Gli esseri viventi sono fatti di cellule

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lezione 2
Gli esseri viventi
sono fatti di cellule
1 Sughero al microscopio
Piccoli mattoni per la vita
Nel 1665 Robert Hooke osservò con un rudimentale microscopio (Qualcosa in
+ su... a p. B•22 +2 ) alcune fettine di sughero, scoprendo che erano costituite
da tante piccolissime cavità. Il biologo inglese le chiamò “cellule”, che in latino significa “cellette” 1 . Più tardi si scoprì che la cellula è l’unità base della vita: tutti gli organismi sono infatti costituiti di cellule. Vi sono organismi
unicellulari, ovvero composti da una sola cellula, e pluricellulari, cioè composti da più cellule 2 .
Ogni cellula nasce, si nutre, respira, trasforma le sostanze per ricavarne energia,
si riproduce, e così via. In poche parole, presenta tutte le caratteristiche della vita.
●
La cellula è la più piccola parte di un essere vivente che ne conserva
le caratteristiche fondamentali.
Ecco il disegno che Hooke fece
di ciò che vide al microscopio.
Il reticolo era formato da ciò che
rimaneva delle cellule morte
di una quercia da sughero.
2 Unicellulari
e pluricellulari
Come è fatta una cellula
Per capire come fa una cellula a svolgere tutte le funzioni che caratterizzano
la vita, prendiamo in esame la cellula di un organismo pluricellulare animale 3 . Essa si compone principalmente di tre parti:
• la membrana cellulare, un involucro che la circonda interamente;
• il citoplasma, una masserella gelatinosa nella quale sono immerse piccole strutture chiamate organuli cellulari, ognuna delle quali svolge una specifica attività;
• il nucleo, che ha il compito di coordinare tutte le attività della cellula e che
contiene il materiale ereditario.
Come funziona una cellula
Come ogni essere vivente, anche una cellula assume sostanze dall’esterno,
le rielabora ottenendo i materiali e l’energia di cui ha bisogno per vivere, si
libera degli scarti.
La “movimentazione” dei materiali avviene soprattutto attraverso la membrana cellulare, i canali del reticolo endoplasmatico e le vescicole rilasciate
dall’apparato di Golgi, un insieme di membrane che funge principalmente
da magazzino. I prodotti di scarto vengono espulsi direttamente attraverso la
membrana cellulare oppure distrutti all’interno di vescicole chiamate lisosomi.
L’energia viene ottenuta attraverso il processo di respirazione, che avviene
all’interno di organuli chiamati mitocondri.
La costruzione delle proteine – materiali essenziali per
✱
glossario
la vita – viene svolta grazie ai ribosomi.
La
parola
cromosoInfine, il materiale ereditario racchiuso nel nucleo conma deriva dal greco
tiene tutte le informazioni genetiche necessarie per diri- chroma (colore) e sogere la costruzione delle proteine e per “dirigere” le fun- ma (corpo). I cromosomi sono infatti colorati
zioni cellulari. Quando la cellula si riproduce, all’interno con sostanze apposite
del nucleo il materiale ereditario si addensa formando che li rendono visibili al
i cromosomi ✱, piccole strutture a forma di bastoncino. microscopio.
La giardia è un esempio di
organismo unicellulare: può arrivare
a misurare dai 10 a 20 micrometri
di lunghezza (un micrometro è pari
a un millesimo di millimetro).
Ingrandendo 40 volte un frammento
di elodea , una pianta acquatica,
possiamo osservare che è formato
da tante cellule addossate le une alle
altre. L’elodea è infatti un organismo
pluricellulare.
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B
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osservare per capire
3 Dentro una cellula animale
La membrana cellulare ,
oltre a proteggere
la cellula, la separa
dall’ambiente esterno
e regola gli scambi
tra l’interno
e l’esterno.
Il nucleo è una
struttura tondeggiante,
separata dal
citoplasma dalla
membrana nucleare.
All’interno del nucleo
sono presenti uno o più
nucleoli , coinvolti nella
produzione delle
proteine, sostanze
fondamentali per
la vita della cellula.
unità 1 • Il fenomeno vita
L’ apparato di Golgi , formato da
numerose membrane appiattite
e da vescicole, ha il compito
di immagazzinare le sostanze
prodotte dalla cellula prima
di liberarle nel citoplasma
o inviarle all’esterno.
Nel citoplasma ,
composto da acqua,
sali minerali e
sostanze organiche,
avvengono tutti
quei processi che
consentono alla
cellula di vivere.
I vacuoli sono
vescicole che hanno
la funzione di
deposito per l’acqua,
le sostanze nutritive
o quelle di rifiuto.
I lisosomi sono vescicole tondeggianti
che demoliscono le sostanze di rifiuto
presenti nella cellula.
