Copyright © 2006 Zanichelli editore Capitolo 1 Introduzione alla biologia: esplorare la vita.

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Capitolo 1Capitolo 1

Introduzione alla biologia: esplorare la vita


Il campo d’azione della biologia

1.1 La vita ha un’organizzazione gerarchica in cui ogni livello strutturale ha come base quello sottostante

• La gerarchia strutturale della vita delimita il campo d’azione della biologia, lo studio scientifico della vita.

• La gerarchia parte dalle molecole per arrivare agli ecosistemi.

Figura 1.1

Livello di ecosistemaforesta pluviale

Livello di comunità tutti gli organismi

della foresta pluviale

Livello di organismovolpe volante

Livello di sistemasistema nervoso

Livello di organocervello

Cervello

Midollo spinale

Nervi

Livello di tessutotessuto nervoso

Livello di cellulacellula nervosa

Livello di molecolamolecola di DNA

Livello di popolazionegruppo di volpi volanti


• Un ecosistema è costituito dall’insieme di tutti gli organismi che vivono in una particolare area e dalle componenti fisiche non viventi dell’ambiente (come aria, suolo, luce solare).

• L’ecosistema è il maggiore dei livelli strutturali in cui è organizzata la vita.

• Al di sotto del livello di ecosistema vi è quello della comunità.

• Una comunità è costituita dall’insieme di tutti gli organismi che vivono in un ecosistema.


• Sotto il livello di comunità abbiamo la popolazione.

• Una popolazione è costituita da un gruppo localizzato di individui di una specie in grado di incrociarsi tra loro.

• Sotto la popolazione c’è l’organismo.

• Un organismo è una singola entità vivente.


Al di sotto del livello di organismo, l’organizzazione gerarchica della vita prosegue con:

• sistemi (o apparati);

• organi;

• tessuti;

• cellule (contenenti organuli);

• molecole.


1.2 Le cellule sono le unità strutturali e funzionali di cui sono costituiti i viventi

• Una cellula è l’unità fondamentale della vita. È infatti la struttura più semplice in grado di compiere tutte le attività richieste per la vita.

• Dall’organizzazione complessa di un sistema biologico come quello di una cellula emergono nuove proprietà, che derivano dall’interazione tra diverse componenti. Si tratta delle proprietà emergenti.


Possiamo distinguere due tipi di cellule:

• le cellule eucariotiche contengono organuli racchiusi in membrane, tra i quali un nucleo che contiene il DNA cellulare.

• le cellule procariotiche sono prive di questo tipo di organuli. Nucleo

(al cui interno si trova il DNA)

Cellula eucariotica

Cellula procariotica

DNA

Organuli

Figura 1.2


1.3 Gli organismi e i loro ambienti formano reti interconnesse

• Ogni organismo vivente interagisce con l’ambiente in cui vive formando una rete complessa di relazioni che collegano gli esseri viventi al loro ambiente.

• Gli ecosistemi cono caratterizzati dal trasferimento delle sostanze nutritive chimiche dall’atmosfera e dal suolo, ai produttori, ai consumatori, ai decompositori e indietro all’ambiente.


• Il flusso di energia attraverso gli ecosistemi è a senso unico.

• Gli ecosistemi ricevono energia luminosa dal sole e la trasformano in energia chimica; parte di essa viene infine dispersa nell’ambiente (come calore).

Sole

Atmosfera

CO2

O2 CO2

H2O

Energia chimica

Apportodi

energialuminosa

Dispersione di energia

sotto forma di calore

Produttori

Riciclaggio degli elementi

chimici nutritivi Consumatori

Decompositori

SuoloEcosistema

Figura 1.3


Evoluzione, unitarietà e diversità

1.4 Le forme di vita si possono classificare in tre domini

• Gli organismi viventi si possono classificare in tre grandi categorie tassonomiche denominate domini:

– Eubacteria (eubatteri) e Archeabacteria (archebatteri o archei), i due domini dei procarioti;

– Eukarya, il dominio degli eucarioti.


SE

M 2

5 00

0

Figura 1.4B

I domini Eubacteria e Archaebacteria (procarioti):

SE

M 3

250

Figura 1.4A


Il dominio degli Eukarya comprende più regni:

• i protisti (protozoi e alghe, che costituiscono vari regni);

• i regni Fungi, Plantae e Animalia.

275

Il regno delle piante

Figura 1.4C-F


1.5 L’unitarietà nella diversità: tutte le forme di vita hanno caratteristiche comuni

• Le molecole di DNA contengono l’informazione genetica per costruire le molecole che costituiscono cellule e organismi.

• Il DNA si trova in tutte le cellule e l’informazione genetica è codificata nello stesso modo in tutti gli organismi.


Gli aspetti caratteristici di ogni specie (e di ogni individuo) sono cofidicati dalle sequenza dei nucleotidi, i quattro tipi di «mattoni» chimici che costituiscono le due catene elicoidali di DNA.

A

C

T

A

T

A

C

C

G

T

A

G

T

AFigura 1.5A


Tutti gli organismi condividono una serie di proprietà comuni:

• ordine (esistenza di strutture ordinate);

• regolazione (dell’ambiente interno);

Figura 1.5B


• crescita e sviluppo (ogni organismo segue un modello caratteristico della propria specie);

• consumo di energia (per le funzioni vitali);

• risposta agli stimoli (provenienti dall’ambiente);

• capacità di riprodursi ed evolversi.

Figura 1.5C Figura 1.5D


1.6 L’evoluzione spiega l’unitarietà e la diversità della vita

Il naturalista inglese Charles Darwin pubblicò uno dei libri più importanti e controversi che siamo mai stati scritti (L’origine delle specie per selezione naturale) in cui propose la teoria della selezione naturale.

Figura 1.6A


La selezione naturale è un meccanismo di «rielaborazione» che si verifica quando le popolazioni o gli organismi, con variazioni ereditabili, vengono esposti a fattori ambientali che favoriscono il processo riproduttivo di alcuni individui rispetto ad altri.

Figura 1.6B

1

2

3

(1) Popolazione con varie caratteristiche ereditarie

(2) Eliminazione degli individui con certe caratteristiche

(3) Riproduzione degli organismi sopravvissuti


Tutti gli organismi possiedono adattamenti, ossia caratteristiche che si sono evolute mediate la selezione naturale.

Orca

Pangolino

Figura 1.6C


Il metodo scientifico

1.7 Gli scienziati utilizzano due tipi di processi investigativi per studiare la natura: il metodo sperimentale e il metodo deduttivo

• La scienza:

– è un mezzo per giungere a delle «conoscenze»;

– ricerca le cause dei fenomeni naturali.

• Queste conoscenze possono essere acquisite principalmente in due modi: con il metodo sperimentale e con il metodo ipotetico deduttivo.


Il metodo sperimentale

• Nel metodo sperimentale (definito anche metodo descrittivo) gli scienziati descrivono alcuni aspetti del mondo e usano il ragionamento induttivo (un processo logico basato su un gran numero di osservazioni specifiche) per trarre conclusioni generali.

• Le osservazioni sperimentali e le conclusioni induttive sono fondamentali per comprendere la natura.


Il metodo ipotetico deduttivo

• Nel metodo ipotetico deduttivo i ricercatori tentano di spiegare le osservazioni verificando delle ipotesi.

• Le osservazioni sperimentali stimolano i ricercatori a porsi domande e a cercare spiegazioni circa le strutture e i fenomeni; tali indagini devono essere condotte seguendo un processo investigativo chiamato metodo scientifico.

• Il modo di procedere che si basa sul metodo scientifico è chiamato ragionamento ipotetico deduttivo, o scienza delle ipotesi guidate.

• La logica deduttiva è usata per verificare le ipotesi (cioè i tentativi di spiegazione).


1.8 Utilizzando il metodo scientifico si propongono e si verificano ipotesi di ricerca

Le tappe che caratterizzano il metodo scientifico:

Figura 1.8A


Caso A

Il metodo scientifico applicato a una situazione pratica:

• Osservazione: La mia torcia non funziona.

• Domanda: Cosa non va nella mia torcia?

• Ipotesi: Le batterie sono scariche.

• Previsione: Se l’ipotesi fosse corretta, …

• Azione: … e sostituissi le batterie usate con pile nuove, …

• Verifica del risultato: … allora la torcia dovrebbe funzionare correttamente.


Caso B

• Negli esperimenti controllati un gruppo sperimentale viene messo a confronto con un gruppo di controllo.

• Il metodo ipotetico deduttivo è indispensabile per analizzare i risultati di questo genere di esperimenti.

Figure 1.8B-D

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