4.1 - L'evoluzione e la biodiversità

I fondamentali in sintesiL'evoluzione e la biodiversità

Biologia

INIZIA

La teoria dell'evoluzioneStrutture analoghe e omologheL'organizzazione dei viventi

Che cosa devo sapere prima

La cellula animale

Che cosa imparerò

INDICE

La cellula vegetale

I livelli gerarchici della vita

Gli organismi non vivono isolati: alla gerarchia interna del singolo organismo si affianca una gerarchia esterna dell'intero mondo biologico. Lo studio della biologia coinvolge più livelli di organizzazione. Le proprietà della vita emergono quando il DNA, le proteine e le altre molecole sono organizzate in cellule, che sono le unità minime costitutive degli organismi. Gli organismi formano le popolazioni e interagiscono con individui di altre popolazioni formando comunità che a loro volta interagiscono con l'ambiente formando gli ecosistemi che compongono la biosfera.

Come tutte le cellule eucariotiche, la cellula animale è dotata di:

• nucleo, avvolto da una membrana nucleare e contenente il materiale genetico, costituito da molecole di DNA;
• membrana plasmatica, che separa la cellula dall’ambiente esterno;
• citoplasma, fluido in cui sono sospese particelle insolubili;
• diversi tipi di organuli cellulari, ciascuno deputato a una specifica funzione.

Inoltre, è caratterizzata dalla presenza di specifiche strutture, tra cui:

• centrioli, coinvolti nel processo di mitosi;
• lisosomi, organuli sferici in cui vengono demolite le molecole complesse.

Come tutte le cellule eucariotiche, la cellula vegetale è dotata di:

• nucleo, avvolto da una membrana nucleare e contenente il materiale genetico, costituito da molecole di DNA;
• membrana plasmatica, che separa la cellula dall’ambiente esterno;
• citoplasma, fluido in cui sono sospese particelle insolubili;
• diversi tipi di organuli cellulari, ciascuno deputato a una specifica funzione.

Inoltre, è caratterizzata dalla presenza di specifiche strutture, tra cui:

• parete cellulare rigida che circonda la membrana plasmatica;
• cloroplasti, speciali organuli nei quali avviene la fotosintesi clorofilliana.

Indice

L'EVOLUZIONE

I regni

domìni E REGNI

I VIVENTI

Le teoriedell'evoluzione

Il sistema di classificazione

L'evoluzionismo moderno

Analogie e omologie

I domìni

La specie

Le teorie dell'evoluzione

L’evoluzione biologica può essere vista come una serie di cambiamenti trasmessi di generazione in generazione tra individui di una stessa popolazione in tempi talmente lunghi da portare a una differenziazione. Questa idea di trasformazione è molto antica, ma si affermò come teoria scientifica solo nell’Ottocento, quando i primi studiosi proposero dei meccanismi capaci di spiegare questo fenomeno.

1859

1831

1820

1759

1800

Darwin pubblica L'origine delle specie dove illustra la sua teoria dell'evoluzione per selezione naturale.

Le teorie dell'evoluzione

Il naturalista inglese Charles Darwin si imbarca sul Beagle per un viaggio intorno al mondo.

Gradualismo di Charles Lyell vs teoria delle catastrofi di Georges Cuvier.

Jean Baptiste Lamarck propone la sua teoria basata sull'ereditarietà dei caratteri acquisiti.

Fino alle metà del Settecento domina il fissismo: le specie sono immutabili.

A oltre vent'anni di distanza dal viaggio sul Beagle, Darwin dà alle stampe L'origine delle specie che risulta fin da subito un vero successo editoriale.

Secondo il gradualismo gli eventi di cui troviamo traccia in natura sono dovuti alla somma di piccoli cambiamenti. Secondo il catastrofismo le estinzioni sarebbero la conseguenza di eventi catastrofici accaduti nel passato.

Le modifiche che un organismo subisce nel corso della vita diventano ereditarie e sono trasmesse alla progenie.

Le specie viventi sono statiche e immutabili e si possono classificare, secondo una scala gerarchica, dalla specie più semplice alla più complessa.