Il reticolo endoplasmatico
è un complesso sistema di
canali, collegati tra loro,
che trasporta le sostanze
da un punto all’altro
della cellula.
I mitocondri sono paragonabili a
centrali di produzione di energia. In essi
avviene il processo della respirazione
cellulare, durante il quale l’ossigeno
“brucia” le sostanze nutritive e si libera
l’energia necessaria per il metabolismo
della cellula.
I ribosomi sono piccoli organuli
che servono alla costruzione delle
proteine; possono essere liberi
nel citoplasma oppure aderire
alle membrane del reticolo
endoplasmatico (nella foto sono
le piccole sfere gialle).
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u1 lezione 2
Gli scambi con l’esterno
Le cellule hanno bisogno di scambiare in continuazione varie sostanze con
l’ambiente esterno.
Per far passare attraverso la membrana cellulare le molecole di grandi dimensioni vengono attivati processi chimici complessi. Le molecole più piccole, invece, possono passare in modo più semplice, grazie alla presenza di acqua fuori e dentro la cellula, che rende possibili i processi di osmosi e di diffusione.
Il processo di osmosi 4 avviene quando due soluzioni con una diversa concentrazione sono separate da una membrana che lascia passare l’acqua, ma
non le molecole che vi si trovano disciolte. In questo caso, l’acqua si sposta
attraverso la membrana andando a diluire la soluzione più concentrata.
Se le molecole sono molto piccole, come quelle dell’ossigeno, esse attraversano la membrana cellulare per mezzo di un altro meccanismo chiamato diffusione. In questo caso, le molecole tendono a spostarsi dalla zona dove sono più concentrate a quella dove lo sono meno.
4 Osmosi
Per effetto dell’ osmosi , gli acini
di uva passa, immersi per alcune ore
nell’acqua, diventano morbidi e gonfi:
l’acqua è entrata nelle loro cellule
passando dalla soluzione più diluita
a quella più concentrata, finché
le due soluzioni hanno raggiunto
la medesima concentrazione.
uvetta
acqua calda
Le particolarità delle cellule vegetali
Come ricorderai, i vegetali hanno un diverso modo di nutrirsi rispetto agli animali. Questo comporta alcune differenze nella loro struttura cellulare 5 . Le
cellule vegetali possiedono organuli specializzati, i cloroplasti, all’interno
dei quali si svolge la fotosintesi clorofilliana. I cloroplasti, tuttavia, non sono presenti in tutte le cellule di una pianta, ma solo nelle foglie e nelle altre
parti verdi.
Un’altra differenza importante è costituita dalla presenza di un involucro robusto, la parete cellulare, che circonda la membrana. La parete è responsabile
della rigidità e della forma regolare delle cellule vegetali; nelle osservazioni
al microscopio, questa caratteristica permette di distinguerle facilmente da
quelle animali che presentano, invece, una forma irregolare 6 .
Infine, i vacuoli delle cellule vegetali sono più grandi rispetto a quelli delle
cellule animali: gonfiandosi di acqua, contribuiscono alla distensione delle
foglie e al sostegno della pianta. In alcuni casi svolgono anche una funzione
di riserva: per esempio, i vacuoli delle cellule di patata contengono granuli
di amido, una riserva di energia per la pianta.
molecole
di zucchero
uvetta
acqua
ragioniamo di scienze
6 Cellule animali
e vegetali a confronto
osserva
• Le due immagini mostrano cellule
animali e cellule vegetali colorate e
fotografate al microscopio ottico.
Osserva le differenze.
Procarioti ed eucarioti
Finora abbiamo analizzato la struttura delle cellu✱
glossario
le di cui sono fatti tutti gli organismi pluricellulari,
La parola eucariote deanimali, vegetali, funghi, e gli organismi unicellula- riva dal greco eu (vero) e
ri più complessi. Questo tipo di cellula, con un nu- karyon (nucleo).
cleo ben delimitato e organuli cellulari, viene chia- La parola procariote demato cellula eucariote ✱. Gli esseri viventi costituiti riva dal greco pro (prima)
e karyon (nucleo).
da queste cellule sono detti organismi eucarioti.
Vi sono però anche organismi unicellulari molto
più semplici, in cui il materiale ereditario non è racchiuso all’interno della membrana nucleare, ma è libero nel citoplasma.
Questo tipo di cellula, privo di un vero nucleo e della maggior parte di organuli (sono presenti solo numerosi ribosomi sparsi nel citoplasma), è
chiamato cellula procariote ✱ 7 .
Gli organismi formati da queste cellule semplici sono detti organismi procarioti. (Qualcosa in + su... a p. B•23 +3 )
a
B
ipoTizza
• Quale fotografia rappresenta le
cellule animali e quale le cellule
vegetali?
• Quale osservazione ti ha permesso di
distinguere le une dalle altre?
