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1 III Indice I loghi presenti nel testo rimandano ai materiali disponibili on line e precisamente: LAB on line TEST on line SCHEDA on line DOSSIER on line FISICA & CHIMICA U1. Il metodo scientifico p Che cos è la scienza p Lo spirito scientifico e la scienza moderna p. 1 p. 4 p Le caratteristiche dello spirito scientifico p Il metodo sperimentale p Le osservazioni di due grandi scienziati p. 7 I protagonisti Galileo Galilei e Jean Baptiste van Helmont p. 9 p. 10 p La misurazione p Che cosa significa misurare p Come si stabilisce un unità di misura p. 13 p Il sistema metrico decimale p Una misura uguale per tutti p Multipli e sottomultipli p Unità e strumenti di misura p Le unità fondamentali di misura p. 18 Il taccuino di Leonardo Come si misura la densità di un materiale p. 21 p. 21 p Analisi e rappresentazione dei dati p In ogni misura c è sempre un errore p La presentazione dei dati p. 24 p. 26 p. 27 VERIFICA p. 28 MAPPA CONCETTUALE p. 29 U2. Gli stati della materia p Che cos è la temperatura p La sensazione del freddo e del caldo p I termometri p La scala centigrada p. 32 Il taccuino di Leonardo La scala Fahrenheit p. 33 I protagonisti Anders Celsius p La dilatazione termica p Dilatazione termica dei solidi p Dilatazione termica dei liquidi p Dilatazione termica dei gas p. 37 p. 38 p La trasmissione del calore p Il legame tra calore e temperatura p La trasmissione del calore nei solidi p La trasmissione del calore nei gas p La trasmissione del calore nei liquidi p La trasmissione del calore nel vuoto p. 43 p La materia p Corpi, sostanze, materia p Atomi e molecole p Gli stati della materia p. 45 I protagonisti Democrito di Abdera p. 45 p. 46 p I solidi p Le caratteristiche dei solidi p. 47 p. 49 p I liquidi p Le caratteristiche dei liquidi p. 50 p. 53 p I gas p Le caratteristiche dei gas p. 54 p. 56 p. 56

2 IV 8. I cambiamenti di stato p Che cosa sono e quali sono i cambiamenti di stato p Fusione e solidificazione p Evaporazione e condensazione p Sublimazione e brinamento p. 58 Il taccuino di Leonardo Dalla fusione del ghiaccio all ebollizione dell acqua p. 59 VERIFICA p. 60 MAPPA CONCETTUALE p. 61 SCIENZE DELLA TERRA U3. L acqua, l aria, il suolo p L acqua e la vita p La distribuzione dell acqua sulla Terra p L acqua come risorsa p Il ciclo dell acqua p. 65 Dossier ambiente L inquinamento dell acqua 2. L aria e la vita p Come si compone l aria p Come respirano gli esseri viventi p. 67 p. 67 p L atmosfera p Un involucro di aria che circonda la Terra p L effetto serra p Lo strato di ozono p. 70 Dossier ambiente L inquinamento dell aria Il taccuino di Leonardo Atmosfera, meteoriti e Space Shuttle p. 71 p. 71 p Il suolo e la vita p Il suolo è la parte superficiale della crosta terrestre p Come si compone il suolo p Come si forma il suolo p. 76 Dossier ambiente L inquinamento del suolo p. 78 p L azoto e il carbonio nel suolo p Il ciclo dell azoto p Il ciclo del carbonio p. 80 Il taccuino di Leonardo La fertilizzazione del terreno agricolo p. 81 VERIFICA p. 83 MAPPA CONCETTUALE p. 84 BIOLOGIA U4. La cellula p La teoria cellulare p Breve storia della teoria cellulare p. 85 Scienza e tecnologia I protagonisti Antony van Leeuwenhoeck e Robert Hooke p. 87 p Gli elementi della cellula p La cellula: funzione e composizione p. 88 p Un modello del sistema cellula p Il più piccolo sistema vivente p Un modello per capire il funzionamento della cellula p. 95 p Il ciclo cellulare p Come avviene la riproduzione p La mitosi p. 97 p La differenziazione cellulare p La specializzazione delle cellule p Le conseguenze della specializzazione p Dai tessuti agli organismi pluricellulari p Cellule dello stesso tipo si aggregano e si organizzano: i tessuti p Diversi livelli di organizzazione cellulare p. 102 p. 103 VERIFICA p. 104 MAPPA CONCETTUALE p. 105

