizzazione Funzioni principali Tessuto epiteliale Pelle e mucose interne Rivestimento e protezione Tessuto connettivo Cartilagini, ossa Impalcatura di supporto, connessione tra le parti del corpo Tessuto muscolare Muscoli (volontari e involontari) Rende possibile i movimenti, compresi quelli degli organi interni Tessuto nervoso Nervi, midollo spinale, cervello Trasmette i segnali per l’esecuzione dei movimenti e il loro coordinamento, permette la sensibilità, il pensiero, la vita di relazione 024_046Cap02.indd 28 fotografia al microscopio 03/02/11 19.57 Capitolo 2 L’organizzazione della vita INFOGRAFICA 2.2 > 29 Esempi di organizzazione efficiente or Cellule simili per struttura e funzione sono organizzate in tessuti. Volendo sintetizzare in poche parole il ruolo complessivamente svolto da ciascun tipo di tessuto, potremmo dire che I diversi tipi di tessuto si associano in vario modo, per costituire gli organi del nostro corpo: cuore, reni, stomaco, fegato, intestino, trachea, polmoni... il tessuto epiteliale ha un compito di rivestimento, il tessuto Passando alla categoria fisiologica superiore, più organi cooperano nello connettivo rappresenta il supporto dell’organismo, il tessuto svolgere una funzione comune all’interno di un apparato (o sistema). muscolare garantisce il movimento e infine il tessuto nervoso All’interno di un organo, i diversi tessuti si organizzano in modo da compiere si occupa del controllo e coordinamento. funzioni speciali: vedremo che ciò accade anche, a livello superiore, per gli Per ogni tipo di tessuto esistono varianti diverse, ciascuna con organi di uno stesso apparato. caratteristiche strutturali proprie. Anche in questo caso, la variante strutturale del tessuto è in relazione con la peculiare e specifica funzione che questo svolge. Per esempio, poco Lo stomaco è un organo apparsopra abbiamo affermato che il ruolo tenente all’apparato digerente. le u l l e p c i ù ù i t e ss u p del tessuto epiteliale è quello di riveti Rappresenta un chiaro esempio tessuto stimento. Però, nell’ambito dei tessuti della relazione tra struttura e più specializzazione della funzione. epiteliali, esistono tipi particolarmente organo Lo stomaco assolve infatti diversottili (gli epiteli “semplici”), che per si compiti: funge da “deposito” questa loro caratteristica non sono temporaneo del cibo ma nello idonei a funzioni protettive, ma sono stesso tempo è anche la sede piuttosto coinvolti nei processi di asdove avviene parte della digesorbimento o secrezione di sostanze. stione. Deve pertanto triturare e E ancora: l’epitelio di tipo “prismatico rimescolare il cibo, digerire una ciliato” riveste la maggior parte delle particolare classe di sostanze vie respiratorie; qui le ciglia di cui sono nutritive (le proteine) e assororganismo provviste le cellule spingono il muco, birne alcune altre, in particolare dopo che questo ha catturato la polvel’acqua, l’alcol, ma anche certi i m e re dell’aria, verso l’alto, allontanando la ap p ar ati o s ist farmaci e alcune vitamine. polvere dai polmoni. ga ni apparato La parete interna dello stomaco è rivestita da tessuto specializzato nel rivestimento, cioè il tessuto epiteliale, in cui sono disseminate milioni e milioni di fossette gastriche, le aperture sul fondo delle quali sbucano le ghiandole gastriche. 024_046Cap02.indd 29 Nelle ghiandole gastriche, le cellule si sono ancora una volta organizzate per svolgere funzioni diverse; vi sono infatti tre tipi di cellule addette alla produzione e secrezione dei diversi componenti che formano il succo gastrico: • le cellule mucose producono grandi quantità di un muco viscoso che aderisce come una colla alla parete dello stomaco e ha la funzione di proteggerla dalle lesioni ed evitare che essa si auto-digerisca; le cellule principali producono sostanze deputate alla digestione delle proteine (gli “enzimi proteolitici”), cioè alla degradazione chimica della loro struttura in componenti più semplici che l’organismo sarà in grado di utilizzare; • le cellule parietali secernono acido cloridrico, la sostanza chimica che funge da “innesco” per gli enzimi proteolitici. fossetta gastrica cellule che secernono muco ghiandole gastriche Per svolgere le funzioni di rimescolamento del cibo, lo stomaco possiede tre strati di muscolatura, anziché soltanto due come troviamo negli altri tratti dell’apparato digerente. Fibre muscolari circolari, longitudinali e oblique garantiscono potenti contrazioni che non solo fanno progredire gli alimenti verso gli organi successivi, ma li agitano, li rimescolano, li sbattono allo scopo di sminuzzarli in frammenti più piccoli. cellule principali che secernono pepsinogeno cellule parietali che secernono acido cloridrico muscolo della mucosa sottomucosa 03/02/11 19.57 30 Sezione 1 Che cos’è la vita 2. La specie, l’unità fondamentale di popolazionie Ma che cosa è una specie? Abbiamo detto che la cellula è l’unità fondamentale su cui è costruito ogni organismo vivente. Per esprimere meglio questo concetto, diciamo che la cellula è l’unità morfologica e funzionale elementare, cioè è la più piccola unità vivente provvista di una propria forma e di una propria funzione (diversa secondo il tipo di cellula). La forma cambia secondo la funzione: le cellule della pelle hanno l’aspetto di poligoni, le cellule nervose hanno forma a stella, le cellule isolate somigliano a sacchetti tondeggianti e così via, in una grandissima varietà di forme e di funzioni. Se invece di guardare la singola cellula o il singolo individuo, guardiamo un insieme di individui simili, cioè una popolazione >fig2 (che si tratti di funghi o di alberi, di uomini o di mosche) troviamo un’altra unità elementare: la specie, che è l’unità fondamentale delle popolazioni, dal punto di vista riproduttivo e descrittivo. La specie è un insieme di individui che devono la loro somiglianza reciproca alla propria storia, cioè al fatto di avere tutti un’origine comune e recente (qui “recente” sta magari per migliaia o centinaia di miglia- fig2> Un insieme di individui ia di anni: un tempo molto simili forma una popolazione: breve rispetto alla lunga sto- ecco una famigliola di cani della prateria (il cui nome scientifico ria della vita) IG2.3 . è Cynomys ludovicianus). tra i funghi e i protisti, è pressoché universale tra i batteri e si può trovare anche tra piante e animali: è quindi presente in ciascuno dei domini e dei regni della vita. Le caratteristiche dei due tipi di riproduzione Esaminiamo un po’ più dettagliatamente le due possibili vie di riproduzione >tab2.2 Nella riproduzione asessuata (detta anche vegetativa) l’individuo ha origine da un solo genitore. Questo può avvenire in più modi, che vedremo più avanti in maggiore dettaglio: tipicamente, gli organismi unicellulari si scindono in due, mentre i pluricellulari producono frammenti di se stessi, oppure gemme, o si riproducono in altri modi ancora. La riproduzione sessuata comporta l’esistenza di due sessi, il maschile e il femminile, e soprattutto richiede un tipo di divisione cellulare molto speciale per produrre spermatozoi e cellule-ovo, cioè le cellule sessuali che danno origine a un nuovo individuo >fig3. >tab2.2 riproduzione sessuata e asessuata riproDuzione sessuata riproDuzione assessuata Implica l’esistenza di due sessi Un unico individuo genera individui uguali a se stesso e uguali tra loro Richiede una divisione cellulare speciale, la meiosi, per formare i gameti aploidi; questi poi si uniranno nella fecondazione per produrre uno zigote diploide Avviene tramite scissione binaria, produzione di