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B
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osservare per capire
5 Dentro una cellula vegetale
apparato
di Golgi
membrana nucleare
nucleolo
nucleo
ribosomi
reticolo
endoplasmatico
lisosoma
citoplasma
mitocondrio
La parete cellulare
è un involucro rigido,
costituito da “cellulosa”.
Oltre ad avere una funzione
protettiva, la parete
permette alla cellula
vegetale di conservare
la sua forma.
unità 1 • Il fenomeno vita
membrana
cellulare
I vacuoli delle
cellule vegetali
spesso tendono a
confluire tra loro per
formare un unico
grande vacuolo
centrale, ripieno di
liquido e sostanze,
che può occupare
addirittura anche il
90% del citoplasma.
All’interno dei cloroplasti si svolge la fotosintesi
clorofilliana. Essi contengono granuli di
“clorofilla”, il pigmento verde tipico delle piante.
7 La cellula procariote
Gli organismi molto primitivi, come questi batteri,
sono formati da una cellula procariote. In questo caso,
non è presente un vero e proprio nucleo, ma il
materiale ereditario è libero nel citoplasma.
facciamo il punto
Completa le seguenti frasi:
1. La produzione di energia avviene all’interno dei ......................... .
2. Nelle cellule vegetali, la fotosintesi avviene all’interno dei
...................................., grazie alla presenza di un pigmento verde,
la ...................................... .
3. La cellula .................................... contiene un vero nucleo, mentre
nella cellula ...................................... il materiale ereditario è libero
nel citoplasma.
Rispondi:
1. Quali sono le caratteristiche comuni a tutte le cellule?
2. Perché è indispensabile la presenza di materiale ereditario
all’interno della cellula?
3. Attraverso quali meccanismi le sostanze entrano ed escono dalla
cellula?
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u1 lezione 3
Dalla cellula
all’organismo
La specializzazione cellulare
Negli organismi pluricellulari le cellule, anche se in grado di svolgere tutte le
funzioni vitali, non hanno la capacità di vivere autonomamente e fanno parte
di una struttura più complessa, dalla quale dipendono. Una cellula della pelle, per esempio, non è in grado di ottenere da sola il nutrimento e l’ossigeno
di cui necessita per vivere e per compiere le sue funzioni; questo lavoro viene svolto da altre cellule dell’organismo, incaricate di fornirle tutti i materiali che le occorrono. In altre parole, le cellule si sono specializzate, assumendo
forme e funzioni particolari, a seconda del compito che devono svolgere 1 2 .
I tessuti
●
Cellule con forma, caratteristiche e funzioni simili costituiscono un
tessuto.
Un tessuto, quindi, è formato da cellule uguali o simili tra loro. Negli animali, i tessuti possono essere raggruppati in quattro categorie:
• i tessuti epiteliali, con funzioni di rivestimento e di protezione;
• i tessuti connettivi, che possono avere diverse funzioni, come il sostegno
(tessuto osseo) o l’accumulo di sostanze di riserva (tessuto adiposo);
• i tessuti muscolari, che consentono i movimenti dell’organismo, grazie alla capacità di contrarsi delle proprie cellule;
• il tessuto nervoso, capace di ricevere e trasmettere gli stimoli nervosi.
Anche nelle piante sono presenti diversi tipi di tessuti: il tessuto conduttore, per esempio, è costituito da cellule specializzate nel trasporto di sostanze nutritive e acqua.
Gli organi
1 Cellule specializzate
A ogni tipo di funzione, corrisponde
nelle cellule una forma ben precisa:
quella più adatta al compito che esse
devono svolgere. Ad esempio:
• la cellula epiteliale
è generalmente piatta,
perché serve a rivestire
le superfici interne
ed esterne degli organismi;
• la cellula nervosa
ha molti prolungamenti
per poter trasmettere
l’impulso nervoso;
dendriti
corpo
cellulare
assone
• la cellula muscolare
è affusolata e deve
essere in grado
di contrarsi.
ragioniamo di scienze
2 Forma e funzione
osserva
• Ecco due cellule animali ingrandite
con il microscopio elettronico
a scansione. Osservale e descrivile.
a
B
I diversi tipi di tessuto si associano per contribuire, ciascuno con la propria
funzione, allo svolgimento di uno stesso compito.
●
Un insieme di tessuti che collaborano a uno stesso compito costituiscono
un organo.
Lo stomaco 3 , il cuore, i polmoni, le ossa sono esempi di organi presenti in
molti organismi animali. Nei vegetali, esempi di organi sono le radici oppure le foglie.
Gli apparati e i sistemi
●
Organi diversi che concorrono a svolgere uno stesso compito formano
un apparato o un sistema.