3 V U5. La classificazione p Il concetto di specie p La specie e il genere p. 106 I protagonisti Carlo Linneo p Perché si classifica p. 108 Il taccuino di Leonardo Dalla A alla Z: che cosa succede incrociando un asino con una zebra? p L omologia e l analogia p Prima regola per classificare: cercare le somiglianze p Seconda regola per classificare p. 111 Il taccuino di Leonardo Un esempio di classificazione: il gatto p. 112 p. 114 p I fossili e le ere geologiche p I fossili, resti di antichissimi esseri viventi p. 115 I protagonisti Georges Cuvier p Le ere geologiche p. 120 p. 121 p I fossili e l evoluzione p Gli esseri viventi si trasformano nel corso di milioni di anni p. 122 I protagonisti Stephen Jay Gould p. 124 p. 124 VERIFICA p. 125 MAPPA CONCETTUALE p. 126 U6. Monere, protisti, funghi p I cinque regni del mondo vivente p Organismi pluricellulari e unicellulari p La classificazione in cinque regni p. 128 p Il regno delle monere p Le monere, i più semplici esseri viventi p I batteri p Batteri saprofiti, parassiti e simbionti p Le alghe azzurre p Il regno dei protisti p Come sono fatti i protisti p I flagellati p Le amebe e i radiolari p I ciliati p Gli sporozoi p. 136 I protagonisti Lynn Margulis p. 136 Il taccuino di Leonardo I virus p Il regno dei funghi p Che cosa sono i funghi p Le muffe p I lieviti p I licheni p. 141 p. 141 VERIFICA p. 142 MAPPA CONCETTUALE p. 143 U7. Le piante p La struttura delle piante p Gli organi fondamentali della pianta p Piante autotrofe, parassite e carnivore p. 144 p. 146 p La radice p Le funzioni delle radici: assorbire e ancorare p Forma e sviluppo delle radici p Il fusto p Funzioni e forme: fusti piccoli e grandi p Dove passa la linfa p Fusti speciali p La foglia p Funzioni e forme delle foglie p Fotosintesi e respirazione p La classificazione delle piante p. 155 p. 156 p Le alghe p Struttura e funzioni delle alghe: né radici, né fusto, né foglie p Alghe verdi, alghe brune e alghe rosse p. 158

4 VI 6. Le briofite p La formazione delle briofite p I muschi p Felci e gimnosperme: piante senza fiori p Le tracheofite primitive, piante con vasi conduttori p Le felci p Le gimnosperme p. 162 p Le angiosperme: piante con fiori p Le piante più evolute: le angiosperme p Come sono fatti i fiori p. 165 p. 167 p Dall impollinazione alla germinazione p Come avviene l impollinazione p Come avviene la fecondazione p Come avviene la disseminazione p Come avviene la germinazione p. 170 Il taccuino di Leonardo Tanti tipi di frutto p. 171 Il taccuino di Leonardo Monocotiledoni e dicotiledoni p. 172 VERIFICA p. 173 MAPPA CONCETTUALE p. 174 U8. Gli animali p Il movimento e il metabolismo p I caratteri distintivi degli animali p Il movimento p La respirazione p La nutrizione e la digestione p La circolazione e l escrezione p. 179 p Il coordinamento, la sensibilità e la riproduzione p Il sistema nervoso, centrale di comando dell organismo animale p. 181 Il taccuino di Leonardo Organi di senso molto particolari 2.2 La riproduzione p La classificazione degli animali: vertebrati e invertebrati p. 183 p Gli invertebrati: dalle spugne agli anellidi p I poriferi e i celenterati p I platelminti e i nematodi p I molluschi p Gli anellidi p. 188 p Gli invertebrati: artropodi p I crostacei, artropodi che vivono in acqua p Gli scorpioni, i ragni e gli acari p Gli insetti p La riproduzione degli insetti p. 192 p Gli invertebrati: echinodermi p I ricci e le stelle di mare p I vertebrati: pesci e anfibi p Le cinque classi dei vertebrati p Pesci cartilaginei e pesci ossei p. 195 Il taccuino di Leonardo Tre pesci a confronto: il tonno, il luccio e il pesce farfalla p Gli anfibi: rane, salamandre e tritoni p. 198 p I vertebrati: rettili e uccelli p I rettili: tartarughe, lucertole, serpenti e coccodrilli p. 200 Il taccuino di Leonardo Come distinguere le bisce dalle vipere p Gli uccelli p. 202 Il taccuino di Leonardo Omeotermia ed eterotermia p. 203 p I vertebrati: mammiferi p Le caratteristiche dei mammiferi p Mammiferi speciali p Le scimmie p. 207 Il taccuino di Leonardo Gli animali a rischio di estinzione p. 208 p. 208 VERIFICA p. 209 MAPPA CONCETTUALE p. 210

5 _106_126_U5.qxd :20 Pagina 106 lezione 1 Il concetto di specie 1.1 La specie e il genere Probabilmente sai che i gatti sono tutti animali della stessa specie. E così pure i cani. I gatti e i cani, invece, appartengono a due specie diverse. I gatti possono accoppiarsi tra loro e generare prole feconda. Ma l incrocio di un cane con un gatto non avviene in natura. La definizione di specie si basa proprio su questo principio naturale: Una specie è una popolazione di individui che, in condizioni naturali, sono in grado di incrociarsi. Ogni incrocio avviene tra due individui di sesso opposto: un maschio e una femmina (fig. 1). I figli sono simili ai genitori e sono a loro volta in grado di riprodursi. tigre femmina tigre maschio cane (fox-terrier) femmina cane (segugio di Hamilton) maschio tigre prole della stessa specie B cane prole della stessa specie asino femmina asino maschio mucca A asino prole della stessa specie C asino non avviene in natura Figura 1 Incroci possibili e impossibili. A. Non bisogna farsi ingannare dai nomi comuni degli animali. Le tigri non sono tutte femmine! Gli asini non sono tutti maschi! All interno della stessa specie l incrocio avviene tra individui di sesso opposto: un maschio e una femmina. Talvolta per indicare il sesso degli individui si usano i simboli: = femmina = maschio. B. I due cani rappresentati, pur avendo aspetti diversi, appartengono alla stessa specie. Si incrociano e generano prole feconda della stessa specie. C. L asino e la mucca appartengono a specie diverse. Non si incrociano.

