Corso di botanica per scienze veterinarie

Botanica: cellula vegetale a confronto con quella animale

1. Possiede dimensioni maggiori di quella animale, talvolta visibili ad occhio nudo.

2. Richiede un sostegno, rappresentato dalla parete cellulare che rende rigida la cellula. È formata da cellulosa e lignina, due polimeri di glucosio.

• Cellulosa: il suo precursore è rappresentato dall’emicellulosa. È uno zucchero strutturale, polimero del glucosio (le unità di glucosio si dispongono ad anello e sono unite con legami 1,4-betaglicosidici). La cellulosa, quando la cellula invecchia, viene sostituita dalla lignina. È digeribile dai ruminanti, più in particolare è digerita dal rumine: è un ecosistema in cui protozoi e batteri, mediante specifici enzimi, scindono i legami presenti nel polisaccaride e ricavano energia.
• Lignina: zucchero strutturale, evoluzione della cellulosa (cellule più vecchie). Non è digeribile neppure dai ruminanti, viene degradata solo da termiti, funghi e batteri.

3. Nelle cellule vegetali è presente uno spazio vuoto, che occupa il 90% della cellula, rappresentato dal vacuolo. Esso è una struttura delimitata da membrana che svolge due funzioni: alleggerire la cellula e svolgere una funzione di discarica per essa (contiene elettroliti, metaboliti e acqua).

4. Presentano strutture tipiche chiamate cloroplasti: sono organuli di colore verde delimitati da membrana a pliche, molto simili ai mitocondri che contengono clorofilla.

5. Contengono un altro polimero di glucosio (legame alfa glicosidico) importante, ovvero l’amido all’interno di semi (dove funge da deposito di energia per l’embrione), nei tuberi e in fusti/radici modificate sotterranee con funzione di accumulo di energia per la pianta (utilizzato anche per produrre le foglie). È digeribile da tutti.

6. Producono un importante zucchero, il fruttosio, caratteristico del frutto maturo. Viene prodotto per attirare gli animali e indurli a mangiare il seme che, trasportato per chilometri nello stomaco degli animali, una volta defecato viene espulso e va a colonizzare la regione in cui viene espulso. È un altro tipo di strategia che consente l’espansione delle piante anche in altri territori.

7. Le piante producono un unico grasso: gli oli in notevole quantità che viene sempre fornito al frutto per essere mangiato.

Definizione di organismo autotrofo

Un organismo autotrofo è in grado di organicare il carbonio (tramite la fotosintesi), ovvero è in grado di costruire composti organici, in particolare molecole di glucosio, utilizzando l'energia luminosa (luce), l'anidride carbonica (carbonio) e l'acqua (idrogeno). Nel regno delle piante ci sono piante che non svolgono la fotosintesi e quindi non sono definite autotrofi, perché vivono da parassiti per altre piante.

L'importanza delle piante per lo sviluppo della vita sulla Terra

Le piante sono importanti perché rappresentano un alimento, forniscono zuccheri dai quali gli animali prendono l'energia sufficiente per svolgere tutti i loro processi metabolici. Inoltre, mettono ossigeno nell’atmosfera, che si è accumulato in migliaia di anni.

Teoria dell'evoluzione darwiniana

Le osservazioni di un naturalista

Nel 1831, Darwin si imbarcò come naturalista sul brigantino della marina militare inglese Beagle, in rotta verso il Sud America. Durante il viaggio, raccolse molti esemplari di piante di animali fossili e registrò tutte le sue osservazioni, sia geografiche sia biologiche. In particolare, rimase colpito dalla somiglianza tra il fossile di un grosso gliptodonte e l’attuale armadillo e dal ritrovamento, nelle isole Galápagos, di tredici specie di fringuelli simili tra loro, ma con tredici differenti tipi di becco. Inoltre, ebbe modo di leggere il saggio Principi di geologia dei continenti del geologo inglese Charles Lyell. Lyell sosteneva che le forze naturali che hanno agito nei diversi periodi geologici sono le stesse che agiscono abitualmente (teoria dell’attualismo); non aveva perciò senso parlare di cataclismi e creazioni successive per spiegare le modificazioni della flora, della fauna e della geologia dei continenti. Per Lyell, i grandi cambiamenti sono frutto di piccoli cambiamenti, accumulatisi nei millenni.

