Transcript Diversità e unitarietà dei viventi

Diversità e unitarietà dei viventi
Gli esseri viventi sono
diversi tra loro
Diversità dei viventi:
simili tra loro
Unitarietà dei viventi:
Gli esseri viventi sono diversi tra loro e, tutti gli esseri viventi, anche se non
quelli simili morfologicamente, vengono appartengono alla stessa specie,
raggruppati in specie diverse.
presentano caratteristiche comuni quali:
Esistono milioni di specie,
di cui molte ancora sconosciute.
- Organizzazione e ordine interno
- Ciclo vitale
- Metabolismo e omeostasi
- Capacità di adattamento ed evoluzione
Diversità dei viventi
L’insieme di tutte le specie di viventi presenti sulla Terra
costituisce la BIODIVERSITA’.
Una SPECIE è
l’insieme di organismi, morfologicamente simili, in grado di
incrociarsi tra loro e generare una prole fertile.
Individui di specie diverse, in taluni casi, possono incrociarsi ma
generano figli sterili detti IBRIDI
(es. il mulo nato da una cavalla e un asino).
Milioni di specie viventi sulla Terra
Nessuno sa di preciso quante sono le specie viventi che esistono sul nostro pianeta,
semplicemente perché è sostanzialmente impossibile contarle tutte.
Tuttavia, nel corso degli anni gli scienziati hanno messo a punto diversi metodi statistici per
dare una stima di quante specie popolano la Terra:
il numero di specie varia da 3 milioni a 100 milioni a secondo del tipo di studio.
Secondo una stima pubblicata di recente, basata su un nuovo metodo statistico e frutto di un
lavoro di ricerca durato 10 anni e che ha coinvolto 80 nazioni,
sulla Terra vivono almeno 8,7 milioni di specie
(con una possibile variazione di 1.300.000 specie in più o in meno).
ma il calcolo prende solo in considerazione il dominio degli eucarioti,
esseri viventi con sistemi cellulari complessi!!!
Dal calcolo sono quindi esclusi i procarioti, di cui fa parte anche l’enorme schiera di batteri con
due domini: Archea e Bacteria.
Il numero cui sono giunti i ricercatori è quindi parziale e non tiene in considerazione l’intera
diversità biologica del nostro Pianeta.
Milioni di specie sconosciute
Nonostante diversi milioni di specie siano state studiate,
l’86% circa delle specie viventi rimangono ancora sconosciute
(esempio lampante sono le specie marine, sono state stimate in numero di 2,2 milioni ma la nostra conoscenza è
pari all’11% di queste, circa 250.000 sono le specie conosciute).
Il grafico mostra il numero di specie stimate dall’ultima ricerca (righe azzurre) e li mette a confronto con il
numero di specie fino ad ora catalogate (righe blu). Sono elencati i regni al di sotto del dominio degli eucarioti,
ovvero:
animali (Animalia) con 7,770 milioni di specie,
funghi (Fungi) con 611.000 specie,
piante (Plantae) con 298.000 specie,
protozoi (Protozoa) che include organismi
unicellulari eterotrofi con 36.400 specie
e cromisti (Chromista) che include organismi
unicellulari per lo più fotosintetici con 27.500
specie .
Perché molte specie sono ancora sconosciute?
I motivi sono molteplici, ma riconducibili a:
- Mancanza di fondi per la ricerca
- Mancanza di cataloghi completi e condivisi a livello mondiale
- Difficoltà oggettive nella raccolta di campioni dovuta al fatto
che spesso gli organismi da studiare e classificare:
• sono microscopici, quindi invisibili ad occhi nudo (es. i batteri e i
protisti)
• vivono in ambienti (habitat) difficili da esplorare (es. fondali
oceanici, foreste tropicali, zone polari o cime di montagne, sorgenti idrotermali…..)
• vivono in territori (areali) molto ristretti (es. una sola grotta, una sola
montagna…) → specie endemiche
Unitarietà dei viventi
Definire il termine vita non è facile, è molto più facile
individuare l’insieme delle caratteristiche che sono
proprie dei viventi e permettono di distinguere un
essere vivente da un oggetto non vivente.
