L essenziale di BIOLOGIA

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1 Neil A. Campbell Jane B. Reece Eric J. Simon L essenziale di BIOLOGIA Terza edizione Edizione italiana a cura del Prof. Salvatore Massa

2 2008 Pearson Paravia Bruno Mondadori S.p.A. Authorized translation from the English language edition, entitled: ESSENTIAL BIOLOGY, 3 rd edition, by CAMPBELL, NEIL A.; REECE, JANE B.; SIMON, ERIC J., published by Pearson Education, Inc, publishing as Benjamin Cummings, Copyright All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information storage retrieval system, without permission from Pearson Education, Inc. Italian language edition published by Pearson Paravia Bruno Mondadori S.p.A., Copyright Le informazioni contenute in questo libro sono state verificate e documentate con la massima cura possibile. Nessuna responsabilità derivante dal loro utilizzo potrà venire imputata agli Autori, a Pearson Paravia Bruno Mondadori S.p.A. o a ogni persona e società coinvolta nella creazione, produzione e distribuzione di questo libro. I diritti di riproduzione e di memorizzazione elettronica totale e parziale con qualsiasi mezzo, compresi i microfilm e le copie fotostatiche, sono riservati per tutti i paesi. LA FOTOCOPIATURA DEI LIBRI È UN REATO Le fotocopie per uso personale del lettore possono essere effettuate nei limiti del 15% di ciascun volume dietro pagamento alla SIAE del compenso previsto dall art. 68, commi 4 e 5, della legge 22 aprile 1941 n Le riproduzioni effettuate per finalità di carattere professionale, economico o commerciale o comunque per uso diverso da quello personale possono essere effettuate a seguito di specifica autorizzazione rilasciata da AIDRO, corso di Porta Romana n. 108, Milano, [email protected] e sito web Curatore per l edizione italiana: Salvatore Massa Traduzione: Giulia Bombi, Anna Gallone e Giuseppe Spano Copy-editing: Alberto Portalupi Impaginazione: Indigo S.r.l. - Milano Grafica di copertina: Nicolò Cannizzaro Stampa: Arti Grafiche Battaia F. & C. - Zibido S. Giacomo (MI) Tutti i marchi citati nel testo sono di proprietà dei loro detentori Printed in Italy 1 a edizione: gennaio 2008

3 Indice Prefazione all edizione italiana xiii Prefazione xv Gli autori xvii Ringraziamenti xix 1 Introduzione: la biologia oggi 1 Biologia e società: L età d oro della biologia 1 L obiettivo della vita 1 L unità della vita 2 La vita e i suoi molteplici livelli 2 La vita nelle sue diverse forme 6 L evoluzione rappresenta il concetto che unifica gli aspetti della biologia 7 La visione darwiniana del mondo 8 La selezione naturale 8 Come procede la scienza 11 Il metodo descrittivo 12 Il metodo ipotetico-deduttivo 12 La scienza come forma di cultura 15 Scienza, tecnologia e società 15 Teorie nella scienza 16 PARTE 1 Cellule Fondamenti di chimica 2 per la biologia 19 Biologia e società AIDS: una questione di chimica 19 Elementi di chimica 20 Materia: elementi e composti 20 Atomi 21 Legami chimici e molecole 23 Reazioni chimiche 25 Acqua e vita 26 Proprietà dell acqua importanti per la vita 26 Acidi, basi e ph 29 La Terra prima della vita 30 3 Le molecole della vita 33 Biologia e società: Un pranzo soporifero? 33 Le molecole organiche 34 Chimica del carbonio 34 Macromolecole a partire da unità elementari più piccole 35 Le molecole biologiche 36 Carboidrati 36 Lipidi 40 Proteine 42 Acidi nucleici 45 Il DNA e le proteine come misura delle distanze evolutive 47 4 Un viaggio nella cellula 51 Biologia e società: Le cellule che curano 51 Il microscopico mondo delle cellule 52 I microscopi: finestre sul mondo delle cellule 52 Le due principali categorie cellulari 53 Una visione di insieme delle cellule eucariotiche 54 La struttura delle membrane 56 Membrana citoplasmatica: un mosaico fluido di lipidi e proteine 56 Superficie cellulare 56 Il nucleo e i ribosomi: il controllo genetico della cellula 57

