CORSO DI

BIOLOGIA GENERALE

Istituto di Medicina Globale

Dr. Bonaldo Barbara

BIOLOGIA

dal greco

“bios” vita e “logos” discorso

Ramo della scienza Ramo della scienza Ramo della scienza Ramo della scienza

che studia i che studia i che studia i che studia i processi vitaliprocessi vitaliprocessi vitaliprocessi vitali

sia nel regno animale che in quello vegetalesia nel regno animale che in quello vegetalesia nel regno animale che in quello vegetalesia nel regno animale che in quello vegetale

Cos’è la vita?

Caratteristiche degli organismi viventi

� Presenza di una forma e di una costituzione

chimica specifica,realizzate, mantenute e

reintegrate utilizzando energia e materiali

prelevati dall’ambiente METABOLISMO

� Capacità di trasmettere queste caratteristiche

alla discendenza RIPRODUZIONE

BIOLOGIA

Scienze naturali Medicina

tassonomia

ecologia

etologia

genetica

biologia

molecolare

paleontologia

biochimica

microbiologia patologia

fisiologia

istologia

citologia

anatomia

Biologia generale

Insieme delle nozioni generali e delle linee di ricerca che

riguardano i problemi generali della vita:

• Origine della vita

• La cellula (unità biologica fondamentale), nel suo schema

generale di organizzazione, proprietà ed attività fisiologiche

• Le basi fisiche di codificazione, duplicazione e trasmissione

del patrimonio ereditario

• La riproduzione

• Le leggi di trasmissione dei caratteri ereditari

• L’evoluzione delle specie

ORIGINE DELLA VITA

Generazione Spontaneateoria della abiogenesi

Fino alla metà del XVII sec. era convincimento comune che Dio

avesse creato l’uomo e gli altri organismi superiori, mentre ….

… vermi, insetti ed anfibi si sarebbero generati

spontaneamente da materia non vivente

documenti sacri dell’India

testimoniano la nascita spontanea

di mosche dal sudore e dalla

sporcizia …

… secondo i babilonesi il fango

dei canali generava i vermi …

… per gli antichi Greci la vita era

insita nella materia stessa

“principio passivo” ed emergeva

da essa spontaneamente quando

le condizioni si facevano favorevoli

“principio attivo” (Aristotele)

… questa teoria ha origini molto lontane

Man mano che le conoscenze sugli organismi viventi

aumentarono, divenne gradualmente evidente che la

generazione spontanea di animali e piante era impossibile.

Nel 1668 il medico toscano

Francesco Redi

Con i suoi esperimenti diede un

contributo decisivo all’abbandono di

questa dottrina almeno per quanto

riguarda gli animali.

teoria della biogenesi

ESPRIMENTO DI REDI

Nello stesso periodo in cui Redi faceva i suoi esperimenti, un

naturalista olandese

Anton Van Leeuwenhoek (1632-1723)

osservò per la prima volta la presenza di

microrganismi attraverso un rudimentale

microscopio da lui stesso costruito

L’avvento del microscopio fece si che si moltiplicassero le

osservazioni e la presenza di un numero tanto abbondante di

microrganismi rilevati all’interno delle sostanze esaminate fece

risorgere l’idea della generazione spontanea.

La disputa fra teoria della biogenesi (la vita deriva dalla vita) e

della abiogenesi (la vita si origina da sostanze non viventi) si

spostò dal mondo macroscopico dei vermi a quello

microscopico dei protozoi e batteri.

Nel 1745 il naturalista inglese John Needham condusse una

serie di esperimenti che ridiedero vigore alla teoria della

abiogenesi.

Scaldò brodi di pollo e infusi d’erbe coi quali riempì provette che

tappò con delle garze. Nonostante le soluzioni nutritive fossero

rese “sterili” dal calore dopo alcuni giorni pullulavano di

organismi viventi (animalcules) . Concluse che la generazione

spontanea fosse effettivamente possibile.

Louis Pasteur (1822-1895) che conduce un

esperimento avvalendosi di un apparato

semplice, ma geniale, costruito in modo tale

da non poter più dare adito a dubbi sulla

possibilità che il principio attivo potesse

essere distrutto dal calore o soffocato per

mancanza d’aria. Con tale ideazione mette la

parola fine ad una questione che sembrava

irrisolvibile.

Per ragioni tecniche, fu possibile dimostrare che anche i microrganismi

non si generano spontaneamente solo a partire dalla metà del 18°

secolo attraverso gli esperimenti di:

Lazzaro Spallanzani (1729-1799), abate

e biologo italiano che fa bollire gli infusi per

alcuni minuti, tappa le provette

ermeticamente e non riscontra pertanto

presenza di microrganismi.

Esperimento di Pasteurcon palloni a collo di cigno

Pasteur dimostrò che un eventuale principio attivo

presente nella materia non veniva danneggiato dal

lungo ed intenso riscaldamento, infatti se si fosse

rotto il collo ritorto ponendo il liquido a contatto con

l’aria, dopo poche ore lo stesso si sarebbe intorbidito

per la presenza di spore e germi che poi avrebbero

continuato a svilupparsi.

Inoltre lasciando aperto il recipiente col suo collo lungo

e consentendo all’aria di entrare ed uscire

liberamente, seppur attraverso un tortuoso percorso

spense sul nascere le obiezioni di coloro che

sostenevano che il principio attivo, senza aria era

impedito nella sua funzione di generatore della vita.

Se ogni forma di vita origina

da una preesistente …

… qual è stata l’origine della

prima forma di vita?