gemme o altre modalità; ogni cellula figlia possiede lo stesso numero di cromosomi della cellula madre Rappresenta un vantaggio evolutivo poiché produce ricombinazione dei caratteri; entrambi i genitori forniscono un carattere ereditario Mediante trasferimento genico (per esempio con plasmidi) può talora dare luogo a scambi di DNA fig3> L’anemone di mare, in basso, è un animale che si riproduce per via sia sessuata sia asessuata, in quest’ultimo caso per gemmazione; gli animali di ordine superiore, come gli stambecchi della foto a destra, si riproducono soltanto per via sessuata. Ma che cosa definisce una specie? La definizione è diversa a seconda che gli organismi si riproducano per via sessuata oppure per via asessuata. Quest’ultima è detta anche vegetativa e già il nome indica che è frequente tra i vegetali (i quali per lo più, comunque, si riproducono anche per via sessuata). La riproduzione vegetativa è comune 024_046Cap02.indd 30 03/02/11 19.58 Capitolo 2 L’organizzazione della vita INFOGRAFICA 2.3 > 31 I livelli di organizzazione dei viventi 6 Infine, il livello più alto di organizzazione è quello della biosfera: definiamo così quella porzione del pianeta Terra, comprendente l’atmosfera, la superficie e parte della crosta terrestre e l’idrosfera fino ai fondali oceanici, in cui sono presenti organismi viventi. 5 Diverse popolazioni che vivono insieme nello stesso ambiente creano una comunità: pertanto, una comunità è costituita da animali di specie differenti così come dalle piante (dagli alberi, all’erba, ai fiori) e dai microrganismi presenti nell’ambiente in cui essi vivono. La somma di tutte le comunità di un dato ambiente, insieme all’ambiente stesso, dà luogo a un ecosistema. 3 Negli organismi unicellulari la cellula si identifica con l’intero organismo vivente, mentre nei pluricellulari le cellule si organizzano in tessuti, specializzati in funzioni diverse (per esempio, il muscolo); tessuti diversi cooperano tra loro e costituiscono gli organi. Negli animali gli organi che contribuiscono, in modo coordinato, a una stessa funzione principale (come la digestione degli alimenti o la respirazione), sono raggruppati in un apparato o sistema. 4 L’unione di più apparati che interagiscono tra loro per svolgere le diverse funzioni vitali costituisce un organismo. Organismi simili, cioè appartenenti alla stessa specie che vivono in gruppo nella stessa zona, costituiscono una popolazione (per esempio, una popolazione di lupi). 2 Possiamo iniziare a parlare di forme viventi quando incontriamo le cellule: ne sono un esempio i globuli bianchi e rossi del nostro sangue. 1 Al livello più basso dell’organizzazione si trovano gli atomi, che costituiscono sia la materia vivente, sia la sostanza inorganica. Gli atomi si uniscono a formare molecole, piccole e semplici come la molecola d’acqua, che è fatta da soli tre atomi, o grandissime e complesse come il DNA, la molecola che contiene i caratteri ereditari ed è costituita da milioni di atomi. 024_046Cap02.indd 31 03/02/11 19.58 32 Sezione 1 Che cos’è la vita apolide, diploide Ma come avviene, in entrambi i casi, la riproduzione? altre cellule di un organismo. Le parole Entrambe queste parole sono Nel caso di un organismo formato da una sola cellula che aploide (una sola serie di cromosoderivano dal greco: haplóo s sign ifi ca “se mp lice”, mentre mi) e diploide (due serie di cromosomi). si divide in due, il meccanismo è lo stesso che nel caso diplóos significa “doppio”: Ogni cellula germinale, maschile o femdi un organismo pluricellulare, come siamo noi, in cui si riferiscono al numero di cromosomi presenti nella cell minile, è aploide. ognuna delle cellule che ci formano si divide in due al ula. Aploid, diploid Nell’uomo, questo significa che dispone momento opportuno, aumentando così di numero e permettendoci, ad esempio, di crescere. Questa è la dividi 23 cromosomi ((n = 23). Ogni cellula che risulta dalla fusione di un gamete sione cellulare normale, o mitosi,, ed è anche il processo di riproduzione asessuata maschile e di un gamete femminile è diploide, ha cioè 2n negli organismi unicellulari. Nella micromosomi: questa cellula può dare origine a un embrione ” tosi, da ogni cellula madre originano e alla fine a un individuo adulto >fig4. i lo fi s “ o ca mit os signifi Nell’uomo, tutte le cellule dell’embrione e dell’adulto delle cellule figlie che hanno il medesi- Il greco mítomosomi sembranone cr (perché i nti fili) e la divisio e hanno quindi 46 cromosomi, che sono in realtà 23 coppie mo corredo genetico della genitrice. ch ta appunto ata chiamata an st è re Nella riproduzione sessuata, invece, la cellula somi”. dei cromo formazione di un nuovo individuo risulta “danza Mitosis dall’unione di due cellule molto particolaINFOGRAFICA 2.4 > ri, che si chiamano cellule germinali o gameti (o semplicemenObiettivo principale della meiosi (anche se non l’unico, come te cellule sessuali). Una di queste celluscopriremo nei prossimi capitoli) è la formazione dei gameti, celgamete lule con un numero dimezzato di cromosomi, a partire da cellule le proviene da un maschio, l’altra da Il greco gameo significa dette germinali. Nella mitosi, invece, da una cellula madre si “sposarsi”: dunque, i una femmina: sono rispettivamente ottengono cellule figlie identiche, con lo stesso numero di crogametes sono “gli sposi”. uno spermatozoo e una cellula-ovo. mosomi. In altre parole, la divisione mitotica dà origine ai cosidGamete Quando una cellula normale si riprodudetti cloni, ossia a copie geneticamente identiche alla cellula madre. ce per mitosi, ciascuna delle due cellule figlie ha un corredo cromosomico completo e uguale alla cellula madre. I gameti invece devono Nella fecondazione il numero di avere solo metà corredo cromosomico della celcromosomi si ricostituisce: la nuova lula da cui derivano, poiché il patrimonio genecellula che ne risulta (lo zigote) ha di nuovo un corredo cromosomico tico completo si ricostituisce con l’unione dei spermatozo o Èu doppio, cioè diploide (2n) completo. cromosomi di origine maschile e di quelli di dallena parola composta: deriva parole gre che sp che signifi origine femminile. ca “seme” erma, significa e zoe, ch “vit Perché si ottengano dei gameti, la mitosi che sp e ermatozo a”. Dunque, lo o li produce deve essere evidentemente diver- nasce la v è il seme da cui FECONDAZIONE ita. sa da quella normale; in questo caso si parla Sperm infatti di meiosi, a indicare un processo in cui il numero dei cromosomi si dimezza, La mitosi provvede anche alla rigeneraanziché rimanere inalterato IG2.4 . zione e sostituzione di cellule danneggiaIn questo modo, quando lo spermatozoo e la cellulate (come in caso di ferite o abrasioni) che ovo si fondono, la nuova cellula che ne risulta ha di ovviamente devono essere identiche a quelle preesistenti. nuovo un corredo genetico completo. Se non fosse così, cioè se i gameti non disponessero di un solo corredo cromosomico completo, a ogni nuova generazione il numero di cromosomi raddoppierebbe: e questo sarebbe incompatibile con la vita. Mitosi e Apoidia e poliploidia A questo punto, dobbiamo introdurre due nuove parole per distinguere le cellule che hanno un’unica serie di cromosomi, come le cellule germinali, da quelle che ne hanno una doppia serie (una serie di coppie), come tutte le 024_046Cap02.indd 32 03/02/11 19.58 Capitolo 2 L’organizzazione della vita di cromosomi (2n = 2 × 23 = 46). Le 23 meiosi Deriva da l greco: m coppie sono diverse tra loro per forma e signifi ca “riduzio eiósis che ne”. dimensioni. I due membri di ogni