4 vi Indice Struttura e funzione del nucleo 57 Ribosomi 57 Come il DNA controlla la cellula 58 Il sistema di membrane interne: la produzione e la distribuzione dei prodotti cellulari 58 Reticolo endoplasmico 58 Apparato del Golgi 60 Lisosomi 60 Vacuoli 61 I cloroplasti e i mitocondri: la conversione dell energia 62 Cloroplasti 62 Mitocondri 62 Il citoscheletro: la forma cellulare e il movimento 63 Mantenimento della forma cellulare 63 Ciglia e flagelli 63 L origine delle membrane 64 5 La cellula che lavora 69 Biologia e società: Lo stonewashed senza le pietre 69 Alcuni concetti chiave sull energia 70 Conservazione dell energia 70 Entropia 70 Energia chimica 70 Valore calorico degli alimenti 71 ATP e lavoro cellulare 72 Struttura dell ATP 72 Trasferimento del fosfato 73 Ciclo dell ATP 73 Enzimi 74 Energia di attivazione 74 Accoppiamento (fit) indotto 74 Inibitori enzimatici 75 Funzione della membrana 76 Trasporto passivo: diffusione attraverso le membrane 77 Osmosi e bilancio idrico delle cellule 77 Trasporto attivo: pompaggio di molecole attraverso le membrane 79 Esocitosi ed endocitosi: il traffico di grandi molecole 79 Il ruolo delle membrane nella segnalazione cellulare 80 Enzimi in evoluzione 81 La respirazione cellulare: 6 ottenere energia dagli alimenti 85 Biologia e società: Quando bruciano i muscoli 85 Il flusso dell energia e i cicli chimici nella biosfera 85 Produttori e consumatori 86 Riciclaggio chimico tra fotosintesi e respirazione cellulare 86 La respirazione cellulare: ottenere energia dagli alimenti in condizioni aerobie 87 Relazione tra respirazione cellulare e respirazione polmonare 87 Equazione generale della respirazione cellulare 88 Ruolo dell ossigeno nella respirazione cellulare 88 Via metabolica della respirazione cellulare 90 La fermentazione: ottenere energia dagli alimenti in condizioni anaerobie 95 Fermentazione nelle cellule muscolari umane 95 Fermentazione nei microrganismi 96 La vita sulla Terra in assenza di ossigeno 96 La fotosintesi: trasformare l energia luminosa 7 in nutrimento 101 Biologia e società: L energia delle piante per le centrali di produzione di energia 101

5 Indice vii Le basi della fotosintesi 102 Cloroplasti: i siti della fotosintesi 102 Equazione generale della fotosintesi 103 Mappa della fotosintesi 104 Le reazioni alla luce: la conversione dell energia solare in energia chimica 104 Natura della luce solare 104 I pigmenti dei cloroplasti 106 Come i fotosistemi raccolgono l energia luminosa 106 Come le reazioni alla luce generano ATP e NADPH 107 Il ciclo di Calvin: sintesi di zuccheri a partire dal biossido di carbonio 109 Adattamenti delle piante C 4 e CAM per il risparmio di acqua 109 L impatto ambientale della fotosintesi 111 Come la fotosintesi modera l effetto serra 111 La rivoluzione dell ossigeno 112 PARTE 2 Genetica Riproduzione cellulare: 8 cellule da cellule 117 Biologia e società: Un ovulo da dollari! 117 Il fenomeno della riproduzione 118 Trasferimento di geni da cellula a cellula 118 Riproduzione degli organismi 118 Il ciclo cellulare e la mitosi 119 Cromosomi eucariotici 119 Ciclo cellulare 120 Mitosi e citodieresi 122 Cellule cancerose: crescita fuori controllo 124 La meiosi, la base della riproduzione sessuata 126 Cromosomi omologhi 126 Gameti e ciclo vitale negli organismi a riproduzione sessuata 127 Meiosi 127 Confronto tra mitosi e meiosi 130 Origine della variabilità genetica 131 Anomalie a carico della meiosi 132 Nuove specie nate da errori durante la divisione cellulare Le basi dell ereditarietà 141 Biologia e società: Test prenatali 141 Variabilità genetica e principi dell ereditarietà 142 Nel giardino di un abbazia 142 Legge di Mendel sulla segregazione 143 Legge di Mendel sull assortimento indipendente 146 Utilizzo dell incrocio