Per rispondere a questa domanda gli scienziati hanno

avanzato due diverse ipotesi …

1° ipotesi

PANSPERMIA

le forme viventi più semplici

migrano attraverso lo spazio,

sottoforma di spore o germi,

fino a colonizzare nuovi pianeti

in cui evolvere

verso forme di vita più complesse

A.Oparin (1894-1980) e J. Haldane (1892-1964)

formularono

2° ipotesi

EVOLUZIONE PREBIOTICA

la comparsa delle prime forme viventi

fu preceduta da una fase durante la quale

si sarebbero formati composti organici

partendo da molecole inorganiche

grazie ad un’atmosfera riducente.

Così doveva apparire il paesaggio

terrestre alle sue origini (4,5-3

miliardi di anni fa): eruzioni

vulcaniche, continui terremoti, ed

alto dinamismo della superficie

terrestre.

L’atmosfera era ricca di metano, idrogeno,

ammoniaca, vapore acqueo ed anidride

carbonica.

La forte irradiazione solare, i fulmini, la

radioattività ed il calore vulcanico fornirono

l’energia necessaria per formare molecole

organiche semplici che iniziarono ad

accumularsi in bacini di acqua calda o in coni di

cenere vulcanica originando il BRODO

PROMORDIALE

Nel 1952, S.L. Miller verificò sperimentalmente questa ipotesi

Nel 1957, il biochimico americano S. W. Fox …

… osservò che gli aminoacidi contenuti nel Brodo Primordiale tendevano a

polimerizzare originando dei polipeptidi chiamati PROTEINOIDI.

Messi in acqua, i protenoidi formano delle strutture sferiche chiamate:

MICROSFERE o COACERVATI (dal latino cum acervo = ammucchio insieme).

All’interno dei coacervati o microsfere le molecole organiche primitive si

sarebbero trovate a stretto contatto quindi facilitate nella formazione di

strutture più complesse.

Le microsfere sono delimitate da una doppia

pellicola e si gonfiano e si contraggono

quando cambia la concentrazione salina.

I lipidi possono aderire alla superficie

impedendone la distruzione.

Se contengono molecole enzimatiche,

possono assorbire substrati, catalizzare

reazioni e far diffondere i prodotti nella

soluzione circostante.

Possono produrre gemme o microsfere di II°

generazione.

LA VITA SULLA TERRA

organismi probionti

precursori delle prime

cellule viventi

BATTERI

Cellule procariote

anaerobiche ed etereotrofe

FOTOSINTESI

Cellule eucariote

autotrofe

Precambriano

(4,5 miliardi-590 milioni anni fa)

trilobitipesci

Paleozoico

(590-248 milioni anni fa)

EVOLUZIONE: Passaggio sulla terraferma

Rettili

Uccelli

Mammiferi

Uomo

Mesozoico

(248-65 milioni anni fa)

Cenozoico

(65 milioni anni fa-oggi)

EVOLUZIONE

Processo attraverso il quale le diverse specieviventi derivano da forme di vita preesistenti, inseguito a graduali modificazioni nel corso deltempo

Il concetto di EVOLUZIONE

Fino all’illuminismo il pensieroscientifico rimase cristallizzato nellateoria dell’immutabilità delle specie,create all’inizio da una mente divina

CREAZIONISMO

Solo nell’800, con lo sviluppo della geologia e della

paleontologia si formularono le prime teorie

evoluzionistiche

Teoria di J.B. Lamarck (1774-1829)

1. Uso e non uso degli organi: gli organi di un animale non

ancora adulto possono svilupparsi o atrofizzarsi in

rapporto al loro maggiore o minore uso;

2. Eredità dei caratteri acquisiti: le modificazione dei

caratteri acquisiti durante la vita possono essere

trasmesse ai figli.

La prima teoria venne suffragata da solide basi scientifiche per

merito del naturalista inglese Charles Darwin (1809-1882)

� fra gli individui di una stessa

specie vi è grande variabilità

genetica;

� le variazioni individuali debbono

essere ereditarie;

� sopravvivono e si riproducono

solo gli individui che hanno raggiunto

un miglior adattamento all’ambiente

TEORIA DELLA

SELEZIONE NATURALE

adattamentoCaratteristica che dà ad un organismo una migliore

opportunità di sopravvivenza in un particolare ambiente

I fringuelli di Darwin delle

Isole Galàpagos

con becchi adatti a vari tipi di

alimentazione

CLASSIFICAZIONE DEGLI

ORGANISMI

L’enorme diversità di specie animali e vegetali che si

sono evolute sulla Terra in milioni di anni ha reso

necessario ideare un sistema logico per identificare

ogni organismo e assegnarlo ad una opportuna

categoria, secondo un criterio di classificazione.

Scienza che studia i criteri diclassificazione degli organismi secondo unoschema basato su una serie di categoriesistematiche (taxa) disposte a livelligerarchici.

TASSONOMIA

O

SISTEMATICA

Phylum

Classe

Ordine

Genere

Specie

Famiglia

ANIMALI

CORDATI

Regno

VERTEBRATI

MAMMIFERI

PRIMATI

HOMINIDAE

Homo

sapiens

Subphylum

Esempio di classificazione tassonomica per l’uomo

(Homo sapiens)

Gli organismi sono stati suddivisi in 5 REGNI

• Monere batteri e alghe azzurre unicellulari

• Protisti unicellulari e pluricellulari autotrofi ed eterotrofi;

• Piante pluricellulari autotrofi.

• Funghi pluricellulari eterotrofi.

• Animali pluricellulari eterotrofi.

Gli schemi evolutivi, e quindi gli schemi tassonomici che li rispecchiano,

assomigliano a grandi alberi ramificati o alberi evolutiviil tronco indica gli antenati comuni, i grossi rami le grandi divisioni del

mondo vivente e le ramificazioni più piccole gli ulteriori percorsi evolutivi dei

diversi gruppi di organismi.

pro

cari

oti

eu

cari

oti

I 5 REGNI DELLA NATURA