Che cos è la vita? Leonardo Beccarisi. 22 ottobre a lezione. 1 a parte. Corso di Ecologia Università degli Studi di Roma Tre

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1 Che cos è la vita? 1 a parte Leonardo Beccarisi Corso di Ecologia Università degli Studi di Roma Tre 22 ottobre a lezione

2 Sommario 1 Il metodo scientifico I metodi dell Ecologia Il consenso scientifico L analisi statistica 2 La biosfera Conservazione della materia La composizione chimica degli esseri viventi 3 Prime osservazioni al microscopio La teoria cellulare Tipi di cellule Organismi non cellulari 4

3 I metodi dell Ecologia Il metodo scientifico I metodi dell Ecologia Il consenso scientifico L analisi statistica Descrizione 1 Basata sull osservazione dei fenomeni naturali. Sperimentazione 2 Basata su un intervento programmato in un determinato settore naturale. Costruzione di modelli Un modello è un caso analogo ad un sistema naturale; si differenzia da esso per il substrato (che può essere verbale, grafico o matematico), per le dimensioni e per l astrazione. 1 Esperimento naturale 2 Esperimento manipolativo, studio controllato

4 Modelli Il metodo scientifico I metodi dell Ecologia Il consenso scientifico L analisi statistica

5 I metodi dell Ecologia Il consenso scientifico L analisi statistica 1 Osservazione Il ricercatore compie osservazioni della natura senza manipolarla, oppure mediante esperimenti finalizzati 2 Ipotesi di lavoro Il ricercatore elabora una congettura provvisoria che spieghi il fenomeno osservato 3 Verifica Per stabilire la correttezza dell ipotesi, il ricercatore definisce un programma (disegno sperimetale) con cui effettuare nuove e rigorose osservazioni 4 Raccolta di dati Il ricercatore compie le osservazioni secondo il programma definito precedentemente 5 Interpretazione Il ricercatore analizza i dati e stabilisce il grado (probabilità) di validità dell ipotesi di lavoro

6 Pubblicazioni scientifiche I metodi dell Ecologia Il consenso scientifico L analisi statistica I risultati di una ricerca sono sottoposti all esame della comunità scientifica e resi pubblici attraverso riviste e congressi.

7 Le spiegazioni di un fenomeno naturale I metodi dell Ecologia Il consenso scientifico L analisi statistica Le teorie sono spiegazioni proposte di un fenomeno naturale, corroborate da dati ed osservazioni, ed accettate generalmente dalla comunità scientifica (es. la teoria dell evoluzione) I fatti sono proposizioni empiriche che hanno ricevuto continue conferme e nessuna confutazione. Essi sono facilmente accertabili ed invarianti rispetto a trasformazioni teoriche (es. l estinzione dei dinosauri) Le leggi (proprie delle scienze fisiche) si applicano a processi il cui esito è prevedibile (es. la legge di gravitazione universale) Pressoché nessuna regolarità che sia stata osservata nei sistemi complessi soddisfa la definizione rigorosa di legge adottata dai fisici e dai filosofi. (Mayr, 1998)

8 A proposito di specie estinte... Quando l estinzione di una specie diventa un fatto? I metodi dell Ecologia Il consenso scientifico L analisi statistica L estinzione dei dinosauri è un fatto. Però, in molti casi l estinzione di una specie può essere solo teorizzata. IUCN International Union for Conservation of Nature (IUCN) definisce le categorie ed i criteri con cui valutare il rischio di estinzione di una specie. Un taxon è estinto quando non vi è dubbio che l ultimo individuo sia morto. Un taxon si presume estinto quando attraverso indagini esaustive condotte in tutto il suo areale storico non sono riusciti a registrare alcun individuo. Le indagini dovrebbero essere condotte in un lasso di tempo adeguato al ciclo di vita del taxon ed alla sua forma di vita.

9 A proposito di specie estinte... Quando l estinzione di una specie diventa un fatto? I metodi dell Ecologia Il consenso scientifico L analisi statistica La certezza che una specie sia estinta può dipendere: Da quanto è antica la data dell ultima osservazione Dall estensione dell area geografica Dalla grandezza fisica della specie Dall accessibilità del territorio

10 A cosa serve la statistica I metodi dell Ecologia Il consenso scientifico L analisi statistica Nel mondo del vivente abbondano le regolarità, che però non sono universali né prive di eccezioni; esse sono probabilistiche e soggette a limitazioni nello spazio e nel tempo. La statistica si occupa di organizzare, sintetizzare e descrivere dati di tipo quantitativo. Essa consente di trarre delle conclusioni dai dati e di effettuare, quindi, delle generalizzazioni.

