Riassunto esame biologia animale e genetica, Prof. Avella Alessandra, libro consigliato Biologia, Edises

Biologia animale

Cap 1: Le caratteristiche della vita

Nonostante le loro diversità, gli esseri viventi che popolano il nostro pianeta condividono una serie di caratteristiche in comune, che li distinguono dalle cose non viventi. Queste caratteristiche comprendono un preciso tipo di organizzazione, crescita e sviluppo, un metabolismo capace di autoregolarsi, la capacità di rispondere agli stimoli, la riproduzione e l’adattamento ai cambiamenti ambientali.

Gli organismi sono composti da cellule

Nonostante siano molto diversi tra loro per dimensione e aspetto, tutti gli organismi viventi sono costituiti da unità di base chiamate cellule. Le nuove cellule sono generate esclusivamente dalla divisione cellulare delle cellule preesistenti. Questi concetti sono espressi nella teoria cellulare. Alcune forme di vita più semplici, unicellulari, sono costituite da una sola cellula, mentre quelle più complesse, pluricellulari, sono formate da più cellule. I processi vitali dipendono dalle funzioni coordinate delle cellule, che possono essere organizzate a formare tessuti, organi e apparati.

Ogni cellula è circondata da una membrana plasmatica protettiva che la separa dall’ambiente circostante. La membrana plasmatica regola il passaggio di materiali tra la cellula e l’ambiente. Le cellule possiedono molecole specializzate, per esempio il DNA (acido desossiribonucleico), che contiene e trasmette le informazioni genetiche. In genere, le cellule presentano strutture interne, gli organuli, che siano specializzati per svolgere funzioni specifiche. Per esempio, i mitocondri convertono l’energia delle molecole alimentari in forme che possono essere meglio utilizzate dalla cellula.

Esistono fondamentalmente due diversi tipi di cellule: le procariotiche e le eucariotiche. Le cellule procariotiche sono piccoli organismi classificati in due gruppi, chiamati il dominio dei batteri e il dominio degli archei o archeobatteri. Le cellule procariotiche non hanno un nucleo o altri organuli provvisti di membrana. Tutti gli altri organismi sono costituiti da cellule eucariotiche. Queste cellule tipicamente contengono una varietà di organuli circondati da membrana e il nucleo.

Gli organismi crescono e si sviluppano

Crescita biologica consiste in un aumento della dimensione delle singole cellule di un organismo o nell’aumento del numero di cellule, o entrambi. La crescita di un organismo può essere uniforme oppure può essere più accentuata in alcune parti, cosicché le proporzioni del corpo cambiano durante il processo di accrescimento. Alcuni organismi, come ad esempio la maggior parte degli alberi, continuano a crescere durante tutta la loro vita; molti animali, invece, hanno un periodo di crescita definito che termina quando sono raggiunte le dimensioni tipiche dell’età adulta. Uno degli aspetti significativi del processo di crescita è che ogni parte dell’organismo continua a funzionare mentre cresce.

Oltre ad accrescersi, gli organismi viventi si sviluppano. Lo sviluppo comprende tutti i cambiamenti che avvengono durante la vita di un organismo. La forma e le strutture del corpo che si sviluppano sono adatte alle funzioni che l’organismo deve svolgere.

Gli organismi regolano i propri processi metabolici

In tutti gli organismi viventi avvengono reazioni chimiche e trasformazioni energetiche essenziali per la nutrizione, la crescita, la riparazione cellulare e la trasformazione dell’energia in forme utilizzabili. L’insieme delle attività chimiche dell’organismo è chiamato metabolismo. In ciascun essere vivente, le reazioni metaboliche avvengono di continuo e devono essere accuratamente regolate per mantenere l’omeostasi, uno stato di equilibrio interno, che indica la naturale tendenza degli organismi a mantenere un ambiente interno stazionario.

Ad esempio, quando c’è bisogno di una certa sostanza, devono essere attivati i processi cellulari che la producono. Quando la sostanza è stata prodotta in quantità sufficiente, il processo deve essere rallentato o inibito. Questi meccanismi omeostatici sono sistemi di controllo che si autoregolano, altamente sensibili ed efficienti. Negli animali superiori, la regolazione della concentrazione di glucosio nel sangue è un buon esempio di meccanismo omeostatico. Le cellule richiedono un apporto costante di glucosio, che viene demolito per ottenere energia. L’apparato circolatorio ha la funzione di portare il glucosio e altri nutrienti a tutte le cellule.

