Appunti completi di Introduzione alla biologia

Sommario

Modulo di biologia animale ........................................................................................ 5

Metodo scientifico ................................................................................................. 5

Correlazioni spurie ............................................................................................. 5

Ipotesi, teoria, legge scientifica .......................................................................... 6

Dove acquisire le fonti? ...................................................................................... 6

Teoria dell’evoluzione ............................................................................................ 6

Storia del pensiero evoluzionistico ..................................................................... 6

Principi base dell’evoluzione .............................................................................. 7

Altre prove dell’evoluzione................................................................................. 8

Meccanismi dell’evoluzione ................................................................................... 8

Concetto di specie e popolazione ....................................................................... 8

Equilibrio di Hardy-Weinberg ............................................................................. 8

Microevoluzione e macroevoluzione .................................................................. 9

Speciazione ........................................................................................................ 9

Simbiosi ................................................................................................................ 10

Cos’è la simbiosi? ............................................................................................. 10

Coevoluzione .................................................................................................... 10

Mirmecofilia ..................................................................................................... 11

Teoria endosimbiontica .................................................................................... 11

Strategie riproduttive ........................................................................................... 11

Riproduzione asessuata (agamica) ................................................................... 12

Riproduzione sessuata (gamica) ....................................................................... 12

Inversione sessuale .......................................................................................... 13

Fenomeno della cantarifilia .............................................................................. 13

Storia della vita: i dinosauri viventi ....................................................................... 14

Origine del pianeta Terra .................................................................................. 14

Passaggio da materia inanimata a materia vivente .......................................... 14

Problema dell’origine della vita ........................................................................ 14

Nascita della vita .............................................................................................. 15

Dove è nata la vita? .......................................................................................... 15

Fasi nella storia della vita ................................................................................. 15

Storia dell’uomo ................................................................................................... 16

Cambiamenti climatici ...................................................................................... 16

The Great Rift Valley ......................................................................................... 17

Locomozione bipede ........................................................................................ 17

Adattamenti morfologici alla postura bipede ................................................... 18

Evoluzione dell’uomo ........................................................................................... 18

Storia degli europei .......................................................................................... 19

Modulo di biologia vegetale – Abeli ......................................................................... 19

Biologia della conservazione ................................................................................ 19

Conseguenze della comparsa dell’uomo sulla Terra ......................................... 19

Antropocene .................................................................................................... 19

I 4 pilastri della biologia della conservazione .................................................... 19

Pressioni e minacce .......................................................................................... 20

Come salvare una specie dall’estinzione .............................................................. 20

Traslocazioni..................................................................................................... 20

Fasi della traslocazione ..................................................................................... 21

Caso di studio: reintroduzione di una pianta nel Parco del Ticino .................... 21

Ruolo delle collezioni naturalistiche per la de-estinzione delle specie vegetali .... 21

Riportare in vita almeno una specie estinta usando materiale proveniente da erbari, fasi del processo.................................................................................... 21

Estinzione e de-estinzione ................................................................................ 22

Semi ................................................................................................................. 23

Come scrivere, leggere e trovare un articolo scientifico ....................................... 23

Disseminazione e comunicazione ..................................................................... 23

Cos’è un articolo scientifico? ............................................................................ 23

Struttura di un articolo di ricerca ...................................................................... 23

Un buon articolo di ricerca deve ....................................................................... 24

Processo di peer-review ................................................................................... 24

Modulo di fisiologia vegetale – Tavladoraki ............................................................. 24

Interazione della luce con le piante ...................................................................... 24

Fotosintesi ........................................................................................................ 25

Reazioni fotosintetiche del carbonio ................................................................ 25

Fotosintesi ossigenica ....................................................................................... 25

Luce .................................................................................................................. 25

Pigmenti fotosintetici ....................................................................................... 26

Organizzazione di un fotosistema ..................................................................... 26

Evoluzione degli organismi fotosintetici ............................................................... 27

Organismi eterotrofi primitivi ........................................................................... 27

Reazioni fotosintetiche del carbonio .................................................................... 27

Ciclo di Calvin ................................................................................................... 27

Rubisco ............................................................................................................. 27

Metabolismo fotosintetico C4 .......................................................................... 28

Metabolismo acido delle crassulacee CAM ...................................................... 29

