Anatomia umana

BIOLOGIA ANIMALE

La biologia è la scienza che studia la vita, gli organismi viventi e i sistemi biologici, che possono

essere cellule o popolazioni, che necessitano di interazioni ed equilibrio (omeostasi). Quando

parliamo di biologia parliamo di tutto ciò che capita nell’ambito della vita di un sistema biologico.

Per mantenerci in condizione di un buon funzionamento, dobbiamo mantenerci in un sistema

regolato, cioè dobbiamo mantenere una omeostasi del sistema.

Esempi di esperimenti svolti nel corso degli anni per dimostrare quanto la biologia agisca nella

nostra vita di tutti i giorni.

• 1975, “The scent of your thought”

La ricercatrice americana McClintock ha pubblicato una ricerca sul “profumo dei pensieri”,

che mette in relazione aspetti olfattivi con aspetti cognitivi (l’olfatto è un organo di senso, gli

aspetti cognitivi sono qualcosa che accade nel nostro cervello e tuttora non sappiamo bene

come avvengano: il nostro cervello ha un’attività elettrica, ma non sappiamo come essa

diventi pensiero o sogno). La ricercatrice, incuriosendosi sulla sincronizzazione del ciclo

mestruale delle ragazze che condividono gli stessi contesti, ha scoperto che noi rilasciamo

feromoni (sostanze chimiche di natura ormonale) nell’aria. La vita sociale viene perciò

regolata da sistemi biochimici legati a sostanze che noi non vediamo e che a volte non

percepiamo e che regolano molti dei nostri processi nei sistemi biologici. Questa ricerca è

stata criticata perché in alcuni contesti non è stata verificata, ad esempio in condizioni

etniche e culturali diverse: di fatto, natura e cultura vanno di pari passo e regolano la nostra

biologia.

• Se consideriamo le caratteristiche organolettiche del sudore di una persone, l’odore del

sudore di un atleta che si diverte facendo sport è inodore, mentre una persona sudata in

aereo ha un odore acre molto intenso, perché esso deriva da una reazione e rilascio di

feromoni d’allarme e di paura. Molti di noi usano feromoni sistematicamente in situazioni

sociali particolari (soprattutto quando gli aspetti della vita sociale riguardano processi

biologici fondamentali), come i profumi, ovvero estratti di sostanze derivanti da feromoni

animali/vegetali che hanno una funzione biologica che comunica all’interno di una

popolazione come ci stiamo comportando.

• La nostra vita è regolata dalla biologia: pensare alla SARS CoV-2, una particella di 100

nanometri di diametro che ci ha tenuti in stallo per anni, senza sapere bene da dove

provenisse o che intensità avesse. I virus sono sistemi biologici subcellulari, molti hanno

un’alta infettività inizialmente e poi variano le loro caratteristiche in base alle varianti. Noi

dobbiamo capire come da strutture subcellulari, ovvero molecole che si organizzano tra di

loro, si formino cellule, tessuti, organi, organismi (b. molecolare, biochimica, b. cellulare, b.

dello sviluppo, istologia, b. animale, fisiologia, b. delle popolazioni, b. delle comunità,

ecologia)

• La vita nasce da una molecola specifica che deve dettare una ricetta precisa, il codice

genetico (che ora può essere creato in laboratorio a livello sintetico). Oggi, a livello

tecnologico, siamo in grado di estrarre il DNA dalle cellule della pelle e impiantarlo in

cellule di un altro organismo e quindi effettuare una clonazione. Lo studio della vita si 1

dirama in una serie di discipline molto importanti, come la biologia forense, applicata al

foro (la magistratura), che analizza le tracce biologiche, la bioetica, le biotecnologie.

• La biologia può essere utilizzata per scopi genetici: in un essere vivente (topi, bovini) la

miostatina (blocco dello sviluppo della massa muscolare) può essere inibita per favorire

l’azione della miogenina (genesi del muscolo) e quindi la crescita muscolare (doping).

• 1848, Phineas Gage

Lavorando come operaio in una ferrovia americana, una sbarra di ferro gli ha trapassato il

cranio, nella regione prefrontale uscendo dalla guancia, ma è riuscito a sopravvivere,

dimostrando però un’alterazione a livello del sistema nervoso che aumentava la sua

aggressività: aveva perso i freni inibitori. Nel ‘900, quando sono partiti gli studi di

neuroscienze, si è capito che la corteccia prefrontale (anteriore del cervello) è la regione

che pone dei freni ed inibizioni per far capire i limiti, in mancanza dei quali si perde il

controllo delle proprie azioni. La maggior parte di criminali di un certo livello presenta

lesioni in quella regione del cervello. Di fatto, chi si droga di cocaina è più propenso a

perdere la capacità di inibizione (o cannabis o altre droghe).