Per esempio, quando la concentrazione di glucosio nel sangue sale sopra i livelli normali, questo viene immagazzinato nel fegato e nelle cellule muscolari. Quando il livello inizia a scendere, le riserve sono convertite in glucosio, e i livelli ematici tornano normali. Quando la concentrazione di glucosio si abbassa, ci sentiamo affamati e ripristiniamo i normali livelli dei nutrienti mangiando.

Gli organismi rispondono agli stimoli

Tutte le forme di vita rispondono agli stimoli, cioè ai cambiamenti fisici o chimici che avvengono nel loro ambiente interno o esterno. Gli stimoli in grado di provocare una risposta nella maggior parte degli organismi sono: cambiamenti di luce, di temperatura, di pressione o suono, cambiamenti nella composizione chimica di terreno, aria o acqua circostanti. La risposta agli stimoli determina il movimento, sebbene non sempre la locomozione.

Negli esseri più semplici, l’intero organismo è in grado di rispondere agli stimoli: ad esempio, alcuni organismi unicellulari rispondono alla luce ritraendosi. In alcuni organismi, lo spostamento è il risultato di un lento scivolamento della cellula (un movimento chiamato ameboide); in altri, è dato dall’oscillazione di piccole estroflessioni della cellula simili a peli, chiamate cilia o flagelli. Alcuni batteri si muovono utilizzando la rotazione dei flagelli. La maggior parte degli animali si muove, striscia, nuota, corre o vola contraendo i muscoli. Alcuni animali, come le spugne o le ostriche, hanno stadi larvali durante i quali possono nuotare liberamente, ma una volta divenuti adulti perdono la capacità di spostarsi da luogo a luogo. Questi individui adulti, detti sessili, rimangono ancorati a una superficie per il resto della loro vita.

Gli organismi si riproducono

Ad oggi sappiamo che un organismo può avere origine solo da organismi preesistenti. Negli organismi semplici come l’ameba, la riproduzione asessuata è comune. Quando un’ameba raggiunge una certa dimensione, essa si riproduce dividendosi in due parti che vanno a formare le nuove amebe. Prima di dividersi, l’ameba fa una copia del suo materiale ereditario e lo suddivide equamente tra le due cellule. Ciascuna nuova cellula è identica alla cellula madre eccetto per le dimensioni. Negli organismi che si riproducono in maniera asessuata, le variazioni tra gli individui insorgono a causa delle naturali mutazioni del materiale genetico.

La maggior parte dei vegetali e degli animali, la riproduzione sessuata avviene con la produzione di cellule specializzate (cellule uovo e cellule spermatiche), che si uniscono a formare un uovo fecondato.

Le popolazioni si evolvono e si adattano all’ambiente

La capacità di una popolazione di evolversi e di adattarsi all’ambiente le permette di sopravvivere a continui cambiamenti. Gli adattamenti sono caratteri ereditari, ad esempio:

• La lingua lunga e flessibile della rana per catturare gli insetti;
• Il piumaggio e le ossa leggere degli uccelli per il volo;
• La folta pelliccia dell’orso per resistere a temperature molto basse.

Gli adattamenti possono essere di tipo strutturale, fisiologico e comportamentale, oppure una combinazione di questi.

Livelli di organizzazione biologica

Sia che si studi un singolo organismo o l’intero mondo biologico, è possibile evidenziare una gerarchia dell’organizzazione biologica. A ogni livello, struttura e funzione sono esattamente coordinate. Lo studio di una struttura, mediante l’analisi delle sue parti è conosciuto come riduzionismo. Ogni livello presenta delle proprietà emergenti, ovvero caratteristiche che non sono presenti ai livelli inferiori. Per esempio, le popolazioni hanno proprietà emergenti come la densità, l’età media, i tassi di nascita e di morte. I singoli individui però non possiedono queste caratteristiche.

Diversi livelli di organizzazione

Il livello chimico è il più semplice livello di organizzazione e comprende gli atomi e le molecole. Un atomo è la più piccola unità di un elemento chimico che ha tutte le proprietà caratteristiche di quell’elemento. Gli atomi si combinano tra loro per formare le molecole. Due atomi di idrogeno si combinano con un atomo di ossigeno per formare l’acqua. Pur essendo due atomi gassosi, l’acqua è un liquido, questo è un chiaro esempio di proprietà emergente.

