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La vitasulla Terra

capitolo

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| CAPITOLO 1 | LA VITA SULLA TERRA | | ° ° ° ° ° ° ° | ° ° ° | ° ° | ° ° |

L’unitarietàdella vita

La varietàe la complessità

della biosfera

Le basichimichedella vita

Esercizi eScience in

English

1 Che cos’è la vita?

Abbiamo studiato la Terra considerando le caratteristiche di litosfera, atmosfera eidrosfera; in questo volume ci occuperemo in particolare della biosfera, la partedella Terra in cui si trovano tutte le forme di vita. Per quanto sappiamo, solo la Terraospita la vita, ma gli astronomi stanno indagando l’Universo vicino e lontano percapire se in altri luoghi ci siano esseri viventi o se sussistano le condizioni perchépossano svilupparsi e sopravvivere.

Figura 1.1 Le caratteristiche della vita

Nonostante la varietà che può assumere la vitasulla Terra, tutti gli esseri viventi condividonoalcune caratteristiche comuni.

Le cellule sonovisibili come piccole«cellette» in questasezione trasversaledi un ramo di cotone.

Gli organismi si riproduconoe generano individui similio, in alcuni casi, identici a sestessi.

Il colore bianco dellapelliccia della volpeartica aiuta a proteggerladai predatori.

Questo scoiattoloassorbe energianutrendosi delle sostanzecontenute in una nocciola.

1L’unitarietà della vita

Lezione

Da un fungo alla sequoia gigante, dalla pulce all’elefante,tutti gli esseri viventi sono formati da cellule,le unità di base della vita sulla Terra.

A

C

B

E

La ricerca della vita nello spazio ha costretto i biologi ad affrontare una questio-ne fondamentale: quali sono le caratteristiche essenziali della vita sulla Terra? Larisposta a questo interrogativo è tutt’altro che semplice non solo per lo studente,ma anche per gli scienziati. Tuttavia, se partiamo dall’osservazione dei viventi chepopolano il nostro pianeta, possiamo notare alcuni attributi comuni (figura 1.1):• sono costituiti da unità funzionali chiamate cellule (figura 1.1A);• prelevano nutrienti ed energia dall’ambiente per costruire molecole e svolgere

processi chimici diversi da quelli tipici del mondo inanimato (figura 1.1B);• si sviluppano e si riproducono grazie alle informazioni ereditarie di cui

dispongono (figura 1.1C);• regolano l’ambiente interno e rispondono agli stimoli provenienti

dall’ambiente esterno, cercando di adattarsi alle situazioni in cui vengono atrovarsi (figura 1.1D-E);

• interagiscono tra loro e spesso si organizzano in comunità;• derivano per evoluzione da un antenato comune.

In questo capitolo introduttivo daremo una visione d’insieme di queste proprietàche tratteremo poi in modo analitico nel resto del libro.

Ricorda Gli esseri viventi sono sistemi organizzati, capaci di svilupparsiautonomamente e di riprodursi; interagiscono con l’ambiente e gli altri organismi,e derivano per evoluzione da un antenato comune.

I viventi rispondonoagli stimoli come fauna pianta carnivoraquando un insetto siavvicina alle sue foglie.

D

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2 L’unità di base della vita è la cellula

Ogni organismo, che si tratti di una creatura minuscola come una pulce o enormecome un elefante o una sequoia gigante, può essere suddiviso in unità più piccole,più facili da studiare e comprendere (figura 1.2). L’unità di base di tutti gli organismiè la cellula, che è la struttura più semplice in grado di funzionare in modo autono-mo e di svolgere tutte le funzioni vitali, compresa la capacità di riprodursi. Esistono,tuttavia, anche organismi piccolissimi e talmente semplici da essere costituiti daun’unica cellula: gli organismi unicellulari.

Nella maggior parte dei casi, le cellule sono molto piccole e non si possono os-servare a occhio nudo. Le prime osservazioni si devono allo scienziato inglese Ro-bert Hooke (1635-1703), il quale, utilizzando i primi modelli di microscopio, notòche una sottile fettina di sughero era costituita da una moltitudine di cellette. Eglichiamò tali compartimenti cellulae, termine latino che significa «piccole camere».In seguito al perfezionamento dei microscopi, i biologi ebbero modo di appurareche anche gli animali, come i vegetali, sono fatti di cellule. Gli studi successivi per-misero di scoprire che qualsiasi cellula è generata dalla divisione di un’altra cellula.

Ognuno di noi, per esempio, è formato da qualcosa come novantamila miliardi dicellule, ma tutte derivano da un’unica cellula: l’oocita fecondato, prodotto dall’u-nione di una cellula uovo di nostra madre con una cellula spermatica di nostro pa-dre. Oggi sappiamo che le cellule possono avere dimensioni e forme molto varie(figura 1.3). Benché le cellule siano di solito troppo piccole per essere viste a occhionudo, ci sono delle eccezioni significative, come le uova che compriamo al super-mercato: ciascun uovo (se non è stato fecondato) è una cellula.Quanto osservato ha validità generale ed è alla base della teoria cellulare secondo laquale:• tutti gli organismi viventi sono costituiti da una o più cellule;• alcuni organismi sono unicellulari, cioè formati da una sola cellula, mentre

altri sono pluricellulari;• tutte le cellule provengono da cellule preesistenti.

Ricorda L’unità di base di tutti gli organismi viventi è la cellula, la struttura piùsemplice in grado di svolgere in modo autonomo tutte le funzioni vitali, compresala capacità di riprodursi. Tutti gli organismi viventi sono costituiti da una o piùcellule e tutte le cellule provengono da cellule preesistenti.

Figura 1.3 Le dimensioni delle

cellule Le cellule possonoavere forme e dimensionimolto varie: in genere sonotroppo piccole per essere vistea occhio nudo, ma esistonoimportanti eccezioni.

Ogni uovo non fecondato èuna cellula: l’uovo di gallina èun esempio ben visibile aocchio nudo come anchel’uovo di struzzo, che pesaall’incirca 1,5 kg, erappresenta la cellula piùgrande del mondo animale.

La maggior parte delle cellule èmolto più piccola di un uovo.Sulla nostra lingua sono presentimiliardi di batteri: una quantitàtanto elevata riesce a stare inuno spazio così ristretto proprioperché le cellule (non solo ibatteri) sono minuscole.

Figura 1.2 La cellula è l’unità di base di tutti i

viventi Piccoli mirtilli di bosco (A) o un elefantedella savana (B): minuscoli o giganteschi chesiano, tutti gli organismi sono formati da cellule.

