Introduzione alla biologia, le molecole della vita, l'origine della vita, la biologia cellulare, il metabolismo energetico

Introduzione: la biodiversità

Biodiversità è come la vita si è distribuita sulla Terra in senso spaziale e temporale. Essere zoologo vuol dire andare alla ricerca e studiare gli animali in giro per il mondo.

Aspetti storici e culturali

Un famoso zoologo, protagonista del film “Animali fantastici e dove trovarli”, è Newt Scamander. In questo film inoltre appare una creatura chiamata Snaso che è stata creata su ispirazione dell’echidna, un mammifero che depone uova come un rettile e che allatta i suoi cuccioli senza capezzoli. Questo animale venne scoperto per la prima volta dal capitano Bligh, che fu comandante della marina militare inglese. Scoprì l’esistenza dell’echidna a causa dell’ammutinamento della sua ciurma (ammutinamento del bounty). Venne così abbandonato su una barchetta in mezzo al Pacifico. Il capitano però, riesce a raggiungere la Polinesia e da lì torna in Inghilterra dove, a seguito di un processo, viene riabilitato e gli viene dato un altro comando. Raggiunge la Tasmania e lì, fu il primo uomo a vedere e a descrivere l’echidna.

Secondo la Genesi, lo zoologo è il lavoro più antico del mondo. Infatti, quando Dio creò Adamo, il primo uomo, gli diede il suo primo lavoro: doveva dare un nome a tutti gli animali. Tuttavia, Adamo non riuscì a dare un nome a tutti gli animali presenti perché tutt’ora gli zoologi continuano a scoprire nuove forme di vita.

Secondo Aristotele: “la conoscenza non nasce dal bisogno, ma nasce dal fascino e dalla meraviglia”.

Siamo in pieno 1700 (Illuminismo) epoca di grandi scoperte. Una tra queste è la scoperta dell’Australia (1770). Il capitano James Cook, quando approdò a terra, vide per la prima volta un canguro e, non sapendo che cosa fosse, chiese informazioni a un abitante locale che gli rispose “cangarou” che nella sua lingua significava “non ti capisco”.

In questo periodo (1758) un giovane professore svedese di nome Carlo Linneo, appassionato collezionista di qualunque cosa, decise di creare un’enciclopedia in cui catalogare gli animali e le piante. Iniziò con la classificazione delle piante e si rese conto che la loro catalogazione si basava sul metodo riproduttivo e sui genitali. Il suo lavoro, prettamente a sfondo sessuale, suscitò un certo scandalo, e proprio per questo venne allontanato.

Andò in Lapponia a fare una spedizione e quando tornò si dedicò allo studio degli animali stilando una lista di compiti che secondo lui uno zoologo doveva portare a termine:

• Identificazione di tutti gli animali del mondo.
• Valutazione della somiglianza tra i vari animali. Esempio: il cane è simile al lupo ma è meno simile al gatto.
• Raggruppamento dei vari animali in vari gruppi in base alle caratteristiche che hanno in comune. Si crea una sorta di albero genealogico.

Nel periodo successivo (1800-inizio 1900) il naturalista è dipinto come una figura ridicola.

Informazioni generali

I finanziamenti per la ricerca per la biodiversità sono davvero molto bassi. Circa il 3% dei finanziamenti sono andati alla biodiversità rispetto all’80% destinati alla biochimica.

Molte persone partono con l’idea di voler salvare una certa specie o un ecosistema. Il problema è che spesso non si conosce la reale minaccia che mette in pericolo la determinata specie o il determinato ecosistema. Un esempio lampante è l’ecosistema del San Lorenzo. Dagli anni '90 moltissimi pesci sono morti. Decomponendosi in acqua rilasciavano molte sostanze tossiche e bruciavano tutto l’ossigeno causando la morte di altri pesci. All’inizio non si capiva il motivo di un tale danno finché non venne scoperto un protozoo che causava la morte dei pesci. Un minuscolo agente patogeno è quindi in grado di abbattere un intero ecosistema.