coppia Meiósis sono invece eguali tra loro: uno viene dal padre e l’altro dalla madre, portati rispettivamente dallo spermatozoo e dalla cellula-ovo che hanno dato origine all’embrione. Durante la meiosi (il tipo particolare di divisione cellulare che produce i gameti aploidi) si assiste alla riduzione del corredo cromosomico da diploide ad aploide. Esistono anche organismi che hanno più di 2n cromosomi: 3n, 4n ecc. Si chiamano triploidi, tetraploidi e in generale poliploidi. È il caso di molte piante IG2.5 . meiosi: un primo confronto MITOSI zigote (2n) r 33 fig4> La fotografia mostra l’intero corredo cromosomico di un essere umano di sesso maschile. La coppia che si trova più a destra nella penultima fila rappresenta i cromosomi sessuali X e Y, che si osservano meglio nell’ingrandimento. Come si vede, il cromosoma X (a sinistra) è molto più grande del cromosoma Y e contiene molti geni. Grazie alla mitosi, le cellule figlie ereditano la stessa quantità di DNA della cellula madre, cioè lo stesso numero di cromosomi. Attraverso ripetute divisioni mitotiche, il nuovo organismo si accresce fino a diventare un individuo di miliardi e miliardi di cellule, tutte con lo stesso numero diploide (2n) di cromosomi (come lo zigote stesso). organismo adulto (2n) cellule diploidi (2n) cellule aploidi (n) gameti (n) Nella meiosi vengono formati i gameti, la cellula-ovo femminile e lo spermatozoo maschile, con un numero di cromosomi dimezzato (aploide, n): se così non fosse, ogni generazione raddoppierebbe il proprio corredo rispetto alla generazione precedente. MEIOSI Durante la formazione dei gameti nella meiosi viene scambiato materiale genetico tra cromosomi, tramite un meccanismo chiamato “crossing over”, che vedremo meglio tra poco parlando della ricombinazione. 024_046Cap02.indd 33 03/02/11 19.58 34 Sezione 1 Che cos’è la vita 3. L’importanza del sesso e la definizione di specie Prova a risPondere 1 Vero o falso? a La riproduzione vegetativa è caratteristica esclusiva dei vegetali. b Un gruppo di cellule identiche tra loro, prodotto per mitosi, è detto clone. c La meiosi prevede due divisioni cellulari. d La maggior parte delle cellule che costituiscono il nostro corpo è aploide. 2 Quanti cromosomi si contano in una cellula umana diploide? a 44 b 46 c 22 d 23 e 1 3 Rifletti&Rispondi 1 Che cos’è una specie? 2 Quali sono le caratteristiche della riproduzione sessuata e asessuata? INFOGRAFICA 2.5 > F V F V F V F Se andiamo a guardare da vicino il DNA che forma una coppia di cromosomi, vediamo che in ogni individuo il cromosoma che viene dal padre non è proprio del tutto identico a quello che viene dalla madre. Se uno dei due genitori ha i capelli neri e l’altro biondi, ci sarà qualche punto di uno dei 23 cromosomi in cui troveremo la causa della differenza nel colore dei capelli dei genitori. Esaminando quali e quante differenze ci sono su tutti i 23 cromosomi, troveremo qual è il totale delle differenze tra il DNA del padre e quello della madre (almeno di quelle tra il gamete paterno e il gamete materno che effettivamente hanno dato origine all’individuo). Si tratta della differenza nel contributo ereditario che ciascuno dei due genitori trasmette ai figli. Oggi cominciamo a sapere quanto può essere grande questa differenza. Il primo a compiere un’analisi completa del proprio genoma è stato un biologo e imprenditore E tu quanti cromosomi hai? La quasi totalità delle specie che si riproducono sessualmente (le specie “sessuate”) contiene nelle proprie cellule un paio di ogni tipo di cromosomi ed è pertanto detta diploide; in biologia un organismo diploide viene indicato con il simbolo convenzionale “2n”, che quindi indica sia la cellula con il suo corredo cromosomico, sia l’organismo nel suo complesso. È importante notare che la diploidia deriva dall’apporto di singoli cromosomi - e non di coppie - da parte delle cellule sessuali (i gameti). Infatti, se i Genitori 2n 46 46 V gameti, al momento di unirsi, portassero 2n cromosomi, per esempio 46 nel caso dell’uomo, lo zigote risultante ne avrebbe 92. Continuando con questa progressione, la generazione successiva ne avrebbe 184, quella ancora dopo 368 e così via: si avrebbe cioè, di generazione in generazione, un aumento del numero di cromosomi secondo le potenze crescenti del numero due, raggiungendo in poco tempo i milioni di cromosomi per ogni cellula! Drosofila (moscerino della frutta) 2n = 8 Meiosi: produzione di gameti 23 cromosomi (n = 23) 23 23 Fecondazione: ripristino del numero 2n = 46 tipico della specie umana 23 23 Nuovo individuo 2n 024_046Cap02.indd 34 In sintesi: negli animali le cellule che risultano dalla meiosi, i gameti, sono le uniche cellule ad essere aploidi, mentre l’unione tra una cellula-ovo e uno spermatozoo segna il ritorno alla condizione “standard” di diploidia. Il nuovo individuo è caratterizzato da un numero diploide, che nell’uomo è 2n = 46. Il suo numero aploide (abbreviato: n) caratteristico di una cellula con assetto cromosomico singolo, il gamete, sarà invece 23. 46 03/02/11 19.58 Capitolo 2 L’organizzazione della vita statunitense, Craig Venter, che ha reso pubblici i propri dati. Un genoma aploide, cioè una serie singola e completa dei 23 cromosomi umani, è composto di circa 3,2 miliardi di unità elementari, dette nucleotidi. Possiamo osservare quante differenze esistano tra la serie di nucleotidi di origine paterna e quella di origine materna. Tra il DNA del padre e quello della madre di Venter la differenza è dello 0,05%, cioè di uno ogni 2 000 nucleotidi, ovvero si trovano in totale 1,6 milioni di differenze (3,2 miliardi diviso 2 000), distribuite su tutti i suoi cromosomi >fig5. La specie: riprodursi e avere prole non sterile Ora diventa possibile capire l’importanza della definizione di specie, almeno per le specie a riproduzione sessuata. Una specie è l’insieme degli individui che si riproducono incrociandosi tra loro e danno origine a prole feconda. È una definizione molto ragionevole sul piano biologico: un individuo che non può riprodursi scompare con la morte, senza generare discendenza. Asini e cavalli sono specie di- 35 fig5> Sequenziamento di un tratto di DNA. verse, perché incrociandosi danno origine a ibridi sani e vigorosi, i muli e i bardotti, i quali tuttavia non sono in grado di riprodursi a loro volta, se non eccezionalmente. Il mulo nasce dall’incrocio tra asino e cavalla, il bardotto dall’incrocio tra asina e cavallo. Come accade sovente negli ibridi, hanno entrambi qualità speciali rispetto ai genitori, di robustezza e resistenza alla fatica e a condizioni disagevoli. Questa qualità degli ibridi si osserva molto di frequente e prende il nome di “vigore degli ibridi”. Ma biologicamente sono entrambi morti, perché non sono fecondi, cioè non possono avere figli. Il vigore degli ibridi si osserva anche in individui ap- Balena 2n = 38 Mucca 2n = 60 Scimpanzè 2n = 48 Il numero diploide nel regno animale è estremamente vario: da 2n = 8 in un moscerino (la drosofila, il moscerino della frutta tanto caro ai biologi, che se ne sono serviti e tuttora se ne servono per studi di genetica, in virtù della facilità con cui questo insettino si riproduce e può essere osservato), ai 2n = 60 della mucca, passando per i 26 cromosomi di una rana tropicale. Analogamente, nel regno vegetale, il mais ha 2n = 20, il giglio 2n = 26, la patata 2n = 48, e così via. 024_046Cap02.indd 35 Rana 2n = 26 Tra le piante, sono abbastanza frequenti errori nella meiosi che portano a cromosomi in soprannumero. Questa situazione si chiama poliploidia. Se i gameti, anziché aploidi, sono rimasti diploidi, fecondandosi tra loro genereranno, come è prevedibile, piante tetraploidi (4n). Invece, se un gamete “errato” diploide si accoppia con un gamete “corretto” aploide, il risultato sarà uno zigote avente 2n + n = 3n cromosomi, cioè l’organismo sarà triploide. Secondo i biologi che studiano il mondo vegetale, quasi la metà delle specie di piante esistenti sarebbe poliploide: basti pensare che tra le piante poliploidi più diffuse vi sono l’avena, la patata, il melo, la canna da zucchero, il cotone, il caffè, il grano. Per esempio, il grano selvatico ha “solo” 14 cromosomi, ma quello duro ne ha 28 e quello tenero 42. 