I VIVENTI, LA CELLULA E GLI ORGANISMI SEMPLICI

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1 DISPENSE DI SCIENZE CLASSI PRIME SCUOLA SAN LUIGI GARBAGNATE MILANESE corso del prof. Michele Liati UNITÀ CINQUE I VIVENTI, LA CELLULA E GLI ORGANISMI SEMPLICI anno scolastico

2 Nota: La presente unità corrisponde alle unità 1 e 2 del volume C del testo Accademia delle Scienze +. Contiene schede integrative e di approfondimento, riassunti e mappe concettuali e, in generale, tutto quello che è stato spiegato e fatto durante le lezioni di scienze, pertanto costituisce un utile strumento per prepararsi alle interrogazioni e alle verifiche. Queste dispense NON SOSTITUISCONO il libro di testo. Legenda dei colori: pagine con riquadro rosso : contengono gli argomenti più importanti da studiare. pagine con riquadro blu : costituiscono parti di approfondimento, da leggere. pagine con riquadro verde: descrivono esperienze pratiche fatte in classe pagine con riquadro arancio: contengono riassunti e mappe

3 I VIVENTI Riferimenti al testo: pagg. 2 4 Il mondo dei viventi è caratterizzato da una enorme VARIETÀ di organismi diversi tra di loro. Ma cosa hanno in comune tutti questi esseri viventi? Cos'è, quindi, la VITA? Tutti i viventi sono caratterizzati da: - il CICLO VITALE - l'organizzazione CELLULARE Il ciclo vitale : Ogni vivente: - NASCE - CRESCE - SI RIPRODUCE - MUORE Le funzioni vitali Durante il suo ciclo vitale ogni vivente svolge diverse FUNZIONI VITALI: - SI NUTRE E ELIMINA LE SOSTANZE DI RIFIUTO - SI MUOVE E REAGISCE AGLI STIMOLI - SI ADATTA ALL'AMBIENTE Il nutrimento Ogni vivente per sopravvivere deve : nutrirsi, ovvero assimilare sostanze più o meno complesse dall'ambiente, trasformarle in altre sostanze, e infine eliminare le sostanze di rifiuto. Tutti questi processi costituiscono il METABOLISMO dell'organismo vivente. I viventi che sono in grado di produrre il nutrimento da soli si dicono AUTOTROFI, i viventi che si nutrono di altri viventi si dicono ETEROTROFI. 1

4 Organismi autotrofi Gli organismi autotrofi, per produrre il proprio nutrimento, svolgono la FOTOSINTESI, ad esempio, la FOTOSINTESI CLOROFILLIANA, La FOTOSINTESI CLOROFILLIANA: trasforma, grazie alla CLOROFILLA, e all'energia SOLARE, ACQUA e ANIDRIDE CARBONICA in sostanze organiche (zucchero). Organismi eterotrofi: Gli organismi eterotrofi a seconda del tipo di nutrimento possono dividersi in: - ERBIVORI: si nutrono di vegetali; - CARNIVORI: si nutrono di animali; - ONNIVORI: si nutrono di vegetali e animali. Movimento e reazione agli stimoli Gli essere viventi si muovono e reagiscono agli stimoli esterni, specie se devono procurarsi il nutrimento dall'ambiente, oppure difendersi da un predatore. Per questo hanno sviluppato sistemi di movimento e organi di senso diversi. Adattamento all'ambiente Per vivere in ambienti molto diversi, spesso in condizioni difficili o anche estreme, i viventi si sono adattati all'ambiente, sviluppando strategie o caratteristiche utili a sopravvivere. 2

5 MAPPA CONCETTUALE I VIVENTI CICLO VITALE ORGANIZZAZIONE CELLULARE NASCE CRESCE SI RIPRODUCE MUORE PER VIVERE SVOLGE FUNZIONI VITALI MUOVERSI REAGIRE AGLI STIMOLI NUTRIRSI ADATTARSI ALL'AMBIENTE AUTOTROFI Producono il loro nutrimento da soli ETEROTROFI Si nutrono di altri viventi ERBIVORI FOTOSINTESI CARNIVORI ONNIVORI 3