“Questi comportamenti sono legati al sistema olfattivo?”

Il sistema olfattivo è collegato anteriormente con la regione prefrontale, perciò potrebbe

essere coinvolto nel sistema emotivo, ma l’uomo a livello sensoriale non ragiona più tanto

con l’olfatto (percependo feromoni involontariamente), ma siamo anche un animale

culturale e ci siamo elevati al sistema olfattivo, cosa che non hanno fatto tutti gli altri

animali che invece hanno un sistema olfattivo molto sviluppato al contrario del nostro, che

si è ridotto per far spazio allo sviluppo cerebrale (infatti gli animali si dice che “ragionano

con l’olfatto”).

• Biologia forense vs bioetica

tre casi di omicidio in cui l’avvocato dell’omicida ha chiesto ad un biologo di trovare

soluzioni per far evitare la sedia elettrica ai criminali:

1. Il primo omicida uccide il sindaco di San Francisco e ottiene le attenuanti generiche perché

è un culturista, perciò tutte le sostanze ormonali che ha assunto per sviluppare le masse

→

muscolari gli avevano modificato il sistema nervoso. il testosterone è il principale

modificatore nell’uomo e nella donna di aspetti legati all’aggressività. L’alcolismo può

sviluppare nella specie umana comportamenti di due tipi: aggressività o depressione: l’alcol

non fa altro che aumentare caratteristiche biologiche dell’individuo agendo sulla corteccia

prefrontale.

2. La seconda è una donna, salvata dalla sedia elettrica perché il biologo ha sostenuto si

trovasse nel giorno immediatamente antecedente del ciclo mestruale, dove i profili

endocrini del periodo perimestruale liberano aspetti legati all’aggressività.

3. Il terzo omicida perché mangiava troppo al fast food e la sua obesità lo ha portato ad

alterazione dei profili ormonali che ne avevano condizionato il comportamento.

“QUALI SONO GLI OBIETTIVI FONDAMENTALI DI UN ORGANISMO VIVENTE?”

Gli aspetti che condizionano la vita di un sistema biologico sono sopravvivenza e riproduzione, che

condizionano la vita degli organismi. Nell’uomo subentra la cultura e possono esserci delle

→

modulazioni degli obiettivi legati a questi aspetti EVOLUZIONE. Noi siamo sottoposti alle leggi

dell’evoluzione, le popolazioni si modicano, cambiano e interagiscono tra di loro per perseguire

questi obiettivi. Il grande obiettivo finale è il perpetuare della specie. 2

In biologia, però, non esiste evoluzione altruistica (“il bene della specie”), esiste invece solo quella

egoistica, perché ci riproduciamo solo per trasmettere il maggior numero dei nostri geni alle

generazioni successive, pensando che il proprio DNA sia migliore rispetto a quello delle altre

→

persone KIN SELECTION (selezione di parentela).

La biologia permea anche la politica e molte decisioni vengono prese su base soggettiva e non

scientifica. Ad esempio, chi promette di bloccare i flussi migratori, che scientificamente sono

impossibili da bloccare: nella storia dell’umanità non si sono mai fermate, noi italiani se veniamo

analizzati dal punto di vista genetico abbiamo una moltitudine di genomi che vi hanno pochi altri

popoli. Oppure nel ‘900 Hitler e Mussolini, convinti di una razza superiore scientificamente

insostenibile. Il concetto di razza dal punto di vista biologico non è supportabile, nell’ambito

dell’umanità non c’è diversificazione a livello del DNA (differenza minima), gli esseri umani si sono

sempre mescolati tra loro in 100 mila anni di esistenza. Paradossalmente, se si deve parlare di

“razza eletta”, si deve menzionare l’etnia afro-americana che dal punto di vista fisico è più evoluta

e sviluppata a causa delle molteplici violenze subite da schiavi. Si può parlare di razze solo in

ambito di bovini o cani, selezionati artificialmente.

La biologia va di pari passo con la cultura e l’ambiente (nature and nurture).