A

A

B

B

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della biosfera



English

3 Tutte le cellule hanno un’organizzazione simile

Le cellule hanno una struttura molto complessa, organizzata secondo un modellodi base comune (figura 1.4):• sono avvolte dalla membrana plasmatica, un involucro sottile e deformabile

che filtra le sostanze in ingresso e in uscita dalla cellula;• l’ambiente interno è costituito da un materiale gelatinoso, chiamato

citoplasma, composto di acqua, molecole di vario genere e ioni, dentro alquale avvengono i processi chimici che garantiscono la sopravvivenza e lacrescita;

• contengono una o più molecole di DNA e i ribosomi.

Il DNA è essenziale per la vita, in quanto contiene le informazioni genetiche ere-ditarie, cioè tutte le informazioni necessarie per lo sviluppo e la riproduzione cel-lulare. Se il DNA viene distrutto, la cellula perde sia la possibilità di accrescersi e diriparare strutture danneggiate, sia la capacità di riprodursi. A questo proposito èimportante notare che il DNA è l’unica molecola che può essere duplicata: quandole cellule si riproducono, vengono prodotte nuove copie del DNA, in modo che cia-scuna delle cellule figlie riceva le informazioni necessarie per vivere.

Il DNA controlla la vita cellulare, ma non interviene direttamente nei processibiologici. Le informazioni che contiene vengono trasferite ai ribosomi, piccoli cor-puscoli cellulari. Qui vengono sintetizzate le proteine, molecole molto complesseche «eseguono gli ordini» del DNA, costruendo le strutture cellulari e regolando lereazioni chimiche all’interno della cellula.

Ogni organismo ha un proprio patrimonio genetico, che può essere costituito dauna o più molecole di DNA di lunghezza variabile (figura 1.5), chiamate cromosomi.Le cellule umane, per esempio, contengono 46 cromosomi.

Le differenze tra un organismo e l’altro dipendono non solo dalla lunghezza e dalnumero delle molecole di DNA, ma soprattutto dal tipo di geni presenti. Con il ter-mine gene i biologi identificano un tratto di DNA che contiene le informazioni perprodurre una specifica proteina. In base ai geni presenti nel suo DNA, ogni organi-smo produce le proprie proteine.

Ricorda Tutte le cellule hanno una membrana plasmatica, il citoplasma, DNAe ribosomi. Il DNA contiene le informazioni per costruire le proteine e si duplicaquando la cellula genera altre cellule. Le molecole di DNA sono il patrimoniogenetico della cellula; un gene è un tratto di DNA che codifica una proteina.

Figura 1.4 La struttura generale di una cellula Le cellule hannouna struttura molto complessa, ma tutte si rifanno a un modellocomune, caratterizzato dalla presenza di una membranaplasmatica esterna e di un citoplasma. All’interno della cellula èpresente il DNA, custode delle informazioni genetiche ereditarie.

Figura 1.5 DNA e

informazione genetica Ognicellula contiene una o piùmolecole di DNA, chiamatecromosomi. Il DNA può essereduplicato e rappresenta ilpatrimonio genetico dellacellula.

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RibosomiMembranaplasmatica

DNA Citoplasma


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4 Le cellule possono essere procariotiche oeucariotiche

Il patrimonio genetico può essere distribuito in diversi modi nelle cellule. Da que-sto punto di vista possiamo dividere le cellule in due categorie: cellule procarioti-che e cellule eucariotiche (figura 1.6).• Le cellule procariotiche (dal greco «davanti, prima di» e «nucleo») sono

piccole, semplici e contengono una o più molecole di DNA disperse nelcitoplasma. Gli organismi costituiti da cellule procariotiche sono chiamatiprocarioti e sono esclusivamente unicellulari.

• Le cellule eucariotiche (dal greco «buono, vero» e «nucleo») sono dotate diuna struttura di controllo centrale detta nucleo, dove sono contenute lemolecole di DNA. Nel citoplasma di queste cellule sono inoltre presentinumerosi organuli. Gli organuli sono scomparti delimitati da membrane similia quella plasmatica e ciascuno di essi svolge una funzione particolare alservizio della cellula. Il nucleo stesso è un organulo.

Gli organismi costituiti da cellule eucariotiche sono detti eucarioti e possono essereunicellulari o pluricellulari.

Ricorda Le cellule procariotiche sono semplici e piccole, il DNA si trova nelcitoplasma; le cellule eucariotiche sono più grandi, hanno un nucleo contenentele molecole di DNA e nel citoplasma presentano molti organuli delimitati damembrane.

5 Negli organismi pluricellulari l’organizzazione ègerarchica

La pluricellularità è una condizione vantaggiosa per gli organismi viventi, perchérende possibile la suddivisione del lavoro e la specializzazione a livello cellulare.Non è più necessario che ogni cellula svolga tutti i processi fisiologici (come gene-rare il movimento, rendere innocue le sostanze chimiche nocive, digerire i nutrien-ti, percepire e reagire ai cambiamenti ambientali): le cellule possono specializzarsie organizzarsi in gruppi per compiere in modo più efficace una sola funzione vitale.La specializzazione implica un differenziamento nella forma e nei compiti dellecellule presenti in un essere vivente: nel corpo umano, per esempio, troviamo circa210 tipi di cellule. Ovviamente le tipologie possono essere diverse da specie a spe-cie, per numero e caratteristiche (figura 1.7).

Figura 1.6 Procarioti ed

eucarioti a confronto A secondadella localizzazione del DNA, èpossibile suddividere le cellule indue grandi gruppi: le celluleprocariotiche (A) hanno il DNAdisperso nel citoplasma, mentrenelle cellule eucariotiche (B) ilpatrimonio genetico è racchiusodentro al nucleo.

Figura 1.7 Specializzazione delle cellule Negliesseri umani si contano fino a 210 tipi di cellule,diverse per aspetto e funzione.

Le cellule che rivestonol’interno della tracheahanno numerose ciglia,il cui movimento aiutaa rimuovere muco eimpurità, mantenendopulite le vie aeree.

Le celluleprocariotiche, comequesti batteriEscherichia coli, sonosprovviste di nucleo.

Una cellula umana:come in tutte lecellule eucariotiche, ilDNA è contenutoall’interno del nucleo.

Nel sangue i globuli rossisono specializzati neltrasporto dell’ossigeno e iglobuli bianchi nella difesadell’organismo.

I neuroni del sistemanervoso hannoprolungamenti utilialla comunicazionefra le cellule.

A

A B

C

B

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della biosfera



English

Negli organismi pluricellulari, ciascun tipo di cellula compie quindi un servizioutile all’intero organismo, ma non è più in grado di svolgere da sola tutte le funzionivitali, come avviene invece negli organismi unicellulari. Per esempio, le cellule mu-scolari garantiscono il movimento, ma non possono compiere altre funzioni specia-lizzate, come digerire il cibo o trasmettere gli impulsi nervosi. Per questo motivo, lecellule specializzate degli organismi pluricellulari dipendono l’una dall’altra e de-vono comunicare continuamente tra loro per sopravvivere e per integrare in modoefficiente le rispettive funzioni.

