Biodiversità

Biodiversità

Introduzione

Il termine biodiversità deriva dal greco bios che significa vita, e dal latino diversità che significa differenza o diversità, quindi quando parliamo di biodiversità studiamo la vita differente degli organismi che popolano il pianeta Terra. Il concetto si basa su una contrapposizione (risalente all’antichità) di tutti gli organismi viventi in due categorie fondamentali. Avevamo i vegetali (esseri viventi che né si muovono né mangiano) e gli animali (esseri viventi che si muovono e mangiano). Si cambiò idea attraverso gli studi di Darwin del 1880 e di Steiner del 1917. In particolare, si capì che anche se le piante non hanno 5 sensi come gli animali, ne posseggono molti altri. Tutto ciò si capì soltanto grazie allo studio della neurobiologia.

"Non è un'esagerazione affermare che l'apice della radichetta, avendo il potere di dirigere i movimenti delle parti adiacenti, agisce come il cervello di un animale inferiore; il cervello essendo situato nella parte anteriore del corpo riceve impressioni dagli organi di senso e dirige i diversi movimenti della radice" (Charles Darwin)

Esempi di piante collegate ai sensi degli animali

• Udito: Codariocalyx montsouris
• Olfatto: Cuscuta
• Tatto: Mimosa pudica o ancor meglio la pianta carnivora (Dionaea muscipula)

Organismi autotrofi (si nutrono solo esclusivamente tramite la fotosintesi) sono organismi sessili e per questo motivo la loro mobilità è limitata a gameti o spore, sviluppano superfici esterne come radici e foglie, hanno un accrescimento indefinito che può durare secoli, nessun sistema nervoso ma hanno una circolazione aperta. Ectotermia.

Organismi eterotrofi (si nutrono per ingestione) mobili, sviluppano strutture interne come intestino, polmoni e reni, accrescimento finito, sistema nervoso centrale, circolazione chiusa. Ectotermia o endotermia.

Evoluzione e diversità della vita

La diversità della vita sulla Terra è frutto dell'Evoluzione; essa si può spiegare come il cambiamento genetico nel corso del tempo. Tutte le specie sono legate ad antenato-discendente in base ad essi è possibile creare un’organizzazione gerarchica della biodiversità.

• Aristotele organizzò tutti gli organismi conosciuti, dal più semplice al più complesso, in quella che chiamò Scala Naturale, creando una delle prime classificazioni sistematiche della storia.
• Georges-Louis Leclerc, naturalista francese, pubblicò un’enciclopedia in cui descrisse tutti gli organismi vegetali e animali conosciuti, dimostrando la modificazione di alcuni caratteri rispetto a quelli dei genitori durante la discendenza.
• Georges Cuvier utilizzò le conoscenze di anatomia per classificare gli animali sulla base dei ritrovamenti fossili. Fu uno dei primi scienziati ad introdurre la teoria ed il concetto di «estinzione». Padre della teoria del catastrofismo.
• Jean Baptiste Lamarck formulò la teoria dell’uso e del disuso e l’ereditarietà dei caratteri acquisiti durante la vita.

Darwin e il suo principio

Charles Robert Darwin raccolse e collezionò durante il viaggio campioni di animali e vegetali, osservando il mondo naturale intorno a lui. Piante e animali sono soggetti a un processo di selezione che spiegherebbe i cambiamenti delle popolazioni naturali nel tempo. Intuì che l’origine di nuove specie e l’adattamento all’ambiente sono processi estremamente correlati. L’Origine delle specie sottolinea due punti fondamentali:

• Esistenza dell’evoluzione
• Selezione naturale come meccanismo evolutivo

Esiste, per natura, una grande variabilità: gli individui di ogni specie differiscono l’uno dall’altro per caratteri che insorgono in modo casuale. Super-proliferazione: ogni generazione produce più prole di quanta possa sopravvivere; la competizione tra gli individui determina una “lotta per l’esistenza”. Giungono a riprodursi solo gli individui che nella competizione hanno il sopravvento (“sopravvivenza del più adatto” – selezione naturale). La qualità di “più adatto” si manifesta nel successo riproduttivo, unico evento rilevante ai fini dell’evoluzione.

Trasmissione dei caratteri: il più adatto in quel momento e in quell’ambiente trasmette alla discendenza i suoi caratteri e quindi l’evoluzione procede per piccoli passi: “Natura non facit saltus”. Nel tempo si producono nuove specie.