03/02/11 19.58 36 Sezione 1 Che cos’è la vita partenenti alla stessa specie ma che presentano qualche differenza di origine geografica o di altra natura. Linee ibride sono oggi prodotte industrialmente per parecchie specie di piante e di animali. Nelle piante da seme vengono utilizzate in luogo del vecchio sistema di mettere da parte una frazione del raccolto per la semina, in vista dell’anno successivo. Questa procedura è diventata assai comune anche per gli animali, rimpiazzati negli allevamenti da nuovi ibridi anziché da loro figli naturali IG2.6 . Alla definizione di specie contribuì il naturalista inglese John Ray (1627-1705), che preparò il primo elenco delle piante d’Inghilterra: 671 specie. Fu uno tra i primi membri della Royal Society e uno dei principali precursori di INFOGRAFICA 2.6 > Ibridi e separazione delle specie In generale, quando la natura impedisce lo sviluppo di organismi adulti fertili, si parla di barriere postzigotiche, cioè di barriere che agiscono dopo la formazione degli zigoti ibridi provenienti da due specie diverse. Esse agiscono sull’organismo già ibrido, impedendone in vario modo lo sviluppo. Il caso classico e più noto è quello del mulo, che non è in grado di riprodursi. Nei casi più drastici, quelli di “non vitalità degli ibridi”, gli organismi non si sviluppano completamente, oppure non raggiungono la maturità sessuale e quindi non danno luogo a prole. In altri casi, gli ibridi riescono ad accoppiarsi una prima volta, ma i discendenti sono deboli e sterili e quindi non sopravvivono: si parla in questo caso di “degenerazione degli ibridi”. Soprattutto tra gli animali in cattività negli zoo, sono state tentate generazioni di ibridi dai nomi spesso pittoreschi che però, non essendo fertili o essendo molto deboli, si sono immediatamente estinti: è il caso del “pumapardo”, ibrido tra puma e leopardo (un paio di esemplari furono tenuti in cattività allo zoo di Amburgo e allo zoo di Berlino alla fine del 1800), o del “jaguon”, incrocio tra leonessa e maschio di giaguaro. 024_046Cap02.indd 36 Linneo. Raggruppò le specie da lui distinte ed elencate in famiglie che chiamò “generi sommi”, basandosi sulla considerazione contemporanea di molti caratteri: è un principio che oggi è divenuto comune a tutta la sistematica. In realtà, in molti casi la sterilità degli ibridi è parziale, ma si tende a giudicare che due popolazioni appartengano a specie diverse quando vi è qualche chiara limitazione alla loro interfecondità, anche se questa non è assoluta: per esempio, alcune specie di moscerini del genere Drosofila possono incrociarsi tra loro, ma nascono solo femmine, quindi non possono dare origine a una nuova specie. Molte volte è difficile applicare rigorosamente questo criterio, perché le specie in questione non sono allevabili o coltivabili in laboratorio. Due organismi molto simili ma che hanno una lunga evoluzione indipendente, con il tempo vengono a costituire specie distinte. È il caso, che abbiamo già analizzato nel testo, di asini e cavalli, i cui ibridi sono sì vigorosi, ma non fertili. Si parla di barriere riproduttive quando esistono caratteristiche biologiche, proprie degli organismi, che impediscono a specie affini di incrociarsi. Mulo 03/02/11 19.58 Capitolo 2 L’organizzazione della vita Questa definizione di specie funziona bene, con qualche margine di incertezza, per gli organismi che si riproducono per via sessuata. È stata formulata prima della scoperta dei microrganismi, che in generale si riproducono per via vegetativa. Qui la definizione è difficile da applicare, perché molti microrganismi non hanno una vera sessualità ma nemmeno vivono in completo isolamento riproduttivo gli uni dagli altri, perché hanno meccanismi che per- 37 mettono loro di scambiarsi segmenti di DNA, portando così lo stesso vantaggio evolutivo del sesso. Lo vedremo più avanti in maggiore dettaglio. La sessualità come vantaggio evolutivo Sul piano dell’evoluzione, il vantaggio della sessualità è che produce ricombinazione, cioè scambio di caratteri genetici tra individui diversi IN+ . In generale, questo aumenta la diversità genetica tra gli individui di una popolazione. Tale aumento può diventare massimo quando la riproduzione sessuata è obbligatoria, come è vero per moltissime specie animali e vegetali. Bufo fowleri Esistono anche barriere prezigotiche che, come suggerisce il nome, impediscono l’accoppiamento tra specie diverse (e quindi la formazione di uno zigote) isolandole attraverso caratteristiche biologiche diverse. L’isolamento che impedisce l’incontro degli zigoti può essere di diverso tipo: temporale/stagionale, dell’habitat, ecologico, meccanico/anatomico, gametico. Per esempio, questi due rospi, il Bufo fowleri e il Bufo americanus, sono di due specie molto affini e vivono entrambi nella zona est del Nordamerica; tuttavia, interagiscono con habitat diversi: il primo si riproduce preferenzialmente nell’acqua alta di stagni, paludi o anche grandi pozze di acqua piovana, mentre il secondo preferisce farlo in buche poco profonde o rigagnoli. È chiaro che difficilmente si incontreranno per riprodursi! >tab2.7 Bufo americanus barriere riproduttive tra specie diverse Barriere riproDuttiVe meccanismo generale Di azione Prezigotiche Impediscono che abbiano luogo l’accoppiamento e la fecondazione Isolamento temporale La fioritura e la produzione di polline avvengono in periodi diversi dell’anno Postzigotiche Impediscono che si sviluppino organismi adulti fertili Sterilità degli ibridi I figli ibridi non riescono a produrre gameti funzionali e quindi sono sterili 024_046Cap02.indd 37 esempio 03/02/11 19.58 38 Sezione 1 Che cos’è la vita IN+ sPeCiaLe LE POTENZIALITÀ DELLA RICOMBINAZIONE La ricombinazione genica è il processo mediante il quale nella progenie si vengono a creare delle combinazioni genetiche che non erano presenti in nessuno dei due genitori. Ciò avviene grazie a particolari meccanismi che si mettono in atto durante la formazione dei gameti (spermatozoi e cellule-ovo). Tutte le nostre cellule, anche quelle che daranno origine ai gameti, hanno un corredo doppio di cromosomi (23 x 2 = 46) che derivano metà dalla madre e metà dal padre. Prima di ogni divisione cellulare, il materiale genetico viene duplicato, per poter essere suddiviso in maniera uguale tra le due cellule figlie. Quindi, poco prima della divisione cellulare si ha un corredo cromosomico quattro volte quello normale (4n). Inoltre, una volta avvenuto lo scambio di materiale genico tra i diversi cromosomi, questi stessi si separano in modo indipendente uno dall’altro durante le due divisioni cellulari successive che serviranno a dimezzare per due volte il materiale genetico, in modo che ogni cellula sessuale abbia un corredo cromosomico singolo (n). Questo significa che non solo all’interno di un singolo cromosoma di origine materna ci sono dei pezzi di origine paterna ma anche che nei singoli