Nella maggior parte degli organismi pluricellulari, oltre alla specializzazione, c’èun’organizzazione gerarchica: le cellule formano i tessuti, i tessuti costituiscono gliorgani e gli organi fanno parte degli apparati.

I tessuti sono costituiti da gruppi di cellule che hanno struttura simile e agisconoin modo congiunto per svolgere specifiche funzioni. L’organizzazione delle cellulein tessuti rende più efficace la loro azione: per esempio, una sola cellula muscolarenon è in grado di muovere un arto, mentre il tessuto muscolare ha forza sufficienteper farlo.

In gran parte degli organismi pluricellulari i tessuti vengono utilizzati per costru-ire gli organi. Un organo è in genere composto da vari tessuti di tipo diverso checooperano per svolgere una funzione più complessa. Il cuore, il fegato, i reni e ilcervello sono esempi di organi presenti nel corpo umano. Gli organi a loro voltasono organizzati in apparati: un apparato realizza una o poche funzioni generalie comprende diversi organi che lavorano insieme, svolgendo compiti specifici, macollegati tra loro. Quello digerente, per esempio, è un apparato che comprende labocca, l’esofago, lo stomaco, il pancreas, il fegato e l’intestino (figura 1.8).

Ricorda Negli organismi pluricellulari le cellule sono specializzate (hanno formee compiti differenti) e organizzate gerarchicamente in tessuti, organi, apparati.

Figura 1.8 Organizzazione gerarchica

dell’apparato digerente In molti organismipluricellulari esiste una precisa organizzazionegerarchica che permette lo svolgimento di tuttele funzioni necessarie: le cellule vengonoraggruppate in tessuti, i tessuti in organi e gliorgani in apparati.

Il digerente è un apparatomolto complesso: oltre alfegato ne fanno parte moltialtri organi, tra cui la bocca,l’esofago, lo stomaco, ilpancreas e l’intestino.

La cellula epaticaè l’unitàfondamentale deltessuto epatico. L’insieme di più

cellule epatichecostituisce iltessuto epatico.

Il tessuto epatico,insieme ad altrecomponenti quali vasisanguigni e dotti biliari,forma il fegato, unodegli organidell’apparato digerente.

A

B

C

D

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6 Gli organismi interagiscono con l’ambiente

Sia i procarioti sia gli eucarioti, a prescindere dalla complessità e dalle dimensioni,hanno bisogno di materie prime per produrre le biomolecole di cui sono costituitie di energia per compiere funzioni vitali come il movimento, la riproduzione e losviluppo. Tutti ricavano energia e materie prime da particolari molecole, chiamatenutrienti, che hanno un alto contenuto di energia potenziale chimica. Per esem-pio, sono nutrienti i carboidrati e i grassi.

In che modo gli esseri viventi si procurano queste sostanze?• Gli organismi autotrofi utilizzano la luce solare o altre fonti esterne di energia

per convertire in nutrienti le molecole semplici che trovano nell’ambiente,come il diossido di carbonio e l’acqua. Se l’energia utilizzata è quella solare, ilprocesso di produzione dei nutrienti viene chiamato fotosintesi (figura 1.9A).

• Gli organismi eterotrofi non sono in grado di produrre autonomamente inutrienti di cui hanno bisogno, perché le loro cellule non contengono lestrutture e le molecole necessarie. Essi quindi hanno bisogno di nutrirsi, cioè diprelevare i nutrienti da altri organismi o dall’ambiente (figura 1.9B).

Figura 1.9 Organismi autotrofi

ed eterotrofi Gli organismiviventi si procurano energia inmodi diversi.

Alcuni tipi dibatteri, le alghe ele piante sonoautotrofifotosintetici.

Gli organismi eterotrofiricavano energia nutrendosidi altri organismi o disostanze presentinell’ambiente.

A

B

Autotrofi ed eterotrofi, pur utilizzando strategie diverse, hanno una caratteristicain comune: non possono vivere senza interagire con l’ambiente circostante. Ancheuna pianta che svolge la fotosintesi ha bisogno dei sali e dell’acqua che estrae dalterreno, della luce e dell’aria. Inoltre, tutti gli organismi, oltre a prelevare materieprime, scartano all’esterno le sostanze inutili o dannose prodotte durante il lavorocellulare.

Dal punto di vista fisico, quindi, gli esseri viventi sono sistemi aperti dotati di unaproprietà particolare: hanno la capacità di selezionare ciò che introducono e ciò cheespellono, in modo da mantenere costanti le loro condizioni interne.

Ricorda Gli organismi hanno bisogno di nutrienti come fonte di energia e dimaterie prime. Gli autotrofi producono i propri nutrienti partendo da molecolesemplici, gli eterotrofi prendono i nutrienti di cui hanno bisogno dall’ambiente oda altri organismi.

Sistema aperto È un sistema che scambia materia edenergia con l’ambiente circostante, a differenza del sistemachiuso (come il pianeta Terra) che scambia solo energia conl’ambiente; un sistema è invece isolato se non scambia néenergia né materia con l’ambiente.

Glossario

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della biosfera



English

7 La generazione della vita non è spontanea

La caratteristica più evidente e nota della vita è la capacità di riprodursi. Quandoparliamo della riproduzione spesso dimentichiamo un dato fondamentale che deri-va dalla teoria cellulare enunciata nel paragrafo 2: qualunque organismo presentesulla Terra, sia unicellulare sia pluricellulare, è stato generato da un altro organi-smo. Le cellule infatti non si possono generare spontaneamente dalla materia ina-nimata. Neppure il DNA da solo è in grado di produrre una cellula, perché non puòagire o duplicarsi spontaneamente al di fuori dell’ambiente cellulare.

Per lungo tempo, nel passato, si è pensato che fosse possibile la generazionespontanea della vita, almeno nelle sue forme più semplici: si riteneva, per esempio,che muffe e larve (quindi organismi) si formassero spontaneamente nei cibi dete-riorati. Gli esperimenti compiuti da Francesco Redi nel Seicento, poi confermati echiariti da Louis Pasteur nell’Ottocento, dimostrarono in modo inequivocabile chela generazione spontanea nelle condizioni attuali della Terra non è possibile: ogniessere vivente viene generato solo da un altro essere vivente. C’è quindi una lunga«catena» che collega le forme di vita attuali a quelle precedenti grazie alla ripro-

duzione. I biologi ritengono che la generazione spontanea sia avvenuta solo all’ini-zio della storia della vita, quando si sono formate le prime cellule. In quel periodo,tuttavia, le condizioni chimico-fisiche del pianeta erano radicalmente diverse daquelle attuali. Oggi i nuovi organismi nascono solo mediante il processo della ri-produzione.