6 LA CELLULA Riferimenti al testo: pagg. 5 8 Ogni essere vivente è costituito da CELLULE. La CELLULA è la più piccola particella di materia vivente che conserva le caratteristiche della vita, ovvero compie il CICLO VITALE. Ogni cellula infatti: NASCE, CRESCE, SI RIPRODUCE e MUORE. Inoltre si nutre e reagisce agli stimoli. Gli organismi viventi formati da una sola cellula sono detti: UNICELLULARI. Gli organismi viventi formati da più cellule sono detti: PLURICELLULARI. Organismi unicellulari possono vivere spesso insieme ad altri organismi unicellulari, formando una COLONIA, che però non costituisce un organismo pluricellulare. La struttura della cellula: Le cellule presentano parti e strutture caratteristiche. In tutte le cellule sono presenti: - La MEMBRANA CELLULARE (o PLASMATICA), un sottile rivestimento che avvolge la cellula e regola gli scambi fra la cellula e l'ambiente esterno. - il CITOPLASMA, che costituisce la materia interna alla cellula - il NUCLEO, costituito o contenente il DNA. La parte più importante della cellula è il DNA, che può essere considerato il CODICE delle attività di tutta la cellula. In alcune cellule il DNA è immerso nel citoplasma, senza alcuna separazione con esso; queste cellule sono dette PROCARIOTE. In altre cellule il DNA è racchiuso in un vero e proprio NUCLEO, con una membrana nucleare che lo separa dal citoplasma; queste cellule sono dette EUCARIOTE. All'interno del citoplasma possono trovarsi diversi organelli con funzioni diverse: - MITOCONDRI: vi si svolgono le reazioni chimiche della respirazione cellulare. - RIBOSOMI: hanno il compito di costruire le proteine - LISOSOMI: vescichette con il compito di distruggere corpi estranei (o parti della cellula stessa) - VACUOLI: vescichette che contengono acqua, sostanze nutritizie, o sostanze di rifiuto che devono essere espulse. - RETICOLO ENDOPLASMATICO: rete di trasporto delle sostanze utili alla cellula - APPARATO DEL GOLGI: vescichette appiattite che accumulano le sostanze da distribuire alla cellula - CENTRIOLI: organuli di forma cilindrica utili nella riproduzione della cellula. 4

7 Anche il NUCLEO presenta parti specifiche: - MEMBRANA NUCLEARE; - NUCLEOLI; - CROMATINA: l'insieme del DNA, che durante la riproduzione si divide in 'bastoncini' detti CROMOSOMI. Cellula animale e vegetale La cellula animale e vegetale presentano tra loro importanti differenze: La cellula vegetale possiede anche una PARETE CELLULARE, formata da cellulosa, per protezione e sostegno. Nel citoplasma sono presenti i CLOROPLASTI, organelli che contengono la CLOROFILLA, fondamentale per la fotosintesi. I VACUOLI sono spesso molto grandi perché contengono acqua di riserva. Non sono presenti centrioli. 5

8 LA RIPRODUZIONE CELLULARE Riferimenti al testo: pagg Anche la singola cellula si RIPRODUCE: da una singola cellula, detta CELLULA MADRE, si originano due cellule, dette cellule FIGLIE, identiche alla prima. Questo processo, per la singola cellula, è detto DIVISIONE CELLULARE. Negli organismi PROCARIOTI e negli EUCARIOTI UNICELLULARI avviene la DIVISIONE BINARIA. Negli EUCARIOTI PLURICELLULARI, avviene la MITOSI, un tipo di divisione cellulare più complesso e suddiviso in fasi. Divisione binaria Il DNA della cellula costituisce un unico filamento detto CROMOSOMA. Il cromosoma viene DUPLICATO, ovvero se ne fa una COPIA IDENTICA. I due cromosomi restano attaccati alla membrana cellulare. La membrana si accresce separando i cromosomi. Si forma una strozzatura e la cellula si divide in due cellule figlie, ognuna con un cromosoma. 6