di prova (test cross) per la determinazione di un genotipo incognito 147 Regole del calcolo di probabilità 148 Pedigree di famiglia 149 Malattie umane controllate da un unico gene 150 Eccezioni alle leggi di Mendel 152 Dominanza incompleta nelle piante e nell uomo 153 Gruppi sanguigni AB0: un esempio di alleli multipli e codominanza 154 La pleiotropia e il caso dell anemia falciforme 155 Eredità multigenica 156 Ruolo dell ambiente 156 La base cromosomica dell ereditarietà 157 Geni associati 158 Ricombinazione genetica: il crossing over 159 Mappe di associazione 160 Cromosomi sessuali e geni legati al sesso 161 La determinazione del sesso nell Uomo e nel moscerino della frutta 161 Geni legati al sesso 161 Disordini genetici associati al sesso nella specie umana 162 Il cromosoma Y come indicatore 164

6 viii Indice La struttura e la funzione 10 del DNA 169 Biologia e società: Il sabotaggio dell HIV 169 DNA: struttura e replicazione 170 Struttura di DNA e RNA 170 Scoperta della doppia elica da parte di Watson e Crick 171 Replicazione del DNA 173 Il flusso dell informazione genetica: dal DNA all RNA alle proteine 174 Come il genotipo di un organismo ne determina il fenotipo 174 Dai nucleotidi agli amminoacidi: visione d insieme 175 Codice genetico 177 Trascrizione: dal DNA all RNA 178 Processamento dell RNA eucariotico 179 Traduzione: i protagonisti 179 Traduzione: il processo 181 Riassunto: DNA RNA proteine 182 Mutazioni 183 I virus: pacchetti di geni 184 Batteriofagi 185 Virus vegetali 186 Virus animali 186 HIV, il virus dell AIDS 187 Virus emergenti 189 Il controllo dell espressione 11 genica 195 Biologia e società: La clonazione come ultima risorsa prima dell estinzione 195 Come e perché i geni sono regolati 196 Espressione genica nelle cellule differenziate 197 Regolazione genica nei batteri 197 Regolazione genica nelle cellule eucariotiche 199 Segnalazione cellulare 202 Microarray: la visualizzazione dell espressione genica 203 Piante e animali clonati 204 Potenziale genetico delle cellule 204 Riproduzione clonale negli animali 205 Clonazione terapeutica e cellule staminali 205 Le basi genetiche del cancro 207 Geni che causano il cancro 207 Fattori di rischio e prevenzione del cancro 210 I geni omeotici La tecnologia del DNA 215 Biologia e società Investigazioni sulla scena del delitto: omicidi in una piccola città 215 La tecnologia del DNA ricombinante 216 Dall insulina ricombinante agli alimenti geneticamente modificati 217 Tecnologia del DNA ricombinante 219 DNA fingerprinting e scienza forense 222 Omicidi, paternità e vecchio DNA 222 Tecniche del DNA fingerprinting 223 Genomica e proteomica 226 Progetto Genoma Umano 227 Monitorare il killer dell antrace 228 Tecniche per mappare i genomi 228 Proteomica 230 La terapia genica nell uomo 230 Trattamento della sindrome da immunodeficienza combinata 231 Rischi e problemi etici 231 Dibattito sugli alimenti geneticamente modificati 231 Problemi etici sollevati dalla tecnologia del DNA 232 I genomi posseggono le chiavi di lettura dell evoluzione 233

7 Indice ix PARTE3 Evoluzione e diversità L evoluzione 13 delle popolazioni 239 Biologia e società: Insetti dannosi persistenti 239 Charles Darwin e L origine delle specie 240 Contesto scientifico-culturale di Darwin 241 Variazioni nella discendenza, ovvero l evoluzione 243 Evidenze dell evoluzione 245 Reperti fossili 245 Biogeografia 246 Anatomia comparata 247 Embriologia comparata 247 Biologia molecolare 248 Selezione naturale 248 Teoria di Darwin sulla selezione naturale 248 Selezione naturale in azione 249 La sintesi moderna: Darwin incontra la genetica 251 Popolazioni come unità evolutive 251 Variabilità genetica delle popolazioni 251 Analisi del pool genico 252 Genetica di popolazione e programmi di salute pubblica 253 Microevoluzione e cambiamenti a livello del pool genico 254 I meccanismi della microevoluzione 254 Deriva genetica 254 Flusso genico 256 Mutazioni 256 Selezione naturale in dettaglio 257 La genetica delle popolazioni nel caso dell allele che causa l anemia falciforme Evoluzione della biodiversità 263 Biologia e società: Una specie dubbia o due specie distinte? 