Concetti Chiave
- La biologia utilizza il metodo sperimentale, che include approcci induttivi e ipotetico-deduttivi per formulare e verificare ipotesi.
- La biologia comprende diverse branche come zoologia, botanica, microbiologia e genetica, che studiano vari aspetti della vita.
- La vita è studiata a livelli diversi, dalla biosfera alle molecole, con un focus su strutture come cellule, tessuti e organi.
- Gli organismi viventi condividono caratteristiche comuni come basi cellulari, codice genetico universale e capacità di evoluzione.
- L'acqua possiede proprietà uniche, come polarità e tensione superficiale, che favoriscono la vita sulla Terra.
La biologia è la scienza della vita. La biologia è la scienza che studia la vita. La biologia si avvale del metodo sperimentale, che può avere un approccio induttivo (ragionamenti logici, ecc.) e uno ipotetico-deduttivo (procedimento per controllare la propria ipotesi; le fasi del metodo sperimentale sono l’osservazione del fenomeno, la formulazione di una domanda e, poi, delle ipotesi; successivamente di passa alla verifica delle ipotesi: se l’esperimento conferma la deduzione, si formula una legge/teoria, altrimenti si formula una nuova ipotesi.
Indice
Branche della biologia
Le varie branche della biologia sono:
o Zoologia (animali)
o Botanica (piante)
o Micologia (funghi)
o Microbiologia (unicellulari)
o Citologia (cellula)
o Entomologia (insetti)
o Istologia (tessuti)
o Anatomia (organi)
o Fisiologia (funzionamento organi)
o Patologia (malattie)
o Genetica (trasmissione caratteri ereditari)
o Ecologia (rapporto viventi – ambiente)
o Etologia (comportamento animale)
Livelli di studio della vita
La biologia studia la vita a diversi livelli:
Lo studio della vita va dalla biosfera alla più piccola delle cellule.
Il livello più alto è la biosfera (porzione di superficie terrestre che ospita la vita); poi, in ordine, ci sono: l’ecosistema (interazione tra i diversi viventi), la comunità (insieme di organismi in un ecosistema), la popolazione (individui di una stessa specie), l’organismo (un singolo), un sistema di organi (componenti di un singolo organismo), un organo (svolge funzioni ben definite), un tessuto (insieme di cellule), la cellula (più piccola unità funzionale), un organulo (svolge una funzione ben precisa dentro la cellula) e una molecola (gruppo di atomi).Idee fondanti della biologia
La biologia è riconducibile ad alcune idee fondanti.
Al giorno d’oggi, i biologi concordano sul fatto che gli organismi, per far parte dei viventi, devono avere queste determinate caratteristiche:
o Basi cellulari della vita: la cellula è l’unità più semplice di vita, che mantiene le sue caratteristiche
o Forma e funzione: ogni struttura biologica svolge determinate funzioni, dalla quale dipende la forma
o Codice genetico: i viventi si sviluppano in base a un codice genetico universale (cellule del DNA)
o Scambio di materia ed energia: i viventi e l’ambiente si scambiano energia e materia.
o Ciclo vitale e riproduzione: tutti gli organismi viventi hanno un ciclo vitale (nascono, crescono, si riproducono, muoiono)
o Reazione agli stimoli e omeostasi: i viventi reagiscono agli stimoli esterni e sono capaci di mantenere costante la temperatura interna
o Evoluzione e varietà della vita: nel tempo, la vita si evolve e si diversifica.
Tipi di cellule
Tutti gli organismi viventi sono costituiti da una o più cellule; la cellula è la più piccola unità in grado di compiere le funzioni necessarie per vivere. Le prime osservazioni al microscopio di cellule vennero effettuate da Robert Hooke, che osservò dei pezzi di sughero.
Esistono due tipi di cellule: cellule procarioti e cellule eucarioti. Le prime, tipiche dei batteri, sono più piccolo e semplici delle cellule eucarioti; le seconde, invece, sono più complesse ed il loro interno è suddiviso in organuli. le cellule eucarioti sono per lo più pluricellulari, mentre quelle procarioti sono solitamente unicellulari.