9 MITOSI Negli Eucarioti pluricellulari la riproduzione avviene per MITOSI, costituita da 4 fasi: Fase di preparazione: duplicazione dei cromosomi 1) migrazione dei centrioli ai poli opposti della cellula, che agganciano i cromosomi con dei 'filamenti' 2) i cromosomi migrano al centro della cellula 3) i cromosomi si separano e migrano ai poli opposti della cellula formando due nuclei 4) si completano i nuclei, la cellula inizia a dividersi fase di completamento: la cellula si divide. 7

10 DALLA CELLULA ALL'ORGANISMO Riferimenti al testo: pagg Negli organismi pluricellulali le cellule non sono tutte uguali, e non si limitano a vivere insieme in una colonia. Ma si DIFFERENZIANO e si ORGANIZZANO. Differenziazione Le cellule si differenziano, nel senso che si specializzano per svolgere una determinata funzione, assumendo forme o strutture particolari esempio: cellule nervose, cellule del sangue, cellule muscolari, etc. Organizzazione Cellule differenziate e specializzate collaborano a formare strutture più complesse, su 5 livelli di organizzazione: CELLULA SPECIALIZZATA TESSUTO ORGANO SISTEMA O APPARATO ORGANISMO 8

11 LA CLASSIFICAZIONE DEI VIVENTI Riferimenti al testo: pagg Il mondo dei viventi presenta una enorme VARIETA' di organismi diversi. Per ORDINARE questa enorme varietà occorre CLASSIFICARE i vari viventi. Ma classificare non significa soltanto mettere in ordine, significa anche SPIEGARE l'origine di questa varietà. Oggi sappiamo infatti che questa varietà è frutto dell'evoluzione. L'EVOLUZIONE La vita è comparsa sulla Terra miliardi di anni fa. I primi organismi viventi erano cellule molto semplici; da questi organismi semplici, attraverso l'evoluzione, si sono sviluppati organismi più complessi, pluricellulari. Ma come opera l'evoluzione? Sappiamo che tutta l'attività di una cellula è 'controllata' dal DNA, che costituisce in qualche modo l' IDENTITA' di una cellula. Durante la riproduzione di una cellula può avvenire qualche MUTAZIONE in qualche punto del codice del DNA. Queste mutazioni comportano variazioni in qualche caratteristica dell'organismo vivente. Queste nuove caratteristiche possono risultare MIGLIORI, perché più adatta per far sopravvivere, e far sviluppare numericamente, quell'organismo. Quelle variazioni daranno vita ad una nuova 'popolazione' con caratteristiche differenti da quelle precedenti. Un fattore che ha contribuito ad aumentare queste mutazioni è senz'altro la riproduzione sessuata, che combina il DNA di diversi individui. Ecco come si è creata la grande varietà dei viventi. La classificazione dei viventi CLASSIFICARE significa raggruppare i viventi in INSIEMI o CATEGORIE secondo due criteri: - quanto due organismi sono diversi - quanto due organismi sono simili. 9