11 Un esempio Studio simulato sulla distribuzione di due specie vegetali I metodi dell Ecologia Il consenso scientifico L analisi statistica Lo scenario Area di studio = m 2 Numero individui Specie A 532 Specie B 1029 Ma noi non lo sappiamo

12 Un esempio Studio simulato sulla distribuzione di due specie vegetali I metodi dell Ecologia Il consenso scientifico L analisi statistica Plot N. ind. N. ind. specie A specie B Area di un plot = 100m 2

13 Un esempio Studio simulato sulla distribuzione di due specie vegetali I metodi dell Ecologia Il consenso scientifico L analisi statistica Risultati Confronto tra le medie Specie Specie A B Totale individui Media per plot t.test t = df = p-value = Rapporto SpecieA / SpecieB 0.67 (campione) 0.51 (popolazione reale)

14 Un esempio Studio simulato sulla distribuzione di due specie vegetali I metodi dell Ecologia Il consenso scientifico L analisi statistica Risultati Correlazione correlation.test cor = t = df = 22 p-value =

15 Le condizioni che consentono la vita La biosfera Conservazione della materia La composizione chimica degli esseri viventi Disponibilità di una fonte di energia luminosa (il sole). Presenza dell atmosfera (un prodotto della forza gravitazionale) che protegge da radiazioni ultraviolette (tossiche per i tessuti biologici) e meteoriti. Presenza di acqua in tre stati di aggregazione (l acqua occupa i 3/4 della superficie terrestre e costituisce il 60-80% della massa degli organismi viventi). L acqua: Costituisce il medium in cui avvengono le reazioni biochimiche È un solvente per sostanze polari o ioniche Ha funzione di trasporto di materia sia a livello di organismo che di ecosistema

16 La biosfera Conservazione della materia La composizione chimica degli esseri viventi Vita e pensiero scientifico come forze modificatrici sulla Terra La biosfera è l involucro terrestre in cui è presente la vita ed in cui si realizzano i cicli della materia (cicli biogeochimici). Vladimir Ivanovič Vernadskij ( ) Secondo Vernadskij, il pensiero scientifico e l attività della scienza costituiscono una forza biologica che opera nella biosfera. Così come la nascita della vita ha trasformato in maniera significativa la geosfera, così la nascita della conoscenza ha trasformato radicalmente la biosfera. Geosfera = Biosfera = Noosfera

17 Conservazione della materia La biosfera Conservazione della materia La composizione chimica degli esseri viventi Concetti fondamentali è tutto ciò che è dotato di massa ed occupa uno spazio. Stati di aggregazione: solido, liquido e gassoso. è costituita da elementi. Gli elementi sono costituiti da atomi. Gli atomi possono unirsi a formare composti (molecole). In condizioni normali, la materia non viene né creata né distrutta, ma riciclata più e più volte. Legge di conservazione della massa Quando della materia cambia di forma, volume o stato di aggregazione, la sua massa non varia.

18 La biosfera Conservazione della materia La composizione chimica degli esseri viventi Gli elementi importanti per gli esseri viventi Elemento Funzioni fisiologiche Idrogeno (H) Costituente dell acqua cellulare e del materiale organico della cellula Ossigeno (O) Costituente dell acqua e del materiale organico cellulare; accettore di elettroni nella respirazione degli organismi aerobi Carbonio (C) Costituente dei materiali organici della cellula Azoto (N) Costituente di proteine, acidi nucleici e coenzimi Zolfo (S) Costituente di proteine (negli amminoacidi cisteina e metionina) e di alcuni coenzimi Fosforo (P) Costituente di acidi nucleici, fosfolipidi e coenzimi Altri elementi fondamentali Potassio (K) Magnesio (Mg) Manganese (Mn) Calcio (Ca) Ferro (Fe) Cobalto (Co) Rame (Cu) Zinco (Zn) Nichel (Ni) Molibdeno (Mo) Cloro (Cl) Boro (B)