Gli esseri viventi come
sistemi complessi
Un SISTEMA è
un insieme di parti che interagiscono tra loro
Quindi i viventi sono sistemi perché formati da parti più
piccole che interagiscono tra loro e si organizzano a
formare parti sempre più complesse
I viventi sono
sistemi complessi, organizzati ed ordinati
(ordine dinamico – non statico come in certi materiali non
viventi- che mantengono grazie ad un dispendio di energia)
Livelli di organizzazione presenti nei viventi
(in ordine crescente)
* = presente sia nei viventi sia nei non viventi
PARTICELLE SUBATOMICHE *:
Sono le particelle che si trovano all’interno dell’atomo cioè protoni, neutroni e elettroni.
ATOMO*:
è la più piccola particella stabile che forma la materia sia vivente sia non vivente.
MOLECOLE*:
insieme di due o più atomi uniti mediante legami chimici.
Nei viventi sono presenti sia molecole inorganiche (es. l’acqua H2O e l’anidride carbonica CO2) sia organiche (dette biomolecole).
ORGANULI / STRUTTURE CELLULARI:
sono formati da biomolecole e si trovano all’interno delle cellule.
Ogni organulo è delimitato da una o due membrane ed ha una specifica struttura e funzione.
CELLULE:
sono la più piccola parte di un essere vivente con le proprietà della vita;
costituite da biomolecole che si aggregano a formare membrane e/o organuli cellulari
Nel caso di individui unicellulari questo livello coincide con quello di organismo
TESSUTO:
insieme di cellule uguali per funzione e struttura, generalmente unite tra loro.
.
ORGANI:
insieme di più tessuti in relazione funzionale e strutturale tra loro.
APPARATI o SISTEMI:
insiemi di più organi in relazione funzionale e strutturale tra loro.
Si parla di apparati quando sono formati da tessuti diversi e comunicano con l’esterno mediante una cavità (es. apparato
digerente, respiratorio, riproduttore…)
Si parla di sistemi quando sono formati da un solo tipo di tessuto e non comunicano con l’esterno mediante una cavità (es.
sistema nervoso)
ORGANISMO PLURICELLULARE:
insieme di più apparati e sistemi che cooperano tra loro.
POPOLAZIONE:
insieme di tutti gli organismi della stessa specie che vivono in uno stesso luogo, in un certo momento.
COMUNITA’:
insieme di popolazioni diverse che vivono in un certo luogo, in un certo momento.
ECOSISTEMA:
insieme delle comunità viventi (componente biotica) e dell’ambiente fisico (componente abiotica) in cui vivono (acqua, aria,
suolo) e delle loro interazioni.
BIOSFERA:
insieme di tutti gli ecosistemi presenti sulla Terra (ecosfera).
Tutti i viventi sono costituiti da cellule
La cellula è l’unità strutturale e funzionale dei viventi
cioè è la più piccola parte di un vivente con le proprietà della vita: come i
viventi nasce, cresce e muore, si nutre, si muove, si riproduce…
In base al numero di cellule, gli organismi possono essere:
unicellulari
(formati da una sola una cellula)
pluricellulari
(formati da più cellule).
Le cellule sono composte da strutture (membrane) e/o organuli cellulari a loro volta formati da
BIOMOLECOLE ( = molecole della vita) ovvero molecole organiche prodotte dai viventi e che
formano i viventi, quali proteine, carboidrati, lipidi, acidi nucleici, vitamine.
Esistono due tipologie di cellula:
Cellule PROCARIOTE
(nei batteri – dominio Archea
e Bacteria):
sono piccole e semplici, prive di
nucleo e di organuli cellulari
Cellule EUCARIOTE
(in piante, animali, funghi, protisti –
dominio Eucarya):
sono almeno 10 volte più grandi
di quelle procariote e più
complesse, con nucleo e organuli
cellulari.
Sia le cellule procariote sia quelle eucariote hanno la membrana cellulare, la parete
cellulare (escluse le eucariote animali), materiale genetico (DNA), ribosomi (RNA) e
citoplasma.
Solo le cellule eucariote hanno gli organuli cellulari.
Tutti i viventi contengono DNA
Il DNA è il depositario (cioè la sede) di tutte le informazioni necessarie alla
costruzione e al funzionamento dell’organismo.
Tali informazioni costituiscono il patrimonio genetico, così detto perché viene
trasmesso in eredità dai genitori ai figli ed è scritto nei GENI
cioè porzioni di cromosomi.
Il DNA è presente in tutte le cellule: in quelle procariote
si trova nel citoplasma ed è sempre una sola molecola (un
solo cromosoma circolare), mentre in quelle eucariote si
trova nel nucleo dove sono presenti più molecole.