263 Macroevoluzione e biodiversità 264 L origine della specie 265 Cos è una specie 265 Barriere riproduttive tra specie 265 Meccanismi della speciazione 267 Quali sono i tempi di speciazione? 270 L evoluzione di innovazioni biologiche 271 Adattamenti di strutture preesistenti a nuove funzioni 271 Sviluppo e innovazioni evolutive 272 La storia della Terra e la macroevoluzione 273 Scala temporale geologica e reperti fossili 273 Deriva dei continenti e macroevoluzione 275 Estinzioni di massa e diversificazioni evolutive 277 La classificazione della biodiversità 278 Alcuni concetti generali di tassonomia 278 Classificazione e filogenesi 279 Organizzazione degli esseri viventi nei regni: un lavoro in corso 282 Solo una teoria? 283 L evoluzione 15 dei microrganismi 287 Biologia e società: Bioterrorismo 287 I principali eventi della storia della vita 287 L origine della vita 289 Paradosso della biogenesi 289 Origine della vita: ipotesi caratterizzata da quattro stadi intermedi 290 Dall evoluzione chimica a quella darwiniana 292 I procarioti 293 I procarioti sono ovunque 293 Le due linee evolutive principali dei procarioti: Bacteria e Archaea 294 Struttura, funzioni e riproduzione dei procarioti 294 Diverse strategie nutrizionali dei procarioti 297 Impatto ecologico dei procarioti 297

8 x Indice I protisti 300 Origine delle cellule eucariotiche 300 Diversità dei protisti 301 L origine della vita pluricellulare 305 La colonizzazione delle terre emerse da parte di piante 16 e funghi 309 Biologia e società: La moria causata dal fungo asiatico, Cryphonectria parasitica, estinguerà completamente il castagno americano? 309 La colonizzazione delle terre emerse 309 Adattamenti delle piante alla vita terrestre 310 Origine delle piante dalle alghe verdi 311 La biodiversità delle piante 312 Eventi principali dell evoluzione delle piante 312 Briofite 313 Felci 314 Gimnosperme 315 Angiosperme 317 Diversità delle piante come risorsa non rinnovabile 319 I funghi 321 Caratteristiche dei funghi 322 Impatto ecologico dei funghi 323 La simbiosi mutualistica L evoluzione degli animali 329 Biologia e società: Quali saranno le nostre terapie? 329 Le origini della diversità tra gli animali 329 Cos è un animale? 329 Primi animali e l esplosione del Cambriano 331 Filogenesi degli animali 332 I principali tipi di animali invertebrati 334 Spugne (Poriferi) 334 Cnidari 335 Vermi piatti (Platelminti) 336 Vermi cilindrici (Nematodi) 337 Anellidi 338 Artropodi 339 Molluschi 342 Echinodermi 344 La genealogia dei vertebrati 345 Caratteristiche dei Cordati 345 Pesci 347 Anfibi 348 Rettili 349 Mammiferi 350 Gli antenati dell Uomo 351 Evoluzione dei primati 351 Nascita della specie umana 354 La nuova crisi della Terra 357 PARTE 4 Ecologia Ecologia degli organismi 18 e delle popolazioni 363 Biologia e società: L esplosione della popolazione umana 363 Una visione d insieme dell ecologia 363 L ecologia come disciplina scientifica 364 Una gerarchia di interazioni 364 Ecologia e ambientalismo 365 L adattamento evolutivo degli organismi 366 Fattori abiotici della biosfera 366 Risposte fisiologiche 368 Risposte anatomiche 368 Risposte comportamentali 369 Cosa s intende per ecologia di popolazione? 369 Densità di popolazione 369 Quadri di distribuzione 370 Modelli di crescita della popolazione 371 Regolazione della crescita di popolazione 374 Crescita della popolazione umana 376