gameti i cromosomi provenienti dai due genitori sono già mescolati. Durante la meiosi, che (lo ricordiamo) è la particolare divisione cellulare con cui si formano le cellule sessuali, i cromosomi omologhi (cioè simili) si appaiano e scambiano tra loro del materiale genico mediante un meccanismo chiamato crossing over (o più semplicemente cross over). Gli esperimenti che hanno chiarito il meccanismo del crossing over sono stati effettuati circa un secolo fa da un gruppo di ricercatori guidati da un biologo americano, Thomas Hunt Morgan. Stupirà forse sapere che le loro ricerche furono effettuate non su animali complessi, come topolini o In questo modo si creano dei cromosomi all’interno dei quali l´assortimento dei singoli geni è diverso rispetto a quello di partenza. cavie, o su piante, ma sui piccoli moscerini della frutta (Drosophila melanogaster), che conosceremo meglio nelle prossime pagine di questo volume. Le caratteristiche ereditate dalla prole e scambiate durante la formazione dei gameti nei cromosomi di origine paterna e materna, che furono oggetto degli studi di Morgan, erano relative al colore del corpo o degli occhi degli insetti, o alla forma delle loro ali. Morgan infatti fece accoppiare tra loro insetti maschi e femmine con caratteristiche ben definite e osservò nella prole nuove combinazioni di caratteri assolutamente inaspettate, che giunse a spiegare ipotizzando il meccanismo del crossing over. Le conclusioni che Morgan trasse a proposito dei moscerini sono valide e applicabili anche all’essere umano: infatti i processi di separazione e scambio del materiale genico avvengono in modo analogo in tutti gli organismi – animali e vegetali – che per riprodursi attuano la formazione di gameti, con una sequenza di passaggi detta meiosi (di cui parleremo diffusamente). Ricostruzione digitalizzata tridimensionale (computergraphic) di cromosomi. 024_046Cap02.indd 38 03/02/11 19.58 Capitolo 2 L’organizzazione della vita La selezione naturale ha senza dubbio favorito la riproduzione sessuata: vedremo, nel corso dello studio, quanto siano grandi i vantaggi portati dalla presenza di una varietà di tipi diversi in una popolazione >fig6. Nei microrganismi, che si riproducono con estrema rapidità, la sessualità (che esiste anche tra i batteri) non è necessaria e non sarebbe certo resa obbligatoria dalla selezione naturale: vi sono però alcune prove dell’utilità della ricombinazione anche tra di essi. La diffusione di batteri resistenti a parecchi antibiotici, che in questi anni stiamo osservando con un certo sgomento, ne è un esempio, perché sta diminuendo seriamente l’utilità della più grande scoperta medica del secolo scorso: la terapia antibiotica delle malattie infettive. fig6> La diversità razziale che esiste tra gli uomini è un ottimo esempio di varietà di una popolazione. Prova a risPondere 1 Vero o falso? a I muli hanno figli sterili. V F b La distanza geografica costituisce una barriera riproduttiva tra due specie. V F c Animali simili che condividono lo stesso habitat sono in grado di incrociarsi. V F d Nell’uomo, i cromosomi sono sempre ereditati da entrambi i genitori. V F 2 Quale di questi animali costituisce una specie a sé? a il mulo b il pumapardo c lo jaguon d il kiwi 3 Rifletti&Rispondi 1 Che cosa si intende per “vigore degli ibridi”? 2 Quali vantaggi evolutivi offre la riproduzione sessuata? 3 Che cosa si intende per “barriere riproduttive”? Fai alcuni esempi. 024_046Cap02.indd 39 39 4. Forma e funzione Lo studio della biologia è stato a lungo morfologico, cioè basato sulla morfologia, e continua a esserlo in parte, per necessità. Potete leggere l’origine della parola morfologia nel riquadro qui sotto: notate la somiglianza (morfologica, per l’appunto) tra le due parole, quella greca morphé e quella italiana forma: c’è solo uno spostamento interno di due lettere, perché il ph, ph che in greco si legge f, cambia ia morfoloègla parola greca che e posto con la m (morphé diventa forma), Morphé con “forma”, mentr in latino e italiano. Cambia inoltre la o traduciam ca “studio”: la ifi n g vocale finale. studio logos si è quindi lo ia g lo o rf o m Perché fare questo inciso, perdere e. delle form tempo su una questione che non y log Morpho c’entra niente? C’è un motivo: abituarsi a ragionare sulle parole in questi modi è di grande aiuto alla memoria, e di memoria c’è molto bisogno soprattutto in biologia, perché la grande varietà degli organismi e delle loro parti obbliga a creare un gran numero di nomi per definirli e impone la necessità di impararne parecchi, anche se in questo testo cerchiamo di ridurre al minimo la terminologia tecnica. Spesso conviene controllare su un buon dizionario il significato di parole usate comunemente, perché accade di frequente che siano traditrici. Anche questo aiuta a ricordare, soprattutto i termini più astratti, e permette di indovinare cosa vogliono dire parole complicate, tenendo a mente il significato dei loro componenti. Ma cos’è esattamente la “forma”? Guardiamo su un dizionario. Il primo dei tanti significati è: “l’aspetto di un oggetto, sufficiente a caratterizzarlo esteriormente”; oppure, dicendo la stessa cosa in modo un po’ più complicato: “struttura, modello o aspetto esteriore, solitamente contrapposta a materia, sostanza o contenuto”. La forma è di solito quel che vediamo con gli occhi, l’apparenza esterna. Basta guardarsi intorno per vedere che gli organismi viventi hanno una enorme variabilità morfologica, e quindi la forma ci può aiutare a identificarli, anche se dovremo fare attenzione a non essere tratti in inganno dalla sola forma esterna. Sott’acqua, per esempio, un riccio di mare può sembrare un sasso. I biologi si sono sempre sforzati di andare più in profondità, e quindi di scoprire, dietro la forma, ciò che veramente conta, cioè la funzione o le funzioni di quanto osserviamo quando guardiamo un organismo vivente IG2.7 . Per il dizionario, la funzione è “il compito specifico svolto da un’attività organizzata o da una struttura”. Un’abitudine del genere può essere importante per la nostra stessa sopravvivenza, perché alcuni animali o piante 03/02/11 19.58 40 Sezione 1 Che cos’è la vita INFOGRAFICA 2.7 > Lo stretto legame tra forma e I biologi si sforzano da sempre di indagare, dietro la forma esteriore, la funzione o le funzioni dell’organismo che stanno osservando. È pur vero che talvolta l’aspetto esterno può tendere trappole pericolose: è il caso di questa Amanita muscaria, dotata di colori sgargianti e aspetto accattivante, ma velenosa. Notare e memorizzare il suo aspetto esterno potrà aiutarci a riconoscerla e a salvarci la vita. In generale però un esame attento della forma esterna di un organismo, o meglio ancora di quella più interna e delle sue strutture caratteristiche, fornisce importanti indicazioni sulle funzioni in cui è specializzato l’organismo stesso, o a cui è preposta la struttura presa in esame. Ancora oggi, di conseguenza, lo studio della morfologia rimane un punto di partenza imprescindibile nello studio della biologia e non ci dobbiamo stupire che anatomia e fisiologia si affianchino costantemente. Esaminiamo insieme alcuni esempi che illustrano efficacemente lo stretto rapporto forma-funzione. Come vedremo meglio nelle prossime sezioni, attraverso un processo detto fotosintesi le piante sono in grado di trasformare luce solare, anidride carbonica e acqua in zucchero e ossigeno. La linfa elaborata è il liquido contenente i prodotti nutritivi della fotosintesi, che dalle foglie deve essere distribuito a tutte le altre parti della pianta. Nel floema, lo strato del fusto sottostante la corteccia, si distinguono i vasi cribrosi (nell’immagine a sinistra, ripresa con il microscopio ottico elettronico a scansione), la struttura con cui la pianta svolge questa funzione: sono formati da cellule vive allineate tra loro a formare dei piccolissimi tubi, e cioè, come ci si aspetterebbe, la forma a tubo assolve la funzione di trasporto di liquidi, come nell’impianto idraulico di casa nostra. Inoltre la pianta ha bisogno di fare entrare anidride carbonica e uscire l’ossigeno, oppure di eliminare acqua (traspirazione). Per realizzare questi scambi, sulla pagina inferiore delle foglie si trovano delle formazioni con il caratteristico aspetto di una fessura, in grado di allargarsi o stringersi, come una porta che si apre o si chiude: sono gli stomi. 