Confronto fra piante e animali (pluricellulari) Materiali e appunti di biologia: II cl. (07-08/ agg....

Confronto fra piante e animali (pluricellulari)Materiali e appunti di biologia: II cl. (07-08/ agg. 2014)

Tiziano TerraniLiceo di Lugano 2CH-6942 SAVOSA

LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali 2

sommario

1. Modalità di nutrizione: auto- ed eterotrofia

2. Struttura del corpo delle piante

3. Movimento

4. Crescita

5. Risposta agli stimoli esterni

6. Omeostasi

7. Riproduzione

12

18

5

24

Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, 1992.

Parte introduttiva: elenco termini e concetti 3

Confronto fra piante e animali

25

26

27

Concetti accessori 28

Quante molecole di CO2 in 1 mm3 di aria?

Composizione e modello aria

23

20

Monomeri e polimeri

Dal glucosio agli altri composti biorganici 31

29


• Organismi più evoluti (significato): che cosa significa che una spugna è un organismo meno evoluto di un’ape?

• Confronto fra

Angiosperme (piante a fiore)

Insetti (Artropodi)/mammiferi (Cordati, Vertebrati)

• Sostanze organiche ( composti del C)

• Categorie di sostanze organiche presenti in tutti gli organismi viventi:

Carboidrati (o zuccheri)

Grassi o lipidi

Proteine

Acidi nucleici (DNA, RNA)


Appunti



virus

organismi unicellulariprocariotici:

eucariotici: p. es. protozoi, alghe verdi unicell.

organismi pluricellulari (sono tutti eucariotici!)

(aggregati di macromolecole, ma struttura non cellulare!)

batteri

contengono tutti le quattro categorie di sostanze organiche:

carboidrati

grassi

proteine

acidi nucleici

atomi

molecole

macromolecole (proteine, DNA, carboidrati)

vita

Dagli atomi agli organismi pluricellulari: concetto di organizzazione della materia

concetto di proprietà emergente: vita



Definizioni di autotrofo

1. “Organismo che si nutre da sé.” o “Organismo che si procura il cibo da sé.”

2. “Organismo che si costruisce (produce) il cibo da sé.”

3. “Organismo che si nutre di sostanze esclusivamente inorganiche e che da quest’ultime, con l’ausilio di una fonte di energia, costruisce le sostanze organiche necessarie alla vita.”

Discussione (-confronto) sulle definizioni:

• la 1 è fuorviante e quindi da evitare

• la 2 è quella classica, riportata anche da autorevoli manuali universitari di biologia; pone qualche problema di interpretazione

• la 3 è meno diffusa, ma ha il pregio della chiarezza e della coerenza!

ricorrenti nei libri testo scolastici

1. Modalità di nutrizione: auto- ed eterotrofia



Discussione (-confronto) sulle definizioni 2 e 3

Premesse:

a) modello di organismo vivente: sistema aperto, “scatola nera”, con scambi con l’esterno

b) Qualsiasi organismo vivente contiene (è costituito di) sostanze organiche

c) Negli eterotrofi, viene di regola chiamato cibo l’insieme dei materiali liquidi e solidi che sono ingeriti dall’organismo

amb. interno (dentro)

amb. esterno (fuori)

organismo vivente



La definizione 3 dice che il cibo (materiale) degli autotrofi è formato di sostanze inorganiche (CO2, H2O, sali minerali), mentre quello degli eterotrofi deve contenere anche sostanze organiche.

Il concetto di cibo è il medesimo nelle due categorie di organismi (è ciò che l’organismo prende dall’ambiente esterno e che fa entrare nel suo corpo per poter vivere),

cambia solo la sua composizione chimica.

Il corollario fondamentale della definizione 3 è che gli autotrofi sono capaci di trasformare al loro interno sostanze inorganiche in sostanze organiche

ciò che è precluso agli organismi eterotrofi (i quali sono comunque capaci di trasformare sostanze organiche del loro cibo in altre sostanze organiche tipiche del loro organismo!)

inorganico organicoorganicazione!


Fotosintesi

Il passaggio fondamentale della trasformazione delle sostanze inorganiche in organiche effettuata dagli autotrofi (vegetali) è la fotosintesi (costruzione per mezzo della luce). Per mezzo di questa reazione chimica 6 molecole di CO2 (fonte di C e di O) e 6 molecole di H2O (fonte di H) vengono ricombinate in una molecola di glucosio (C6H12O6) con uno scarto di 6 molecole di ossigeno (O2). La reazione può avvenire solo se al sistema viene fornita energia, portata dalla luce.

CO2 H2O O2

C6H12O6 6 6 6 + +

glucosio

+ LUCE

clorofilla


Fotosintesi

Per mezzo della fotosintesi vengono costruite (sintetizzate) molecole di glucosio a partire da CO2 e H2O

Parte dell’energia portata dalla luce è trasferita nelle molecole di glucosio

(energia chimica)

La fotosintesi può dunque essere così riassunta:

O2 C6H12O6 CO2 6 H2O 6 6 + +

energia

+ LUCE +energia termica

IR lontano

clorofilla



La definizione 2, invece, impone un doppio significato di cibo:

• negli animali è l’insieme delle sostanze organiche (sotto forma di altri organismi) introdotte nell’organismo

• nelle piante è il glucosio (le sostanze organiche in generale) costruito per mezzo della fotosintesi (Per questo motivo, un’altra versione della def. 2 dice che “le piante producono il cibo per gli animali.”).



Riassumendo

autotrofi

eterotrofi

CO2 H2O

sali minerali

composti organici

(solo composti inorganici)

CIBO

CIBOcomposti organici

proteine, carboidrati, grassi, DNA, …

proteine, carboidrati, grassi, DNA, …

composti organici


Struttura di una pianta

• struttura modulare

• grande superficie direttamente a contatto con l’aria (S/V)

STRUTTURA: germoglio, parte aerea

La superficie “microscopica” della foglia a contatto con l’aria è ancora superiore a quella “macroscopica” (pagina

inferiore e superiore)

Struttura macroscopica della foglia

lamina fogliarepicciolo

nervature

gemma fogliare

margine

pagina superiore

pagina inferiore

stipole



Struttura microscopica della foglia

Natura delle luce

Aumento di energia

10–5 nm 10–3 nm 1 nm 103 nm 106 nm 1 m 103 m

Raggi gamma

Raggi X UV Infrarossi Microonde Onde radio

Luce visibile

400 500 600 700 750

650nm

Lunghezza d’onda della luce

(nm)

380

La luce solare è energia elettromagnetica, che viaggia nello spazio sotto forma di onde.


Struttura della pianta: radici

• struttura modulare

• grande superficie direttamente a contatto con la terra (l’acqua) (S/V)

STRUTTURA (app. radicale)

La superficie “microscopica” delle radici a contatto con l’acqua del suolo è fortemente amplificata grazie alla presenza dei peli radicali agli apici radicali


Apici radicali e peli radicali

In conclusione si può affermare che in una pianta molte cellule sono direttamente a contatto con l’ambiente esterno da cui traggono CO2 (cellule fotosintetiche nelle foglie), l’acqua e i sali minerali (peli radicali nelle radici).

Grande superficie di assorbimento

TT/2011-2012 Corpo umano: introduzione e generalità 19LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali 19


suolo

aria

parte disperdente

parte assorbente

acqua che evapora dalle foglie

acqua assorbita dalle radici


suolo

aria

solo 2% ca. viene utilizzato per la

fotosintesi

acqua assorbita dalle radici

98% ca. evapora

100 %


Perché le piante non si spostano?

Conseguenze dell’essere autotrofi o eterotrofi

AUTOTROFI: non si cibano di altri organismi, ma di materiali diffusi e costantemente presenti nell’ambiente

ETEROTROFI (consumatori: sopratt. animali): si cibano di altri organismi, vivi

ETEROTROFI (decompositori: batteri e funghi): si cibano di altri organismi, morti

si spostano (di regola)

non si spostano

(su scala macroscopica!)

non hanno bisogno di spostarsi

MOVIMENTO


Perché le piante non si spostano?

aria: la concentrazione di CO2 è praticamente costante!

suolo: di regola la disponibilità di H2O è garantita sull’arco del periodo di vegetazione della pianta


Aria

Composizione dell’aria:

azoto (N2) ca. 78%

ossigeno (O2) ca. 21%

acqua (H2O) media ca. 0.5%

diossido di carbonio (CO2) ca. 0.04%

altri gas < 1%

modello aria


ARIARIA

Modello dell’aria

X 100 000 000


AZOTO N2

ca. 78%

OSSIGENO O2

ca. 21%

ACQUA H2O% variabile

BIOSSIDO DICARBONIO CO2

0.040%


esercizio

Quante molecole di CO2 in 1 mm3 di aria?

Che cosa sappiamo?

• che una mole (ca. 6.1023 particelle) di gas occupa un volume di 22.4 dm3 (o litri) in condizioni standard (questo concetto di mole si può applicare anche a un miscuglio di gas come l’aria!)

• che l’aria contiene lo 0.04% di CO2

• che 1 mm3 = 10-6 dm3

Quindi, in 1 mm3 di aria ci sono in totale:

2.7 x 1016 molecole

1 mm

6.1023 molecole : 22.4 dm3 = x molecole : 10-6 dm3

x molecole = 6.1023 molecole : 22.4 dm3 . 10-6 dm3

di cui sono molecole di CO2 :

2.7 x 1016 molecole x 0.04 : 100 = ca. 1013 molecole di CO2

1013 molecole di CO2 (cioè 10’000 miliardi!!!)

in 1 mm3 di aria ci sono


CRESCITA

- continua

- finita

“nascita” morte

tempo

dim

. or

gani

smo


Risposta agli stimoli

Le piante reagiscono mediamente in modo più lento agli stimoli rispetto agli animali di pari livello evolutivo

es. crescita di una pianta verso la luce

La necessità del movimento impone agli animali reazioni immediate e quindi elaborazione molto veloce delle informazioni sensoriali. Inoltre la coordinazione stessa del movimento è impresa ardua (pensare all’azione del camminare).

Nelle piante ormoni con funzione decentralizzata, negli animali sistema ormonale gerarchico e sistema nervoso!


Omeostasi

Mantenere costanti i parametri fisico-chimici dell’ambiente interno.

es.

• temperatura

• concentrazione acqua

Negli animali è più accentuata questa esigenza di omeostasi dell’organismo pluricellulare rispetto alle piante.

A livello cellulare, invece, la differenza è meno pronunciata o inesistente.


Riproduzione

R. asessuale

R. sessuale

presente nelle forme più primitive degli animali

è quasi sempre presente nelle piante (riproduzione vegetativa)

è sempre presente ed è l’unica forma di riproduzione nella maggior parte degli animali

è sempre presente nelle piante

Riproduzione sessuale (fiori) nelle piante angiosperme


Riproduzione vegetativa (asessuale) nelle piante


Riproduzione sessuale negli animali


Riproduzione asessuale negli animali



concetto generale!

Produttori: costruzione di polimeri

C6H12O6

glucosio

CO2 H2O +

altri

CARBOIDRATI

PROTEINE

ACIDI NUCLEICI

LIPIDI

…

cellulosa

amido

DNA

RNA

catene di aminoacidi

catene di nucleotidi

monomeri polimero

cellulosa nella parete cellulare dei vegetali

cellulosa e amido sono dei

polimeri del glucosio!

amido nei leucoplasticatene di glucosio


Modelli del glucosio


Produttori: dal glucosio alle altre sostanze organiche

C6H12O6

glucosio

CO2 H2O +

altri

CARBOIDRATI

PROTEINE

ACIDI NUCLEICI

LIPIDI

C, H, O

C, H, O, N, S

C, H, O, N, P

C, H, O, (P, N)

…

N, S , P, … provengono dai sali minerali che la pianta assorbe sotto forma di ioni sciolti nell’acqua!

+ sali minerali

equazione chimica incompleta e non bilanciata della fotosintesi!


esempi di ioni che le piante assorbono dal terreno

N, S , P, … provengono dai sali minerali che la pianta assorbe sotto forma di ioni sciolti nell’acqua del terreno!

NO3 - ione nitrato

PO4 3- ione fosfato

SO4 2- ione solfato

NH4 + ione ammonio

questi ioni sono normalmente presenti

anche nei concimi chimici!


Produttori: dal glucosio alle altre sostanze organiche

C6H12O6

glucosio

CO2 H2O +

altri

CARBOIDRATI

PROTEINE

ACIDI NUCLEICI

LIPIDI

C, H, O

C, H, O, N, S

C, H, O, N, P

C, H, O, (P, N)

…

tipi di atomi presenti

1° fase: organicazione attraverso la fotosintesi

2° fase: sintesi di tutti gli altri composti organici

composti inorganici composto organico


Composti organici naturali

• CARBOIDRATI (o “zuccheri”), C, H, O

• LIPIDI (o grassi) C, H, O, (N e P)

• PROTEINE C, H, O, N, S

• ACIDI NUCLEICI (DNA, RNA) C, H, O, N, P

NEGLI ORGANISMI VIVENTI

• IDROCARBURI prevalentemente C, H derivanti dalla trasformazione di biomassa

NEL PETROLIO

E NEL GAS NATURALE

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