La missione del Beagle era quella di raccogliere informazioni cartografiche da tutto il mondo ma sarà la tappa alle isole Galápagos ad essere decisiva per Darwin.

Inserire il video "Le teorie dell'evoluzione" Id kaltura: 1_0al02d4m Link: https://www.kaltura.com/index.php/extwidget/preview/partner_id/362071/uiconf_id/8603321/entry_id/1_0al02d4m/embed/dynamic?

La nascita di un'idea

Nel suo viaggio Darwin notò che i fossili assomigliavano, ma non erano identici, agli organismi che vivevano nella medesima area del rinvenimento. Inoltre alcune specie presenti nelle diverse isole delle Galápagos differivano tra loro in modo lieve, come se avessero avuto un antenato comune.

Wikipedia

L’albero della vita o albero filogenetico è un diagramma che rappresenta la varietà e l’evoluzione della vita sulla Terra a partire da un antenato comune. Il primo a immaginarlo fu Charles Darwin, che nel 1837 lo tratteggiò su un suo taccuino.

L'evoluzionismo moderno

Forte delle osservazioni compiute durante il viaggio alle Galápagos, Darwin formulò la teoria dell'evoluzione per selezione naturale:In un determinato ambiente sopravvivono e si riproducono gli individui più adatti alle condizioni ambientali.

La selezione naturale

La teoria dell’evoluzione per selezione naturale si basa su due capisaldi:

• le specie non sono immutabili, ma cambiano nel tempo;

• la selezione naturale agisce sulla variabilità individuale per far evolvere le popolazioni.

Fotos593/Shutterstock

Darwin intuì che tutte le testuggini delle Galápagos, come altri abitanti dell’arcipelago, discendono da pochi antenati comuni provenienti dal continente. Con il tempo, questi antenati hanno dato origine a 15 specie diverse (di cui oggi ne restano 11), ciascuna con una forma peculiare di carapace e di adattamento alle condizioni ambientali di ogni isola.

Questo breve video ti illustra il famoso esempio di processo evolutivo che ha interessato la falena Biston betularia.

L'evoluzione di Biston betularia

Caratteri analoghi e omologhi

Perché alcune specie mostrano tra loro somiglianze sorprendenti? Lo spiega l'anatomia comparata che ha portato prove significative alla teoria darwiniana:

• I caratteri analoghi sono quelle strutture che svolgono la stessa funzione pur essendosi evolute indipendentemente in gruppi diversi.

• I caratteri omologhi sono quelle strutture che pur avendo la stessa origine hanno funzioni diverse.

Un esempio di caratteri analoghi sono le ali dei pipistrelli e quelle degli insetti che sono comparse indipendentemente le une dalle altre nel corso dell'evoluzione e, pur non condividendo alcuna struttura di base, assolvono la stessa funzione.Un esempio di caratteri omologhi sono gli arti dei vertebrati che pur assolvendo a funzioni diverse (nuotare, afferrare, etc.) possiedono gli stessi schemi scheletrici.

Caratteri analoghi e omologhi

Quale tra queste strutture anatomiche può essere considerata omolga al braccio umano?

La pinna di una balena

Il tentacolo di un polpo

la zampa di una cavelletta

Stop! Scegli la risposta corretta:

SBAGLIATO

SBAGLIATO

ESATTO! Gli arti dei mammiferi, pur assolvendo a funzioni diverse, sono costituiti dagli stessi schemi scheletrici.

I domìni dei viventi

Tutti i viventi si classificano in tre grandi domìni: archei, batteri e eucarioti.

• Gli archei e i batteri pur avendo metabolismi differenti sono costituiti da cellule molto piccole e prive di compartimenti interni: le cellule procariote.

• Gli eucarioti possono dividersi in quattro regni (protisti, funghi, piante e animali) e sono caratterizzati da cellule eucariote.

Gli archei

Gli archei sono organismi unicellulari capaci di sopravvivere ad ambienti estremi. Possono essere termofili (amanti del caldo), acidofili (amanti dell'acidità), metanogeni (capaci di produrre metano) o alofili estremi (amanti del sale).

kavram/Shutterstock

Gli archei alofili sono in grado di vivere in ambienti con una salinità estrema come il Mar Morto.