3 aspetti fondamentali che conferiscono agli organismi viventi caratteristiche uniche:

1) Leggi dell’evoluzione

2) Trasmissione dell’informazione (i sistemi biologici comunicano tra loro: noi come individui

ma anche le cellule comunicano tra loro per sopravvivere e mantenere l’omeostasi

dell’organismo, i batteri comunicano tra loro)

3) Trasferimento dell’energia (il sistema biologico non procede senza)

Ogni sistema biologico deve essere contestualizzato all’habitat e alle funzioni che deve svolgere,

non esiste un sistema più evoluto di altri: è il caso dell’antidepressivo PROZAC, che ha funzionato in

Europa (veniva chiamato il “farmaco della felicità”) ma non in Asia, dove la percentuale di suicidi è

rimasta invariata; si può fare l’esempio anche di un trattore e di una macchina da corsa, non vi è

una macchina più evoluta dell’altra, hanno solo funzioni e habitat diversi e non funzionano in

ambienti differenti (pensare ad un globulo bianco che ha il compito di attaccare un batterio

allontanandosi da un vaso (diapedesi), trovandosi in un ambiente extracellulare completamente

diverso da quello plasmatico, dovendo perciò modificare le sue caratteristiche e il funzionamento

del suo sistema)

LA VITA

Partendo dagli elementi più semplici, gli atomi, e aggregandoli, sia arriva a costruire la vita, ovvero

ciò che studia la biologia, che, in quanto scienza, si deve basare su dati oggettivi.

Non è possibile dare un’unica definizione precisa di “vita” dal punto di vista scientifico

(bisognerebbe menzionare la morte per poter descrivere la vita, perché la morte è dimostrabile dal

punto di vista tecnico-scientifico). Dal punto di vista biologico, possiamo parlare di vita riferendoci

alle proprietà fondamentali o emergenti della vita:

• I sistemi biologici devono rispettare un ordine ed un’organizzazione morfo-funzionali

(strutturale e fisiologica): le cellule tumorali (neoplastiche) sono delle cellule

geneticamente mutate che si svincolano dall’organizzazione strutturale del sistema

biologico in cui sono inserite. 3

• Crescita, sviluppo e apoptosi (morte cellulare programmata, necessaria per un

rinnovamento delle cellule)

• Riproduzione (asessuata/sessuata)

• Consumo di energia (omeostasi metabolica)

• Risposta agli stimoli dell’ambiente

• Adattamento evolutivo alle continue modificazioni ambientali (fondamentale)

Se prendiamo come esempio i virus, non hanno la capacità di riprodursi, svilupparsi e reagire

all’ambiente che li circonda in maniera autonoma, ma possono interagire con gli esseri viventi e

sfruttano tutti gli apparati e caratteristiche di una cellula per crescere e svilupparsi: per questo i

virus sono organismi semi-viventi. Altro esempio il mulo, un animale ibrido quindi sterile, è un

organismo vivente ma non è in grado di rispettare la proprietà della riproduzione, non è perfetto.

Organizzazione gerarchica

L’organizzazione possiamo trovarla a qualsiasi livello:

• possiamo partire dagli atomi, che si organizzano per formare molecole sempre più grandi o

macromolecole (a seconda degli elementi chimici);

• le prime si organizzano unendosi per dare composti sempre più grandi; le macromolecole

danno organelli;

• essi formano la cellula, l’unità elementare della vita, non c’è vita a livello subcellulare (c’è

solo un elemento subcellulare che rispetta tutte le proprietà emergenti: il mitocondrio,

perché è una cellula batterica procariotica finita all’interno della nostra cellule, e siccome sa

produrre energia ed è utile si è evoluto per essere mantenuto a livello della cellula, anche

se in grado di vivere a livello extracellulare);

Metastasi = cellule impazzite che si staccano da un tessuto di un organo e vanno a

colonizzare un organo completamente diverso

• più cellule danno vita ad un tessuto; N.B: esistono tessuti solidi ma anche tessut i liquidi

(sangue e linfa). Ogni tessuto è composto da una componente cellulare e una

extracellulare: nei tessuti solidi è solida (fibre proteiche), nei liquidi è data da acqua (nel

sangue è il plasma). Siero: plasma che non contiene proteine della coagulazione.

• più tessuti creano un organo, che insieme formano apparati.

• organismo (individuo): il nostro organismo viene controllato dal nostro cervello (coordina le

attività) e dal cuore (fornisce l’energia): organi nobili.

• Popolazione (individui della stessa specie)

• Comunità (interazione tra popolazioni di specie diverse)

L’organizzazione gerarchica ha il compito di mantenere un’omeostasi (ordine interno) nei sistemi

biologici. I sistemi biologici ai diversi livelli, per funzionare devono mantenere una corretta

omeostasi. Diversi organi devono collaborare per mantenere l’ordine interno.