6 Il concetto di specie BIOLOGIA 107 Le specie simili tra loro sono riunite in gruppi chiamati generi Il concetto di specie è molto importante per la classificazione delle piante e degli animali. Infatti la specie è il primo livello di organizzazione degli esseri viventi al disopra dei singoli individui. Uno dei compiti fondamentali dei biologi, quando intraprendono lo studio di un ambiente naturale, è quello di identificare le specie che lo popolano. Le specie che presentano molte somiglianze vengono riunite in gruppi chiamati generi. Il genere è quindi il secondo livello di organizzazione degli esseri viventi e sta al di sopra della specie. Vediamo due esempi (fig. 2). Il gatto (nome scientifico: Felis cattus) e il gattopardo (Felis serval) appartengono a specie diverse ma con molti tratti comuni. Perciò vengono classificati nello stesso genere: il genere Felis. Anche la tigre (Panthera tigris) e il leone (Panthera leo), pur sembrando esteriormente poco somiglianti, appartengono allo stesso genere: il genere Panthera. gatto Felis cattus gattopardo Felis serval Chi ha inventato la nomenclatura binomia Come hai potuto notare, ogni specie viene identificata con due nomi: il nome del genere (Felis, Panthera), da scrivere con l iniziale maiuscola; il nome della specie (cattus, serval, tigris, leo), da scrivere con l iniziale minuscola. leone Panthera leo Questo sistema a due nomi si chiama nomenclatura binomia ed è stato inventato dal biologo svedese Carlo Linneo nel 1750 circa. I nomi scientifici, spesso, derivano dal latino o dal greco. Talvolta derivano da nomi di scienziati o di località o addirittura sono nomi di fantasia. In ogni caso vengono latinizzati con l aggiunta di una desinenza. tigre Panthera tigris Figura 2 Specie e genere. I protagonisti Carlo Linneo Carlo Linneo ( ), medico e naturalista svedese, è considerato il padre della tassonomia, cioè dell arte di classificare gli esseri viventi. Da suo padre, che era un giardiniere, ereditò un profondo amore per la natura. Diventò medico studiando in varie università ma non cessò mai di collezionare e studiare le piante, sua vera passione. D altronde la botanica era una disciplina anche medica poiché tutti i dottori dovevano essere capaci di preparare e prescrivere ricette basate sulle erbe medicinali. Nel 1735 pubblicò il Systema Naturae, un libricino che conteneva la sua prima classificazione di molti esseri viventi. Negli anni successivi arricchì continuamente questo libro trasformandolo in un opera di molti volumi. Sapete come Linneo classificò la nostra specie? Homo diurnis, uomo del giorno, mentre chiamò l orango Homo nocturnis, uomo della notte.

7 108 U5 La classificazione 1.2 Perché si classifica Le specie animali e vegetali conosciute sono quasi due milioni Il numero delle specie conosciute oggi è vicino a due milioni e ognuna di esse ha ricevuto un nome. Probabilmente nessun singolo essere umano potrà mai conoscere veramente tutti questi nomi. Per capire quanto è grande questo numero prova a chiederti quante parole conosci della lingua italiana. Una ricerca statistica ha rivelato che gli italiani che hanno frequentato la scuola dell obbligo conoscono circa 5000 parole, e per comunicare ne usano solo Anche se prendiamo un grande dizionario di italiano vi troveremo non più di parole diverse. Siamo ben lontani dal milione! Classificare non significa soltanto inventare e assegnare nuovi nomi. Il punto di partenza di ogni attività scientifica è la curiosità. Perché esistono tanti organismi così diversi tra loro? Come possono essere messi in ordine? Classificare significa trovare criteri intelligenti per mettere in ordine questa complessità. LAB on line 13 TEST on line 11 Il taccuino di Leonardo Dall A alla Z: che cosa succede incrociando un asino con una zebra? Negli zoo, talvolta, vengono fatti incrociare animali che in natura non si accoppierebbero. Gli individui nati dall incrocio di due specie diverse sono chiamati ibridi. Nel disegno vedi un ibrido nato dall incrocio di una zebra (Equus zebra) e di un asino (Equus asinus). Prova a elencare le somiglianze e le differenze fra la zebra e l asino. Zebra e asino appartengono alla stessa specie? Zebra e asino appartengono allo stesso genere: quale? L ibrido ha ereditato alcune caratteristiche dai genitori: quali riesci a vedere? Secondo te, l ibrido potrà avere figli? asino zebra ibrido tra zebra e asino

8 lezione 2 L omologia e l analogia 2.1 Prima regola per classificare: cercare le somiglianze Abbiamo già visto che più specie molto simili tra loro possono essere raggruppate in un genere. Esistono anche altre categorie, superiori al genere, che permettono di riunire le varie specie in gruppi sempre più vasti. In ogni caso, per formare i gruppi, ci si basa su criteri di somiglianza. Ecco un esempio. Nella figura 3 sono rappresentati 6 animali appartenenti a generi completamente diversi. Tuttavia è molto facile dividerli in 3 gruppi prendendo in considerazione alcune somiglianze. Prova a completare la tabella seguente (tab. 1). NOME DEL GRUPPO pesci uccelli mammiferi Tabella 1 CARATTERISTICHE DEL GRUPPO vivono in acqua, respirano con le branchie, si muovono usando le pinne hanno il corpo ricoperto di penne e piume, hanno le ali, possiedono il becco partoriscono i cuccioli e li allattano, sono quadrupedi, hanno il corpo ricoperto di peli QUALI ANIMALI FANNO PARTE DEL GRUPPO? tonno Thunnus thynnus gatto Felis cattus squalo bianco Carcharodon carcharias cane Canis lupus barbagianni Tyto alloa colibrì Archilocus alexandri Figura 3 Animali di differenti generi.