Durante l’evoluzione degli organismi pluricellulari, le cellule si sono associate a formare i tessuti. Nella maggior parte degli organismi complessi, i tessuti si associano a formare strutture funzionali chiamate organi, gruppi di organi coordinati tra loro vengono chiamati apparati e sistemi.

Diversi livelli di organizzazione ecologica

Gli organismi interagiscono tra loro dando luogo a livelli ancora più complessi di organizzazione biologica. Tutti i membri di una specie che vivono contemporaneamente in una stessa area costituiscono una popolazione. Le popolazioni di organismi che vivono in un’area particolare e interagiscono tra loro formano una comunità. Una comunità, insieme all’ambiente nel quale si trova, è detta ecosistema. L’insieme di tutti gli ecosistemi esistenti sulla terra è detto biosfera.

Energia della vita

Il sole fornisce la maggior parte dell’energia che alimenta la vita sulla terra. Tutti i processi vitali, tra cui migliaia di reazioni chimiche che mantengono l’organizzazione degli organismi viventi, richiedono un continuo apporto di energia. Durante ogni scambio di energia, una certa quantità viene convertita in calore e dispersa nell’ambiente. I flussi di energia coinvolgono sia i singoli organismi sia gli ecosistemi. Un ecosistema autosufficiente è costituito da un ambiente fisico abitato da tre tipi di organismi: produttori, consumatori e decompositori. Questi organismi dipendono gli uni dagli altri e dall’ambiente per quanto riguarda i nutrienti, l’energia, l’ossigeno e l’anidride carbonica.

Le piante, le alghe e alcuni batteri e archei sono produttori autotrofi, ossia organismi che utilizzano materie prime semplici (composti inorganici) per produrre composti organici (cibo). La maggior parte di questi organismi effettua il processo di fotosintesi, con cui gli organismi autotrofi utilizzano l’anidride carbonica, acqua ed energia luminosa per sintetizzare molecole complesse come il glucosio e altri nutrienti.

Anidride carbonica + acqua + energia luminosa → glucosio + ossigeno

L’energia luminosa viene trasformata in energia chimica, che viene immagazzinata nei legami chimici del glucosio e di altri nutrienti. Nella fotosintesi viene prodotto ossigeno, necessario per la maggior parte degli organismi, comprese le piante. Tutti i processi chimici e le trasformazioni energetiche che avvengono all’interno delle cellule di un organismo prendono il nome di metabolismo. L’energia è necessaria per sostenere le attività metaboliche essenziali per la crescita, la riparazione e il sostentamento. Ciascuna cellula di un organismo richiede nutrienti che contengono energia. Durante la respirazione cellulare, le cellule catturano l’energia depositata nelle molecole dei nutrienti attraverso una serie di reazioni chimiche attentamente regolate.

Glucosio + ossigeno → anidride carbonica + acqua + energia

Quando i legami chimici si rompono durante la respirazione cellulare, l’energia di legame immagazzinata è resa disponibile per i processi vitali. Le cellule utilizzano quest’energia per compiere il proprio lavoro e per sintetizzare i costituenti necessari, come, ad esempio, nuovi componenti cellulari. Quasi tutte le cellule effettuano respirazione cellulare.

Gli animali sono consumatori eterotrofi, cioè sono organismi che dipendono dai produttori. I consumatori primari mangiano i produttori, mentre i consumatori secondari mangiano i consumatori primari. I consumatori ottengono energia rompendo i legami chimici degli zuccheri e di altri nutrienti originariamente prodotti durante la fotosintesi. I consumatori contribuiscono anche al mantenimento dell’equilibrio dell’ecosistema. Per esempio, i consumatori producono anidride carbonica che è necessaria ai produttori. Il metabolismo dei consumatori e dei produttori consente il mantenimento della miscela di gas necessari per la vita degli organismi viventi.

La maggior parte di batteri e funghi sono decompositori, cioè organismi eterotrofi che ottengono nutrimento dalla degradazione di materiali organici non viventi, come rifiuti, foglie, rami morti e resti di organismi morti. Mentre ottengono energia tramite questi processi, i decompositori rendono riutilizzabili i componenti di questi materiali. Se non esistessero i decompositori, le sostanze nutritive rimarrebbero intrappolate negli organismi morti e gli elementi necessari ai sistemi viventi sarebbero rapidamente esauriti.