OMEOSTASI: costanza dei valori delle diverse funzioni vitali; complesso delle funzioni che

consentono all’ambiente interno di mantenere costante la propria composizione; stabilità

dell’ambiente interno di un organismo che viene preservata da fini meccanismi di regolazione.

OMEORESI: capacità di adattamento dei sistemi ad oscillazioni del metabolismo, cambiamenti

delle condizioni ambientali; mantenimento di condizioni di stabilità di un organismo tra equilibri

oscillanti. Oscillazioni dei tassi metabolici finalizzati al raggiungimento di uno stadio biologico

diverso dall’origine, in funzione di evoluzione ed adattamento. 4

Quando usciamo dalle condizioni cicliche di omeostasi del nostro sistema (condizioni fisiologiche)

si sconfina nella patologia (la temperatura corporea è indicativa di un’alterata regolazione del

nostro sistema interno: l’omeostasi termica, tra 36,5°C e 37.2°C diventa un marcatore

dell’omeostasi globale del nostro organismo, al di sotto e al di sopra si sconfina nella patologia).

A livello omeoretico esistono persone che si adattano a vivere con una temperatura corporea

superiore. Se la temperatura arriva a 40°C si sconfina dalla condizione omeostatica (ad alte

temperature si denaturalizzano gli enzimi e le proteine e “frigge” l’albumina circolante nel sangue).

Se si rientra dalla patologia rapidamente in un ambiente omeostatico, si parla di reversibilità della

→

patologia patologia acuta.

Se si rimane in ambito patologico per un periodo prolungato, le condizioni possono diventare

→

irreversibili patologia cronica (senza più capacità di ritorno verso le condizioni di omeostasi). In

determinate condizioni in cui si sconfina verso la patologia cronica, l’organismo si può adattare a

condizioni di metabolismo differenti: ovviamente, non bisogna sconfinare eccessivamente.

ALLOSTASI=aiuta organi a rimanere stabile nei confronti di cambiamenti.

Differenziamento cellulare=il processo che conduce alla formazione di differenti tipi di cellule.

Proliferazione cellulare=moltiplicazione di cellule in determinati tessuti

MATERIA: ELEMENTI E COMPOSTI (CHIMICA DELLA VITA)

Gli elementi chimici sono fondamentali per i sistemi biologici. Il 96% della biomassa vivente

(strutture biologiche) è costituito da C, O, H, N, il restante 4% circa è dato P, S, Ca, K.

Questi 8 elementi costituiscono il 99,5% della materia.

Tutti gli elementi della tavola periodica si ritrovano all’interno degli organismi, ma presenti in

percentuali molto più basse rispetto a quelli appena menzionati. Quantitativi di elementi non

corrispondo al valore funzionale degli stessi.

- Gli ioni Cl, Na, K, servono per far funzionare la conduzione dell’impulso nervoso (le cellule

nervose funzionano grazie a flussi di Na e K tra l’interno e l’esterno della cellula: entra il Na

nella cellula nervosa e si attiva, esce e si inattiva);

- Gli ioni Ca sono essenziali per la contrazione muscolare.

Avere dei valori alterati di K, Cl, Na fa uscire il nostro organismo dalle condizioni di omeostasi. Le

alterazioni di K e Na si hanno in determinate condizioni: vomito, diarrea (K), disidratazione (perdita

di liquidi ed elementi chimici che causano alterazioni a livello del sistema nervoso).

Lo iodio (I) è presente in tracce ma è fondamentale per il funzionamento della ghiandola della

tiroide, con il compito di coordinare a livello metabolico tutti gli organi. Quando lo iodio è scarso, la

ghiandola aumenta la velocità di produzione di cellule per catturare iodio e si ingrossa (gozzo

tiroideo). Se le cellule si riproducono troppo velocemente rischiano di andare incontro a mutazioni

genetiche con la conseguente nascita di carcinomi della tiroide (neoplasie maligne della tiroide).

1 Dalton = 1 U.M.A (Unità di Massa Atomica = la massa di 1 protone o neutrone).

Legami chimici

Un legame chimico è la forza attrattiva che lega tra di

loro due atomi in una molecola. Nei sistemi biologici è

fondamentale capire come questi 8 elementi chimici si

combinano tra loro in modo molto organizzato

attraverso dei legami. Dal punto di vista biologico ci

interessano i tipi di legame che questi elementi

formano tra loro: 5

Legame forte: per rompersi ha bisogno di molta energia.

• →

Legame covalente energia di

legame: 50-110 kcal/mol: avvie