9 110 U5 La classificazione Esistono due tipi di somiglianze: l analogia... Osserviamo ad esempio un ala di insetto e un ala di uccello (fig. 4). Presentano alcune somiglianze: hanno la stessa funzione, infatti servono per volare; sono simili anche nella forma esterna. Tuttavia la loro struttura interna è completamente diversa. L ala dell uccello è formata da uno scheletro osseo che sostiene i muscoli e le penne. L ala dell insetto, invece, è formata da un unica membrana trasparente priva di muscoli e di ossa. Le somiglianze che riguardano la forma e la funzione ma non la struttura interna si chiamano somiglianze analoghe oppure analogie. Quindi si può dire che le ali degli insetti e le ali degli uccelli sono organi analoghi....e l omologia Mettiamo ora a confronto una pinna di foca con un braccio umano (fig. 5). Sembrano organi completamente diversi, infatti: la pinna serve a nuotare; il braccio serve ad afferrare e manipolare oggetti. Tuttavia le loro strutture interne sono molto simili: è possibile infatti riconoscervi le medesime ossa. Queste somiglianze nascoste che riguardano la struttura ma non la funzione si chiamano somiglianze omologhe oppure omologie. Si può quindi dire che la pinna della foca e il braccio dell uomo sono organi omologhi. A questo punto è inevitabile porsi una domanda: quali somiglianze sono più utili per una corretta classificazione degli organismi? Figura 4 Somiglianze analoghe tra l ala di un insetto e l ala di un uccello. Figura 5 Somiglianze omologhe tra la pinna di una foca e un braccio umano.

10 L omologia e l analogia BIOLOGIA Seconda regola per classificare Basarsi il più possibile sulle somiglianze omologhe L abito non fa il monaco. Questo proverbio non dovrebbe mai essere dimenticato quando si studia la natura. Infatti le somiglianze più utili per fare una buona classificazione sono quelle omologhe, talvolta nascoste e difficili da scoprire. Invece le somiglianze analoghe, che si notano a prima vista, possono indurre a commettere gravi errori. Confrontiamo, ad esempio, un delfino comune (Delphinus delphis) e uno squalo bianco (Carcharodon carcharias). Notiamo subito molte somiglianze (fig. 6): vivono nello stesso ambiente, il mare; la forma del corpo, il colore e l aspetto della pelle appaiono molto simili; entrambi sono dotati di vari tipi di pinne che usano per muoversi nell acqua. Un analisi più approfondita, però, ci permette di scoprire alcune importantissime differenze: il delfino respira con i polmoni e deve emergere spesso per prendere aria, lo squalo, invece, respira con le branchie; il delfino partorisce i figli e li allatta mentre i piccoli squali si sviluppano ciascuno all interno di un uovo e non vengono allattati; la struttura dello scheletro e degli organi interni del delfino è simile a quella dei mammiferi e diversa da quella dei pesci. Il delfino, quindi, presenta alcune somiglianze con i pesci. Si tratta di somiglianze analoghe, poiché riguardano la forma del corpo e di alcuni organi. Per muoversi nell acqua, infatti, è molto vantaggioso avere una forma affusolata ed essere dotati di pinne. Nello stesso tempo possiede molti caratteri tipici degli animali terrestri, e in particolare dei mammiferi. In questo caso si tratta di somiglianze omologhe, poiché riguardano la struttura interna. Proprio sulla base di queste ultime caratteristiche si può dire che il delfino è un mammifero. Un mammifero che si è adattato a vivere in acqua. Figura 6 Delfino comune e squalo bianco. delfino squalo

11 112 U5 La classificazione Il taccuino di Leonardo Un esempio di classificazione: il gatto Conosciamo già alcune informazioni sul gatto. Proviamo a classificarlo secondo i principali gruppi tassonomici. Assomiglia moltissimo al gattopardo. Per questo sono dello stesso genere, il genere Felis. Il nome scientifico del gatto è Felis cattus. Assomiglia anche alla tigre, ma è molto più piccolo. Appartengono tutti alla stessa famiglia, quella dei felidi. La loro dieta è a base di carne, come quella dell orso. Queste famiglie appartengono all ordine dei carnivori. Ci sono altri animali, come l ippopotamo, che non mangiano assolutamente carne, ma, come il gatto, hanno sangue caldo, sono ricoperti di peli, allattano i piccoli. Fanno tutti parte della classe dei mammiferi. FAMIGLIA GENERE felidi SPECIE Felis gatto ORDINE carnivora CLASSE mammiferi PHYLUM vertebrati REGNO animali

12 L omologia e l analogia BIOLOGIA 113 Ma il gatto ha qualcosa in comune anche con il barbagianni, il colubro e il tonno: hanno tutti la colonna vertebrale e per questo appartengono al phylum dei vertebrati. Per quanto possa sembrare strano, si può dire che il gatto ha qualcosa in comune anche con la chiocciola e il ragno. Infatti tutti questi organismi sono eterotrofi, cioè si nutrono di altri organismi. Appartengono tutti al regno degli animali. i principali gruppi tassonomici: Specie, genere, famiglia, ordine, classe, phylum e regno sono i principali gruppi tassonomici che vengono usati per classificare gli esseri viventi. La tassonomia è la scienza della classificazione degli organismi.