9 Indice xi Cicli biologici e loro evoluzione 380 Tavole di vita e curve di sopravvivenza 380 Cicli biologici come adattamenti evolutivi 381 Selezione naturale nelle pianure americane Comunità ed ecosistemi 389 Biologia e società: Barriere coralline e barriere artificiali 389 Le caratteristiche principali delle comunità 389 Biodiversità 390 Vegetazione dominante 390 Stabilità 390 Struttura trofica 391 Interazioni interspecifiche nelle comunità 391 Competizione fra le specie 391 Predazione 393 Rapporti simbiontici 396 Complessità delle comunità 397 Gli eventi di perturbazione nelle comunità 397 Successione ecologica 397 Dinamica della struttura di comunità 399 Una visione d insieme delle dinamiche degli ecosistemi 399 Livelli trofici e catene alimentari 400 Reti trofiche 401 Flusso di energia negli ecosistemi 403 Produttività e bilancio energetico degli ecosistemi 403 Piramidi dell energia 403 Energetica degli ecosistemi e nutrizione umana 404 Cicli biogeochimici negli ecosistemi 405 Schema generale di un ciclo chimico 405 Esempi di cicli biogeochimici 408 I biomi 408 In che modo il clima influisce sulla distribuzione dei biomi 408 Biomi terrestri 409 Biomi d acqua dolce 410 Biomi marini 415 Coevoluzione nelle comunità biologiche 417 L impatto dell Uomo 20 sull ambiente 423 Biologia e società: Minacce da acquario 423 L impatto dell Uomo sulle comunità biologiche 423 Perturbazioni delle comunità dovute all azione dell Uomo 424 Specie introdotte (o aliene) 424 L impatto dell Uomo sugli ecosistemi 425 Impatto sui cicli chimici 426 Rilascio di prodotti chimici tossici negli ecosistemi 428 Impatto dell Uomo sull atmosfera e sul clima 429 La crisi della biodiversità 431 I tre livelli di biodiversità 431 Perdita delle specie 432 Le tre principali cause della crisi della biodiversità 433 Perché l importanza della biodiversità 433 Biologia conservazionistica 434 Aree a elevata biodiversità 434 Conservazione a livello di popolazione e di specie 435 Conservazione a livello di ecosistema 437 L obiettivo dello sviluppo sostenibile 438 Appendici Biofilia ed etica ambientale 439 A Tabella di conversione del sistema metrico decimale 443 B Tavola periodica degli elementi 445 C Fonti delle illustrazioni 447 D Risposte alle domande di autoverifica 451 Glossario 455 Indice analitico 479

10 Prefazione all edizione italiana I libri sono i veicoli della civilizzazione. Senza libri la storia sembra non esistere, la letteratura appare muta e la scienza non progredisce Barbara Tuchman La biologia è una scienza straordinariamente viva e forse più di qualunque altra ci tocca direttamente. I principi e le applicazioni della biologia vanno dall ingegneria genetica, alle terapie mediche innovative, ai benefici di una corretta nutrizione, alle piogge acide, alla distruzione delle foreste pluviali tropicali, al flagello dell AIDS, alle nuove piante alimentari per un pianeta affamato, a decine di altri importanti argomenti. Molte sono le scelte che ciascuno di noi si trova a dover compiere, da quelle che riguardano la propria vita quotidiana che cosa mangiare e che cosa no, come difendersi dalle malattie contagiose e non contagiose a quelle che riguardano la nostra vita come membri responsabili di una società che posizione assumere su determinati progetti di legge o che cosa fare perché il nostro ambiente non venga degradato o inquinato. È evidente che ci troviamo di fronte a problemi di dimensioni enormi e alla necessità, oggi più viva che mai, che gli studenti conoscano e capiscano la biologia. A questa stimolante sfida gli autori hanno cercato di rispondere con il presente libro. Il loro proposito è stato quello di creare uno strumento di apprendimento che possa fornire a ogni studente le informazioni necessarie per compiere scelte personali e sociali consapevoli, come cittadini di questo inizio di secolo. La III edizione dell Essenziale di biologia, come del resto quella precedente, si articola su quattro