Negli eucarioti, ogni molecola di DNA, durante la divisione
cellulare, forma una struttura bastoncellare detta CROMOSOMA: il numero di
cromosomi è lo stesso in tutte le cellule di un organismo ed è tipico della
specie (per es. 46 nella specie umana, 8 nel moscerino, 20 nel mais).
Tutti i viventi si riproducono
Grazie alla riproduzione un organismo è in grado di generare altri organismi simili a se
stesso (cioè della stessa specie), a cui viene trasmesso il patrimonio genetico
del/dei genitore/i
la specie può perpetuare
Esistono due tipi di RIPRODUZIONE: asessuata e sessuata.
• ASESSUATA (negli organismi più semplici come batteri, protisti, funghi, ma anche
nelle piante): basta un solo individuo per generare figli geneticamente identici tra
loro e identici all’unico genitore (CLONI)
•
SESSUATA (nelle piante e negli animali): prevede che nella specie esistano individui
di due sessi diversi: maschi e femmine. Ognuno di essi produce cellule adibite alla
riproduzione (gameti) di diverso tipo: i gameti maschili sono gli spermatozoi negli
animali e il polline nelle piante; i gameti femminili sono le cellule uovo o ovuli sia
negli animali sia nelle piante. Con la riproduzione un gamete maschile e uno
femminile devono incontrarsi e fondersi (fecondazione) per creare la prima cellula
del nuovo individuo, detta zigote che conterrà sia il DNA paterno sia il DNA
materno. Per questo i figli sono simili, ma non identici ai due genitori.
Modalità di riproduzione asessuata
Ci sono vari tipi di riproduzione asessuata:
• Scissione binaria (nei batteri e in alcuni protisti): essendo organismi
unicellulari, l’unica cellula, dopo aver duplicato il proprio DNA, si divide in
due cellule figlie ciascuna delle quali eredita metà del patrimonio genetico contenuto
nella cellula madre al momento della divisione.
• Gemmazione (es. idra, lievito): sull'organismo spuntano delle
protuberanze dette gemme, da cui poi nasce un nuovo individuo
che poi si staccherà dal genitore.
• Sporulazione (es. funghi e muffe): l'organismo
disperde delle spore, da cui poi nasceranno altri individui.
• Propagazione (o riproduzione per via vegetativa)
(tipica delle piante): un solo individuo è in grado di produrne
altri uguali grazie alla produzione di lunghi rami (detti stoloni) o di fusti
sotterranei (detti bulbi o rizomi) da cui spuntano germogli
da cui nasceranno nuove piante che poi diverranno
indipendenti dal genitore.
Vantaggi e limiti della riproduzione
asessuata e sessuata
Vantaggi:
Limiti:
Riproduzione asessuata:
- basta un solo individuo
non è
necessario trovare partner, cosa utile per
organismi sessili (fissi ad un substrato)
Riproduzione asessuata:
- generando individui geneticamente identici, la
variabilità genetica è ridotta e dipende solo da
mutazioni
in caso di cambiamenti
ambientali improvvisi la capacità di
adattamento è ridotta
- richiede tempi più brevi
in poco tempo
si genera una gran quantità di individui
Riproduzione sessuata:
- generando individui geneticamente diversi, la
variabilità genetica è maggiore
ciò
favorisce l’adattamento ai cambiamenti
ambientali perché è maggiore la probabilità che
già ci siano individui in grado di affrontare i
cambiamenti
Riproduzione sessuata:
- richiede necessariamente due individui di
sesso opposto
la ricerca del partner e
l’accoppiamento comportano un maggior
dispendio di energia
- richiede tempi più lunghi
occorre molto
tempo per generare una gran quantità di
individui
Tutti i viventi presentano un ciclo vitale
Tutti i viventi nascono, crescono, si sviluppano, muoiono.
Crescita:
aumento di dimensioni.
Sviluppo:
cambiamento più o meno profondo
che porta allo stadio adulto quando
l'organismo acquisisce la capacità
di riprodursi
Esiste uno sviluppo DIRETTO: quando non ci sono grandissime differenze tra un neonato a un
adulto (per esempio nella specie umana) , oppure INDIRETTO: quando ci sono molte differenze
tra lo stadio larvale e lo stadio adulto dal punto di vista morfologico, anatomico, ecologico (per es.
negli insetti e negli anfibi).
La durata del ciclo vitale è diversa a seconda della specie
(per es. uomo: in media 70-80 anni, batterio: 20 minuti).