13 114 U5 La classificazione Analogia: natura e tecnica Si possono trovare diverse analogie tra le soluzioni elaborate dalla natura e diverse invenzioni dell uomo. Osserva la tabella e collega tra loro le coppie di soluzioni analoghe. Spiega in che cosa si assomigliano. Secondo te, esiste in natura un meccanismo per muoversi analogo alla ruota? deltaplano camaleonte paracadute anatra tuta mimetica soffione pinne da sub gabbiano 1. Completa. Le analogie sono somiglianze che riguardano Le omologie sono somiglianze che riguardano Scegli il completamento corretto. Il delfino è: a un anfibio, cioè una via di mezzo tra un pesce e un mammifero. b un mammifero, perché partorisce i piccoli, li allatta e respira con i polmoni. c un pesce, perché vive in acqua, si muove come i pesci e si nutre di pesci. d un mammifero, perché respira con i polmoni. 3. Scegli la risposta esatta. Quali delle seguenti caratteristiche possono far pensare che la balena sia un pesce? a Allatta i piccoli. b Ha le pinne. c Respira con i polmoni. d Vive in acqua. 4. Scegli la risposta esatta. Quali delle seguenti caratteristiche possono far escludere che la balena sia un pesce? a Allatta i piccoli. b Ha uno scheletro simile a quello dei mammiferi. c Respira con i polmoni. d Vive in acqua.

14 lezione 3 I fossili e le ere geologiche 3.1 I fossili, resti di antichissimi esseri viventi La parola fossile deriva dal latino fossilis, che significa qualcosa di estratto dalla terra scavando. Oggi, con la parola fossile i naturalisti indicano qualunque resto o traccia di antichi organismi. Quindi possono ritrovarsi come fossili, ad esempio, ossa di dinosauri, conchiglie di ammoniti, uova, insetti, impronte di foglie, tronchi d albero. Anche le impronte lasciate dagli animali vissuti milioni di anni fa sono fossili. naturalista: chi si dedica allo studio delle scienze naturali. La maggior parte dei fossili si trova imprigionata nella roccia o sepolta sotto terra Come è possibile che una pianta o un animale vissuti milioni di anni fa si trovino oggi dentro le rocce? Prendiamo ad esempio i trilobiti, piccoli animali marini. I trilobiti comparvero sulla Terra circa 570 milioni di anni fa e scomparvero 400 milioni di anni fa. Quando un trilobite moriva, poteva essere mangiato da altri animali oppure decomporsi e scomparire, ciò che accade alla maggior parte degli organismi, dopo la morte. Talvolta però veniva ricoperto dalla sabbia o dal fango che si depositavano sul fondo del mare. In questo modo le parti molli dell animale andavano comunque distrutte ma lo scheletro era protetto e si poteva conservare più a lungo. Dopo milioni di anni il fango si è indurito trasformandosi in roccia e lo scheletro del trilobite ha subìto trasformazioni chimiche che lo hanno reso simile alla pietra (fig. 7). L insieme di queste trasformazioni si chiama fossilizzazione (fig. 8 alla pagina successiva). Durante tutto questo tempo anche l aspetto della crosta terrestre ha subìto trasformazioni: dove prima c era il mare o un lago o una zona paludosa ora possiamo trovare una pianura o una montagna. Scavando in quelle terre e in quelle rocce si possono trovare oggi i resti fossili di trilobiti vissuti 500 milioni di anni fa. Figura 7 Fossile di trilobite: la lunghezza di questi animali fossili varia da 1 cm a 5 cm.

15 _106_126_U5.qxd 116 U :21 Pagina 116 La classificazione 1 il trilobite muore e si ferma sul fondo del mare 2 uno strato di fango e sabbia copre i resti del trilobite 5 il fossile viene scoperto e riportato alla luce da un paleontologo 3 altri strati si accumulano mentre quelli inferiori si trasformano in roccia 4 le rocce vengono erose dalla pioggia e dal vento La scienza che studia i fossili è la paleontologia Figura 8 Il processo di fossilizzazione La scienza che studia i fossili si chiama paleontologia. Gli studiosi dei fossili sono paleontologi. Il fondatore della moderna paleontologia fu il naturalista francese Georges Cuvier. Cuvier, vissuto a Parigi dal 1769 al 1832, collezionava e studiava reperti fossili, soprattutto di mammiferi. Nel 1812 pubblicò un libro dal titolo molto lungo: Ricerca sulle ossa fossili di quadrupedi in cui si ricostruiscono le caratteristiche di diverse specie di animali che le rivoluzioni del globo sembrano avere distrutte. Cuvier esaminò un numero enorme di fossili e giunse alla conclusione che la Terra, un tempo, era popolata da migliaia di specie, diverse da quelle che vivono oggi. I protagonisti Georges Cuvier Geoges Cuvier ( ) è il fondatore della paleontologia. Egli fu professore e ricercatore presso il Museo Nazionale di Scienze Naturali di Parigi, ma ricevette anche incarichi politici. Incredibilmente riuscì a mantenere la carica di consigliere di Stato sotto tre diversi e contrastanti regimi: la Rivoluzione francese, l Impero napoleonico e la successiva monarchia. Le sue ricerche sui fossili lo portarono a fare una scoperta estremamente importante per lo sviluppo della teoria dell evoluzione: i fossili sono i resti di antichissimi esseri viventi che oggi non esistono più perché le loro specie si sono estinte.