Gli esseri viventi si possono riprodurre in due modi diversi (figura 1.10). Molti or-ganismi unicellulari e pluricellulari utilizzano la riproduzione asessuata, in cui ununico genitore genera figli identici a sé stesso. Altri invece, tra cui la maggior partedegli animali e delle piante, utilizzano la riproduzione sessuata, dove i figli sonogenerati dalla fusione di due cellule riproduttive durante il processo della feconda-zione.

Ricorda Gli organismi nascono solo da altri organismi: ciò può avvenire perriproduzione asessuata (un solo genitore genera un figlio identico a sé stesso)o sessuata (i figli sono generati dall’unione di due cellule riproduttive nellafecondazione).

Figura 1.10 La riproduzione

asessuata e sessuata Gliorganismi viventi si possonoriprodurre in due modi diversi.

Molti organismiunicellulari, come ilbatterio Staphylococcus

aureus, utilizzano lariproduzione asessuataper generare figliidentici a sé stessi.

Gli animali sono tra gliorganismi che ricorronoalla riproduzionesessuata e i figlivengono generatidall’unione di duecellule provenienti dagenitori diversi: unospermatozoo (inazzurro) e una cellulauovo (in giallo).

A B

1. Scegli il completamento corretto.Tutti gli organismi viventi chepopolano il nostro pianeta

a sono costituiti da unità funzionalichiamate tessuti.

b derivano per evoluzione da una piantaancestrale.

c prelevano nutrienti ed energiadall’ambiente esterno.

d possono originarsi per generazionespontanea.

2. Completa il brano.

Secondo la teoria cellulare, tutti gli

organismi viventi sono costituiti da

una o più . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ; alcuni

organismi sono unicellulari mentre

altri sono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ; tutte

le cellule provengono da cellule

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Scegli la risposta esatta.Quali strutture sono presenti in tuttele cellule?

a Membrana plasmatica, citoplasma,DNA e ribosomi.

b Membrana plasmatica, citoplasma,DNA e vacuoli.

c Membrana plasmatica, citoplasma,nucleo e ribosomi.

d Parete cellulare, citoplasma, DNA eribosomi.

Verifica la lezione

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8 Dall’individuo all’ecosistema

Come abbiamo visto, nella maggior parte degli esseri viventi le cellule sono orga-nizzate in modo gerarchico. Su scala più ampia, gli organismi stessi sono organizza-ti in più livelli: popolazioni, comunità ed ecosistemi.

Per comprendere che cos’è una popolazione dobbiamo introdurre il concetto dispecie biologica. Come vedremo più avanti, è possibile attribuire a questo teminediversi significati, ma per il momento utilizzeremo una definizione semplice, basa-ta su un criterio osservativo: una specie biologica è un insieme di organismi chepossono riprodursi tra loro in condizioni naturali, generando una prole fertile. Gliindividui che appartengono a una certa specie, inoltre, non sono in grado di ripro-dursi con organismi di altre specie.

Chiariamo due aspetti importanti del concetto di specie biologica. Innanzitutto,esso afferma che i membri di una specie si riproducono effettivamente tra loro opotrebbero potenzialmente farlo. Tale enfasi sta a indicare che due individui nonfanno necessariamente parte di due specie diverse per il semplice fatto di essere fisi-camente separati. Un esemplare di lupo grigio della Siberia difficilmente potrebberiprodursi con un lupo che vive nelle foreste del Canada, a causa della notevole di-stanza che li separa. Tuttavia, se portassimo i due lupi nello stesso luogo, essi avreb-bero la possibilità di accoppiarsi: per questo motivo, non li consideriamo isolati dalpunto di vista riproduttivo. In secondo luogo, la nostra definizione si riferisce a con-dizioni «naturali». È importante fare questa distinzione perché di tanto in tanto, incattività, capita che individui di specie diverse si riproducano tra di loro anche seciò, di norma, non accadrebbe natura; un esempio è dato dagli incroci tra leoni etigri o tra zebre e cavalli (figura 1.11).

I membri di una specie che vivono nella stessa regione geografica fanno parte del-la medesima popolazione (figura 1.12).

Figura 1.11 Incroci tra specie diverse Individuidi specie diverse possono accoppiarsi, ma la loroprole, spesso, non è fertile: incrocio tra un leonee una tigre (A) e tra un cavallo e una zebra (B).

A B

La varietà e la complessitàdella biosferaLa barriera corallina o l’intestino umano sono solo un esempiodella varietà di ecosistemi che gli organismi viventi possonoformare quando interagiscono nello stesso ambiente.

Lezione

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Individui: gliorganismi viventipresi singolarmente.

Comunità: popolazionidi diverse specie cheinteragiscono tra loroin un’area specifica.

Ecosistema:comprende tutti gliorganismi viventi e glielementi inanimatipresenti in undeterminato ambiente.

A Popolazione: un gruppodi individui che siriproducono tra loro.

B

C

D

Figura 1.12 Dagli individui

agli ecosistemi Organizzazionegerarchica all’interno di unecosistema.

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della biosfera



English

Il concetto di popolazione è importante tanto quanto quello di specie. Gli individuidi una popolazione interagiscono gli uni con gli altri in vari modi. Molti animali,pur appartenendo alla stessa specie, entrano in competizione per il cibo, oppurelottano per l’accoppiamento, in altri casi invece si stabiliscono rapporti di coope-razione e vita sociale. È il caso degli alveari e dei formicai, nei quali gli organismilavorano in modo coordinato per garantire la sopravvivenza della regina.

Anche le popolazioni, come gli individui, non sono sistemi isolati ed entrano inrelazione con le popolazioni di altre specie che coabitano nel medesimo territorio.Si forma così una comunità. Per esempio, la comunità della barriera corallina com-prende molte specie diverse, sia animali sia vegetali (figura 1.13).

Le interazioni tra una comunità e l’ambiente in cui vive determinano la formazio-ne di un ecosistema. Un ecosistema lacustre, per esempio, comprende sia il lagosia gli organismi che in esso vivono. Gli organismi di un ecosistema si influenza-no reciprocamente e le loro relazioni risentono dei cambiamenti ambientali. Essiinoltre agiscono attivamente sull’ambiente contribuendo a generare situazioni chepossono essere favorevoli o ostili per la loro stessa sopravvivenza.

Ricorda Una specie è un insieme di organismi che possono riprodursi consuccesso; gli individui di una specie che vivono in un territorio formano unapopolazione. Più popolazioni di specie diverse che abitano in un ambiente creanouna comunità. Le relazioni tra comunità e ambiente formano un ecosistema.

9 L’evoluzione: tutte le specie sono imparentate

Per lungo tempo i naturalisti hanno creduto che le specie fossero immutabili. Tutta-via, nel 1859, il naturalista britannico Charles Darwin (1809-1882) rivoluzionò questavisione del mondo biologico: nel suo libro L’origine delle specie, Darwin documentòla possibilità delle specie di mutare e originarne di nuove (figura 1.14). L’ipotesi diDarwin oggi è considerata come un dato di fatto scientifico, identificato con un ter-mine noto a tutti: si definisce evoluzione il cambiamento delle specie nel tempo.

L’idea che le caratteristiche di un gruppo di organismi si possano modificare neltempo era già stata proposta da alcuni biologi prima di Darwin; egli tuttavia fu ilprimo a proporre un meccanismo dell’evoluzione in grado di spiegare i fenomeniche si osservano nel mondo degli esseri viventi.

A questo proposito, nel saggio di Darwin sono presenti due tesi principali.1. Darwin definisce l’evoluzione una discendenza con modificazioni. Tutte le

specie attuali discendono da un antenato comune, da cui si sono differenziateper graduali cambiamenti avvenuti generazione dopo generazione. SecondoDarwin, l’accumularsi di questi piccoli mutamenti produce, in un tempo lungocome quello geologico, differenze radicali tra organismi che inizialmenteerano simili; ciò ha portato alla varietà delle forme di vita che osserviamo oggi.

2. L’evoluzione avviene per selezione naturale. I singoli individui di unapopolazione non sono tra loro identici e l’ambiente seleziona quelli dotati degliadattamenti che li rendono più idonei a sopravvivere e riprodursi. Solo gliorganismi adattati al loro ambiente possono quindi trasmettere alladiscendenza le loro caratteristiche, mentre quelle degli organismi che muoionoprima di riprodursi vengono perdute. In questo modo una popolazione simodifica nel tempo, cioè evolve grazie alla selezione delle caratteristiche piùvantaggiose per la sopravvivenza.

Figura 1.14 La nascita della teoria

dell’evoluzione Il naturalista inglese CharlesDarwin (A) e il frontespizio de L’origine delle specie

(B), dove Darwin formulò per la prima volta iconcetti di evoluzione e di selezione naturale.

Figura 1.13 La barriera corallina La comunità dibarriera accoglie pesci, molluschi, crostacei,anemoni, alghe e altre specie animali e vegetaliche coabitano nello stesso ambiente.

BA

9 108


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La teoria dell’evoluzione è sostenuta da un numero imponente di prove ed è fonda-mentale per spiegare la diversità degli organismi, così come l’unità della vita. Comestudieremo più avanti, questa teoria è stata integrata e in parte modificata nei secolisuccessivi (al tempo di Darwin non si conoscevano né i geni, né il DNA), permetten-do di comprendere meglio le cause e le modalità con cui l’evoluzione si realizza.

Ricorda L’evoluzione è il cambiamento delle specie nel tempo. Tutte le speciehanno un antenato comune da cui derivano per modificazioni successive. Laselezione naturale svolge un ruolo decisivo nell’evoluzione.

10 Gli organismi viventi sono raggruppatiin tre domini

Le specie viventi vengono suddivise in tre gruppi, detti domìni. Le specie che ap-partengono a un dominio derivano da un antenato comune e condividono alcunecaratteristiche strutturali e funzionali.

Gli organismi procarioti si dividono in batteri e archei (figura 1.15); gli altri organi-smi unicellulari e pluricellulari fanno parte degli eucarioti.

Il dominio dei batteri comprende una miriade di organismi unicellulari che han-no colonizzato quasi tutti i tipi di ambienti. Alcuni sono autotrofi, altri eterotrofi.Le prime forme di vita comparse sulla Terra erano batteri.

Il dominio degli archei comprende organismi che vivono in ambienti estremicome le sorgenti termali, le acque gelide dei poli o quelle molto salate. Gli archei as-somigliano ai batteri, ma hanno una più stretta parentela evolutiva con gli eucarioti.

Il dominio degli eucarioti viene suddiviso in quattro regni: le piante, gli animali,i funghi e i protisti.• Le piante sono organismi pluricellulari fotosintetici, sono ancorate al terreno e

prelevano le sostanze di cui hanno bisogno dal terreno e dall’aria.• Gli animali sono pluricellulari eterotrofi, si nutrono di altri organismi e si

muovono in almeno una fase del ciclo vitale.• I funghi comprendono forme unicellulari e pluricellulari, sono eterotrofi ma

non si muovono e si nutrono per assorbimento.• Il regno dei protisti è una sorta di calderone che include vari organismi eucarioti,

per lo più unicellulari e microscopici, che non rientrano negli altri regni.

Ricorda Gli esseri viventi possono essere raggruppati in tre domini: batteri,archei ed eucarioti. Batteri e archei sono organismi procarioti; gli eucarioticomprendono piante, animali, funghi e protisti.

Figura 1.15 I procarioti Il gruppo dei procarioticomprende organismi unicellulari suddivisi inbatteri e archei.

Methanococcoides

burtonii fa parte degliarchei: vive nel freddoinospitaledell’Antartide e utilizzail metano come fontedi energia.

Batteri Escherichia

coli, presentinell’intestino diuccelli e mammiferi,inclusi gli esseriumani.

A

B


Una . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . biologica

è un insieme di organismi che

possono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . in

condizioni naturali, generando prole

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2. Scegli la risposta esatta.Che cos’è una popolazione?

a Un insieme di organismi di speciediverse che vivono in un territorio.

b Un insieme di organismi che vivonoin aree diverse ma sono della stessaspecie.

c Un insieme di organismi della stessaspecie che vivono in una data regionegeografica.

d Un insieme di organismi chediscendono da un antenato comune.

3. Quali sono le tesi alla base della teoriadell’evoluzione?

Verifica la lezione

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della biosfera



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11 La specificità chimica della vita

Nei prossimi capitoli focalizzeremo la nostra attenzione su due grandi tematiche:1. la composizione, l’organizzazione e le funzioni basilari delle singole cellule;2. la stupefacente diversità della vita, nonostante la sua unitarietà di fondo.

Per iniziare questo percorso è necessario soffermarci su una questione che finoraabbiamo tralasciato. Quali sono le caratteristiche chimiche degli esseri viventi?

Consideriamo una singola cellula: tutte le strutture di cui è fatta, dalla membranaal citoplasma e agli organuli, sono costituite di molecole e ioni come qualunquealtro corpo materiale. Tuttavia, dal punto di vista chimico le cellule sono moltodiverse dai corpi inorganici.

Le cellule contengono e producono molecole particolari, chiamate biomolecole,tipiche solo degli esseri viventi; per esempio, sono biomolecole le proteine e il DNA(vedi capitolo 4). Esiste una grandissima varietà di biomolecole e una cellula ne con-tiene migliaia di tipi differenti, ma nessuna di queste è prodotta spontaneamentesulla Terra al di fuori della vita stessa.