Meccanismo di concentrazione della CO2 nei cianobatteri .............................. 29

Concentrazione di CO2 nell’atmosfera ............................................................. 29

La luce come segnale ambientale ......................................................................... 30

Fotorecettori .................................................................................................... 30

Fitocromo ......................................................................................................... 31

Fotoperiodismo ................................................................................................ 32

Metaboliti ............................................................................................................ 32

Piante geneticamente modificate ........................................................................ 34

Modulo di neuroscienze educative .......................................................................... 35

Le neuroscienze educative ................................................................................... 35

8 concetti fondamentali delle Neuroscienze .................................................... 35

Cosa sono le neuroscienze educative? ............................................................. 36

Perché “imparare ad imparare”? ...................................................................... 36

Come variano le capacità cognitive con l’età? .................................................. 36

Cosa avviene nel cervello quando impariamo?................................................. 36

L’attenzione...................................................................................................... 36

Modi in cui pensiamo ....................................................................................... 37

Stress e apprendimento ................................................................................... 37

Bias cognitivi e il ragionamento scientifico ....................................................... 37

L’illusione di sapere .......................................................................................... 40

Procrastinazione ............................................................................................... 40

Il multitasking è davvero efficiente? ................................................................. 41

Perché dormire se si vuole imparare meglio? ................................................... 41

L’attività fisica ed i suoi effetti sul cervello ....................................................... 41

I neuromiti ........................................................................................................ 42

Geni si nasce o si diventa? ................................................................................ 42

I MOOC (Massive Online Open Courses) .......................................................... 42

Tecniche di memorizzazione ............................................................................ 44

Introduzione alla biologia

Modulo di biologia animale

Metodo scientifico

Il metodo scientifico prevede due tipi di approcci:

• Metodo deduttivo: procedimento razionale da cui si arriva ad una conclusione implicita da premesse generiche, dal generale al particolare;
• Metodo induttivo: procedimento sperimentale che cerca di stabilire conclusioni generali partendo da osservazioni particolari, dal particolare al generale.

Il metodo scientifico venne introdotto da Galileo Galilei e consiste nel sottoporre le ipotesi a controllo sperimentale. L’osservazione di un fenomeno guida alla formulazione di un’ipotesi che può essere confermata o confutata dagli esperimenti. Non è possibile provare che l’ipotesi sia vera ma è possibile provare che essa sia falsa.

Procedimento:

1. Osservare il fenomeno
2. Formulare domande
3. Formulare ipotesi
4. Effettuare gli esperimenti
5. Registrare ed analizzare i dati
6. Trarre una conclusione
7. Diffondere i risultati

Correlazioni spurie

Durante l’osservazione di un fenomeno, può capitare che due variabili sono associate per la presenza di un altro fattore sconosciuto, non sono correlate causalmente: questa relazione matematica viene detta correlazione spuria.

La natura è un sistema complesso caratterizzato da un gran numero di variabili, i cui comportamenti dipendono dal modo in cui i sottoinsiemi interagiscono fra loro:

• Approccio olistico: le proprietà di un sistema non possono essere spiegate mediante le singole componenti poiché la sommatoria funzionale delle stesse è sempre differente dalle singole parti;
• Approccio riduzionista: le variabili di un sistema devono essere ridotte al minimo per spiegare le proprietà dell’ipotesi in esame.

Ipotesi, teoria, legge scientifica

L’ipotesi rappresenta la spiegazione di un fenomeno che diventa il punto di partenza per ulteriori indagini.

La teoria è la spiegazione dettagliata di un fenomeno, ripetutamente testata e confermata mediante sperimentazione; non è incerta ma è dimostrata da fatti sperimentali ed è solitamente predittiva. Più ipotesi sono confermate e più la teoria è solida. Ad esempio, la teoria dell’evoluzione è validata dalla genetica, dall’anatomia comparata, dai fossili e dai vari esperimenti sui microorganismi.

La legge scientifica è una relazione costante, universale, con forza predittiva, formulata matematicamente tra fenomeno o aspetti di uno stesso fenomeno.

Dove acquisire le fonti?