16 I fossili e le ere geologiche BIOLOGIA 117 Lo studio dei fossili ci permette di ricostruire la storia della vita sulla Terra Grazie ai fossili abbiamo quindi capito che in un lontano passato sono esistite molte specie animali e vegetali che oggi non esistono più. Conosci già i trilobiti. Nella figura 9 puoi vedere alcuni altri famosi esempi di piante e animali vissuti tra 190 e 135 milioni di anni fa: le benettiali, piante alte fino a 4 m, con un fusto simile a quello delle palme e fronde come quelle delle felci; le ammoniti, molluschi marini dotati di una robusta conchiglia; gli ittiosauri, rettili simili a pesci; gli pterosauri, rettili capaci di volare; i dinosauri, giganteschi rettili terrestri. Figura 9 Alcune specie animali alle quali si è potuto risalire attraverso i fossili.

17 118 U5 La classificazione PALEOZOICA ALGHE LAMINARI EPATICHE FELCI TRILOBITI NAUTILOIDI GIGANTOSTRACI PLACODERMI Figura 10 Le principali tappe dell evoluzione dei viventi.

18 ANGIOSPERME I fossili e le ere geologiche BIOLOGIA 119 MESOZOICA CENOZOICA Era geologica Milioni di anni fa EQUISETI BENETTIALI CONIFERE ARCHAEOPTERYX ANFIBI PRIMITIVI ITTIOSAURI MAMMIFERI PELICOSAURI DINOSAURI MAMMIFERI SCIMMIE UOMINI

19 120 U5 La classificazione 3.2 Le ere geologiche Milioni di anni per misurare il tempo dell evoluzione Hai certamente capito che la vita sulla Terra ha una storia molto lunga. Per misurarla non bastano i secoli e neppure i millenni. Le prime forme di vita comparvero circa tre miliardi e mezzo di anni fa. Se pensi che un miliardo equivale a mille milioni, puoi capire meglio l enorme durata di questo intervallo di tempo: 3500 milioni di anni. I geologi e i paleontologi hanno suddiviso la storia della Terra in grandi periodi chiamati ere geologiche. Le ere geologiche sono quattro e hanno nomi facili da ricordare, dopo che si è compreso il loro significato. Nella tabella 2 troverai i dati più importanti relativi alle ere geologiche. geologo: studioso di geologia, scienza che si occupa dell origine, della costituzione e dell evoluzione della Terra. MILIONI DI ANNI FA ERA GEOLOGICA SIGNIFICATO SVILUPPO DEGLI ESSERI VIVENTI 3500 PRECAMBRIANA Pre- significa prima di, -cambriano deriva da Cambria, l antico nome latino del Galles. Il Galles è la regione del Regno Unito dove vennero studiati per la prima volta i fossili delle piante e degli animali più antichi. Quindi precambriano significa prima del periodo cambriano. microorganismi molto semplici 700 PALEOZOICA Paleo- deriva dal greco palaios che significa antico, -zoico deriva dal greco zoikos che significa di animale o, più in generale, di essere vivente. Quindi l era paleozoica è l era della vita antica. primi animali acquatici diffusione dei trilobiti pesci prime piante acquatiche prime piante terrestri anfibi e insetti piante con semi funghi rettili 230 MESOZOICA Meso- deriva dal greco mesos che significa che sta in mezzo. Quindi l era mesozoica è l era della vita di mezzo. dinosauri uccelli mammiferi diffusione delle piante terrestri piante con fiori 65 CENOZOICA Ceno- deriva dal greco kainos che significa recente. Quindi l era cenozoica è l era della vita più recente. diffusione dei mammiferi diffusione delle piante con fiori scimmie uomini Tabella 2 Le principali ere geologiche.

20 I fossili e le ere geologiche BIOLOGIA 121 I fossili Attività proposte A. Cerca sul vocabolario l origine e il significato delle seguenti parole: geo-logia, ittio-sauro, paleontologia (paleo-ontologia), ptero-sauro, tri-lobite. Esempio: dino-sauro: origine: dal greco deinos terribile e sauros lucertola significato: rettili vissuti tra 200 e 70 milioni di anni fa B. Quale fossile è più antico? Due fossili si trovano a profondità diverse, come illustrato nelle figure. Indica, in ciascuno dei tre casi, qual è il più antico. Spiega come hai fatto a stabilirlo. fossile A fossile B fossile A fossile B fossile B fossile A fossile B fossile A fossile B fossile A fossile A fossile B 1. Scegli la risposta esatta. Che cosa sono i fossili? a b c b Animali mummificati Minerali preistorici Resti di antichi organismi Resti di antiche costruzioni 2. Scegli la risposta esatta. Dove si trovano, in genere, i fossili? a Nelle rocce c Nel mare b Nel deserto d Nelle paludi 3. Rispondi. Come si sono formati i fossili? 4. Scegli la risposta esatta. Come si chiama la scienza che studia i fossili? a Geologia c Paleontologia b Fossologia d Archeologia 5. Rispondi. La storia della vita sulla Terra è stata divisa in 4 ere. Quali sono? 6. Ordina. Metti i seguenti vegetali nell ordine in cui sono comparsi sulla Terra: a alghe c felci e funghi b conifere d angiosperme