Si dice che più un ambiente è complesso più è stabile. Tuttavia, nel sistema ecologico più complesso al mondo, le barriere coralline, sta avvenendo un fenomeno disastroso: il corallo, in genere di colore rossastro, si sta sbiancando e sta morendo rapidamente. Di conseguenza muoiono anche i pesci che si nutrono di coralli. A generare questo disagio fu un altro protozoo che si trovava all’interno del corallo. Infatti, il corallo era costretto ad espellere questo microrganismo ed espellendolo causava anche la propria morte.

Non si è ancora a conoscenza del numero di specie e di individui presenti sulla Terra; quindi, quando si sente dire che una data percentuale di una data specie è a rischio di estinzione, in realtà non è sicuro che i dati forniti siano corretti. Per stimare quante specie di insetti erano legate a specifiche varietà di alberi nelle foreste pluviali del mondo venne fatto un esperimento nella foresta del Belize.

Scelsero un albero, disposero dei teli di plastica al suolo e accesero alla base del tronco delle lampade che emanavano dei vapori di cianuro. Durante la notte, il cianuro ammazzò tutto ciò che c’era sull’albero facendolo cadere sui teli di plastica. Gli scienziati, il giorno dopo, raccolsero tutti i cadaveri e li portarono al campo base. Tuttavia, iniziarono a selezionare i coleotteri perché sono la specie di insetto più numerosa ed è anche la più conosciuta. Si scoprì che su quella specie di pianta abitavano 160 tipi di coleottero.

In una popolazione di insetti i coleotteri rappresentano il 40%. Ergo, il totale degli insetti che vivevano su quell’albero sono circa 400. Gli insetti che vivono sulle foglie dell’albero sono circa i 2/3 del totale (il totale comprende anche gli insetti che vivono sul tronco e sui rami dell’albero). Circa 600 specie di insetti viveva su quella specie di pianta. Nelle foreste tropicali si trovano circa 50.000 specie di alberi; quindi, ci sono 30 milioni di specie di insetti.

Studiare le specie legate alle chiome degli alberi, però, è davvero complicato. Gli animali di grosse dimensioni si possono vedere facilmente. Ma gli insetti a 30 metri d’altezza sono praticamente impossibili da avvistare. La biodiversità è molto utile. È una fonte di sostanze ad azione farmacologica (erbe). Dalla biodiversità si possono ottenere infatti farmaci.

La malaria è una delle malattie che ha segnato di più l’umanità. Quando era diffusa anche dalle nostre parti c’era un rimedio: l’infuso di foglie di salice. Nei primi anni '90 dalla corteccia del tasso del Pacifico veniva estratto uno dei più potenti farmaci per il trattamento del carcinoma delle ovaie (un tumore), il tassolo. Questa sostanza ha proprietà antitumorali. Il problema è che la specie del tasso del Pacifico era a rischio d’estinzione insieme ad una civetta che faceva il nido sopra di essa. Grazie ai chimici organici, però, una volta vista la molecola, riuscirono a replicarla. Il tassolo attualmente è prodotto in sintesi e la pianta e la civetta sono al sicuro. Da una spugna caraibica (Tectitethya crypta) è stato estratto un potente farmaco che ha contrastato l’AIDS.

Che cos'è la vita?

La biologia studia la vita, ma che cos’è?

Definizione della vita secondo la NASA: la vita è un sistema capace di automantenersi, autoreplicarsi e capace di essere sottoposto all’evoluzione Darwiniana. Definizione della vita secondo un dizionario americano: la proprietà o la qualità che distinguono il vivente dal morto si manifesta attraverso il metabolismo, la crescita, la riproduzione e la reazione agli stimoli o gli adattamenti nell’ambiente originario.

