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Biologia BIODIVERSITA’: evoluzione a partire da un antenato comune comparso quasi 4 miliardi di anni fa che ha generato una grande quantità di forme di vita Discipline specialistiche della biologia: - Zoologia (animali) - Botanica (piante) - Ittiologia (pesci) - Entomologia (insetti) - Ornitologia (uccelli) - Istologia (studio dei tessuti) - Citologia (studio delle cellule) - Biologia molecolare - Genomica - Proteomica - CRISTALLOGRAFIA: scienza che ha rivelato la struttura cristallina dei minerali delle biomolecole attraverso i raggi X ---> attraverso i quali oggi possiamo vedere la struttura a doppia elica del DNA Caratteristiche comuni dei viventi:  Tutti gli organismi sono fatti di cellule  Le cellule contengono informazioni ereditarie scritte in un linguaggio genetico universale che trasmettono alla loro discendenza  Le cellule ricavano energia e nutrienti dall’ambiente  Gli organismi rispondono ai cambiamenti dell’ambiente esterno adattandosi  La vita è organizzata in livelli gerarchici  Gli esseri viventi interagiscono gli uni con gli altri  Tutti i viventi sono comparsi per evoluzione a partire da un antenato comune LE CELLULE ɤ Le cellule sono le unità strutturali e funzionali di tutti gli organismi viventi ɤ Tutte le cellule hanno origine da cellule preesistenti ɤ Le cellule sono simili per composizione chimica ɤ Tutte le cellule sono delimitate dalla membrana plasmatica ɤ L’ambiente all’interno della membrana si chiama citoplasma (acqua + altre sostanze) in cui avvengono moltissime reazioni chimiche ɤ Tutte le cellule possiedono un proprio materiale genetico che contiene le informazioni ereditarie necessarie alla cellula per svilupparsi, accrescere e riprodursi scienza che studia le interazioni degli esseri viventi tra di loro e con il loro ambiente. Studi possibili grazie a: biotecnologie, bioinformatica e ingegneria genetica Scoperte da Robert Hooke (1635 – 1703) attraverso il microscopio ottico Nello stesso anno Antoni Van Leeuwenhock osservò e descrisse una grande quantità di organismi unicellulari Nel 1838 i biologi tedeschi Mathias Schlaiden e Theo Schwann conclusero che sia i vegetali che gli animali sono costituiti dalla cellula TEORIA CELLULARE: Organismi unicellulari Organismi pluricellulari Il microscopio elettronico  Microscopio ottico Forma immagini ingrandite degli oggetti utilizzando lenti di vetro e la luce visibile con una risoluzione 1000 volte superiore rispetto all’occhio umano. Permette di vedere la dimensione e la forma delle cellule e alcune strutture intracellulare: - Microscopio ottico a contrasto di fase  cellule vive - In certe strutture cellulari è necessario sottoporle a un trattamento chimico che ne colora i componenti per renderle visibili.  Microscopio elettronico - Microscopio a trasmissione: permette di osservare le strutture interne delle cellule e usa gli elettromagneti per mettere a fuoco le fasce di elettroni dirigendoli su uno sfondo fluorescente o una pellicola fotografica (poiché sono invisibili). Il campione, per essere osservato, deve essere molto sottile. La risoluzione è di 1.000.000 volte superiore all’occhio umano e migliore rispetto al microscopio ottico ma le cellule possono essere osservate solo da morte - Microscopio a scansione: mostra immagini tridimensionali per studiare strutture presenti sulla superficie delle cellule Le cellule formate da molecole che sono a loro volta formate da atomi DNA PROTEINE Svantaggiose vantaggiose  permettono l’EVOLUZIONE della specie si riproduconosi sviluppano Attraverso due (sequenza di molecole più piccole chiamate nucleotidi) (sequenza di molecole più piccole chiamate aminoacidi) - Contiene le informazioni necessarie per costruire e far funzionare correttamente la cellula - Permette all’organismo di trasmettere le proprie caratteristiche alla discendenza - L’insieme di tutte le molecole di DNA formano il patrimonio ereditario o GENOMA - I GENI sono i tratti specifici del DNA: contengono l’informazione usata dalla cellula per fabbricare le proteine - Regolano le reazioni chimiche delle cellule - Formano i muscoli - Ci difendono dalle malattie - Trasportano vari tipi di sostanze Definiti dai nucleotidi Formano il CODICE GENETICO: chiarisce come le sequenze di nucleotidi sono tradotte in sequenze di aminoacidi Processo: 1) Trascrizione = si “riscrive” l’informazione contenuta nel DNA in una molecola più piccola: RNA 2) Traduzione = sintesi (trasformazione dei nucleotidi in aminoacidi) di una proteina Se si cambia la sequenza di un gene può cambiare la proteina che si forma, avvengono delle MUTAZIONI (spontanee o per colpa di sostanze chimiche, radiazioni e altri fattori esterni) I virus sono un tipo di organizzazione biologica molto semplice sono parassiti intracellulari obbligati Sono presenti in ogni tipo di ambiente e sono molto numerosi, insieme formano la VIROSFERA (500 class. fino ad ora – 1.000.000 stimate) Hanno varie forme, tutti sono costituiti da un involucro di proteine di forma geometrica: il CAPSIDE che racchiude al suo interno una molecola di DNA e una di RNA Non possono riprodursi da soli hanno bisogno di penetrare all’interno di una cellula ORIGINE E DIFFUSIONE DEI VIRUS I virus sono parassiti molto specifici: di solito ciascun virus infetta un solo tipo cellulare Ad esempio: Virus batteriofagi (o fagi) che infettano batteri Dimensioni: variano da 20 a 200 nm, è visibile solo con il microscopio elettronico processo chiamato INFEZIONE utilizza le strutture cellulari per produrre nuove copie di se si evolvono per infettare nuovi organismi viventi che a loro volta si evolvono per difendersi comparvero 3,5 mld di anni fa con le prime cellule, adattandosi ad infettare nuovi organismi I virus presenti in ambiente (virioni) non sono dotati né di movimento né di un proprio metabolismo Vengono trasportati dall’aria, dall’acqua e dal sangue; fino a quando incontrano una cellula da infettare In questo momento il virus si attacca alla cellula e introduce all’interno la sua informazione genetica, che contiene le istruzioni che permettono al virus di prendere il controllo della cellula Perde la sua funzionalità e diventa una fabbrica di particelle viventi Ecologia Caratteristiche per le quali la Terra è adatta alla comparsa e allo sviluppo della vita:  La posizione rispetto al Sole: determina variazioni della temperatura che consentono all’acqua di compiere un ciclo completo (di trovarsi allo stato solido, liquido e gassoso)  Rotazione della terra: alternanza della luce e del buio (per sfruttare l’energia senza essere danneggiati da un’esposizione continua)  Inclinazione dell’asse terrestre: alternanza delle stagioni  Sul pianeta sono presenti tutti gli elementi necessari per i processi vitali e l’atmosfera terrestre è formata quasi totalmente da gas non nocivi oppure utili per gli esseri viventi  Il movimento delle placche tettoniche determina la formazione di ambienti differenti  Gli organismi viventi modificano l’ambiente in cui vivono Ecosistema Biomi terrestri  Tundra: È l’ambiente più freddo di tutti i biomi, si può trovare nelle regioni artiche (tundra artica) e sulle montagne (tundra alpina). Vegetazione: piante che crescono solamente nei mesi più caldi. Fauna: renne, orsi polari e diverse specie di uccelli  Foresta boreale: Si trova a latitudini e altitudini inferiori rispetto alla tundra. Inverni lunghi e molto freddi, estati abbastanza brevi e calde Vegetazione: conifere Fauna: alci, cervi, lupi e orsi/ uccelli, insetti e roditori  Foreste temperate sempreverdi: Si estendono lungo le coste dei continenti Inverni: miti e piovosi, estati: fresche e secche Vegetazione: conifere e piante sempreverdi Fauna: simile a quella delle foreste boreali  Foresta temperata decidua: è diffusa nel Nord America orientale, in Europa e nell’Asia orientale inverni: freddi, estati: calde, precipitazioni uniformi durante tutto l’anno Vegetazione: piante che perdono le foglie Fauna: animali migratori e stanziali (quelli grandi in letargo)  Praterie temperate: si sviluppano in aree con precipitazioni scarse durante tutto l’anno Inverni: freddi , estati: calde Vegetazione: distese erbose Fauna: mammiferi Poiché i terreni sono molti utili per la coltivazione e l’allevamento, gran parte di questi ambienti è stata convertita in terreni agricoli.  