19 Le molecole biologiche Il metodo scientifico La biosfera Conservazione della materia La composizione chimica degli esseri viventi La chimica degli organismi viventi è organizzata intorno all elemento carbonio, che rappresenta più della metà del peso secco delle cellule. Proteine Le proteine, lunghi polimeri di amminoacidi, costituiscono, a parte l acqua, la frazione più grande della cellula. In una cellula esistono migliaia di tipi diversi di proteine, che svolgono diverse funzioni: Elementi strutturali Enzimi, che mediano le reazioni biochimiche Recettori, che trasferiscono segnali specifici Trasportatori, che trasportano sostanze specifiche verso l interno o l esterno della cellula.

20 Le molecole biologiche Il metodo scientifico La biosfera Conservazione della materia La composizione chimica degli esseri viventi Acidi nucleici Gli acidi nucleici, DNA e RNA, sono polimeri di nucleotidi. Essi conservano, trasmettono e traducono l informazione genetica. Carboidrati I monosaccaridi sono zuccheri semplici (es. glucosio) utilizzati prevalentemente nei processi per la produzione di energia I polisaccaridi sono polimeri di zuccheri semplici. Hanno due funzioni principali: 1 Riserve di sostanze nutritive da cui estrarre energia 2 Elementi extracellulari legati alla membrana cellulare

21 Le molecole biologiche Il metodo scientifico La biosfera Conservazione della materia La composizione chimica degli esseri viventi Lipidi Nella cellula esistono diversi tipi di lipidi, che svolgono diverse funzioni, tra cui: Componenti strutturali delle membrane Riserve di composti ricchi di energia

22 Prime osservazioni al microscopio Prime osservazioni al microscopio La teoria cellulare Tipi di cellule Organismi non cellulari Antony van Leeuwenhoek ( )

23 La teoria cellulare Il metodo scientifico Prime osservazioni al microscopio La teoria cellulare Tipi di cellule Organismi non cellulari Matthias Jacob Schleiden ( ) 1 Tutti gli organismi viventi sono costituiti da cellule 2 Le cellule hanno origine da altre cellule 3 Le reazioni chimiche avvengono all interno delle cellule 4 Le cellule contengono le informazioni ereditarie Theodor Schwann ( )

24 Procarioti e eucarioti Il metodo scientifico Prime osservazioni al microscopio La teoria cellulare Tipi di cellule Organismi non cellulari Gruppi tassonomici Procarioti Eucarioti Batteri (incluse alghe Protisti (protozoi, alghe, azzurre = cianobatteri) funghi), piante (piante con semi, felci, muschi), animali 1 10µm > 10µm Dimensioni cellule Nucleo Assente Presente Organizzazione Unicellulare Unicellulare o pluricellulare

25 Cellule animali e vegetali Prime osservazioni al microscopio La teoria cellulare Tipi di cellule Organismi non cellulari

26 Organismi non cellulari Prime osservazioni al microscopio La teoria cellulare Tipi di cellule Organismi non cellulari Virus Sono costituiti da proteine e da un solo tipo di acidi nucleici (DNA o RNA). Sono parassiti cellulari di animali, piante e batteri. Viroidi Sono costituiti da un singolo filamento di RNA. Sono causa di alcune malattie per le piante. Prioni Agenti infettivi non convenzionali di natura proteica.

27 Collegamenti con il libro di testo Capitolo 2 pp Capitolo 6 pp Letture consigliate Pera M., 1996 Apologia del metodo. Editori Laterza. Mayr E., 1998 Il modello biologico. McGraw-Hill. Vernadskij V. I., 1999 La biosfera e la noosfera. Sellerio editore Palermo. Gruppo LASER, 2005 Il sapere liberato. Il movimento dell open source e la ricerca scientifica. Giangiacomo Feltrinelli Editore. Siti web The IUCN Red List of Threatened Species Fonti delle immagini SCIENCEWATCH (p. 6); OpenClipArt (nicubunu: p. 11, gustavorezende: p. 18, Platypuscove: p. 9); Wikipedia (pp. 16, 15, 22, 23, 26). OpenStreetMap (p. 4) Presentazione realizzata con il sistema Beamer 3.07.