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
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8
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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
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228
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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
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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.
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Luca Cavalli-Sforza
Francesco Cavalli-Sforza
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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
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Capitolo 2 L’organizzazione della vita
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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
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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.
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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.
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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
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fotografia al microscopio
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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.
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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
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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
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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.
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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
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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.
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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-
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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.
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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.
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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.
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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?
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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.
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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.
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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 ____________________ .
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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
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