I batteri

I batteri sono procarioti che si riproducono per scissione binaria. Si presentano in tre forme principali: sferici (cocchi), a bastoncello (bacilli) ed elicoidali o a virgola (spirilli e virboni).

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Escherichia coli con la sua forma a bastoncello è uno dei bacilli più noti.

Gli eucarioti sono formati da cellule che presentano un nucleo o organuli adibiti a compiere diverse funzioni. Il dominio degli eucarioti comprende quattro regni: protisti, funghi, piante e animali.

Gli eucarioti

Lebendkulturen.de/ShutterstockTomasz Czadowski/ShutterstockMartin Fowler/ShutterstockTyler Fox/Shutterstock

Il protista ciliato Stentor polymorphus ha il corpo estremamente contrattile.

Primula comune (Primula vulgaris) è una pianta che appartiene alla famiglia Primulaceae e fiorisce a inizio primavera.

Due esemplari di Morchella esculenta, un fungo edibile solo se cotto, contiene infatti acido elvellico, una micotossina termolabile.

Romalea microptera: una specie di cavalletta molto comune negli USA dove è conosciuta anche come cavalletta del Lubber della Florida.

Gli archei sono...

organismi unicellulari eucarioti

organismi pluricellulari eucaroti

organismi pluricellulari procarioti

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ESATTO!

Il regno dei protisti presenta una grande varità di forme.Sono eucarioti unicellulari o pluricellulari che possono avere riproduzione sessuata o asessuata.

I protisti

Dr. Norbert Lange/ShutterstockNixx Photography/ShutterstockLebendkulturen.de/Shutterstock

Ulva lactuca, un'alga verde che costituisce l'antenato delle piante terrestri con le quali condivide diverse caratteristiche, tra cui la presenza di clorofilla e amido.

Le amebe sono protozoi privi di un rivestimento rigido caratterizzate dalla presenza degli pseudopodi, estensioni della superficie cellulare che cambiano continuamente forma consentendo il movimento.

Le diatomee sono alghe unicellulari marine prive di flagelli; sono i maggiori produttori fotosintetici delle acque costiere, ma si trovano anche nelle acque dolci. In seguito alla morte delle cellule, le pareti silicee sedimentano sui fondali; in questo modo hanno dato origine a giacimenti di petrolio e gas naturale.

Specie eterotrofe pluricellulari e unicellulari che si nutrono per assorbimento e possiedono una parete celluare di chitina.Si dividono in: zigomiceti (saprofiti e parassiti), ascomiceti (muffe, lieviti e funghi a coppa) e basidiomiceti (vesce, funghi a cappello e funghi a mensola).

I funghi

Rosa Lawhead/Shutterstockk

I corpi fruttiferi dei basidiomiceti costituiscono probabilmente le strutture più note prodotte dai funghi. Questo fungo a mensola sta parassitando un albero.

Le piante sono stati i primi organismi a colonizzare le terre emerse. Si dividono in due grandi gruppi:

Le piante

• piante non vascolari prive di foglie verdi, fusti e radici come i muschi;

• piante vascolari che presentano le tracheidi, cellule specializzate per il trasporto dei liquidi, uno sporofito longevo, foglie adibite alla fotosintesi e un sistema di radici per l'assorbimento dell'acqua.

Le piante vascolari si dividono in:

• pteridofite (felci ed equiseti) che hanno bisogno dell'acqua per la loro riproduzione;

• spermatofite che presentano un seme a proteggere l'embrione e il legno, un tessuto che sostiene lo sviluppo in altezza. Queste si suddividono in gimnosperme il cui seme non è racciuso in un frutto e angiosperme o cui semi sono protetti all'interno di un frutto.

Le piante

Le piante

Przemyslaw Wasilewski/Shutterstockjessicahyde/Shutterstockrakimm/Shutterstockvallefrias/ShutterstockOrtodox/Shutterstock

I semi delle angiosperme sono protetti all'interno di un frutto che si sviluppa a partire dal fiore. Le pere sono dei "falsi frutti" perché il frutto vero e proprio è il torsolo che custodisce i semi.

