Scopriamo la biologia - Seconda Edizione PDF

Copia riservata all'insegnante [email protected] Jay Phelan, Maria Cristina Pignocchino Scopriamo la biologia - seconda edizione Copia riservata all'insegnante [email protected] Capitolo 1 Siamo esseri viventi Copia riservata all'insegnante elisa.rossetti88...

Copia riservata all'insegnante [email protected] Jay Phelan, Maria Cristina Pignocchino Scopriamo la biologia - seconda edizione Copia riservata all'insegnante [email protected] Capitolo 1 Siamo esseri viventi Copia riservata all'insegnante [email protected] 1. Le caratteristiche dei viventi La scienza che studia la vita si chiama biologia. Tutti gli esseri viventi che popolano la Terra hanno alcune proprietà comuni. 1. Sono costituiti da unità funzionali chiamate cellule. 2. Sono capaci di estrarre energia e sostanze dall’ambiente, trasformarle e usarle per svolgere i propri processi vitali. 3. Si sviluppano e si riproducono grazie alle informazioni ereditarie di cui dispongono. 4. Rispondono agli stimoli provenienti dall’ambiente esterno, cercando di adattarsi alle situazioni in cui vengono a trovarsi. 5. Interagiscono tra loro e spesso si organizzano in comunità. 6. Derivano per evoluzione da un antenato comune. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 4 2. L’unità di base della vita è la cellula / 1 La cellula è la struttura più semplice in grado di svolgere tutte le funzioni vitali. Ogni cellula è costituta di molecole caratteristiche dette biomolecole, ioni e acqua. Le biomolecole svolgono reazioni chimiche molto complesse e partecipano alla costruzione di strutture interne altamente organizzate. La cellula inoltre interagisce con l’ambiente esterno, con cui scambia materia ed energia. A seconda del numero di cellule che li costituiscono, si hanno: organismi unicellulari, formati da una sola cellula; organismi pluricellulari, formati da molte cellule. Le cellule possono essere generate solo da cellule preesistenti. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 5 2. L’unità di base della vita è la cellula / 2 Le cellule hanno una struttura di base comune: sono avvolte dalla membrana plasmatica, un involucro sottile e deformabile che filtra le sostanze in ingresso e in uscita dalla cellula; il loro ambiente interno è costituito dal citoplasma, un materiale gelatinoso in cui avvengono i processi chimici che le mantengono in vita; contengono una o più molecole di DNA e strutture chiamate ribosomi dove avviene la sintesi delle proteine. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 6 3. Il genoma nelle cellule procariotiche ed eucariotiche / 1 Il DNA è una biomolecola indispensabile per la vita: contiene infatti le informazioni genetiche necessarie per lo sviluppo e la riproduzione che le cellule si tramandano da una generazione all’altra. Il DNA controlla la vita cellulare, ma non interviene direttamente nei processi biologici. Le informazioni contenute nel DNA, vengono prima trasferite ai ribosomi, che le decodificano e le usano per costruire le proteine, le biomolecole più importanti per la cellula. Un tratto di DNA che contiene le informazioni per produrre una specifica proteina si chiama gene. L’insieme delle molecole di DNA di una cellula costituisce il suo patrimonio genetico o genoma. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 7 3. Il genoma nelle cellule procariotiche ed eucariotiche / 2 Le cellule procariotiche sono piccole e semplici e il loro DNA è disperso nel citoplasma sotto forma di molecole circolari. Nelle cellule eucariotiche (più grandi e con un’organizzazione più complessa) le molecole di DNA sono contenute in un compartimento specifico detto nucleo, delimitato da una doppia membrana. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 8 4. L’organizzazione degli organismi pluricellulari / 1 Gli organismi costituiti da cellule procariotiche sono chiamati procarioti e sono esclusivamente unicellulari. Gli organismi costituiti da cellule eucariotiche sono detti eucarioti e possono essere unicellulari o pluricellulari. Le cellule degli organismi pluricellulari non sono tutte uguali ma sono specializzate, cioè hanno forme e compiti diversi. Nel corpo umano, per esempio, troviamo circa 210 tipi di cellule, ognuno dei quali è capace di svolgere una specifica funzione. Le cellule specializzate degli organismi pluricellulari dipendono l’una dall’altra e devono comunicare continuamente tra loro per sopravvivere e per integrare in modo efficiente le rispettive funzioni. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 9 4. L’organizzazione degli organismi pluricellulari / 2 Nella maggior parte degli organismi pluricellulari, oltre alla specializzazione, esiste un’organizzazione gerarchica: le cellule formano i tessuti, i tessuti costituiscono gli organi e gli organi fanno parte dei sistemi e degli apparati. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 10 5. Gli organismi autotrofi ed eterotrofi / 1 Tutti gli esseri viventi ricavano energia e materie prime da biomolecole chiamate nutrienti. Non tutti gli esseri viventi, però, si procurano i nutrienti allo stesso modo. Gli organismi autotrofi utilizzano la luce solare o altre fonti esterne di energia per convertire in nutrienti alcune molecole semplici che trovano nell’ambiente, come il diossido di carbonio e l’acqua. Se la fonte di energia utilizzata è la luce solare, il processo con cui vengono prodotti i nutrienti è indicato come fotosintesi. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 11 5. Gli organismi autotrofi ed eterotrofi / 2 Gli organismi eterotrofi non sono in grado di produrre autonomamente i nutrienti di cui hanno bisogno, perché le loro cellule non contengono le strutture e le molecole necessarie. Essi quindi hanno bisogno di nutrirsi, cioè di prelevare i nutrienti da altri organismi o dall’ambiente. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 12 6. La riproduzione: una proprietà unica della vita / 1 Per lungo tempo, nel passato, si è pensato che la vita, almeno nelle sue forme più semplici, potesse generarsi a partire da materiali privi di vita, secondo il processo chiamato generazione spontanea. Oggi invece sappiamo che ogni essere vivente può essere generato solo da un altro essere vivente, come afferma la teoria della biogenesi. Date le condizioni presenti oggi sul pianeta Terra, una cellula può avere origine solo da un’altra cellula e nuovi organismi nascono solo mediante il processo della riproduzione. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 13 6. La riproduzione: una proprietà unica della vita / 2 Gli esseri viventi si riproducono in due modi diversi: per via asessuata o per via sessuata. Nella riproduzione asessuata, tipica della maggior parte degli organismi unicellulari e di alcuni pluricellulari, un unico genitore genera figli identici geneticamente a se stesso. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 14 6. La riproduzione: una proprietà unica della vita / 3 Nel caso della riproduzione sessuata, invece, i figli si sviluppano a partire da una cellula, detta zigote, che deriva dalla fecondazione cioè dalla fusione di due cellule riproduttive dette gameti. La maggior parte di animali e piante svolge la riproduzione sessuata, ma ci sono specie che occasionalmente possono alternare i due modelli riproduttivi descritti. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 15 7. Gli organismi sono raggruppati in tre domini / 1 Una specie biologica è un insieme di organismi che possono riprodursi tra loro in condizioni naturali, generando una prole fertile. Le specie viventi vengono suddivise in tre gruppi, detti domìni: archei batteri eucarioti. I domini dei batteri e degli archei comprendono solo organismi unicellulari procarioti. Il dominio degli eucarioti comprende organismi unicellulari e pluricellulari e viene suddiviso in quattro regni: piante animali funghi protisti. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 16 7. Gli organismi sono raggruppati in tre domini / 2 Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 17 8. L’evoluzione: tutte le specie sono imparentate / 1 Per lungo tempo si è ritenuto che le specie fossero immutabili. Nel 1859 il naturalista britannico Charles Darwin rivoluzionò questa visione del mondo biologico con un saggio intitolato L’origine delle specie, in cui documentò in modo accurato il fatto che le specie nel tempo possono cambiare e anche dare origine a nuove specie. La teoria di Darwin oggi è considerata un fatto scientifico, identificato con un termine noto a tutti: si definisce evoluzione il cambiamento delle specie nel tempo. Negli ultimi 150 anni, la teoria di Darwin è stata integrata e in parte modificata grazie alle scoperte sui geni e sul DNA, che hanno permesso di comprendere meglio le cause e le modalità con cui l’evoluzione si realizza, ma non hanno messo in discussione la solidità della teoria. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 18 8. L’evoluzione: tutte le specie sono imparentate / 2 Nel saggio di Darwin sono presenti due tesi principali. L’evoluzione è una discendenza con modificazioni. Tutte le specie attualmente viventi discendono da un antenato comune, da cui si sono differenziate per graduali cambiamenti avvenuti generazione dopo generazione. L’evoluzione avviene per selezione naturale. I singoli individui di una popolazione non sono tra loro identici e l’ambiente seleziona quelli dotati degli adattamenti che li rendono più idonei a sopravvivere e riprodursi. Solo gli organismi adattati al loro ambiente possono trasmettere alla discendenza le loro caratteristiche. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 19 9. Nessun organismo vive solo: gli ecosistemi / 1 La teoria dell’evoluzione per selezione naturale porta in evidenza un’altra caratteristica della vita sulla Terra: gli organismi interagiscono tra loro e con l’ambiente circostante. I membri di una specie che vivono nella stessa regione geografica fanno parte della medesima popolazione. Anche le popolazioni, come gli individui, non sono sistemi isolati ed entrano in relazione con le popolazioni di altre specie che coabitano nel medesimo territorio. Si forma così una comunità. Le interazioni tra una comunità e l’ambiente in cui vive determinano la formazione di un ecosistema. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 20 9. Nessun organismo vive solo: gli ecosistemi / 2 Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 21 9. Nessun organismo vive solo: gli ecosistemi / 3 In ogni ecosistema si riconoscono due componenti: una componente biotica, costituita dalla comunità di tutti gli organismi che abitano un dato territorio; una componente abiotica, che comprende tutte le caratteristiche chimiche, fisiche e geografiche del territorio. Poiché gli esseri viventi hanno bisogno di materie prime ed energia (che si procurano in modo differente a seconda della specie) l’equilibrio di un ecosistema si basa in primo luogo sulle relazioni trofiche – cioè alimentari – che si instaurano nella comunità. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 22 9. Nessun organismo vive solo: gli ecosistemi / 4 In ogni ecosistema si riconoscono diversi livelli trofici. Avremo quindi: i produttori primari cioè gli organismi autotrofi à es. le piante; (tutti gli eterotrofi, invece, sono consumatori) i consumatori primari à gli erbivori; i consumatori secondari à i carnivori che si nutrono di erbivori ecc). Al termine di questa catena di passaggi (catena alimentare) troviamo: gli organismi decompositori à i funghi e batteri che digeriscono il cibo all’esterno del corpo, assorbono le sostanze nutritive di cui hanno bisogno e cedono tutto il resto all’ambiente; i detritivori à gli animali e gli organismi unicellulari che si nutrono di resti di altri esseri viventi morti e ne eliminano i residui dopo averli decomposti. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 23 10. Le nicchie ecologiche e la competizione / 1 L’ambiente abiotico in cui vive una specifica comunità è uno spazio fisico detto habitat. Ogni habitat ha precise caratteristiche che possono essere idonee per poche o tante specie. In un dato habitat convivono popolazioni che hanno esigenze diverse non solo dal punto di vista alimentare, ma anche per quanto riguarda la riproduzione e tutte le altre funzioni vitali. Ogni specie può sopravvivere solo in una certa nicchia ecologica, cioè in determinate «condizioni ecologiche». Due specie possono avere lo stesso habitat ma nicchie diverse. à Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 24 10. Le nicchie ecologiche e la competizione / 2 Quando due specie occupano la stessa nicchia, entrano in competizione. Questo accade, in particolare, quando l’equilibrio naturale di un ecosistema viene turbato dall’introduzione in un habitat di una specie alloctona, cioè una specie che ha una provenienza diversa. Le specie alloctone che causano la riduzione drastica o l’eliminazione dall’habitat delle specie locali sono dette specie invasive. Lo scoiattolo grigio americano (A) occupa la stessa nicchia di quello rosso europeo (B) e lo sta soppiantando: è una specie alloctona invasiva. à Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 25 11. La simbiosi e l’endosimbiosi / 1 Le interazioni tra specie diverse che fanno parte della medesima comunità a volte si realizzano con un meccanismo detto simbiosi: un’associazione stretta e stabile tra due organismi, detti simbionti, appartenenti a specie diverse. Talvolta ciò è necessario per la sopravvivenza dei due simbionti (simbiosi obbligata), talvolta i due organismi possono vivere anche separati (simbiosi facoltativa). Spesso la simbiosi coinvolge organismi di dimensioni molto diverse: in questo caso l’organismo più grande è detto ospite e il termine simbionte identifica solo quello più piccolo, che può vivere sulla superficie (ectosimbiosi) o all’interno del corpo dell’ospite (endosimbiosi). Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 26  11. La simbiosi e l’endosimbiosi / 2 A seconda del tipo di relazione che si instaura, si identificano diverse modalità di simbiosi: parassitismo à uno solo dei due organismi trae vantaggio dall’altro, che viene invece danneggiato; mutualismo à entrambi traggono benefici dalla vita in comune; commensalismo à c’è un vantaggio per uno dei due simbionti, mentre l’altro non ha né benefici né danni. Parassitismo é Mutualismo é Commensalismo é Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 27 12. I virus: parassiti non cellulari / 1 Esistono agenti patogeni più piccoli dei batteri, ma più grandi di tutte le molecole tossiche note. Sono i virus, entità che nella classificazione degli organismi, non sono incluse in alcuna categoria perché non sono costituite di cellule: per questo sarebbe più corretto chiamarle «particelle virali». Una particella virale è un’entità costituita di proteine e acidi nucleici, ma priva di organizzazione cellulare, che può svolgere attività vitali e riprodursi solo all’interno di una cellula ospite. È quindi un endoparassita cellulare obbligato. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 28 12. I virus: parassiti non cellulari / 2 Quando si trova fuori dalla cellula ospite, la particella virale è denominata virione, mentre il termine virus viene utilizzato in biologia per indicare la forma presente in una cellula, capace di riprodursi. I virioni non sono vivi in quanto da soli non sono in grado di procurarsi energia e non ne consumano, non si muovono, non crescono, non si riproducono. Si trasformano quando aderiscono a una cellula: l’acido nucleico virale penetra nell’ospite e si replica generando nuove particelle virali. In pratica, il virus prende il controllo delle attività cellulari e utilizza materiali e strutture della cellula ospite per riprodursi. I virus sono altamente specifici: ognuno può infettare un solo tipo o pochi tipi di cellule, che riconosce nel momento in cui aderisce alla loro membrana. Copia riservata all'insegnante [email protected] Phelan, Pignocchino, Scopriamo la biologia © Zanichelli editore 2022 29