Le riflessioni di Darwin

Ritornato in patria nel 1838, Darwin iniziò subito a studiare il materiale raccolto. Nel frattempo, gli capitò di leggere il Saggio sul principio di popolazione, dell’economista inglese Thomas Malthus; nel saggio, l’autore sosteneva che all’aumento della popolazione umana non si accompagna mai un adeguato aumento della disponibilità di cibo, e che l’insufficienza del cibo è all’origine della lotta per l’esistenza. Darwin concepì allora l’idea che la lotta per l’esistenza potesse spiegare anche l’origine di nuove specie viventi e la scomparsa di altre. Interessandosi all’attività degli allevatori, Darwin scoprì anche che le grandi variazioni individuali tra gli animali d’allevamento sono dovute alla selezione naturale alla quale vengono assoggettati dall’uomo a suo esclusivo vantaggio: gli allevatori scelgono gli animali da far riprodurre e gli incroci, in modo che i discendenti presentino le caratteristiche desiderate. I risultati della selezione artificiale si ottengono in breve tempo, ma sicuramente le differenze tra le diverse specie di fringuelli delle Galápagos non potevano che essere dovute a una selezione naturale, cioè operata dalla natura, che richiede tempi molto più lunghi.

Darwin formula la teoria dell’evoluzione per selezione naturale

Tutte le informazioni e gli indizi raccolti portarono Darwin a concludere che le specie non sono fisse e immutabili, ma si trasformano lentamente nel corso del tempo. L’ipotesi sui meccanismi dell’evoluzione fu da lui esposta nel saggio Sull’origine della specie per selezione naturale, pubblicato nel 1859. Darwin fonda la sua teoria su alcuni presupposti.

Teoria di Darwin

• La variabilità: tra individui della stessa specie esistono differenze ereditarie. Queste possono essere più o meno vantaggiose per l’individuo. È evidente che gli individui che presentano caratteri più favorevoli possono sopravvivere, riprodursi e trasmettere tali caratteri alla discendenza. Le variazioni favorevoli si accumulano di generazione in generazione e gli individui diventano sempre più adatti all’ambiente.
• Il potenziale riproduttivo: le popolazioni naturali hanno un potenziale riproduttivo illimitato, ovvero se non ci fossero ostacoli dovuti all’ambiente, gli individui di ogni specie vivente aumenterebbero rapidamente di numero. Ma vari fattori ambientali entrano in azione per ridurre il numero dei discendenti: come la limitata disponibilità di cibo o di spazio, il clima, i predatori e le malattie. Essi fanno sì che il numero degli individui di una specie si mantenga praticamente costante. Il potenziale riproduttivo, seppure diverso da specie a specie, è per Darwin il motore dell’evoluzione, poiché la selezione naturale agisce in modo da contrastare il potenziale riproduttivo della specie.
• La lotta per l’esistenza: poiché nascono più individui di quanti ne possano sopravvivere, tra essi si svolge una forma di competizione. Gli animali lottano per il cibo, per lo spazio, per il riparo; le piante competono per la luce, per l’acqua, per i sali minerali eccetera.
• La selezione naturale al più adatto: dalla lotta per l’esistenza escono vincenti gli individui che possiedono qualche caratteristica vantaggiosa, come una vista più acuta nel caso dei falchi, una maggiore velocità di fuga nel caso dei conigli, delle zampe più adatte a correre per i cavalli. Essi risultano più adattati all’ambiente in cui vivono, e quindi riescono a sopravvivere, a riprodursi e a trasmettere ai loro discendenti le variazioni favorevoli. L’accumulo di caratteri favorevoli da una generazione all’altra fa sì che alla fine gli individui siano così diversi da quelli originari da costituire una nuova specie. L’idea più innovativa della teoria di Darwin fu aver sottolineato l’importanza della selezione naturale come guida dell’evoluzione.
• Le nuove specie discendono da specie preesistenti: perché le differenze ereditarie all’interno di una specie originaria possano dare origine a nuove specie, è essenziale che la specie venga frazionata in diverse popolazioni isolate tra loro. La più comune forma di isolamento è l’isolamento geografico, che si verifica quando, per esempio, le popolazioni di una stessa specie rimangono separate da barriere naturali (sollevamento di montagne, isolamento di bracci di mare, fiumi, ecc.) che impediscono di incontrarsi e di riprodursi tra loro. È quanto sta succedendo alle tartarughe giganti Geochelone elephantopus delle Galápagos: sulle varie isole dell’arcipelago vivono diverse razze di questo rettile, riconoscibili per la forma della corazza, che discendono da un’unica specie originaria. Per Darwin, una razza è “una specie nascente”: se l’isolamento geografico (quelle tartarughe non sanno nuotare) continuerà, ogni razza accumulerà variazioni di generazione in generazione e si trasformerà alla fine in una nuova specie.