I sette punti chiave della vita

• Programma: è un piano organizzato che descrive gli ingredienti e la cinetica delle interazioni tra di essi. Questo piano persiste attraverso il tempo e si trova nel DNA che è una successione di geni replicato di generazione in generazione con qualche piccolo cambiamento, che comunque mantiene intatta la struttura primitiva del programma. Attenzione: una vita troppo stabile ha grosse difficoltà a mantenersi nel tempo. Non è detto che lo stesso progetto funzioni bene tra 100 anni dove le condizioni di vita saranno diverse.
• Cambiamento: gli esseri viventi non sono in grado di controllare i cambiamenti del loro ambiente. Così, per adattarsi a un mutevole ambiente, i sistemi viventi devono essere in grado di modificare il proprio programma. Questi processi di cambiamento avvengono grazie a dei mutamenti e alla selezione.
• Compartimentazione: tutti gli organismi viventi sono confinati in un volume limitato circondato da una membrana o una pelle che racchiude tutti gli ingredienti mentre cerca di tenere all’esterno le sostanze tossiche o dannose.
• Energia: senza energia la vita non sarebbe possibile. La vita coinvolge il movimento e un sistema in movimento non può essere in equilibrio. Ci sono molte reazioni chimiche che avvengono nella cellula che hanno bisogno di reagenti che provengono dall’esterno (ossigeno, anidride carbonica, metalli). Gli autotrofi possono crearsi energia da soli (piante → fotosintesi clorofilliana). Gli organismi eterotrofi, invece, devono nutrirsi di altri esseri viventi. Ci sono organismi che invece si nutrono di altri organismi che si stanno decomponendo (saprobi).
• Rigenerazione: è il modo con cui la struttura cellulare vivente si propaga nel tempo. In qualche modo, fisicamente, qualcosa di noi permane nel tempo attraverso i nostri figli, nipoti ecc. Si parla di riproduzione. Attraverso la riproduzione si rende possibile anche il cambiamento.
• Adattabilità: il cambiamento è una forma di adattabilità. Si tratta di un adattamento comportamentale e di apprendimento necessario per la vita. Esempio: un bambino quando tocca qualcosa di bollente e si scotta, poi impara a non farlo più per evitare di farsi di nuovo male. Mimetismo battesiano: il serpente corallo è estremamente velenoso. Un qualunque predatore, dopo essere stato morso, associa i colori del serpente (rosso, giallo e nero) a qualcosa da cui deve stare alla larga. Ci sono dei serpenti completamente innocui che replicano le colorazioni del serpente corallo per stare più al sicuro.
• Isolamento: all’interno di una cellula avvengono tantissime reazioni. La cellula non impazzisce perché per far iniziare una reazione c’è bisogno di un catalizzatore. Quindi la reazione è isolata e sicura.

Le molecole della vita

Gli elementi che compongono la vita sono gli stessi elementi che compongono la materia inanimata. Il carbonio è l’elemento principale. L’idrocarburo più semplice è il metano formato da una molecola di carbonio collegata a quattro molecole di idrogeno. Normalmente gli idrocarburi sono il frutto della decomposizione di sostanze organiche. Ci sono però degli idrocarburi che hanno un ruolo fisiologico negli organismi viventi. Il ruolo principale è legato alla formazione dei cosiddetti feromoni. I feromoni sono delle molecole che hanno a che fare con la comunicazione di messaggi da un animale all’altro. Possono essere confusi con gli ormoni ma attenzione: gli ormoni fungono sempre da messaggeri ma all’interno dell’organismo. I feromoni sono, quindi, degli idrocarburi.

Etologia: studio del comportamento degli animali. Durante il periodo in cui gli zoologi non erano molto stimati, un entomologo francese, Jean-Henri Fabre, scoprì moltissime cose e scrisse anche dei libri (uno tra i più conosciuti è “Ricordi di un entomologo”). Questo scienziato nonostante il suo lavoro, dai suoi colleghi era stato soprannominato il “professor formica”. Fabre condusse un esperimento: rinchiuse un esemplare femmina di farfalla notturna gravida in un barattolo chiuso con una garza in modo che l’aria passasse; si rese conto che tutti i maschi della farfalla notturna venivano attratti dalla femmina.

Ripeté l’esperimento ma questa volta chiuse il barattolo senza far passare l’aria. In questo caso notò che nessun esemplare maschio arrivava seppur la femmina era visibile. Successivamente, mettendo della segatura sul fondo del barattolo, fece rimanere dentro la femmina per un po’. Dopo qualche tempo, rimosse la farfalla e lasciò il barattolo aperto. Successe che gli esemplari maschi vennero attirati di nuovo verso la gabbia. Si concluse che la femmina rilasciava delle sostanze che attiravano il maschio.

Infine, provò a staccare le antenne piumate dalla testa dei maschi e quest’ultimi non vennero più attratti dagli odori emessi dalle femmine. Successivamente si scoprì che non esistevano solamente dei feromoni sessuali ma anche altri tipi di feromoni.