I termini apparato e sistema vengono, in genere, utilizzati per indicare rispettivamente un gruppo di organi costituiti da tessuti diversi, come nell’apparato
digerente, o dal medesimo tipo di tessuto, come nel sistema muscolare. L’insieme di più apparati e sistemi che funzionano in modo coordinato tra loro forma un organismo, cioè un singolo individuo capace di vita indipendente 4 .
ipoTizza
• Riflettendo sulla loro forma, ipotizza
quale sia la loro funzione, scegliendo
fra queste:
1) formare con altre cellule una rete
di trasmissione di impulsi
A
B
nessuna delle due
2) scorrere in un liquido
trasportando sostanze
A
B
nessuna delle due
3) formare con altre cellule una
parete di rivestimento
A
B
nessuna delle due
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osservare per capire
la viTa
3 Un organo è fatto di diversi tessuti
In questo disegno vedi una sezione ingrandita della parete dello stomaco, l’organo
in cui si compie la prima parte della digestione.
Un particolare tipo di tessuto epiteliale riveste l’interno dello stomaco.
Esso è “trapuntato” di fossette in cui si trovano ghiandole che secernono i succhi
gastrici e cellule che producono muco.
unità 1 • Il fenomeno vita
are
B
Più sotto si trova uno strato di tessuto connettivo , percorso da vasi sanguigni
e terminazioni nervose.
Esternamente, lo stomaco è rivestito di tessuto muscolare : esso consente
allo stomaco di contrarsi per rimescolare il cibo.
4 L’organizzazione gerarchica nel corpo di un animale
Ogni cellula svolge funzioni specifiche all’interno di tessuti, i quali costituiscono organi che a propria volta compongono
apparati e sistemi. L’insieme degli apparati e dei sistemi costituisce l’organismo. Osserviamo il caso di una cellula a calice
proveniente dallo stomaco di un gatto:
CELLULA
Questa cellula a calice
è specializzata
per secernere muco.
TESSUTO
Le cellule a calice sono
presenti nel tessuto epiteliale
che riveste l’interno
dello stomaco.
ORGANISMO
L’organismo, in questo caso un gatto, vive
grazie al funzionamento coordinato di vari
apparati e sistemi.
ORGANO
Lo stomaco è un organo a
forma di sacca che fa parte
dell’apparato digerente.
APPARATO
L’apparato digerente serve per digerire
e assimilare gli alimenti.
facciamo il punto
Completa le seguenti frasi:
Rispondi:
1. Un insieme di cellule simili e che collaborano per svolgere la
stessa funzione costituisce un ..................................................... .
2. Ogni apparato è formato da un insieme di ...............................
diversi.
1. Perché le cellule degli organismi pluricellulari non sono tutte
identiche tra loro?
2. Come vengono classificati i tessuti animali?
3. Anche le piante possiedono tessuti e organi? Fai un esempio.
4. Qual è la differenza tra i termini apparato e sistema?
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E S P LO
NI
R A ZI O
Paesaggi microscopici
I TESSUTI CHE COMPONGONO IL NOSTRO
CORPO SONO COSÌ DIVERSI DA QUELLI
DELLE PIANTE?
Naturalmente vi sono delle evidenti differenze.
Però anche qualche analogia, legata alle funzioni che svolgono.
Perlustriamo, con un microscopio elettronico a scansione, una
foglia di bosso... e il dito del giardiniere che lo sta coltivando!
a
• Partendo dall’esterno, osserviamo i tessuti
che compongono la PELLE:
a in superficie troviamo tessuti di rivestimento
piuttosto compatti, che svolgono principalmente
una funzione protettiva;
B più in basso, la colorazione artificiale in
verde ha messo in evidenza gli strati di tessuto
connettivo.
B
• Scendendo più in profondità,
incontriamo i MUSCOLI.
La microfotografia evidenzia
i caratteristici fasci di fibre
del tessuto muscolare.
Queste sono formate da cellule
molto allungate che, scorrendo
le une sulle altre, consentono
al muscolo di contrarsi.
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B
la viTa
a
B
unità 1 • Il fenomeno vita
c
• Osservando una
sezione trasversale
di una FOGLIA
FOGLIA,
si vedono:
a tessuti di
rivestimento, formati da cellule addossate le une alle altre;
B tessuti di riempimento;
c tessuti conduttori, che formano tanti piccoli tubicini in cui
scorre la linfa.
In questa sezione, il fascetto centrale di vasi conduttori
corrisponde alla nervatura centrale della foglia.
• c Più in profondità troviamo le OSSA.
Anche il tessuto osseo, che può
essere compatto o spugnoso
è un tipo di tessuto connettivo.
c
• I muscoli, come tutti gli altri organi del
corpo, sono irrorati di SANGUE. Il sangue
è un tessuto connettivo molto particolare,
in cui la sostanza intercellulare è liquida.
La foto mostra dei globuli rossi all’interno
di un vaso sanguigno.
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