Evoluzione

L’evoluzione è il processo con il quale le popolazioni di organismi cambiano nel tempo. La teoria evoluzionistica è diventata il più importante concetto unificante della biologia. L’evoluzione coinvolge il passaggio di geni per nuovi tratti da una generazione a un’altra, creando differenze nelle popolazioni. Alcuni elementi tipici di una prospettiva evoluzionistica sono presenti in tutti i campi della biologia.

Sistema binomiale

Scientificamente sono state identificate circa 1,9 milioni di specie, e i biologi stimano che ne restino ancora milioni da scoprire. Per studiare la vita, abbiamo bisogno di un sistema per organizzare, classificare e assegnare un nome alle sue molteplici forme. La sistematica è il campo della biologia che studia la diversità degli organismi e le loro correlazioni evolutive. La tassonomia, una disciplina che rientra nel campo della sistematica, studia la nomenclatura e la classificazione degli organismi. Carlo Linneo elaborò un sistema, adottato ancora oggi.

La specie è un gruppo di organismi con simile struttura, funzione, e comportamento. Una specie consiste in una o più popolazioni i cui membri sono capaci di accoppiarsi tra loro e non con membri di altre specie. I membri di una popolazione contribuiscono a un pool genico comune (tutti i geni presenti in una popolazione) e derivano da un antenato comune. Le specie strettamente correlate tra loro possono essere unite in un livello di classificazione superiore, il genere. Il sistema di Linneo, viene anche detto sistema binomiale poiché a ciascuna specie è assegnato un nome doppio. La prima parte indica il genere, la seconda parte indica l’epiteto specifico, che indica una particolare specie di quel genere. L’epiteto specifico descrive una caratteristica dell’organismo ed è sempre preceduto dal nome del genere esteso o abbreviato con la lettera maiuscola. Es: Canis familiaris.

Classificazione tassonomica è gerarchica

Così come le specie strettamente correlate possono essere raggruppate in un genere, un certo numero di generi tra loro correlati costituisce una famiglia. A loro volta, le famiglie possono essere raggruppate in ordini, gli ordini a loro volta in classi, le classi in phyla, i phyla in regni, e i regni in domini. Ad ogni livello, ciascun raggruppamento formale rappresenta un taxon.

• La famiglia dei Canidi comprende tutti carnivori simili al cane;
• Questa famiglia comprende 12 generi e circa 35 specie viventi;
• Le famiglie dei canidi, ursidi, e felidi si cibano prevalentemente di carne e partengono all’ordine dei carnivori;
• Carnivori, insieme ai primati e altri ordini appartengono alla classe mammalia;
• La classe mammalia è raggruppata, insieme a diverse altre classi che includono i pesci, gli anfibi, i rettili e gli uccelli, nel subphylum Vertebrata;
• I vertebrati appartengono al phylum Chordata, che fa parte del regno Animalia;
• Gli animali sono assegnati al dominio Eukarya.

Organismi divisi in tre domini

La sistematica si è evoluta con l’acquisizione di nuove tecnologie che consentono di stabilire una comune origine fra gruppi di organismi, un gruppo di organismi con un comune antenato è detto calde. I sistematici hanno sviluppato un albero della vita, ovvero un albero genealogico che mostra le correlazioni tra gli organismi. Queste correlazioni fra organismi si basano sia sulle caratteristiche condivise, inclusa la similarità nella struttura, nello sviluppo, nel comportamento e molecolari, sia sui reperti fossili. Un cladogramma è un diagramma ad albero che mostra i tre domini e i vari regni del dominio Eukarya. Quando i ricercatori riportano nuove scoperte, i rami vanno ridisegnati.

I batteri sono stati riconosciuti da poco come procarioti unicellulari; sono indicati come procarioti. Lo scienziato Woese ha dimostrato che esistono tre gruppi di procarioti. Egli ha stabilito il livello tassonomico di dominio e ha assegnato i procarioti a due domini: Bacteria e Archaea. Gli eucarioti appartengono al dominio Eukarya.

Il sistema di classificazione utilizzato prevede che ogni organismo venga assegnato a un dominio e a un regno. Ai domini dei procarioti corrispondono due regni: il regno Archaea corrisponde al dominio Archaea.