Speciazione

Come opera la selezione naturale? Piccole differenze tra gli individui per una determinata caratteristica fanno sì che la probabilità che gli individui con il carattere più favorevole abbiano più probabilità di sopravvivere e riprodursi e questo porta a un aumento di quel carattere nella generazione successiva.

Nel tempo si producono nuove specie.

Che cos'è una specie?

Si definisce specie un insieme di individui tra loro fecondi e capaci di dare origine a prole fertile (definizione non applicabile agli organismi che si riproducono solo asessualmente o vegetativamente e a quelli estinti). Si definisce specie morfologica un insieme di individui abbastanza simili tra di loro e tali da poterli distinguere da ogni altro gruppo di individui. (Dimorfismo sessuale e condizioni ambientali possono rendere diversi organismi della stessa specie). Specie: entità dinamica che cambia nel tempo, difficile da tradurre in una definizione assoluta.

Speciazione: avviene ad opera della selezione naturale che ha agito su di una popolazione per molte generazioni. La popolazione presenta caratteristiche completamente distinte da quella preesistente -> nuova specie.

Tipi di speciazione

• Speciazione filetica
• Speciazione divergente:
• Isolamento geografico: interruzione del flusso genico tra la popolazione a causa di barriere fisiche, in questo modo se si verificano mutazioni casuali queste si diffondono solo all’interno della popolazione in cui sono state verificate. Si parla di speciazione allopatrica.
• Isolamento meccanico: la fecondazione tra due specie diverse è impossibile a causa di una differenza nella forma degli organi riproduttivi. Si parla di speciazione simpatrica.
• Isolamento ecologico: isolamento riproduttivo senza separazione geografica. La barriera alla riproduzione è di tipo biologico. Flusso genico interrotto nonostante le due specie occupino gli stessi spazi territoriali. Si parla di speciazione parapatrica (riguarda popolazioni che vivono in aree limitrofe, con diverse condizioni ambientali).

Altri meccanismi di isolamento possono essere isolamento post-zigotico:

• Impossibilità di sviluppo dell'embrione
• Impossibilità degli ibridi di sopravvivere
• Impossibilità degli ibridi di riprodursi

Ibridazione

Ottenimento di una progenie da genitori che provengono da popolazioni che differiscono in uno o più caratteri o da due specie differenti. La poliploidia può comportare un’eccezione e permettere di ottenere un ibrido fertile. Questo fenomeno ha permesso la generazione del 40% circa delle specie di Angiosperme oggi esistenti. Un esempio di specie poliploide che coltiviamo è il frumento.

Allopoliploide: origina dalla fusione di cellule di specie diverse, ma affini. Contengono corredi cromosomici parzialmente omologhi, detti omologhi. L’assetto cromosomico di un allopoliploide è dato da 2n1 + 2n2 che indicano assetti diploidi delle 2 specie di provenienza.

Anfidiploide (doppio diploide): per raddoppio di cromosomi. Se l’intero organismo ha un assetto anfidiploide questo può formare gameti normalmente ed è quindi potenzialmente fertile.

Radiazione adattiva

Caso speciale di evoluzione divergente in cui una specie diverge rapidamente in molte altre nuove specie. Si verifica quando la specie vegetale colonizza un ambiente nuovo nel quale la competizione è assente (es. isole vulcaniche).

Evoluzione convergente

Organismi appartenenti a specie diverse che condividono lo stesso habitat possono evolvere caratteristiche simili. Prese due piante di habitat differente come la Cactaceae americane ed Euphorbiaceae africane si nota che hanno un fenotipo simile (dipende ovviamente da modificazioni derivate dall'habitat in cui vivono) ma hanno un genotipo completamente differente.

Biodiversità vegetale

Gli organismi viventi che vengono tradizionalmente studiati dalla botanica (scienza che si occupa della biodiversità vegetale) appartengono in realtà a gruppi molto diversi tra loro.