12 Queste differenze/similitudini costituiscono nella moderna classificazione diversi raggruppamenti, detti CATEGORIE SISTEMATICHE: - SPECIE: gruppo di organismi molto simili; gli organismi appartenenti alla stessa specie possono riprodursi e dare vita a organismi a loro volta fecondi. - GENERE: gruppo che comprende specie affini tra loro, che possono riprodursi generando organismi però non fecondo, che quindi non possono riprodursi. - FAMIGLIA: raggruppa generi diversi ma con caratteristiche simili. - ORDINE: raggruppa famiglie diverse ma con caratteristiche simili. - CLASSE: raggruppa ordini diversi ma con caratteristiche simili. - PHILUM : raggruppa classi diverse ma con caratteristiche simili. - REGNO: rappresenta il gruppo più vasto, che comprende organismi con caratteristiche comuni molto generali. Ai due estremi di questa scala ci sono quindi: la SPECIE, il gruppo con caratteristiche più specifiche, e il REGNO, il gruppo con caratteristiche più generali. Ricordiamo: La SPECIE è la categoria che comprende tutti gli individui con caratteristiche simili, che, riproducendosi, generano figli simili e fecondi. 10

13 Il mondo dei viventi comprende, nella classificazione 'classica', 5 REGNI: MONERE, PROTISTI, FUNGHI, PIANTE, ANIMALI. Questi diversi regni possono essere descritte secondo 3 diverse caratteristiche generali: formate da cellule procariote o eucariote, se unicellulari o pluricellulari, se formati da organismi autotrofi o eterotrofi, secondo lo schema riassunto in tabella: REGNI / caratteristiche Procarioti / Eucariote Unicellulari / Pluricellulari Autotrofe / Eterotrofe MONERE Procarioti Unicellulari sia autotrofi che eterotrofi PROTISTI Eucarioti Unicellulari (pluricell.) FUNGHI Eucarioti Unicellulari e pluricellulari sia autotrofi che eterotrofi eterotrofi PIANTE Eucarioti Pluricellulari autotrofi ANIMALI Eucarioti Pluricellulari eterotrofi 11

14 LA CLASSIFICAZIONE DEI VIVENTI APPROFONDIMENTO Riferimenti al testo: pag. 27 L'uomo ha cercato di classificare il mondo dei viventi fin dall'antichità: Il primo tentativo si deve ad Aristotele, che distingueva gli animali in due grandi gruppi: animali dotati di sangue, e animali senza sangue. Un'altra classificazione è dovuta a Plinio il Vecchio, che distinse animali e vegetali in base all'ambiente in cui vivono, e parla infatti di : - viventi terrestri, - viventi acquatici, - viventi volatili Il concetto di specie e di genere vennero introdotti invece da John Ray, un naturalista inglese, solo nel Seicento. Una classificazione più precisa e completa, molto vicina a quella attuale, fu proposta da Carl Linneo, naturalista svedese, il quale suddivise gli animali in: mammiferi, uccelli, anfibi, pesci, insetti, vermi. Linneo inoltre introdusse la NOMENCLATURA BINOMIA, secondo cui ciascun organismo, e quindi ciascuna specie, è definito da un nome scientifico, costituito da due nomi latini: il primo corrispondente al genere, il secondo alla specie. Ad esempio: Felis Silvestris è il nome scientifico del gatto. 12

15 REGNO MONERE Riferimenti al testo: pagg Il REGNO MONERE è costituito da: Organismi PROCARIOTI, UNICELLULARI, sia AUTOTROFI che ETEROTROFI Le MONERE possono essere suddivisi in: ARCHEOBATTERI, monere più antiche (archeo significa antico), che vivono in condizioni estreme (sorgenti termali caldissime, acque molto salate, acque stagnanti prive di ossigeno) EUBATTERI, a loro volta suddivisi in: BATTERI E ALGHE AZZURRE. Batteri I BATTERI sono organismi ETEROTROFI. Possono essere sia AEROBI (significa che hanno bisogno di ossigeno per vivere), sia ANAEROBI (che non hanno bisogno di ossigeno) Si riproducono per SCISSIONE BINARIA Vivono isolati oppure in gruppi formando colonie. Si muovo mediante flagelli o cilia. Possono essere suddivisi a seconda della forma o del tipo di colonia che vanno a formare. Suddivisione per forma: - forma sferica: detti COCCHI - forma a bastoncino: detti BACILLI - forma a spirale: detti SPIRILLI - forma a virgola: detti VIBRIONI I COCCHI possono formare colonie con diverse dimensioni e forma: - due cocchi formano DIPLOCOCCHI - più cocchi formano filamenti di STREPTOCOCCHI - più cocchi formano gruppi di STAFILOCOCCHI I batteri riescono a resistere a condizioni estreme perché possono formare delle SPORE, strutture resistenti, delle specie di 'semi'; quando le condizioni diventano più favorevoli dalle spore germina di nuovo un batterio. 13