Le fonti si possono acquisire da riviste scientifiche che applicano peer-review come: Nature, Science ecc…

Teoria dell’evoluzione

Storia del pensiero evoluzionistico

Ai tempi di Aristotele si pensava che gli organismi fossero disposti secondo un livello crescente di complessità. I tipi di pensiero più diffusi erano:

• Antropocentrismo: l’uomo era al centro dell’universo, l’essere perfetto;
• Fissismo: immutabilità degli esseri viventi, creati da entità superiori, non contempla l’evoluzione.

Linneo introduce la classificazione binomiale, ovvero l’organizzazione degli organismi in gerarchie simili fra di loro.

Il Conte di Buffon è il primo ad opporsi al fissismo creazionista e avanzò l’ipotesi che i viventi si fossero originati da pochi antenati.

Cuvier, il padre dell’anatomia comparata, continua a sposare l’ipotesi fissista ma introduce l’ipotesi del catastrofismo: i fossili rappresentano specie estinte in passato per mezzo di eventi catastrofici.

Lamarck si oppone alla visione catastrofista poiché ritiene che i caratteri acquisiti siano ereditabili, le specie cambiano nel tempo grazie all’uso o meno di determinati organi.

Wallace e Darwin formulano indipendentemente la teoria dell’evoluzione delle specie per selezione naturale. Esiste una variabilità fra gli individui di una stessa specie, la selezione favorisce gli individui capaci di riprodursi.

Mendel, il padre della genetica, formula le leggi sull’ereditarietà dei caratteri:

• Legge della dominanza: gli individui nati dall’incrocio tra due individui omozigoti che differiscono per una coppia allelica avranno il fenotipo originato dall’allele dominante;
• Legge della segregazione: una coppia di alleli associati ad uno stesso gene, si separa in modo che metà dei gameti porti un allele e l’altra metà l’altro allele;
• Legge dell’assortimento indipendente.

Scoperta del DNA grazie alla foto 51 ottenuta con la diffrazione ai raggi X di un gel paracristallino composto da fibre di DNA. Ad oggi si parla di sintesi moderna o neodarwinismo, essa si fonda su basi genetiche che permettono analisi su base matematica e viene continuamente arricchita.

Principi base dell’evoluzione

La variazione genetica delle popolazioni naturali viene prodotta per mezzo di mutazioni casuali del DNA. La principale forza evolutiva è la selezione naturale, che favorisce gli organismi più adatti ad un determinato ambiente. Essa consiste in cambiamenti della frequenza allelica fra una generazione e l’altra dovuti a mutazioni, deriva genetica o flusso genico. Questi cambiamenti portano a fenomeni di speciazione, ovvero la nascita di nuove specie. L’evoluzione è un processo continuativo graduale a velocità non costante.

• Gradualismo: l’evoluzione avviene con piccole modificazioni cumulative per lunghi periodi di tempo;
• Equilibri punteggiati: le specie conservano per lunghi periodi delle caratteristiche che poi mutano improvvisamente in tempi brevi.

Altre prove dell’evoluzione

Grazie all’anatomia, all’embriologia comparata e allo studio dei fossili si sono scoperte:

• Strutture analoghe: strutture che svolgono la stessa funzione ma con origine evolutiva differente;
• Strutture omologhe: strutture con origine comune ma non necessariamente con la stessa funzione, esse hanno valenza filogenetica;
• Teoria della ricapitolazione: “l’ontogenesi ricapitola la filogenesi”, ovvero lo sviluppo di un singolo organo biologico possiede parallelismi e riassume lo sviluppo evolutivo della propria specie. Le omologie dello sviluppo embrionale sono indicatrici delle strette relazioni evolutive.

Meccanismi dell’evoluzione

Concetto di specie e popolazione

• Specie: insieme di individui, discendenti da un antenato comune, tra loro interfecondi, in grado di generare prole, isolati riproduttivamente da individui di altre specie e con una nicchia ecologica esclusiva. La nicchia ecologica rappresenta l’ipervolume delineato da tutte interazioni fra fattori biotici ed abiotici che permettono l’esistenza della specie.
• Popolazione: insieme di individui della stessa specie che vivono in uno stesso periodo nella stessa area geografica, dove hanno la massima probabilità di accoppiarsi fra loro. Il flusso genico, ovvero lo scambio di alleli attraverso la riproduzione sessuale, è maggiore