Proprietà dell'acqua
Proprietà dell’acqua che favoriscono la vita:
L’acqua è la sostanza più diffusa sulla Terra; in una cellula, occupa circa il 75 – 90 %. La molecola dell’acqua è H2O.
o Polarità: caratteristica chimica; la molecola è leggermente negativa al vertice dove si trova l’atomo di ossigeno (O), e leggermente positiva dove si trovano i 2 atomi di idrogeno (H)
o Legami idrogeno: caratteristica chimica; se due molecole di acqua sono sufficientemente vicine, le cariche positive degli atomi di H attraggono quelle negative degli atomi di O, creano i cosiddetti ponti – legami idrogeno.
o Coesione, adesione e tensione superficiale: caratteristica biologica; la coesione è la tendenza delle molecole d’acqua a rimanere unite tra loro; l’adesione è la capacità di interazione tra le molecole d’acqua e le pareti cellulari delle nervature; infine, la tensione superficiale, che viene conferita dai legami idrogeno, è la misura di resistenza che si trova nel “rompere la superficie di un liquido”.
o Resistenza alle variazioni di temperatura: caratteristica biologica; l’acqua riesce a resistere molto bene alle variazioni di temperatura grazie ai legami idrogeno; questo va a vantaggio degli organismi costituiti maggiormente da acqua, che riescono a stabilizzare la loro temperatura corporea.
o Minore densità del ghiaccio: caratteristica biologica; l’acqua allo stato solido ha una densità minore dell’acqua allo stato liquido. Il ghiaccio, quindi, galleggia sulla superficie dell’acqua e ciò permette agli organismi marini di riuscire a sopravvivere anche sotto una superficie ghiacciata.
o Potere solvente: caratteristica biologica; l’acqua è in grado non solo di sciogliere liquidi, ma anche solidi e gas. È un ottimo solvente, in quanto le molecole d’acqua circondano le molecole del soluto (la sostanza che viene disciolta), fino a diventare satura.
Il carbonio e i composti organici
Il carbonio: Tutte le molecole che contengono atomi di carbonio (C) sono dette composti organici. Un atomo di carbonio ha 4 elettroni esterni, in un guscio che arriva a contenerne fino a 8; il carbonio tende, quindi, a condividere i propri elettroni e a formare i legami covalenti.
I composti che si formano legando carbonio ed idrogeno sono chiamati idrocarburi.
La catena di atomi di carbonio in una molecola è detto scheletro carbonioso.
Le caratteristiche esclusive di ogni composto organico dipendono dalle dimensioni e dalla forma del suo scheletro carbonioso e dai gruppi atomi cui è legato.
Gruppi funzionali nei composti organici
Gruppo ossidrilico: Il gruppo ossidrilico è polare e tipico dei composti solubili in acqua detti alcoli.
Gruppo carbonilico: Il gruppo carbonilico ha un doppio legame; si trova in composti chiamati aldeidi o chetoni, a seconda della posizione all’interno della molecola.
Gruppo carbossilico: Nel gruppo carbossilico il carbonio è unito a un atomo di ossigeno, con un doppio legame, e a un gruppo ossidrilico con un legame semplice. I composti contenenti gruppi carbossilici sono detti acidi carbossilici
Gruppo amminico: Il gruppo amminico si trova nei composti detti ammine; gli aminoacidi contengono un gruppo carbossilico e un gruppo amminico.
Gruppo fosfato: Il gruppo fosfato è generalmente presente in forma di ione negativo e si unisce allo scheletro carbonioso per mezzo di uno dei suoi atomi di ossigeno. La molecola ATP contiene tre gruppi fosfato.
Gruppo metilico: Il gruppo metilico, o metile, è costituito da un atomo di carbonio unito a tre atomi di idrogeno. I composti che contengono gruppi metilici sono detti composti metilati.
Domande da interrogazione
- Qual è il metodo principale utilizzato dalla biologia per studiare la vita?
- Quali sono alcune delle principali branche della biologia?
- Quali sono le caratteristiche fondamentali che definiscono gli organismi viventi secondo i biologi?
- Quali sono le proprietà dell'acqua che favoriscono la vita?
- Qual è il ruolo del carbonio nei composti organici?
La biologia utilizza il metodo sperimentale, che include approcci induttivi e ipotetico-deduttivi per formulare e verificare ipotesi.
Le principali branche della biologia includono zoologia, botanica, micologia, microbiologia, citologia, entomologia, istologia, anatomia, fisiologia, patologia, genetica, ecologia ed etologia.
Gli organismi viventi devono avere basi cellulari, forma e funzione specifiche, un codice genetico, scambio di materia ed energia, un ciclo vitale, reazione agli stimoli e omeostasi, ed evoluzione.
Le proprietà dell'acqua includono polarità, legami idrogeno, coesione, adesione, tensione superficiale, resistenza alle variazioni di temperatura, minore densità del ghiaccio e potere solvente.
Il carbonio forma legami covalenti e costituisce lo scheletro carbonioso delle molecole organiche, influenzando le caratteristiche dei composti organici attraverso la sua struttura e i gruppi funzionali associati.
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