Deserto freddo: in regioni aride e a latitudini medio-alte Aridità: elevata, molta escursione termica stagionale Vegetazione: erbe e piccoli arbusti Fauna: uccelli, insetti e roditori  Deserto caldo: compreso tra tropici e equatore È la disciplina che studia gli ecosistemi attraverso le interazioni tra gli organismi e l’ambiente in cui vivono. Componente biotica Componente abiotica Insieme degli esseri viventi che abitano un determinato ambiente Caratteristiche chimiche, fisiche e climatiche di una determinata area Fattori limitanti Precipitazioni: scarse tutto l’anno Vegetazione: come quella del deserto freddo Fauna: insetti, roditori, uccelli e mammiferi medio-grandi  Foresta spinosa e savana tropicale: si trovano all’equatore, clima semiarido, presenta piogge molto abbondanti nella stagione estiva e assenti durante l’inverno Vegetazione: arbusti spinosi e cactus Fauna: molti mammiferi, pochi rettili, uccelli e insetti  Macchia mediterranea: si trova lungo le coste occidentali dei continenti e a medie altitudini, ma soprattutto lungo Paesi che si affacciano sul mar Mediterraneo Estati: caldi e secche, inverni: freschi e umidi Vegetazione: arbusti, alberi sempreverdi Fauna: uccelli migratori, roditori e insetti  Foresta decidua tropicale: nelle stesse aree della foresta spinosa, però ha una stagione delle piogge più marcata Vegetazione: alberi che perdono le foglie durante la stagione secca Fauna: molti mammiferi, rettili, uccelli e insetti Biomi acquatici  Bentos: animali che vivono a contatto con il fondale (coralli, anellidi e molluschi)  Plancton: animali trasportati passivamente dalle correnti marine (microalghe, batteri e protisti fotosintetici)  Necton. Animali che nuotano attivamente (pesci, mammiferi, rettili e molluschi) Nei biomi si individuano diverse zone in base alla distanza dalla costa alla superficie  Zona costiera: parte di mare più vicina alla riva, è caratterizzata da acque di bassa profondità e ben ossigenate. All’interno possiamo riconoscere due fasce:  Fascia litorale (quella più esposta al mondo ondoso)  Fascia intertidale (compresa tra livelli di alta e bassa marea)  Dominio pelagico: mare aperto, profondo. Presenza di organismi planctonici  Dominio bentonico: zona del fondale oceanico caratterizzato da animali adatti a vivere sul fondale marino (come spugne e molluschi)  Piana abissale: zona più profonda degli oceani caratterizzata da assenza di luce, che non riesce a penetrare in profondità, e per la maggior parte ancora inesplorata dall’essere umano In base alla profondità le acque si dividono in: ---> acque oceaniche  Zona fotica: strato superficiale d'acqua dove la luce che penetra è sufficiente a garantire la fotosintesi. In queste zone vivono il 90% degli organismi acquatici.  Zona afotica: acque più profonde dove meno dell’1% della luce solare può penetrare. In questa zona vivono pochi animali che si nutrono del materiale che cade dall’alto. ---> acque dolci o Ambienti lentici: acque calme (laghi, stagni) o Ambienti lotici: acque in costante movimento (fiumi e ruscelli) con caratteristiche differenti a seconda della velocità, dei detriti trasportati e della temperatura o Zone umide: costituiscono un’ambiente intermedio in cui il livello, il movimento e la salinità delle acque è variabile (paludi, torbiere)