16 I batteri possono essere: - SAPROFITI, quando si nutrono di resti, rifiuti o altri organismi in decomposizione. - SIMBIONTI, quando vivono in associazione con altri organismi con reciproco vantaggio. Ad esempio, quelli costituenti la FLORA BATTERICA INTESTINALE. - PARASSITI, quando vivono a spese di altri organismi, danneggiandoli. E sono quindi PATOGENI, portatori di malattie. Alghe azzurre Le alghe azzurre, dette anche cianobatteri, sono monere AUTOTROFE; contengono la clorofilla, e svolgono quindi la fotosintesi. Si riproducono, come i batteri, per scissione binaria. Vivono generalmente raggruppate in COLONIE (non sono organismi pluricellulari) Sono organismi PIONIERI, capaci di colonizzare ambienti ancora privi di vita. 14

17 MAPPA CONCETTUALE MONERE ARCHEOBATTERI EUBATTERI BATTERI eterotrofi cocchi diplococchi streptococchi ALGHE AZZURRE autotrofe Batteri per forma bacilli spirilli stafilococchi vibrioni 15

18 REGNO PROTISTI Riferimenti al testo: pagg I PROTISTI sono formati da organismi EUCARIOTI, UNICELLULARI, sia AUTOTROFI che ETEROTROFI. Si possono suddividere in : - ALGHE UNICELLULARI; - PROTOZOI; - FUNGHI MUCILLAGINOSI. Alghe unicellulari Autotrofo, compiono quindi la fotosintesi. Esempi: Euglene, dinoflagellate, diatomee. Protozoi Eterotrofi, tra questi troviamo: - Parameci - Amebe Funghi Mucillaginosi Organismi unicellulari, saprofiti: si nutrono di materiale organico in decomposizione. Formano ammassi di consistenza gelatinosa, per questo sono detti MUCILLAGINOSI. PROTISTI ALGHE UNICELLULARI PROTOZOI FUNGHI MUCILLAGINOSI parameci amebe 16

19 VIRUS Riferimenti al testo: pagg I VIRUS sono entità biologiche PARASSITE e PATOGENE, vivono a spese di altri organismi. Per certi versi non possono essere considerati veri e propri viventi, perché non in grado di compiere una vita autonoma (ciclo vitale) senza un altro organismo. Non possiedono una organizzazione cellulare. Sono formati solo da una molecola di DNA racchiuso in un involucro proteico, detto CAPSIDE. La vita del virus Un virus vive penetrando in una cellula: si attacca alla membrana cellulare e immette il suo materiale genetico all'interno di questa. La cellula riproduce il codice genetico del virus producendo altri virus. Quando il loro numero diventa elevato, la cellula scoppia liberando i virus che andranno ad infettare altre cellule. Esistono, a seconda dell'organismo che possono infettare diversi tipi di virus: - virus animali - virus vegetali - virus batterici. 17

20 VIDEO VISTI IN CLASSE E CONSIGLIATI Video su viventi e cellule visti in classe, o consigliati : Alla scoperta della vita (clicca sul link esterno per vedere il video) La cellula vivente (clicca sul link esterno per vedere il video) Biologia evolutiva (clicca sul link esterno per vedere il video) video in inglese con testo italiano La struttura della cellula (clicca sul link esterno per vedere il video) 18