024_046Cap02.indd 40 03/02/11 19.58 Capitolo 2 L’organizzazione della vita 41 funzione Caratteristiche associazioni formafunzione sono distinguibili con facilità anche nel regno animale. L’apparato boccale di alcuni insetti, per esempio di questa sfinge della vite (Deilephila elpenor) riflette nella forma il tipo di azione che questi invertebrati devono compiere per procurarsi cibo: l’insetto succhia il nettare dei fiori e quindi è provvisto di un apparato boccale a forma di proboscide di elefante attorcigliata. Invece nella zanzara, che per nutrirsi deve pungere la pelle e succhiare il sangue, l’apparato boccale è formato da una serie di stiletti perforanti. Anche nell’uomo è possibile identificare, in strutture esterne o interne, associazioni forma-funzione davvero esemplari e interessanti. Ecco un ultimo esempio su cui riflettere, attraverso due foto al microscopio che mostrano la pelle chiara (sopra) e la pelle scura (sotto). La pelle scura presenta un caratteristico cordone di cellule di colore scuro, posto nella parte inferiore. Questo cordone di cellule è fatto di melanociti, che nella pelle scura sono par- 024_046Cap02.indd 41 Nel regno animale si possono trovare due possibili tipi di scheletro: l’uomo e gli altri vertebrati possiedono uno scheletro interno, o endoscheletro. Gli insetti (come la cavalletta di questa foto), i crostacei, i molluschi, hanno invece uno scheletro esterno o esoscheletro, che forma una specie di astuccio rigido fatto di più porzioni. L’aspetto esterno dell’esoscheletro, che ricorda una specie di crosta dura, indica che questa struttura non solo svolge funzione di sostegno, ma fornisce anche protezione. Tra una porzione e l’altra, l’esoscheletro cambia la sua forma e si assottiglia nelle articolazioni; in questo modo, ancora una volta, forma e funzione si coniugano: l’articolazione conferisce flessibilità alla rigida struttura dello scheletro, permettendo il movimento delle zampe e quindi dell’insetto in toto. ticolarmente numerosi rispetto alla pelle chiara. I melanociti sono cellule che producono la melanina, deputata a proteggerci contro le radiazioni solari. Esse infatti, in particolare quelle ultraviolette, possono provocare danni cellulari anche molto gravi, inclusi i tumori della pelle. Nelle diverse popolazioni la pelle presenta aspetti morfologici diversi che assolvono diverse funzioni, tra cui quella di proteggere contro le radiazioni solari. 03/02/11 19.58 42 Sezione 1 Che cos’è la vita IN+ La sCienZa neL TeMPo LE DISCIPLINE BIOLOGICHE Sotto il vasto ombrello della scienza chiamata “biologia” trovano posto diverse discipline che studiano il fenomeno della vita da varie prospettive, rispecchiando i livelli di organizzazione biologica. Si va dalla scala globale della biosfera, che comprende tutti gli ambienti che sostengono la vita sul nostro pianeta, studiati dagli ecologi, fino alle biomolecole di cui sono costituiti gli organismi viventi, oggetto di analisi dei biologi molecolari e dei biochimici. Il grande sviluppo che la biologia ha avuto nel corso del XX secolo ne ha fatto un universo troppo vasto per essere conosciuto da un singolo scienziato, come accadeva nel passato. Oggi, la biologia è divisa in alcune branche fondamentali, a loro volta suddivise in settori di ricerca più ristretti in cui operano scienziati altamente specializzati. Se da un lato questo settorialismo è necessario, dall’altro lo specialista ha spesso bisogno di usare tecniche e conoscenze che arrivano da altri ambiti della biologia o, addirittura, da altre discipline come la chimica o la fisica. Anche le tecniche e le modalità di raccolta dei dati possono essere molto diverse tra loro: vi sono scienziati che effettuano le proprie ricerche interamente in laboratorio o alla tastiera di un computer, mentre altri lavorano sul campo, cioè in natura, raccogliendo dati e osservazioni. Tutti, però, utilizzano il metodo scientifico come base per le proprie ricerche. Un ulteriore aspetto del lavoro degli scienziati è la comunicazione dei risultati ottenuti. Si tratta di un aspetto di fondamentale importanza, poiché consente di utilizzare il lavoro fatto da altri come base di partenza per il proprio e di costruire su di esso nuove ipotesi. Per comunicare in modo “ufficiale” i risultati del proprio lavoro, gli scienziati utilizzano prevalentemente due canali: le conferenze e i convegni e la pubblicazione di articoli su riviste scientifiche specializzate. 024_046Cap02.indd 42 L’ecologia studia la struttura e il funzionamento degli ecosistemi e l’interazione tra gli organismi e l’ambiente in cui vivono. La biologia della conservazione si occupa di progettare interventi per salvaguardare le specie, le comunità e gli ecosistemi in pericolo. La genetica delle popolazioni studia la variazione tra individui di una singola popolazione e quella tra popolazioni, e come cambiano sia nello spazio sia nel tempo. L’etologia studia il comportamento degli animali. La zoologia, la botanica e la microbiologia studiano, rispettivamente, gli organismi animali, vegetali e microscopici. L’anatomia descrive le strutture degli organi, mentre la fisiologia descrive i processi che si svolgono negli organi. L’istologia studia e descrive l’aspetto dei tessuti; la citologia quello delle cellule. La biochimica studia le reazioni chimiche interne alla cellula, la genetica la trasmissione dei caratteri da una generazione all’altra e la biologia molecolare studia le macromolecole alla base della vita (DNA e proteine in particolare). La biologia evoluzionistica cerca di ricostruire il cammino evolutivo degli organismi viventi sulla Terra. La paleontologia studia la vita antica: fossili e organismi del passato; l’antropologia studia le diverse popolazioni della Terra e cerca di ricostruire l’evoluzione della specie umana. 