Ciascuna biomolecola ha un compito specifico e insostituibile nell’organismoe viene prodotta in quantità controllate. Alcune biomolecole vengono utilizzateper costruire le strutture cellulari (come il colesterolo), altre servono per svolgere iprocessi chimici tipici della vita (come l’emoglobina); molte di esse interagisconoe cooperano tra di loro (figura 1.16). La cellula ha quindi un’identità chimica benprecisa e al suo interno avvengono continuamente numerose reazioni che, in basealle necessità generali dell’organismo, producono o demoliscono biomolecole, leorganizzano e le smistano.

Un aspetto straordinario della vita è il fatto che le biomolecole sono simili percomposizione e funzioni in tutti gli organismi, indipendentemente dal loro gradodi complessità. Inoltre, moltissime reazioni chimiche in cui sono coinvolte le bio-molecole si svolgono in modo simile sia nei procarioti più semplici, sia negli euca-rioti più complessi. Questa unitarietà chimica della vita oggi viene considerata comeuna prova a sostegno della teoria dell’evoluzione.

Un esempio riguarda la fermentazione lattica, una via metabolica attiva in alcunibatteri e nel tessuto muscolare (figura 1.17). I lattobacilli sono batteri che converto-no gli zuccheri in acido lattico, causando la fermentazione del latte; anche le cellulemuscolari possono convertire gli zuccheri in acido lattico con lo stesso processo.Negli animali, questa via metabolica è usata quando l’ossigeno è carente: è per que-sto che dopo uno sforzo intenso nei nostri muscoli si accumula acido lattico.

Ricorda Tutte le cellule sono costituite prevalentemente di biomolecole. Ognibiomolecola ha un compito specifico. Le biomolecole sono simili in tutti gliorganismi e, sulla Terra, sono tipiche solo della vita.

Le basi chimiche della vitaTutte le cellule contengono e producono le stessebiomolecole, costituite soprattutto da carbonio;anche l’acqua è una molecola fondamentale per la vita.

3

Lezione

Figura 1.17 La fermentazione lattica I lattobacillipresenti nello yogurt (A) e le cellule muscolari delnostro corpo (B) convertono gli zuccheri in acidolattico con lo stesso processo metabolico.

Figura 1.16 La varietà delle biomolecole

Esistono molti tipi di biomolecole, ciascuna conun ruolo importante e insostituibile negliorganismi viventi.

A B

11 12

Una molecola dicolesterolo,fondamentale perla membrana dellecellule animali.

A

L’emoglobinaè la molecolache permetteai globuli rossidi trasportarel’ossigeno.

B


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12 Per la vita servono carbonio e acqua

Analizzando quantitativamente le biomolecole e gli altri componenti chimici pre-senti negli esseri viventi, è possibile determinare quali elementi sono indispensabi-li per la vita e le rispettive percentuali. I sei elementi più importanti sono idrogeno,ossigeno, azoto, fosforo, zolfo e carbonio. Insieme costituiscono più del 96% dellamassa di qualunque organismo. Oltre a questi elementi ve ne sono altri, in tutto unaventina, presenti solo in tracce, ma comunque indispensabili per la vita: senza diessi molte biomolecole non potrebbero svolgere le proprie funzioni.

L’idrogeno e l’ossigeno sono presenti soprattutto nelle molecole di acqua. L’acquarappresenta più del 70% in peso della maggior parte degli organismi: è infatti ilcomponente principale del citoplasma e del liquido interstiziale che riempie glispazi vuoti tra una cellula e l’altra di un organismo pluricellulare (figura 1.18). Nes-suno degli organismi presenti sulla Terra potrebbe vivere senza l’acqua, il cui ruoloè stato fondamentale per lo sviluppo dei primi organismi: è proprio nelle acque pri-mordiali che si ritiene la vita abbia fatto la sua comparsa.

Oltre all’acqua, anche il carbonio è indispensabile per la vita. Tutte le biomolecolesono infatti composti del carbonio. Nessun elemento forma tanti composti quantoil carbonio; l’elenco delle sostanze contenenti questo elemento è impressionante,non solo per il numero (più di cinque milioni, contro le circa trentamila formateda tutti gli altri elementi), ma soprattutto per la varietà. Il carbonio non è presentesolo nelle biomolecole, ma anche in materiali come i combustibili, i coloranti, iprofumi, gli alimenti, le materie plastiche, le vernici, gli inchiostri, i detergenti e ifarmaci.

Per capire perché la vita richieda acqua e carbonio, dobbiamo considerare le pro-prietà chimiche degli atomi e la loro capacità di formare molecole.

Ricorda Gli elementi indispensabili per la vita comprendono idrogeno eossigeno, che unendosi formano le molecole di acqua, e il carbonio, costituentefondamentale delle biomolecole.

Figura 1.18 L’acqua è un elemento essenziale

per la vita Più del 70% del peso di una persona èrappresentato dall’acqua; se questa percentualescende (anche solo al 55% del peso corporeo) sipossono verificare gravi conseguenze: dallaperdita di forze e concentrazione,all’insufficienza renale e al collassocardiocircolatorio.

70%

55%

1. Scegli la risposta esatta.Quale di queste non è unabiomolecola?

a Il DNA.b La cellulosa.c L’emoglobina.d Sono tutte biomolecole.


Le biomolecole sono simili per

composizione e funzioni in tutti

gli . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Questa

unitarietà . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . della

vita oggi viene considerata come

una «prova» a sostegno della teoria

dell’. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3. Indica se le affermazioni sono vere ofalse.

a. Tutte le biomolecole sono compostidel carbonio. Vf

b. Le biomolecole vengono usate percostruire le strutture cellulari manon per svolgere i processi chimicinecessari alla vita. Vf

c. In alcuni ambienti estremi esistonoorganismi in grado di vivere senzal’acqua. Vf

d. Più del 70% del peso di una persona èrappresentato dall’acqua. Vf

e. Le biomolecole sono presenti solonelle piante e negli animali. Vf

4. Scegli la risposta esattaQuali sono gli elementi più importantiper la vita?

a Idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo,zolfo e magnesio.

b Idrogeno, ossigeno e carbonio.c Ossigeno, azoto, fosforo, idrogeno e

carbonio.d Idrogeno, ossigeno, azoto, fosforo,

zolfo e carbonio.

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della biosfera



English

4. Il differenziamento nella forma enei compiti delle cellule, in mododa permettere lo svolgimento difunzioni specifiche in un organismopluricellulare, è definito

a organizzazione gerarchica.b sviluppo.c evoluzione.d specializzazione.

5. Con il termine «tessuto» si intende uninsieme di

a cellule non specializzate, che sitrovano in una specifica partedell’organismo.

b cellule specializzate, in grado disvolgere la medesima funzione.

c cellule che, pur svolgendo funzionidiverse, interagiscono tra loro.

d cellule che, pur svolgendo funzionidiverse, lavorano insieme per ilmedesimo scopo.