La comparsa della vita sulla Terra

Circa 13 miliardi di anni fa ci fu il Big Bang, secondo gli scienziati l’origine dell’universo; da esso si originarono prima il sole dalla nebulosa solare e poi la Terra (4,6 miliardi di anni fa). Il nostro pianeta era un ambiente, superficie incandescente e bombardata da un’infinità di asteroidi (proprio all’interno di essi arrivavano la vita o per lo meno l’acqua, sotto forma di piccole goccioline, ciò ha dato origine agli oceani). Grazie all'acqua, dopo più di un miliardo dalla formazione della Terra, ci fu la comparsa delle prime forme di vita. Ricorda per la vita serve sostanza organica (esperimento di Miller); tutto ha origine dalle cellule primordiali (cianobatteri) che sono delle molecole che costituiscono membrane fosfolipidiche (testa affine all’acqua e la coda lipidica) queste piccole cellule erano organismi semplici una sola cellula senza nucleo definito, si nutrivano sintetizzando le sostanze organiche presenti nell’oceano e vivevano all’interno di esso poiché la Terra era povera di O di conseguenza non vi era lo strato di ozono, ma non era un problema poiché ebbero successo perché erano avvolti da uno strato di mucillagine che li proteggeva dai raggi UV.

I cianobatteri hanno avuto successo perché erano avvolti da uno strato di mucillagine che li proteggeva dai raggi UV, e perché hanno mosso i primi passi protetti dall'ambiente subacqueo. Sono anche di forte interesse biotecnologico perché producono diverse sostanze, di cui la maggior parte tossine, che potrebbero essere in parte sfruttate dall’uomo nella lotta a patologie delle piante.

Cellula procariote ed eucariote

Cellula procariote: cellule semplici con parete cellulare che può invaginarsi fino a dividere in due la cellula originaria. Non sono presenti cloroplasti, ma sono presenti delle strutture fibrose che riescono ugualmente ad effettuare la fotosintesi.

Cellula eucariote: cellula complessa con un nucleo differenziato dai singoli organuli, nel corso del tempo si sono formate da due simbiosi indipendenti in particolare grazie all'endosimbiosi, simbiosi tra un cianobatterio e altre cellule, si sono formati i mitocondri e plastidi. In particolare, una cellula procariota potrebbe aver inglobato altre cellule procariotiche più piccole, che sarebbero andate a formare i primi organuli separati all'interno di queste cellule semplici. Tra i primi organuli a formarsi ci furono sicuramente i mitocondri, ma anche i plastidi. In seguito queste cellule eucariote hanno iniziato ad aggregarsi formando organismi sempre più complessi e, pian piano, hanno cominciato a colonizzare la terraferma. Questo passaggio è stato molto difficile e importante: nell'acqua tutto è a disposizione, e l’ambiente esterno è soggetto a variazioni minime, mentre per diffondersi nel mondo emerso è stato necessario formare strutture specializzate per assorbire l’acqua e trasportarla nelle varie parti dell’organismo e per effettuare la fotosintesi. Hanno così dovuto raggiungere il livello di specializzazione che caratterizza attualmente le piante superiori.

Classificazione

La sistematica decide i criteri su come classificare gli organismi viventi. Questi criteri sono cambiati nel tempo: una volta erano basati sulla morfologia degli organismi (forma e dimensioni), nel tempo si è compreso che questi criteri non erano molto precisi, perché arbitrariamente stabiliti da noi, quindi si è in seguito passati a criteri biochimici (singole molecole che compongono i singoli organismi). Oggi invece i criteri sono basati su caratteri essenzialmente genetici e molecolari.

La tassonomia invece è il modo di classificare gli organismi in base ai criteri stabiliti sulla sistematica. Se cambia la sistematica, cambia anche la classificazione dei viventi (confrontando i libri contemporanei con quelli di un po’ di anni fa si trova una classificazione molto diversa). La classificazione dei funghi è stata recentemente completamente stravolta.

Il primo criterio di classificazione si fa tra i due domini, procarioti ed eucarioti, che hanno una struttura cellulare completamente diversa. Al di sotto ci sono i sette regni.