Durante il ciclo vitale di un organismo, la riproduzione potrebbe non avvenire oppure avvenire
più volte oppure avvenire una sola volta al termine del ciclo vitale.
Tutti i viventi rispondono agli stimoli e
si muovono
Tutti i viventi presentano una reattività cioè una
capacità di reagire a stimoli esterni o interni.
Stimoli: qualsiasi variazione proveniente dall’ambiente esterno o
dall’interno dell’organismo (es. variazione di luce,
temperatura, pressione, salinità, fame….).
Spesso la risposta agli stimoli comporta un movimento
dell’intero individuo o di parte di esso. Tutti i viventi, a
differenza dei corpi non viventi, sono capaci di compiere
movimenti in modo autonomo. Tali movimenti possono
riguardare l’intero organismo o solo parte di esso.
Tutti i viventi hanno bisogno di energia
e materia
Per compiere le innumerevoli funzioni vitali (crescere, muoversi, riprodursi,
rispondere agli stimoli….) tutti i viventi hanno bisogno di energia e materia, ovvero
sostanze chimiche.
L’unica forma di energia che tutti i viventi sono in grado di utilizzare è
l’energia chimica
contenuta nei legami chimici delle molecole che assumono dall’esterno o che
producono al loro interno manipolando le sostanze che hanno assunto (assimilazione).
Pertanto, i viventi scambiano energia e materia (sostanze) con l’ambiente esterno:
•
•
Le sostanze entrano o perché assunte come cibo o perché assorbite dall’ambiente circostante
(aria, acqua, suolo) ed escono perché espulse, come prodotti di scarto, in vario modo
(respirazione, sudorazione, feci, urine, traspirazione, espulsione gas dalle foglie…)
L’energia entra o come energia chimica contenuta nelle sostanze assunte o come energia
luminosa ed esce come energia chimica nelle sostanze di rifiuto o come energia termica
(calore).
Per questo motivo i viventi sono considerati
SISTEMI APERTI
Tutti i viventi presentano un metabolismo
Energia e sostanze sono continuamente trasformate mediante innumerevoli
reazioni chimiche che avvengono all’interno dei viventi e che costituiscono
il METABOLISMO.
Questo di divide in:
Anabolismo: tutte le reazioni di sintesi (costruzione) attraverso cui un
organismo produce sostanze complesse a partire da sostanze semplici e
meno ricche di energia. Nelle reazioni anaboliche viene, pertanto,
richiesta energia che il vivente deve assumere dall’esterno come energia
chimica (chemiosintesi) o come energia luminosa (fotosintesi).
Catabolismo: tutte le reazioni di demolizione attraverso cui un organismo
produce sostanze semplici a partire da sostanze complesse e più ricche di
energia. Con le reazioni cataboliche viene liberata energia chimica che può
essere utilizzata dal vivente.
Un processo catabolico attraverso cui, tutti i viventi, liberano energia dalle molecole di
glucosio è la respirazione. L’energia chimica liberata dalla demolizione di questo
zucchero finisce nei legami di una molecola detta ATP che rappresenta la “riserva
energetica” a cui i viventi attingono per svolgere le varie funzioni vitali.
.
In base al modo in cui ricavano l’energia e le sostanze di cui necessitano, gli
esseri viventi si classificano in:
ETEROTROFI (dal greco “altro, diverso” e “nutrimento”): quando ottengono
l’energia e le molecole dalle sostanze complesse provenienti dall’esterno e
assunte sotto forma di cibo.
Sono eterotrofi una parte dei batteri e dei protisti, tutti i funghi e tutti gli
animali.
AUTOTROFI (dal greco “sé stesso” e “nutrimento”): quando sono in grado di
produrre da sé molecole complesse e ricche di energia prendendo
dall’esterno molecole più semplici ed energia anche in forme diverse (per
es. energia luminosa proveniente dal sole).
Sono autotrofi una parte dei batteri e dei protisti, tutte le piante e le alghe.
Tutti i viventi presentano l’omeostasi
Omeostasi (= uguali condizioni): è la capacità dei viventi di
mantenere all’interno del proprio corpo condizioni più o
meno costanti, nonostante le variazioni (anche drastiche)
dell’ambiente esterno.