temi fondamentali: cellule, geni, evoluzione ed ecologia. Tuttavia presenta diverse novità. Ogni capitolo del libro si apre con una parte introduttiva, Biologia e Società, che presenta un aspetto emblematico tratto dall esperienza quotidiana, e che mira a conquistare l attenzione del lettore. Queste aperture servono a motivare lo studente, che da subito è coinvolto in alcune delle applicazioni e degli argomenti trattati nel resto del capitolo. Una seconda caratteristica della nuova edizione è quella di aver dato particolare enfasi al metodo sperimentale. Chiaramente lo scopo degli Autori è quello di educare al ragionamento critico, attraverso la presentazione di esempi sintetici del procedimento scientifico, in cui viene mostrato come i biologi compiono le loro osservazioni, come formulano le loro ipotesi e come sottopongono a verifica tali ipotesi. Come terza e importante novità segnaliamo alla fine di ciascun capitolo, nel Riassunto, la presenza di schemi e grafici che aiuteranno lo studente a verbalizzare e visualizzare i concetti. All interno dei capitoli, l apparato iconografico è stato realizzato in modo da ottenere la massima integrazione fra testo e immagini. Disegni e schemi costituiscono spesso l unico mezzo per trasmettere in modo chiaro e sintetico informazioni particolareggiate. Per aiutare il lettore a comprendere esattamente cosa sta osservando, gli Autori hanno fatto buon uso di sequenze zoomate che illustrano efficacemente sia le strutture microscopiche sia le loro relazioni con le altre parti dell organismo. Un ultima considerazione. Il principale ostacolo per gli studenti è senza dubbio rappresentato dai numerosi nuovi termini che si incontrano studiando la biologia. Lo sforzo del revisore del testo è stato quello di limitare il problema riportando, laddove possibile, le etimologie (che mancano nell originale), così da aiutare lo studente a non avere incertezze sui termini e a poterli meglio memorizzare. Siamo grati ai traduttori per il delicato e faticoso lavoro svolto, nonché a tutti coloro che stanno dietro le quinte, quasi anonimi, ma indispensabili con la loro enorme competenza per la realizzazione di un libro scientifico. Alla dottoressa Chiara Tartara, editor della Pearson per i libri scientifici, un particolare ringraziamento per la sua pazienza e il suo incoraggiamento nella complessa opera di traduzione e revisione. La casa editrice sarà grata ai lettori che vorranno inviare suggerimenti e osservazioni che possano contribuire a migliorare la qualità del libro. Salvatore Massa Prof. Ordinario Università degli Studi di Foggia

11 Prefazione Benvenuti nell epoca d oro della biologia! Non c è mai stato un momento più stimolante per insegnare o imparare la scienza della vita. Tutte le volte che leggiamo il giornale o ascoltiamo i notiziari alla radio o alla televisione ci rendiamo conto di quanto la biologia sia oramai importante nella nostra società. Con il susseguirsi delle scoperte biologiche, questa scienza incide sempre più sulle nostre vite. La medicina, l agricoltura, il mondo forense, l ecologia, la psicologia e la storia sono solo alcune delle discipline sulle quali la biologia ha avuto un impatto essenziale negli ultimi anni. Tramite L'essenziale di biologia, noi autori potremo avere il privilegio di aiutare gli insegnanti a preparare la prossima generazione di cittadini-scienziati. Questa epoca d oro è sicuramente ricca di occasioni per imparare e conoscere, ma crea anche una sfida per l insegnamento e per lo studio: dato l incalzare di nuove scoperte che potrebbero soffocare gli studenti con una valanga di informazioni, com è possibile tenersi sempre aggiornati? Neil Campbell ha concepito L'essenziale di biologia come un mezzo per aiutare insegnanti e studenti a mettere a fuoco gli aspetti essenziali della biologia in un solo