21 lezione 4 I fossili e l evoluzione 4.1 Gli esseri viventi si trasformano nel corso di milioni di anni La storia della vita sulla Terra non è solo una storia di vecchie specie che si estinguono e nuove specie che compaiono. È soprattutto una storia di popolazioni che si trasformano. I cambiamenti avvengono a piccoli passi ma, nel corso di milioni di anni, tante piccole modifiche possono dar luogo a una grande trasformazione. L insieme di queste trasformazioni si chiama evoluzione. In questo modo una specie può evolversi in un altra specie. Può anche accadere che due gruppi di individui della stessa specie si evolvano in modi diversi. In questo caso da una sola specie hanno origine due specie talvolta incredibilmente differenti. Lo studio dei fossili ci permette di ricostruire l evoluzione delle specie. Per capire come ciò sia possibile, osserva attentamente le due tavole che seguono: la prima (fig. 11) mostra come i rettili si sono evoluti seguendo tre strade diverse: la prima ha dato origine ai rettili moderni, la seconda agli uccelli e la terza ai mammiferi; la seconda (fig. 12 alla pagina successiva) illustra l evoluzione del cavallo, dal piccolo Eohippus, vissuto 50 milioni di anni fa, al moderno Equus. Figura 11 L evoluzione dei rettili. camposauri rettili attuali rettili primitivi 250 milioni di anni fa tecodonti archaeopteryx l archaeopteryx era grande come un corvo, aveva scheletro di rettile e penne di uccello uccelli attuali pelicosauri terapsidi i terapsidi avevano scheletro di rettile ed erano ricoperti di peli come i mammiferi mammiferi attuali

22 _106_126_U5.qxd :21 Pagina 123 I fossili e l evoluzione L EVOLUZIONE DELL AMBIENTE L ambiente in cui visse l Eohippus era una foresta umida, ricca di foglie e frutti teneri; il terreno era morbido e l ambiente ricco di ripari e nascondigli. EOHIPPUS 40 MIOHIPPUS 30 A causa di un lento cambiamento nel clima l acqua iniziò a scarseggiare. BIOLOGIA La foresta si trasformò in prateria in cui crebbero le graminacee, erbe dure da masticare; il terreno divenne duro e asciutto, senza ripari né nascondigli. Per fuggire dai predatori divenne necessario correre velocemente. PLIOHIPPUS EQUUS 0 milioni di anni fa 10 CRANIO ZAMPA ANTERIORE L EVOLUZIONE DELLA SPECIE Il cavallo primitivo, l Eohippus, era grande come un cane. La sua dentatura era adatta a masticare foglie e frutti teneri; le sue zampe anteriori avevano 4 dita ed erano adatte a camminare sul terreno morbido, in mezzo alla vegetazione. Il cambiamento dell ambiente provocò l evoluzione del cavallo. Il cavallo attuale, l Equus, ha una dentatura adatta a masticare l erba dura delle praterie; le sue zampe hanno un solo dito, lo zoccolo, e sono adatte allo scatto, al salto e alla corsa. Figura 12 L evoluzione del cavallo. L evoluzione consente alle specie di adattarsi ai cambiamenti ambientali Una delle caratteristiche fondamentali degli esseri viventi è la capacità di cambiare. Non sono certamente i singoli individui che si trasformano, come per magia, ma le specie. I figli possono essere leggermente diversi dai genitori e, con il trascorrere delle generazioni, un gruppo di individui può cambiare a tal punto da dare origine a una nuova specie. Perché le specie evolvono? Gli esempi del cavallo e dei rettili possono aiutarci a formulare due importanti ipotesi: una nuova specie si forma quando un gruppo di individui si separa da una popolazione e va alla conquista di nuovi ambienti; una specie si evolve quando le condizioni ambientali cambiano.

23 124 U5 La classificazione La teoria dell evoluzione L evoluzione ci permette di spiegare le somiglianze e le differenze tra gli esseri viventi, di conoscere la loro storia e di fare previsioni sul loro futuro. I princìpi fondamentali della teoria dell evoluzione furono formulati dal naturalista inglese Charles Darwin nel 1858, dopo lunghe ricerche durate più di vent anni. Le ipotesi di Darwin sono state, in seguito, corrette, perfezionate e approfondite. Oggi l evoluzione è uno dei concetti più importanti della biologia. Tuttavia molti dei suoi aspetti devono essere ancora chiariti e sono perciò oggetto di intense ricerche. Un famoso paleontologo ed evoluzionista contemporaneo è stato lo statunitense Stephen Jay Gould. Gould è molto noto per i suoi bellissimi articoli di divulgazione scientifica, quasi tutti centrati sulla teoria dell evoluzione. evoluzionista: studioso e sostenitore della teoria dell evoluzione. divulgazione scientifica: presentazione chiara, semplice ed efficace delle idee scientifiche al fine di renderle comprensibili al vasto pubblico dei non specialisti. I protagonisti Stephen Jay Gould Stephen Gould ( ) nacque a New York e, dopo essersi laureato in geologia, iniziò una brillante carriera di ricercatore e divulgatore scientifico. È stato professore di geologia e zoologia all Università di Harvard, presidente della Paleontological Society e membro del comitato editoriale della rivista Science. Ha dato notevoli contributi alla teoria dell evoluzione anche se non condivideva alcune idee di Darwin. È stato uno di coloro che hanno elaborato la teoria degli equilibri punteggiati. Secondo questa teoria l evoluzione non è un processo continuo ma una sequenza di stati stabili e separati da periodi in cui molte specie si estinguono e molte altre se ne formano. Un classico esempio è dato dall estinzione dei dinosauri e dalla comparsa degli uccelli e dei mammiferi. 1. Rispondi. Che cos è l evoluzione? 2. Scegli la risposta esatta. Perché i fossili provano che le specie si evolvono? a Perché i resti di animali e vegetali fossili ritrovati sono spesso molto diversi dalle specie oggi esistenti. b Perché i fossili sono resti di animali vissuti in epoche precedenti. c Perché i fossili sono resti di animali che possiamo ritrovare anche tra le specie oggi viventi. d Perché i fossili sono resti di animali acquatici. 3. Rispondi. Sai citare una causa dell evoluzione? 4. Scegli il completamento corretto. Il cavallo attuale si è evoluto a partire: a da un cavallo primitivo, che era adatto all ambiente in cui viveva. b da un cavallo primitivo, uguale a quello attuale ma più piccolo. c da un cavallo primitivo, uguale a quello attuale ma più alto. d da un cavallo primitivo, che presentava un caratteristico piede a 5 dita.