6. Un organo è costituito daa lo stesso tipo di tessuto e fa parte di

un apparato.b cellule dello stesso tipo e fa parte di un

apparato.c tessuti diversi e costituisce un unico

apparato.d tessuti diversi e fa parte di un

apparato.

7. Quale, tra i seguenti, è un esempio diorganizzazione gerarchica?

a Le cellule sono raggruppate in tessuti, itessuti in organi, gli organi in apparati.

b Gli organismi possono essere distintiin autotrofi ed eterotrofi.

c Gli organismi appartengono al dominiodei batteri o a quello degli archei o aquello degli eucarioti.

d Gli uccelli sono il prodottodell’evoluzione di alcuni rettili.

8. Completa il testo, scegliendo tra iseguenti termini:regno / sessuata / unicellulari /pluricellulari / asessuata / dominio.

Molti organismi utilizzano solo la

riproduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

attraverso la quale un unico genitore

genera figli identici a se stesso.

Molti di questi organismi sono

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e appartengono

al . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . dei batteri.

La riproduzione . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

utilizzata invece dagli organismi

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . appartenenti

al . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . delle piante

e a quello degli animali. In questo

1

Lezione

L’unitarietà dellavita

1. Un organismo è incapace di produrreautonomamente i nutrienti di cuinecessita. Per questo motivo taleorganismo è da considerare:

a un autotrofo.b un eterotrofo.c un procariote.d un eucariote.

2. Quali tra le seguenti affermazioni ècorretta?

a La generazione spontanea della vitanon è mai stata possibile sul nostropianeta.

b Gli organismi più semplici si formanospontaneamente da materiainanimata.

c Tutti gli organismi sono generati daaltri organismi.

d Tutti gli organismi possono riprodursiper via asessuata.

3. Si definisce «specializzata» unacellula che

a può svolgere tutti i processi fisiologici.b svolge prioritariamente una funzione

specifica.c svolge le stesse funzioni delle altre

cellule dell’organismo.d appartiene a un organismo

unicellulare.

Esercizi difine capitolo 1 meccanismo il nuovo individuo nasce

dalla fusione di due cellule riproduttive.

9. Completa il testo, scegliendo tra iseguenti termini:patrimonio genetico / gene /biomolecola / procarioti / eucarioti /proteina.

Il DNA è una . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

molto importante perché contiene

tutte le informazioni necessarie alla

vita e alla riproduzione della cellula.

Negli organismi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . è

contenuta nel nucleo, mentre negli

organismi . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . è libera

nel citoplasma. Il tratto di DNA che

contiene le informazioni per produrre

una specifica proteina, è definito

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10. Scegli, tra quelli in grassetto, i terminiche ritieni corretti, barrando quellierrati.Un organismo unicellulare /

pluricellulare può suddividere leproprie funzioni vitali attraversola formazione di tessuti / organie mediante la specializzazione /

organizzazione gerarchica. In questomodo i compiti che prima erano svoltida tutte le cellule, sono distribuiti ecompletati in maniera più efficace.

11. Scegli, tra quelli in grassetto, i terminiche ritieni corretti, barrando quellierrati.Il DNA contiene le informazionigenetiche ereditabili ed è una molecolache non può / può essere duplicata. IlDNA interviene nei processi biologicifacendo costruire dal citoplasma /

dai ribosomi , specifiche proteineche regolano le funzioni della cellulae ne costruiscono le strutture. Leinformazioni per esprimere unaspecifica proteina sono contenutenei tratti di DNA chiamati geni/cromosomi. Nelle cellule procariotiche/ eucariotiche il DNA è contenuto nelnucleo.

12. Rispondi alle seguenti domande almassimo in 10 righe.

a. Quali sono le caratteristiche cheidentificano un essere vivente?

b. Indica i livelli gerarchici all’interno di unorganismo pluricellulare come l’uomo.

c. Che cosa enuncia la teoria cellulare?


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2

Lezione

La varietà e lacomplessità dellabiosfera

13. «Un insieme di organismi che possonoriprodursi tra loro in condizioninaturali, generando prole fertile».Questa è la definizione di

a specie biologica.b popolazione.c comunità.d ecosistema.

14. In relazione alle differenze trabatteri e archei, quale tra le seguentiaffermazioni è corretta?

a I batteri sono procarioti, gli archeieucarioti.

b I batteri sono comparsi prima degliarchei.

c I batteri sono solo eterotrofi, gli archeianche autotrofi.

d I batteri sono molto più grandi degliarchei.

15. Un ecosistema è rappresentatoa dalle interazioni tra gli organismi e tra

gli organismi e l’ambiente.b dalla regione geografica dove vivono

popolazioni e comunità.c dalle sole formazioni vegetali tipiche di

un determinato ambiente.d dagli organismi animali presenti in un

determinato ambiente.

16. Un organismo è eterotrofo, eucariote,si nutre per assorbimento e non simuove volontariamente. Si tratta di

a una pianta.b un animale.c un fungo.d un batterio.

17. Quale, tra le seguenti affermazioni, èerrata?

a Un ecosistema è influenzatodall’attività degli organismi che ospita.

b Il DNA è una molecola capace diduplicarsi.

c I ribosomi sono presenti nelle cellule ditutti gli organismi.

d Il regno dei protisti appartiene aldominio degli archei.

18. Completa il testo, scegliendo tra iseguenti termini:popolazioni / competere / specie /cooperare / comunità.

All’interno di un ecosistema è possibile

riconoscere delle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

costituite da . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

di differenti . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

I componenti di una popolazione

possono . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . tra

loro per l’accoppiamento, ma anche

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . per difendersi dai

predatori.

19. Scegli, tra quelli in grassetto, i terminiche ritieni corretti, barrando quellierrati.Gli organismi necessitano di energiae di nutrienti. Nel corso della loroevoluzione, alcuni hanno adottatoun comportamento autotrofo /

eterotrofo: sono in grado cioè diprodurre autonomamente talinutrienti; altri invece ottengono inutrienti cibandosi di altri organismio direttamente dall’ambiente.Gli organismi appartenenti alregno / dominio dei funghi sonoesclusivamente autotrofi / eterotrofi,mentre il dominio dei battericomprende organismi sia autotrofi cheeterotrofi.


a. Che cos’è un ecosistema e qualilivelli di organizzazione si ritrovanoall’interno?

b. Quali sono i domini dei viventi e qualiorganismi comprendono?

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Lezione

Le basi chimichedella vita

21. Gli elementi che costituiscono lebiomolecole sono relativamentepochi. Individua, tra gli elenchisottostanti, quello che comprendequelli maggiormente presenti nellebiomolecole.

a Carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto,fosforo, sodio.

b Carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto,potassio, zolfo.

c Carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto,fosforo, calcio.

d Carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto,fosforo, zolfo.

22. Tra le prove a favore della teoriadell’evoluzione si trova il concetto di«unitarietà chimica della vita», con ilquale si intende evidenziare il fattoche:

a Tutte le specie discendono da unantenato comune, da cui si sonodifferenziate per graduali cambiamentiavvenuti nel corso del tempo.

b Ogni organismo vivente oggi presentesulla Terra è costituito da una o piùcellule, che contengono le informazioniper svilupparsi e riprodursi.

c Tutti gli organismi prelevano nutrientied energia dall’ambiente per costruirebiomolecole e svolgere reazionichimiche diverse da quelle cheavvengono nel mondo inanimato.

d Le biomolecole, e le reazioni chimichein cui sono coinvolte, sono simili percomposizione e funzione in tutti gliorganismi.

23. Scegli, tra quelli in grassetto, i terminiche ritieni corretti, barrando quellierrati.La vita ebbe origine spontaneamente/ non spontaneamente sul nostropianeta alcuni miliardi di anni fa.Le condizioni erano molto diversedalle attuali e non sono del tuttonote, ma gli scienziati concordanoche la presenza di ossigeno / acquafu fondamentale. Tale sostanzaoggi costituisce più del 50% / 70%in peso degli organismi viventied è indispensabile per la lorosopravvivenza. Anche il carbonio /

azoto è indispensabile per la vita:costituisce infatti l’ossatura di tutte lebiomolecole.


a. Che cosa sono le biomolecole?b. Quali sono gli elementi chimici

fondamentali per la vita?

Sviluppa le competenze

25. Negli ambienti che frequentiamoquotidianamente ci sono esseriviventi; dopo esserti guardato intorno:

a. definisci le caratteristiche checontraddistinguono i viventi;

b. costruisci una tabella che contengain colonna le caratteristiche dellavita e riempila facendo un elencodi organismi che ti è capitato diincontrare;

c. pensa a un robot, un pesce rosso e unbatterio presente nella tua bocca edevidenzia somiglianze e differenze.

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della biosfera



English

The Unity of Life

All living organisms share certain characteristics: they obtain nutrients andenergy from the environment; they grow and reproduce by means of thehereditary information contained in DNA; they regulate their internalenvironment; they respond to stimuli and interact with each other; and theyhave evolved from a common ancestor.The basic unit of organisms is the cell, the most simple structure able tofunction autonomously and to perform all vital functions. Prokaryotic cellsare small and their DNA is dispersed in the cytoplasm. Organisms composedof prokaryotic cells are called prokaryotes and are unicellular organisms.Eukaryotic cells have a nucleus and numerous organelles. Organisms madeof eukaryotic cells are called eukaryotes and may be unicellular ormulticellular.All living organisms obtain energy and primary materials from nutrients.Autotrophic organisms use sunlight or other sources of energy to convertsimple molecules into nutrients. Heterotrophs extract nutrients from otherorganisms or the environment. Living things are able to choose what theytake in and expel to keep their internal conditions constant.Cells cannot be generated from inanimate matter. Spontaneous generation

may have taken place at the beginning of life, but today new organisms onlycome into being by reproduction. Many unicellular and multicellularorganisms reproduce asexually: one parent generates offspring identical toitself. Other organisms, such as most animals and plants, reproduce sexually:offspring are generated by the union of two reproductive cells duringfertilization.

The Variety and Complexity of the Biosphere

A species is a group of organisms that can reproduce with each other givingrise to fertile offspring. The members of a species that live in the samegeographical region make up a population. Several populations of differentspecies living in the same geographical environment create a community. Theinteraction between communities and the environment form an ecosystem.All present day species have evolved from one common ancestor, which theydifferentiated from in progressive changes. Evolution occurs through natural

selection, a process which favours individuals with the most suitableadaptations for survival and reproduction.Living species are divided into three groups called domains. The prokaryoticorganisms are divided into Bacteria and Archea; the other unicellular andmulticellular organisms are part of the Eukaryota. Eukaryotes are subdividedinto four kingdoms: Plantae, Animalia, Fungi and Protista.

The Chemical Basis of Life

Cells contain and produce biomolecules, which are only present in livingthings; each biomolecule has a specific purpose and is produced in controlledquantities. The function and composition of biomolecules are similar in allorganisms, from the most simple to the most complex; this chemical

uniformity of life today is considered proof of evolution.The six most important elements for life are hydrogen, oxygen, nitrogen,phosphorous, sulphur and carbon. Hydrogen and oxygen are present chieflyas water molecules, which usually constitute over 70% of an organism’sweight. Not only water, but also carbon is indispensable for life: allbiomolecules are composed of carbon.

1

Lesson

2

Lesson

3

Lesson

Four-billion-year-old chemistry in cells today

Parts of the primordial soup in which life arose have beenmaintained in our cells today according to scientists at theUniversity of East Anglia and at the University of Cambridge.Research published in the peer-reviewed Journal of Biological

Chemistry reveals how cells in plants, yeast and very likelyalso in animals still perform ancient reactions thought tohave been responsible for the origin of life - some four billionyears ago.

The primordial soup theory suggests that life began in apond or ocean as a result of the combination of metals,gases from the atmosphere and some form of energy, suchas a lightning strike, to make the building blocks of proteinsthat would then evolve into all species.

The new research shows how small pockets of a cell –known as mitochondria – working as energy suppliers forthe cell, continue to perform similar reactions in our bodiestoday. These reactions involve iron, sulphur and electro-chemistry and are still important for functions such asrespiration in animals and photosynthesis in plants.

Lead researcher Dr Janneke Balk, from UEA’s school ofBiological Sciences and the John Innes Centre, said, «Cellsconfine certain bits of dangerous chemistry to specificcompartments of the cell». For example, small pockets of acell called mitochondria deal with electrochemistry and alsowith toxic sulphur metabolism. These are very ancientreactions thought to have been important for the origin oflife, as far as we know from current studies.

Inside the Lab Summing Up

Science in English

«Our research has shown that a toxic sulphur compound isbeing exported by a mitochondrial transport protein to otherparts of the cell. We need sulphur for making iron-sulphurcatalysts, again a very ancient chemical process».

«The work shows that parts of the primordial soup in whichlife arose has been maintained somehow in our cells today,and is in fact harnessed to maintain important biologicalreactions».

Questions

1. Are ancient reactions thought to have beenresponsible for the origin of life?

2. What functions do mitochondria perform today?

Adapted from Four-billion-year-old chemistry in cells today,news release published on 24 July, 2014,on www.sciencedaily.com

la vita sulla terra - staticmy.zanichelli.it · ogni organismo ha un proprio patrimonio genetico,...

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