• Procarioti:
• Bacteria
• Eucarioti:
• Archaea
• Animalia
• Protista
• Fungi
• Chromista
• Plantae
• Gli archea si differenziano dai batteri per alcune particolarità cellulari, ma soprattutto perché sono presenti in ambienti estremi che sarebbero letali per qualsiasi altro tipo di organismo. Per questo si suppone che siano stati i primissimi organismi a svilupparsi agli albori della vita.
• I protisti fanno parte degli eucarioti. Si muovono tramite flagelli o movimenti ameboidi. Sono per lo più eterotrofi e si nutrono inglobando all'interno della loro struttura cellulare il nutrimento. In questo gruppo vi sono anche organismi eterotrofi come Euglena viridis, che se esposto alla luce riesce a sviluppare la fotosintesi, mentre quando è al buio è in grado di nutrirsi per fagocitosi.
• Le alghe (non sono un gruppo tassonomico a sé stante) sono organismi semplici che vivono in ambiente acquatico in grado di svolgere la fotosintesi contenendo clorofilla, possono essere unicellulari, pluricellulari (tallo) o coloniali. Si riproducono per spore o gameti.
• I funghi sono fondamentali in vari settori come la patologia vegetale, la microbiologia, sono di interesse medico (penicillina) e ovviamente sono largamente usati in campo alimentare. Possono presentarsi come funghi microscopici (muffe) oppure con forme grandi e strutturate (porcini, ovuli).
• I licheni sono una struttura molto complessa, che non è né un’alga né un fungo, ma sono formati da due organismi in simbiosi mutualistica tra esemplari di questi due gruppi. Il fungo aiuta l’alga nella nutrizione minerale, e l’alga ricambia con gli zuccheri che produce con la fotosintesi. Sono molto importanti perché possono produrre antibiotici, possono essere utilizzati come coloranti, ma soprattutto sono degli importanti bioindicatori di inquinamento ambientale. Grazie alla loro struttura particolare possono vivere centinaia di anni, essendo resistenti alle varie condizioni climatiche, ma sono sensibili all’inquinamento. Possono quindi essere il metro per calcolare l’eventuale aumento di inquinamento in una determinata zona.

Classificazione delle piante

Tutte le piante sono organismi eucarioti fotoautotrofi e sono divise a loro volta in vari taxa di ordine inferiore:

• Spermatofite: piante superiori munite di radici, fusto, foglie. Il nome deriva dal fatto che sono piante munite di seme. All’interno delle spermatofite troviamo due grandi taxa: gimnosperme e angiosperme. Le prime hanno il seme nudo, non protetto da un frutto. Le seconde sono piante a fiore che nella maturità avranno semi protetti dai frutti. Fra le gimnosperme il gruppo di importanza maggiore è quello delle conifere (pini, abeti, cipressi, larici, sequoie). Le angiosperme sono divise a loro volta in dicotiledoni (seme con due cotiledoni, foglia retinervia, radice principale e secondarie, fiori a multipli di 4-5, struttura del fusto eustelica, polline) e monocotiledoni (foglie parallelinervie, apparato radicale fascicolato, fiori a multipli di 3).
• Briofite: piante erbacee molto semplici (muschi, epatiche e antoceri), non hanno una struttura complessa ben distinguibile come le spermatofite, vengono per questo definite tallofite (tallo si usa nonostante non abbia più valore tassonomico e identifica tutti gli organismi pluricellulari con un'organizzazione molto semplice), sono più simili ai funghi come struttura, non si distinguono organi né veri e propri tessuti specializzati. Sono state probabilmente le prime piante a colonizzare l'ambiente terrestre.
• Pteridofite: sono rappresentate dalle felci, piante a cormo, ma comunque più semplici delle piante superiori. Si riproducono per spore non hanno ancora i semi. Le felci hanno foglie specializzate sulla cui faccia inferiore si possono vedere puntini neri che sono gruppi di spore.

Nomenclatura delle piante

La nomenclatura è un sistema di denominazione di oggetti, procedure o principi in una data categoria. Il principio di assegnazione di un nome può variare, ma solitamente esso è basato su convenzioni relative all'ambiente in cui si sta agendo. Il più celebre scienziato fu Linneo che ne rese popolare uno dei più noti esempi, egli usò il sistema di nomenclatura binomiale per dare un nome agli animali e alle piante.

Il Codice Internazionale per la Nomenclatura delle Piante Coltivate (CINPC) supplementa le regole del Codice Internazionale di Nomenclatura Botanica con un insieme di norme che riguardano il nome botanico di cultivar, gruppi di cultivar, ibridi di sfruttamento commerciale e chimere da innesto. Esso fornisce anche informazioni di interesse legale, amministrativo e commerciale.

La specie viene indicata con un binomio latino (secondo il sistema creato da Linneo). Il primo nome identifica il genere (caratteristica della pianta, nome popolare, personaggio a cui il genere è dedicato, ad ogni nome corrisponde uno ed un solo genere), il secondo è l’epiteto specifico (quando si definisce l’epitelio si può disporre in varie fasce ad esempio l’ambiente, le caratteristiche, l’origine, l’utilizzo…). Esso si può utilizzare anche per piante diverse (es. Triticum aestivum).

Per indicare una specie bisogna scrivere il nome del genere con la lettera maiuscola.