03/02/11 19.58 Capitolo 2 L’organizzazione della vita 43 possono essere pericolosi. Per esempio, alcuni dei funghi di forma più attraente, più colorati e gradevoli all’aspetto, sono tra i più velenosi. La selezione naturale ci ha reso assai sensibili a questo aspetto, perché molti che hanno mangiato i funghi sbagliati sono morti. Forma e funzione possono avere molto in comune, comunque, soprattutto se prestiamo attenzione, quando studiamo la forma, alla composizione e disposizione degli elementi che costituiscono ciò che osserviamo, cioè se prestiamo attenzione all’aspetto più interno. Guardando come i singoli organismi sono fatti, scopriamo che ci interessa capire tanto la loro costituzione chimica quanto la costituzione e la disposizione dei loro elementi interni, cioè la loro “forma interna.” L’analisi della forma, esterna e interna, si chiama anatomia: è la disciplina che studia “la forma e la struttura degli esseri viventi, nelle singole parti che li compongono”. L’anatomia è molto istruttiva, in particolare se è coniugata con un’altra disciplina, la fisiologia, che per l’appunto è lo studio delle funzioni. Anatomia e fisiologia sono solo due tra le numerose discipline biologiche esistenti IN+ . Purtroppo, ciascuna di esse è così complessa che ogni specialista, concentrandosi giustamente sulla propria, corre il rischio di ignorare discipline vicine che potrebbero arricchire l’uso che fa delle proprie conoscenze. È un errore dal quale bisogna rifuggire, muovendosi sempre nella direzione opposta: conviene essere tanto multidisciplinari quanto è compatibile con la necessaria elevata competenza nella propria materia specifica. Prova a risPondere 1 Vero o falso? a La genetica delle popolazioni studia l’aspetto delle persone della stessa famiglia. V F b La zoologia studia il comportamento degli animali. V F c Lo scienziato che studia i fossili si chiama paleontologo. V F d Morfologia significa “studio della forma”. V F 2 Quale di queste discipline non è coinvolta nello studio dell’evoluzione dell’uomo? a Antropologia b Biologia evoluzionistica c Genetica d Etologia 3 Rifletti&Rispondi 1 Definisci i concetti di forma e funzione. 2 Cosa sono l’anatomia e la fisiologia, e in che modo sono correlate? 3 Cosa si intende per ecologia? 024_046Cap02.indd 43 03/02/11 19.58 44 Sezione 1 Che cos’è la vita IN SINTeSI Utilizza questa sintesi per ripassare prima di un’interrogazione orale 2.1 L’individualità delle cellule e la loro organizzazione Come è organizzata la materia vivente? La materia vivente è organizzata in cellule, unità strutturali complete e capaci di una certa indipendenza. La cellula è provvista di un involucro (la membrana cellulare, a volte accompagnata da altri rivestimenti) che la protegge, le conferisce una forma speciale e controlla gli scambi di sostanze. Ogni cellula degli organismi appartenenti al dominio degli Eucarioti (parola che letteralmente significa “dal nucleo ben formato”) possiede un nucleo, sede del patrimonio ereditario e cioè del DNA, protetto e separato dal resto della cellula grazie alla presenza di una membrana nucleare. Al momento della divisione della cellula, il DNA si organizza in strutture dette cromosomi. I batteri possiedono un unico cromosoma e sono privi di nucleo; per questo appartengono al dominio dei Procarioti (parola che letteralmente significa “prima del nucleo”). Un insieme di cellule omogeneo per forma e funzione è detto tessuto. Nel nostro organismo distinguiamo tessuti di tipo epiteliale, connettivo, muscolare, osseo e nervoso. Un insieme di tessuti organizzati forma un organo, con funzioni particolari. Vari organi, infine, compongono un sistema o apparato. p iù c ellu le p iù t e s tessuto s u ti più or organo ga ni organismo ap p ar ati o s ist e mi apparato 2.2 La specie, l’unità fondamentale di popolazione Quali sono le due modalità con cui un organismo può riprodursi? Nella riproduzione asessuata (o vegetativa) l’individuo ha origine da un solo genitore. Per esempio, gli organismi unicellulari si scindono in due, quelli multicellulari producono frammenti oppure gemme e così via. Nella riproduzione sessuata un tipo di divisione cellulare speciale detta meiosi produce gameti, ovvero spermatozoi, e cellule-ovo, cioè le cellule sessuali che, fondendosi insieme, daranno origine a uno zigote e quindi a un nuovo individuo. In qualunque animale o pianta che si riproduca per via sessuata, una serie di cromosomi viene sempre dal padre, l’altra dalla madre. Lo sviluppo dell’individuo per accrescimento dello zigote, così come la riproduzione asessuata, avvengono attraverso successive divisioni cellulari “normali”, o mitosi. Ognuno dei 2n cromosomi si riproduce fino ad avere due copie identiche tra loro di ciascun cromosoma. Nel momento in cui la cellula si divide in due, ciascuna copia va a una cellula figlia e quindi le due cellule figlie sono sempre identiche tra loro. 024_046Cap02.indd 44 Cosa significano i termini aploide, diploide e polipolide? Ciascun gamete è aploide (n) mentre lo zigote e l’individuo che ne deriva sono diploidi (2n). Ogni specie ha il suo numero specifico di cromosomi: l’essere umano, per esempio, ne possiede 23 coppie, quindi nell’uomo 2n = 46. Organismi con più di 2n cromosomi (3n, 4 o più) sono detti poliploidi. 2.3 L’importanza del sesso e la definizione di specie Come si definisce una specie e quali meccanismi ne preservano l’integrità? Una specie è l’insieme degli individui che si riproducono incrociandosi tra loro e danno origine a prole feconda. La separazione tra specie risulta dall’azione delle cosiddette barriere riproduttive: a seconda che esse operino prima o dopo l’accoppiamento, sono dette prezigotiche o postzigotiche. Le barriere prezigotiche agiscono attraverso caratteristiche biologiche diverse, tali da impedire l’incrocio di specie affini: è il caso di due specie di piante che fioriscano in mesi diversi dell’anno. Le barriere postzigotiche consentono a specie diverse di incrociarsi tra loro dando luogo a ibridi, tuttavia gli organismi adulti non sono fertili (anche se spesso sono robusti e resistenti). In cosa consiste il vantaggio della riproduzione sessuata sul piano evolutivo? Se da un lato esistono barriere riproduttive tra specie diverse, dall’altro (nell’ambito della stessa specie) la riproduzione sessuata permette scambi di caratteri genetici tra individui diversi. Pertanto, la riproduzione sessuata rappresenta un vantaggio sul piano evolutivo, in quanto produce ricombinazione e quindi aumenta la diversità genetica tra gli individui di una popolazione. 2.4 Forma e funzione Quale relazione esiste tra forma e funzione di un organismo, o di una sua struttura? La morfologia è lo studio delle forme, cioè delle apparenze esterne; dietro la forma si cela sempre la funzione di un organismo vivente, oggetto delle indagini dei biologi. Forma e funzione possono avere molto in comune e caratteristiche associazioni forma-funzione possono essere identificate tanto nel regno animale quanto in quello vegetale (per esempio, i vasi cribrosi delle piante sono simili a tubi, poiché svolgono la funzione dei tubi di un apparato idraulico; oppure, gli apparati boccali degli insetti hanno forma diversa a seconda del tipo di nutrimento che devono assumere). Un esame della forma di un organismo o delle sue strutture caratteristiche fornisce pertanto importanti indicazioni sulle funzioni in cui è specializzato l’organismo stesso, o a cui è preposta la struttura in esame. La disciplina che studia forma e struttura dei viventi, nelle singole parti che li compongono, è l’anatomia; la fisiologia è invece lo studio delle loro funzioni. 03/02/11 19.58 Capitolo 2 L’organizzazione della vita Verifiche Allenati anche on line con i test interattivi Test 2.1 L’individualità delle cellule e la loro organizzazione 1 Il materiale genetico all’interno delle cellule è organizzato in: a. cromosomi b. procarioti c. nucleo d. membrane 2 Q uale di queste funzioni non è svolta dagli organuli cellulari? a. compartimentazione b. produzione di energia c. resistenza e rigidità d. deposito di sostanze 3 Vero o falso? a. I batteri sono privi di nucleo. b. Le cellule vegetali hanno una parete di cellulosa. c. Le cellule animali contengono grandi vacuoli. d. I cloroplasti sono organuli tipici delle cellule procariote. 