I diversi fattori chimico-fisici che regolano l’ambiente interno (per es.
temperatura, salinità, livello di acqua, pH, pressione interna, livello di
zuccheri nel sangue…) possono leggermente variare, a secondo delle
condizioni esterne, ma comunque restano entro certi limiti compatibili con
la vita. Per garantire tutto ciò i viventi possiedono particolari meccanismi
(detti omeostatici). In molti animali, uno dei più importanti meccanismi
omeostatici è la termoregolazione che permette di mantenere la
temperatura corporea entro certi livelli ottimali, nonostante le fluttuazioni
esterne: gli animali con questa capacità sono detti omeotermi (uccelli e
mammiferi), mentre tutti gli altri sono detti eterotermi perché la loro
temperatura interna cambia molto di più in relazione a quella esterna.
Tutti i viventi si adattano all’ambiente
Gli esseri viventi di ogni specie presentano particolari caratteristiche
(morfologiche, anatomiche, fisiologiche, ecologiche) che li rendono
particolarmente adatti a vivere in un certo ambiente: si dice quindi,
che sono ben adattati al loro ambiente.
All’interno di una stessa specie, se ci sono popolazioni diverse che
vivono in ambienti diversi, gli individui di queste popolazioni
presenteranno caratteristiche differenti (variabilità della specie),
perché ciascuno è adattato al proprio ambiente caratterizzato da
particolari condizioni chimico – fisiche (clima, temperatura, acqua
disponibile, salinità…) cioè ciascuno può meglio vivere (o
sopravvivere) in quell’ambiente e quindi riprodursi garantendo la
continuità della specie.
I viventi subiscono la selezione naturale
• Le diverse caratteristiche (caratteri) di una specie sono il risultato di
cambiamenti comparsi casualmente, in seguito a mutazioni del DNA, in
pochi individui di una specie.
• Se la nuova caratteristica rende l’individuo meglio adattato al suo
ambiente, cioè se il carattere è favorevole, questo individuo potrà più
facilmente vivere, riprodursi e passare il suo DNA ai figli che
manifesteranno lo stesso nuovo carattere. Col tempo nella popolazione il
numero di individui con quel carattere favorevole sarà sempre maggiore e
questo carattere diventerà tipico della specie.
• Viceversa se il nuovo carattere non favorisce la sopravvivenza
dell’individuo in cui è comparso, questo potrà morire prima di riprodursi e
di trasmetterlo alla prole. In questo modo il carattere non favorevole si
perderà.
• A stabilire se un carattere è favorevole o sfavorevole è l’ambiente in cui
vive l’organismo che manifesta il carattere: quindi è l’ambiente (la natura)
che SELEZIONA di volta in volta i caratteri che compaiono in ogni specie.
Il caso della Biston betularia
•
Si tratta di una falena che deve il nome di "betularia" all'abitudine a posarsi sui tronchi delle
betulle, alberi dalla corteccia chiara; generalmente, la forma predominante di Biston è quella
chiara, perché riesce a mimetizzarsi meglio sul tronco chiaro e quindi riesce a sfuggire ai suoi
predatori. Gli individui che, casualmente, nascono scuri risultano sfavoriti perché non
riescono a mimetizzarsi e quindi saranno predati più facilmente.
•
Con l'avvento della Rivoluzione Industriale, soprattutto nell'Inghilterra del XVIII secolo,
iniziarono ad essere immesse nell'atmosfera ingenti quantità di polveri scure derivanti dalla
combustione del carbone (il principale combustibile delle macchine dell'epoca). Nelle aree
industriali, di conseguenza, le cortecce degli alberi (incluse le betulle), iniziarono a diventare
più scure per via del carbonio nell'aria. Per effetto di questo mutamento ambientale, la forma
scura della Biston betularia (ossia la Biston betularia var. carbonaria) risultò meglio adattata
alle nuove condizioni ambientali essendo meglio mimetizzata rispetto alla forma chiara: la
forma scura divenne in breve tempo numericamente prevalente. Questo fenomeno, detto
melanismo industriale è stato di grande aiuto per comprendere i meccanismi della selezione
naturale.
Tutti i viventi si evolvono
Grazie alle mutazioni, che determinano la comparsa di nuovi
caratteri, e alla selezione naturale, che seleziona i vari
caratteri permettendo a quelli favorevoli di essere trasmessi
alle nuove generazioni, col tempo si potranno formare
individui così diversi dai progenitori da non esser più
considerati della stessa specie. Si dice che una specie si è
evoluta.
Le specie non restano pertanto immutate nel tempo (come
sosteneva la teoria fissista), ma lentamente si modificano.
Secondo la teoria evoluzionistica, in circa 3,5 miliardi di anni, da
poche specie primordiali si sono formate
milioni di specie.