Le conifere sono le gimnosperme più diffuse. Presentano strutture chiamate coni. Quelli femminili, comunemente detti pigne, producono gli ovuli contenenti le cellule uovo che una volta fecondate formeranno i semi, i coni maschili producono il polline.

Il tarassaco comune è un esempio di spermatofita, piante che comparvero circa 360 milioni di anni fa. Il seme è una struttura specializzata costituita da un embrione racchiuso all'interno di un rivestimento protettivo.

Le felci sono un esempio di piante vascolari, tra le più antiche comparse sulla terra, circa 400 milioni di anni fa. Durante il Carbonifero formavano estese foreste che hanno dato origine al carbone fossile. Oggi esistono circa 12000 specie di felci.

I muschi sono un esempio di piante non vascolari, formano estesi tappeti verdi, crescono in modo diffuso sulle rocce, gli alberi caduti e i terreni impervi.

Il regno animale è costituito da organismi:

Gli animali

• pluricellulari le cui cellule sono organizzate in modo gerarchico a formare tessuti, organi e apparati;
• eterotrofi ovvero che ricavano energia nutrendosi di vegetali o altri animali:
• con una digestione interna;
• e possibilità di movimento attraverso l'utilizzo di appendici e arti.

Gli animali

Gli uccelli sono vertebrati che hanno sviluppato caratteristiche anatomiche e funzionali adatti al volo. I passeriformi, come questo pettirosso (Erithacus rubecula), costituiscono il gruppo più ricco di specie degli uccelli. Credit: Tomatito/Shutterstock

I rettili sono organismi amnioti esotermi: hanno sviluppato adattamenti utili alla vita e alla riproduzione sulla terraferma, ma non possono regolare la propria temperatura corporea. Credit: Warren Price Photography/Shutterstock

Gli anfibi, come questa rana verde (Pelophylax esculentus), sono stati i primi vertebrati ad adattarsi alla vita sulla terraferma, ma restano legati agli ambienti acquatici per la riproduzione, lo sviluppo e, in parte, la respirazione. Credit: Goran Jakus/Shutterstock

I pesci sono vertebrati gnatostomi, ovvero presentano un cranio osseo e mascelle. Sul dorso di questa cernia è ben visibile la linea laterale, ovvero un sistema di recettori che consente ai pesci di evitare gli ostacoli e percepire l'arrivo di potenziali pericoli. Credit: Fotokon/Shutterstock

Le spugne sono invertebrati, ovvero organismi privi di colonna vertebrale. Sono gli animali più semplici, privi di veri e propri tessuti e piani di simmetria. Si nutrono per filtrazione. Credit: Jolanta Wojcicka/Shutterstock

I mammiferi sono vertebrati endotermi che allattano i propri piccoli grazie alle ghiandole mammarie, possiedono una pellicola protettiva, hanno ghiandole sudoripare e un cuore suddiviso in quattro camere. Credit: Wonderly Imaging/Shutterstock

Gli organismi che si nutrono per assorbimento sono i...

I primi animali ad adattarsi alla terraferma sono stati gli...

Le piante il cui seme è protetto da un frutto si dicono...

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FUNGHI

ANFIBI

ANGIOSPERME

Le specie sono gruppi di popolazioni naturali realmente o potenzialmente interfeconde e riproduttivamente isolate dalle altre, ovvero non possono codividere o scambiarsi geni. Le specie cambiano nel tempo e questo processo si chiama evoluzione. La speciazione è invece il processo con cui una specie si suddivide in due o più specie figlie che evolvono in maniera distinta.

La specie

La classificazione dei viventi

L'esempio di classificazione del gatto domestico (Felis catus) all'interno delle categorie di specie, genere, famiglia, ordine, classe, phylum, regno e domìnio.

L'albero filogenetico mostra le relazioni tra classificazione e filogenesi, ovvero la storia dell'evoluzione delle parentele tra i vari organismi.

La teoria dell'evoluzione per selezione naturaleChe cosa sono le analogie e le omologieI sistemi di classificazione dei viventi

Che cosa ho imparato

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