semestre, organizzando il materiale in quattro aree: le cellule, i geni, l evoluzione e l ecologia. La visione di Neil, che viene conservata ed estesa in questa edizione, ci ha permesso di contenere le dimensioni del libro, pur evitando di essere superficiali nel trattare argomenti che sono fondamentali per capire la vita. Come Neil, facciamo nostro il motto amato dagli insegnanti moderni di meno significa di più, nel senso che bisogna concentrarsi su argomenti chiave piuttosto che fornire spiegazioni a tutto campo. Il dialogo continuo con i docenti ci ha permesso di seguire le tendenze importanti nel modo in cui si insegnano questi argomenti fondamentali. In particolare, molti insegnanti hanno espresso il desiderio di raggiungere tre scopi durante il loro lavoro: collegare i concetti studiati alla vita dello studente, chiarire il processo scientifico e dimostrare come il tema dell evoluzione sia l aspetto integrante di tutta la biologia. In questa nuova edizione abbiamo tentato di aiutare gli insegnanti ad affrontare in modo diretto le tre questioni vitali sottoelencate. Ogni capitolo inizia con un saggio intitolato Biologia e Società che mette in relazione il contenuto del capitolo con un aspettto che coinvolge direttamente gli studenti. Il nostro obiettivo è quello di aiutare gli studenti a prendere delle decisioni informate, dal punto di vista biologico, per tutta la loro vita: per esempio, nel valutare questioni di carattere medico o ambientale. Una caratteristica nuova di questa edizione sono le sezioni: Come procede la scienza. In tutto il libro si presentano esperimenti classici e nuovi, correlati al contenuto di ciascun capitolo, in modo da evidenziare il metodo scientifico. Si spera che la ripetizione possa aiutare gli studenti a rendersi conto di come il metodo scientifico sia realmente applicato degli scienziati nel loro lavoro. Un visione integrata (unitaria) della vita dipende dall avere chiaro un tema che appare in tutte le parti del testo: l evoluzione. Come leit motiv del libro, l evoluzione trasforma la materia della biologia da un insieme di fatti a uno studio coerente della vita che cambia su un pianeta che cambia. Perciò, ogni capitolo di L'essenziale di biologia si conclude con una sezione dal titolo Connessione con l evoluzione che collega il contenuto del capitolo al tema centrale della biologia. Questa edizione continua a utilizzare le caratteristiche innovative già sperimentate nelle edizioni precedenti, come: (1) l integrazione testo-immagini, che sfrutta sia la parola scritta sia la rappresentazione grafica per insegnare gli argomenti fondamentali; (2) i continui riferimenti nel testo alle importanti applicazioni che il materiale può avere nella vita dello studente; (3) i diagrammi riassuntivi al termine di ogni capitolo. Consideriamo la nostra responsabilità di educatori scientifici molto importante, soprattutto per gli studenti che seguono un corso di studio che non prevede la biologia come materia fondamentale, perché le loro attitudini verso le scienze e gli scienziati potrebbero essere sollecitate dal contenuto di un unico corso: questo corso. Anche dopo essersi dimenticati del contenuto specifico della materia studiata, rimarrà a questi studenti un impressione generale che

12 xvi Prefazione influenzerà nel tempo i loro interessi, le loro opinioni, i loro valori e le loro azioni. La nostra speranza è che questo volume possa aiutare gli studenti nella loro formazione e nello sviluppare una propria prospettiva biologica nell ambito di una visione generale del mondo. Saremmo lieti di sapere se ci stiamo riuscendo, e come possiamo migliorare ancora con la prossima edizione de L'essenziale di biologia. Jane Reece Benjamin Cummings 1301 Sansome Street San Francisco, CA Eric Simon Dept. of Biology New England College Henniker, NH 03242