4 Completa le seguenti frasi: a. I Procarioti, oltre all’involucro chiamato _____________________ , presente anche negli Eucarioti, possono presentare altri due involucri più rigidi: la __________________________ e la _________________. Quest’ultima serve soprattutto a limitare la perdita di __________________________ dalla cellula. b. Nelle cellule eucariotiche il materiale genetico è protetto all’interno del ________________________ che è delimitato dalla _________________ . c. L’epitelio che riveste le vie respiratori è di tipo ____________________ e presenta delle _______________________ che hanno la funzione di catturare microparticelle e rimuoverle in forma di muco. 5 A bbina ogni caratteristica a Protisti, Funghi o Procarioti (alcune caratteristiche possono essere comuni): a. sono unicellulari b. possono essere pluricellulari c. presentano un nucleo d. sono eucariotici e. presentano un unico cromosoma 6 S tabilisci il corretto abbinamento tra tipo di tessuto e funzione: a. tessuto epiteliale b. tessuto muscolare c. tessuto connettivo d. tessuto nervoso 1. supporto 2. movimento 3. rivestimento 4. controllo 7 M etti in ordine dal livello organizzativo più semplice a quello più complesso: Organo; Apparato; Tessuto; Cellula; Organismo. 024_046Cap02.indd 45 45 INER E-TRA 2.2 La specie, l’unità fondamentale di popolazione 8 La riproduzione vegetativa è comune tra: a. i Vegetali b. Vegetali, Protisti e Funghi c. gli animali d. Protisti e Funghi 9 Indica se queste caratteristiche sono proprie della riproduzione sessuata o asessuata. a. Implica l’esistenza di almeno due sessi. b. Prevede la formazione di gameti aploidi. c. Può avvenire tramite scissione binaria. d. Può dare luogo a scambi occasionale di DNA. e. Produce ricombinazione dei caratteri. 10 Vero o falso? a. Il cromosoma X è molto più grande del cromosoma Y. b. I cromosomi presenti in una cellula diploide sono omologhi. c. Dopo la meiosi, il corredo cromosomico delle cellule figlie è aploide. d. Dopo la mitosi, il corredo cromosomico delle cellule figlie non cambia il grado di ploidia. e. La meiosi avviene solo nella produzione di cellule germinali. f. Una cellula di mucca contiene più cromosomi di una cellula umana. V F V F V F V F V F V F 11 Indica se queste caratteristiche sono proprie della mitosi o della meiosi. a. Corrisponde alla riproduzione asessuata. b. Prevede un rimescolamento del materiale genetico. c. Determina la formazione di cellule identiche, dette cloni. d. Prevede una sola divisione della cellula. e. Dimezza il numero di cromosomi. 12 Negli organismi pluricellulari, la mitosi: a. non avviene mai. b. è necessaria per la riproduzione. c. avviene di continuo in tutte le cellule dell’organismo. d. è coinvolta nella rigenerazione dei tessuti e nell’accrescimento del corpo. 2.3 L’importanza del sesso e la definizione di specie 13 Identifica se le seguenti sono barriere riproduttive prezigotiche o postzigotiche. a. Sterilità dell’ibrido. b. Isolamento geografico. c. Isolamento temporale. d. Non vitalità dell’ibrido. 2.4 Forma e funzione 14 Completa le seguenti frasi. a. Lo studioso che si occupa dei comportamenti animali si chiama _____ ____________ . b. Gli organismi vegetali sono studiati dalla _________________ . c. L’aspetto dei tessuti è descritto dalla scienza chiamata _____ ______________ mentre quello delle cellule dalla ____________________ . 03/02/11 19.58 46 Sezione 1 Che cos’è la vita Verifiche Allenati anche on line con i test interattivi INER E-TRA Leggi&Interpreta 1 Era inevitabile questa transizione dalle cellule primitive all’incredibile complessità degli eucarioti moderni? O è stata un colpo di fortuna? Sono domande difficili da affrontare, perché le numerose fasi della transizione si sono verificate moltissimo tempo fa. Uno dei primi passi deve essere stata la perdita della rigida parete cellulare (...) In qualche modo non ancora chiarito, alcuni organismi sono riusciti a impiegare nuove proteine strutturali – l’actina e la tubulina appunto – sviluppando un citoscheletro che aiutava a mitigare la perdita della parete. (...) Alcuni procarioti hanno adottato uno stile di vita pluricellulare. Le stromatoliti, per esempio, sono colonie di batteri. In generale però le cellule procariotiche conducono una vita solitaria (...). Per la maggior parte della storia della Terra anche le cellule eucariotiche hanno condotto vite isolate. Poi ebbe luogo una trasformazione degna di nota: alcuni eucarioti scoprirono che l’unione fa la forza. Dato che le cellule non disponevano di pareti esterne che le isolassero dall’ambiente e dalle altre cellule, erano libere di scambiarsi informazioni e condividere sostanze. Il risultato fu il mondo che vediamo oggi, tre regni di organismi estremamente complessi e variegati: funghi piante e animali, più complessi di tutti. (da Se l’universo brulica di alieni... dove sono tutti quanti? Cinquanta soluzioni al paradosso di Fermi e al problema della vita extraterrestre, di Stephen Webb. Ed. Sironi) 2 Rispondi alle seguenti domande. a. Quale è stato secondo l’Autore il primo passaggio che ha determinato l’evoluzione degli Eucarioti dai Procarioti? b. Quale caratteristica degli Eucarioti ha consentito lo sviluppo di organismi pluricellulari? Perché? c. Che cosa sono le stromatoliti? d. Quali regni comprendono organismi pluricellulari? Individua nel brano i termini della biologia che hai incontrato in questa unità. Indagini e attività 1 Considera l’ambiente in cui vivi: che sia una grande città o un piccolo centro, al mare o in montagna, sicuramente è popolato da molte specie animali. Scegli una particolare specie (per esempio un gabbiano, una formica o un gatto) e dopo le necessarie indagini rispondi a queste domande. Quanti cromosomi sono contenuti nelle sue cellule (numero diploide)? Conosci animali simili a quello scelto? Quali barriere riproduttive li separano? Osserva l’animale e fai degli esempi di corrispondenza tra forma e funzione (per esempio la forma del becco potrebbe renderlo capace di mangiare particolari cibi, o quella delle zampe potrebbe renderlo particolarmente veloce o agile). Biology in English 1 Read the following text and practice your English Ethology is the study of animal behavior (not to be confused with ethnology, a field of study that compares and contrasts human societies). As a subset of zoology, Ethology specifically studies behavioral processes such as aggression, mating habits or animal communication across a range of unrelated species. Of particular interest to Ethologists is the nature of instinct and adaptation. Ethologists utilize both laboratory and field science and often have strong interest in the related disciplines of ecology studies and evolution sciences. (…) A career in Ethology can be an excellent way for animal lovers to work with a large variety of animals in a hands-on research environment. Ethologists typically have advanced degrees in veterinary medicine and work closely with other biological and wildlife scientists to study animal behaviors. (fonte: http://education-portal.com/articles/Ethologist_Job_Outlook_and_Requirements_for_a_Career_in_Ethology.html) 2 Answer the questions a.What is Ethology? b.What is Ethnology? c. How can you become an Ethologist? d.Which behavioral processes are studied by Ethology? 3 Try to translate Behavior ________________________________________ _ ______________________________________ Etologo Mating habits ________________________________________ _______________________________________ Istinto Career ________________________________________ _______________________________________ Adattamento Adaptation ________________________________________ _______________________________________ Comunicazione 024_046Cap02.indd 46 03/02/11 19.58