24 I fossili e l evoluzione BIOLOGIA 125 VERIFICA delle conoscenze acquisite e delle abilità attivate C: conoscenza I: ipotesi O: osservazione L: linguaggio 1. Scegli il completamento corretto. C OIL Le piante sono utili agli animali perché: a consumano cibo e consumano anidride carbonica. b consumano cibo e producono ossigeno. c producono cibo e consumano anidride carbonica. d producono cibo e producono ossigeno. 2. Scegli il completamento corretto. C OIL Un tonno, una rana, un cane e una lucertola sono molto diversi ma presentano anche alcune somiglianze. Ad esempio, si assomigliano perché: a hanno i polmoni. b hanno il pelo. c hanno la colonna vertebrale. d hanno le zampe. 3. Scegli il completamento corretto. COIL Durante uno scavo archeologico condotto sul fon-do di un lago disseccato sono stati trovati dei fossili a profondità diverse. La figura descrive la posizione di alcuni reperti. felce fossile impronta di foglia d albero Sulla base delle informazioni si può indurre che: a un antico lago fu rimpiazzato da una foresta di latifoglie. b un mare fu rimpiazzato da una foresta. c un antica foresta di conifere fu rimpiazzata da un lago. d un antica foresta di latifoglie fu rimpiazzata da un lago. Spiega i motivi della tua scelta. scheletro di pesce Classifica i seguenti animali in due gruppi tassonomici diversi. Di quali gruppi si tratta? C OIL Gli animali sono: anatra, cane, delfino, fagiano, gallina, gatto, gufo, pipistrello. Spiega i motivi della tua scelta Leggi attentamente la seguente tabella. GRUPPO insetti mammiferi rettili uccelli GRUPPO A GRUPPO B COIL CARATTERISTICHE PRINCIPALI hanno uno scheletro esterno hanno le antenne hanno 6 zampe e in genere 2 ali non hanno la colonna vertebrale e non respirano per mezzo di polmoni hanno la colonna vertebrale sono animali a sangue caldo hanno il pelo, uno scheletro interno e respirano con i polmoni hanno la colonna vertebrale sono animali a sangue freddo hanno le scaglie, uno scheletro interno e respirano con i polmoni hanno la colonna vertebrale sono animali a sangue caldo hanno le piume, uno scheletro interno e respirano con i polmoni Utilizzando i dati della tabella, trova l intruso in ciascuno dei seguenti gruppi di animali. a Cane, rana, rondine, farfalla b Scoiattolo, pettirosso, pinguino, ape c Cavalletta, cavalluccio marino, cavallo, delfino d Orso polare, lucertola, vipera, coccinella

25 126 U5 La classificazione 6. Scegli l affermazione corretta. C OIL Quale delle seguenti frasi è la migliore spiegazione del concetto di specie animale? a Due individui sono della stessa specie se in natura sono in grado di incrociarsi e di avere figli fecondi. b Due individui sono della stessa specie se sono molto simili tra di loro. c Due individui sono della stessa specie se vivono nello stesso ambiente e hanno abitudini molto simili. 7. Rispondi. Che cos è l evoluzione? C OIL Vero o falso? Il gattopardo (Felis serval) e la tigre (Panthera tigris) appartengono a generi diversi, come si può capire dai loro nomi scientifici. appartengono a specie diverse. appartengono alla stessa specie perché sono entrambi felidi e carnivori. appartengono allo stesso genere, come si può capire dai loro nomi scientifici. 9. Scegli i completamenti corretti. C OIL C O I L Lo studio dei fossili ci permette di capire che: a gli animali e i vegetali possono conservarsi nel ghiaccio per milioni di anni. b gli animali e i vegetali possono conservarsi sotto terra per milioni di anni. c gli esseri viventi si trasformano nel corso di milioni di anni. d milioni di anni fa la Terra era popolata da molte specie differenti da quelle che vivono oggi. V V V V F F F F MAPPA CONCETTUALE Completa la mappa. la precambriana iniziata circa milioni di anni fa, nella quale si svilupparono le seguenti principali forme di vita: LE ERE GEOLOGICHE sono la paleozoica iniziata circa milioni di anni fa, la mesozoica iniziata circa milioni di anni fa, nella quale si svilupparono le seguenti principali forme di vita: nella quale si svilupparono le seguenti principali forme di vita: la cenozoica iniziata circa milioni di anni fa, nella quale si svilupparono le seguenti principali forme di vita: