scienze naturali 1

Ambiente

Definizione

Il prefisso amb-, simile al greco amphi, indica un percorso circolare: “tutt’intorno, in tondo, da ambo i lati”. Anche in altre lingue europee, la parola ambiente richiama l’idea di circolarità: in questi casi, la parola esprime l’atto del circondare. Ciò aggiunge al termine una connotazione dinamica. La parola ambiente rimanda a “ciò che circonda” e a “ciò che è circondato”.

Definizione:

• L’insieme delle condizioni fisico-chimiche e biologiche che permettono e favoriscono la vita degli esseri viventi;
• Il complesso di condizioni materiali, sociali, culturali e morali, in cui una persona vive e si forma.

Devoto Oli (2009)

Etimo: dal latino ambiens, -entis, participio presente del verbo ambire “andare intorno, circondare”.

Definizione relazionale

Considera i processi economici allargati agli scambi con l’ambiente e reintegra il lavoro umano nel lavoro complessivo del mondo vivente.

Economia ecologica

Luogo di intersezione di relazioni verticali e orizzontali propizie allo sviluppo locale: l’ambiente economico, sociale, culturale scientifico e formativo e del mercato del lavoro condizionano le attività di impresa e le speranze di successo.

Urbanistica

Contesto ambientale, come insieme di condizioni che debolmente strutturano la quotidianità delle pratiche di piano

Pianificazione (ambientale)

Enfasi sulle invarianti morfologiche, sugli statuti dei luoghi, sui corridoi, sulle dominanti, sulla compatibilità, sui requisiti di prestazione, sulla suitability, sulle reti fisiche, sul riferimento geografico, sull’informazione spaziale.

Definizione ecologica

Ecologicamente è descritto dai fattori biotici e abiotici ecologici che hanno influenza direttamente e significativamente sull’organismo o sugli organismi cui ci si riferisce. In senso più ampio: complesso degli elementi naturali (la flora, la fauna, il paesaggio) e delle risorse che circondano un determinato organismo e, in particolare, gli esseri umani.

Accezione di ambiente interno: insieme delle caratteristiche interne a un organismo, soprattutto di natura chimica (le concentrazioni delle sostanze dei fluidi corporei). Ciascun individuo si confronta con tutte le caratteristiche dell’ambiente in cui vive:

• Chimiche, fisiche ecc. (AMBIENTE ABIOTICO)
• Tutti gli altri organismi (AMBIENTE BIOTICO)

Ambiente abiotico (fisico): ambiente non biologico di un organismo (acqua, aria, minerali ed energia) su cui è inserita la vita; ciò che circonda un organismo.

Ambiente biotico: influenza esercitata da un organismo su altri organismi: autotrofi o produttori, eterotrofi o consumatori; decompositori: funghi e batteri. Gli esseri viventi (ambiente biotico) sono connessi strutturalmente con l’ambiente abiotico; non solo, vivono entro le leggi fisiche che governano tutti i fenomeni che avvengono sulla Terra.

Ambiente abiotico (fisico): condiziona tipo e organizzazione del popolamento biologico (attraverso temperatura, umidità, pressione, esposizione alla luce, quota).

Ambiente biotico: il popolamento biologico a sua volta è in grado di determinare modificazioni delle caratteristiche chimiche e fisiche dell’ambiente fisico.

Riassumendo…

• L’ambiente è l’insieme delle condizioni fisiche (luce, temperatura, pressione), chimiche e biologiche (presenza di altri esseri viventi e tipi di rapporto tra loro) in cui si svolge la vita degli organismi.
• Il complesso dei vari ambienti costituisce la biosfera.
• Un ambiente è composto da elementi non viventi o abiotici (acqua, aria, minerali, energia) da organismi produttori (vegetali), da consumatori (animali) e da decompositori (funghi e batteri).

Scienze naturali e ambientali

Geosfera, idrosfera, biosfera, atmosfera. Scopo: capire il funzionamento del sistema Terra nel suo complesso. Hanno carattere interdisciplinare:

• Fisica
• Chimica
• Biologia
• Scienze della Terra

Hanno anche importanti legami con aspetti dell’economia, della legislazione e delle scienze sociali. Si definisce ambientale ogni disciplina che basa la sua conoscenza su osservazioni raccolte direttamente nell’ambiente e lo fa senza perturbarlo. (Marani et al., 2002)

Le principali discipline con afferenza alle scienze ambientali sono:

• Biologia animale, biologia vegetale, biologia della conservazione, botanica ambientale;
• Chimica ambientale, chimica analitica, chimica generale e inorganica e chimica fisica, chimica organica;
• Ecologia applicata, ecologia del sistema del sistema agricoltura, ecologia generale, economia ed estimo ambientale;
• Diritto ambientale;
• Geochimica ambientale, geomorfologia e geologia ambientale;
• Entomologia ambientale;
• Ingegneria per l’ambiente e il territorio;
• Microbiologia ambientale;
• Zoologia ambientale.

Le scienze ambientali devono:

• Attingere le informazioni direttamente dall’ambiente;
• Essere interdisciplinari, in quanto la funzionalità dell’ambiente non è data da categorie separabili;
• Non sono replicabili in quanto le variabili ambientali sono talmente numerose da rendere improbabile il ripetersi identico di un evento;
• Essere dinamiche.

Si sono affermate come campo di ricerca negli anni ’60.

Caratteristiche:

• Pensare per modelli;
• Pensare per sistemi;
• Pensare nel tempo e nello spazio.

Riassumendo…

• La didattica delle scienze naturali e ambientali ha come principale obiettivo l’analisi e la comprensione dell’ambiente, sia naturale sia antropico, e come tale vede il coinvolgimento non solo di tutte le scienze, ma anche di materie come la storia e la geografia.
• Questo perché lo studio dell’ambiente nei suoi aspetti naturalistici, antropici, e antropizzati, implica un approccio unitario e interdisciplinare che consideri le componenti biologiche, fisiche, geografiche, ecc.

Educazione ambientale

Cos'è?

“L’educazione ambientale forma alla cittadinanza attiva e consente di comprendere la complessità delle relazioni tra natura e attività umane, tra risorse ereditate, da risparmiare e da trasmettere, e dinamiche della produzione, del consumo e della solidarietà. L’educazione ambientale è globale e comprende l’istruzione formale, la sensibilizzazione e la formazione.” Serve per costruire una società sostenibile.

A cosa serve?

Non esiste una data di nascita ufficiale dell’educazione ambientale. Come disciplina nata dalla sensibilità delle persone, è in continua evoluzione ed è soggetta a una continua e costante revisione critica sia sui metodi che utilizza che sugli obiettivi che si prefigge.

Punto di partenza per lo studio delle scienze naturali ed ambientali

La scienza: l’insieme delle discipline fondate essenzialmente sull’osservazione, l’esperienza, il calcolo, che hanno per oggetto la natura e gli esseri viventi. Le scienze naturali sono una delle due branche della scienza (l’altra sono le scienze sociali), che comprendono lo studio degli aspetti fisici, chimici e biologici della Terra, dell’Universo e delle varie forme di vita, uomo incluso.

Si definiscono scienze della Terra quelle discipline che studiano la struttura interna, la morfologia superficiale e l’atmosfera che circonda il pianeta Terra e la sua evoluzione nel tempo.

La biologia (dal greco βιολογία, composto da βίος, bìos = “vita” e λόγος, lògos = che significa studio, discorso, parole”) è la scienza che studia tutto ciò che riguarda la vita e gli organismi viventi. La biologia è la scienza che studia gli esseri viventi. Tutti gli esseri viventi condividono caratteristiche comuni che li distinguono dal mondo inanimato. Tutti gli organismi sono fatti di cellule. Le cellule contengono informazioni ereditarie scritte in un linguaggio genetico universale, che trasmettono alla discendenza. Le cellule ricavano dall’ambiente energia e nutrienti. Gli organismi rispondono ai cambiamenti dell’ambiente esterno regolando il proprio ambiente interno. La vita è organizzata in livelli gerarchici. Gli esseri viventi interagiscono gli uni con gli altri. Tutti i viventi sono comparsi per evoluzione a partire da un antenato comune.

Gli organismi sono fatti di cellule

La cellula è l’unità strutturale e funzionale degli organismi viventi vegetali e animali. Cellula è il diminutivo latino di cella. Il nome fu ideato, nel 1665, dallo scienziato inglese Robert Hooke, ai cui occhi le cellule apparvero come piccole strutture che ricordavano le celle di un convento.

Teoria cellulare:

• Le cellule sono le unità strutturali e funzionali di tutti gli organismi viventi;
• Tutte le cellule provengono da cellule preesistenti;
• Le cellule sono simili per composizione chimica;
• Tutte le cellule sono avvolte dalla membrana plasmatica;
• L’ambiente interno alla membrana è costituito da una miscela di acqua e di altre sostanze chiamata citoplasma;
• Tutte le cellule posseggono un proprio materiale genetico.

Le informazioni genetiche della cellula: le istruzioni per lo sviluppo degli esseri viventi sono contenute nelle sequenze nucleotidiche delle molecole del DNA. Le sequenze del DNA costituiscono i geni, e ogni gene fornisce alla cellula l’informazione per fabbricare una specifica proteina.

Il DNA serve a:

• Far funzionare correttamente la cellula;
• Permettere all’organismo di tramandare le caratteristiche alla discendenza.

Quattro nucleotidi (C, G, T e A) sono i mattoni da costruzione del DNA. Il DNA è formato da due filamenti, ognuno costituito da nucleotidi uniti in sequenza. Un gene consiste di una specifica sequenza di nucleotidi. La sequenza nucleotidica di un gene contiene l’informazione per sintetizzare una specifica proteina.

Il cibo della cellula: l’energia che proviene dai nutrienti può essere immagazzinata oppure utilizzata immediatamente. Le cellule di questo scoiattolo hanno convertito le molecole complesse delle piante in grassi, immagazzinati nel corpo dell’animale come una riserva energetica utile durante i mesi freddi. Le cellule dei muscoli di questo canguro hanno demolito le molecole di cibo e utilizzano l’energia ricavata per produrre movimento. I viventi rispondono ai cambiamenti dell’ambiente esterno regolando il proprio ambiente interno.

Il metabolismo e l’omeostasi:

• La vita dipende da migliaia di reazioni chimiche che si svolgono nelle cellule;
• Il complesso di tutte le reazioni costituiscono il suo metabolismo;
• Lo scambio di materiali tra l’interno e l’esterno delle cellule avviene in modo controllato;
• All’interno della cellula, le reazioni metaboliche sono interconnesse tra loro;
• Attività di regolazione delle molteplici reazioni chimiche in continuo svolgimento all’interno della cellula: omeostasi.

Dalle molecole agli ecosistemi

Il mondo dei viventi è organizzato in livelli gerarchici.

Conflitto e cooperazione

L’interazione tra esseri viventi. Gli organismi della stessa specie interagiscono tra loro in vari modi. Gli elefanti marini, fortemente territoriali, difendono porzioni di spiaggia dagli altri maschi. Il singolo maschio che controlla una striscia di spiaggia si accoppia con le numerose femmine che vivono lì. I membri di una colonia di suricati di solito imparentati tra loro. I suricati collaborano in molti modi, per esempio facendo la guardia per avvistare i predatori e lanciando grida di allarme in caso di pericolo.

Il concetto di specie e l’evoluzione

Organismi che si somigliano e che possono accoppiarsi tra loro generando una prole feconda appartengono alla stessa specie. Le specie sono sottoposte a evoluzione per selezione naturale a partire da un antenato comune. Tutte le cellule derivano da cellule preesistenti, e tutte le diverse specie di organismi che popolano la Terra sono imparentate. La fonte dell’informazione che si trasmette da cellula madre a cellula figlia è scritta nei loro geni. La molteplicità di ambienti e di comunità ecologiche ha portato a un’importante diversità.

Il metodo scientifico

In genere, le scienze naturali si danno lo scopo di interpretare i fenomeni osservati nell’universo attraverso il metodo scientifico, ovvero la formulazione di ipotesi sulla base dei dati raccolti in campo, da cui discendono la creazione e la verifica di modelli sperimentali. I biologi utilizzano il metodo scientifico per aumentare la comprensione del mondo vivente.

Il metodo scientifico comprende varie fasi:

• Osservare il fenomeno;
• Porsi domande scientifiche;
• Fare ipotesi (logica induttiva) e previsioni (logica deduttiva);
• Condurre test ed esperimenti;
• Trarre conclusioni.

Osservazione: si compiono nuove osservazioni e si analizzano i dati precedenti.

Ipotesi: osservazioni da varie fonti sono usate per formulare una spiegazione testabile.

Test: l’ipotesi viene testata attraverso esperimenti o ulteriori osservazioni.

Conclusioni: si analizzano i risultati, provando o confutando l’ipotesi.

Teoria scientifica: se numerosi esperimenti e osservazioni concordano nette conclusioni, si formula una teoria.

Il punto di partenza: l’osservazione genera domande. La risonanza magnetica (RM) è una tecnica di indagine basata sull’utilizzo di un forte campo magnetico, che interagisce con le particelle costituenti della materia. Il paziente viene inserito all’interno di uno scanner; i segnali provenienti dal suo corpo vengono elaborati da un computer per ottenere immagini che evidenziano le caratteristiche dei diversi tessuti, permettendo di distinguere i tessuti sani da quelli lesionati. L’ipotesi trae ispirazione dalle osservazioni e dall’esperienza.

Osservazione, individuazione della problematica, ipotesi, previsione da verificare, esperimenti per verificare la previsione, risultati, interpretazioni e conclusioni: l’ipotesi non è confermata / l’ipotesi è confermata.

Esperimenti ulteriori suggeriti dai risultati – sviluppo di una teoria

Principio

Il passo successivo del metodo scientifico consiste nell’adottare un tipo diverso di ragionamento, la logica deduttiva, che permette di formulare previsioni ricavandole dalle ipotesi.

L’ipotesi della “biogenesi”. Lo scienziato francese Louis Pasteur (1822-1895) progettò un esperimento per confutare la generazione spontanea. La previsione di Pasteur si rivelò esatta. Anche dopo mesi, il brodo contenuto nella boccia rimaneva limpido e non si formava alcuna muffa. Nella parte iniziale del recipiente, invece, si era accumulato il pulviscolo che, entrato dall’apertura, non era riuscito a superare il tratto ricurvo del collo.

Come nasce una teoria scientifica?

Quando un’ipotesi viene confermata dagli esperimenti, lo scienziato può formulare una teoria generale. Teoria della biogenesi, secondo cui la vita nasce soltanto da altra vita e non può generarsi spontaneamente a partire dalla materia inanimata. La storia della scienza insegna che le teorie scientifiche non sono mai definitive, ma vanno incontro a continue trasformazioni.

Lo scopo finale delle discipline scientifiche è quello di comprendere il mondo naturale fornendo delle teorie scientifiche.

Le teorie più importanti nel campo della biologia sono:

• Teoria cellulare
• Teoria dei geni
• Teoria dell’evoluzione
• Teoria dell’omeostasi
• Teoria degli ecosistemi

L'origine della vita sulla Terra

Tutta la materia dell'Universo ha un'origine comune. Essa deriva da un unico punto che diede origine al Big Bang circa 13,82 milioni di anni fa. Dove non c'era niente ora c'è tutto. Un universo piccolo e intensamente caldo, con grande densità, formato da particelle elementari. Per una frazione di secondo tutto si espanse in modo rapidissimo, ma poi rallentò, ma continuò a espandersi come forse fa ancora oggi. Dopo l'istante iniziale, la temperatura diventò sufficientemente bassa e permise agli elettroni e ai protoni di legarsi stabilmente, formando atomi di idrogeno.

Nel gas primordiale, vi furono delle piccole fluttuazioni di densità. Le zone, in cui la densità era un poco più alta, diventarono progressivamente più massicce: erano nate le stelle. In un processo lunghissimo, durato milioni anni, queste ultime si unirono in galassie, ciascuna delle quali conteneva miliardi di queste nuove stelle. Inoltre, quasi 5 milioni di anni fa, quando l'universo era già abbastanza vecchio, nacque una stella ai confini di una galassia, che noi chiamiamo il Sole. Attorno al Sole il gas riprese a condensarsi in polvere e quest'ultima ad aggregarsi in piccoli pezzi di roccia. Dall'unione di questi piccoli pezzi nacquero i pianeti del nostro Sistema Solare.

L'evoluzione del Pianeta Terra

Una delle teorie più accettate al giorno d'oggi sostiene che i sistemi viventi si siano auto-organizzati e si siano evoluti a partire dagli atomi presenti del nostro pianeta. Il pianeta Terra è molto diverso dagli altri pianeti finora conosciuti. Da una discreta distanza si vede azzurro e verde, con un certo splendore. L'azzurro è l'acqua e il verde è la clorofilla e lo splendore è la luce riflessa dallo strato di gas che la circonda. La vita per come la conosciamo, dipende da questi particolari tratti e allo stesso tempo è grazie a essa che questi tratti si mantengono. Oparin e Haldane furono i primi a formulare un'ipotesi sull'origine della terra. La vita si sarebbe potuta originare dalla materia non vivente in specifiche condizioni.