Adattamento

Modifiche di carattere anatomico, fisiologico, comportamentale che migliorano l’efficienza dell’organismo nell’ottenere risorse (processi biologici) così da avere un aumento del tasso riproduttivo, che fa sì che il patrimonio genetico di quell’organismo abbia più probabilità di diffondersi nella specie. È impossibile definire quando un organismo è più forte di un altro, il più “forte” non è contemplato nella teoria evolutiva. Il percorso evolutivo procede per tentativi, non è guidato in nessun modo, avviene una selezione casuale di un carattere da parte dell’ambiente.

Adattato

L’organismo è adattato se non è ucciso dall’ambiente e ha quindi un bilancio energetico positivo (rapporto tra energia acquisita ed energia spesa). Si spende energia producendo calore mediante: movimento, funzioni vitali e crescita. Il bilancio energetico deve essere positivo perché ci sia una riproduzione, che garantisce il mantenimento della specie. La spinta evolutiva non dipende mai da un solo fattore.

Un altro aspetto, oltre all’adattamento morfologico, è l’adattamento fisiologico che si può vedere molto bene nelle piante. Altro aspetto importante per l’evoluzione è il comportamento, frutto di un processo evolutivo che rappresenta un messaggio sia verso il sesso opposto sia verso il proprio.

Esempio: due cervi maschi quando si incontrano hanno comportamenti che vanno rispettati. Il maschio dominante si pone in atteggiamento delicato per farsi notare dall’altro, mediante le corna strappano pezzi di albero per far vedere la propria forza e che possiedono più corna; emettono un particolare vocalizzo, una voce grave e profonda che dà una misura della grandezza della gabbia toracica (il bramito del cervo); se alla fine di questa prima presentazione i due maschi risultano equivalenti arrivano allo scontro fisico, regolamentato anch’esso. Ritualità, si sono evoluti meccanismi comportamentali per far cessare lo scontro prima della morte.

L’evoluzione, (il cambiamento) secondo Darwin, è quindi il risultato di un processo di adattamento da parte di una specie che comprende tre sfere: fisiologica, anatomica ed etologica. Il processo evolutivo non ha un destino preordinato, non si può stabilire se c’è un organismo più evoluto e neppure più adatto di un altro, è un processo che va per tentativi. Per esempio, il meteorite che estinse i dinosauri, che erano di per sé una specie adattata, provocò modificazioni ambientali considerevoli.

Strategie adattative

Le strategie adattative che una specie può mettere in atto sono due: specializzarsi oppure no, rimanendo generalizzata.

• Generalizzazione: l’animale sceglie di non specializzarsi poiché trae più vantaggio a rimanere generalizzato, rispetto a specializzarsi su una risorsa o un ambiente soltanto. Questa strategia non porta all’estinzione perché l’animale può occupare diversi ambienti e diverse risorse.
• Specializzazione: l’animale in seguito a varie interazioni con l’ambiente...