Percorso Formativo del Quinto Anno Anno Scolastico Il MONDO IN CUI VIVIAMO ciclo di conferenze
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1 Percorso Formativo del Quinto Anno Anno Scolastico Il MONDO IN CUI VIVIAMO ciclo di conferenze University of Naples Federico II
2 Percorso Formativo del Quinto Anno Anno Scolastico La vita sul pianeta Terra Prof. Carmela BARBERA, Paleontologo Dipartimento di Scienze della Terra Prof. Rosanna DEL GAUDIO, Biologo Molecolare Dipartimento di Scienze Biologiche University of Naples Federico II Napoli - 19 Marzo 2008
3 University of Naples Federico II Percorso Formativo del Quinto Anno Anno Scolastico
4 Che cosa è un fossile Fossile, dal participio passato del verbo latino foedere che significa seppellire è ogni resto o traccia degli organismi vissuti nei tempi passati I fossili sono quindi sia i resti degli organismi del passato che le loro tracce nei sedimenti antichi University of Naples Federico II
5 LA FOSSILIZZAZIONE La fossilizzazione è un evento eccezionale che si verifica solo in determinate condizioni. Ciò è testimoniato dal rapporto esistente tra specie fossili e specie viventi: specie fossili/specie viventi / University of Naples Federico II
6 Trilobite (400 m.a.)
7 University of Naples Federico II Scypionix samniticum
8 Ambra con insetto (30 M.a.) University of Naples Federico II
9 LA FOSSILIZZAZIONE Fattori favorevoli: Fattori contrari: Rapido seppellimento Bassa umidità Bassa temperatura Lento seppellimento Alta umidità Alta temperatura University of Naples Federico II
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11 LA FOSSILIZZAZIONE Le condizioni migliori di fossilizzazione si producono il più delle volte in ambienti acquatici, sia marini che lacustri, caratterizzati da acque tranquille e sede di intensa sedimentazione. Nell ambiente subaereo spesso l erosione prevale sulla sedimentazione. University of Naples Federico II
12 Processi post mortem di un invertebrato e di un pesce
13 LA FOSSILIZZAZIONE
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15 PRINCIPIO DI SOVRAPPOSIZIONE DI STENONE Ricostruisce la successione dei fenomeni in ragione ai loro rapporti di sovrapposizione, per cui lo strato più antico sta alla base, o sotto, e lo strato più giovane sta sopra. University of Naples Federico II
16 Principio di successione faunistica di William Smith. Si basa sull'analisi del contenuto fossilifero (fossili guida): strati contenenti fossili u g u a l i, a n c h e s e provenienti da regioni d i v e r s e, h a n n o l a stessa età, si sono c i o è f o r m a t i contemporaneamente. University of Naples Federico II
17 SCALA DEI TEMPI GEOLOGICI Il collegamento tra il principio di sovrapposizione ed il principio di successione faunistica ha consentito di costruire una scala dei tempi geologici valida a livello m o n d i a l e, i n v e c e c h e numerose scale a validità locale.
18 I FOSSILI GUIDA Le correlazioni biostratigrafiche vengono fatte attraverso i cosiddetti fossili guida, i quali devono presentare due caratteristiche tipiche: 1. essere vissuti in un breve lasso di tempo geologico; 2. essere vissuti in una ampia o amplissima zona geografica. University of Naples Federico II
19 I FOSSILI GUIDA I Trilobiti sono i fossili guida dell Era Paleozoica (Cambriano-Permiano).
20 I FOSSILI GUIDA Alcune specie di Rudiste e di Ammoniti sono i fossili guida dell Era Mesozoica.
21 I FOSSILI GUIDA I Nummuliti (foraminiferi) sono dell Era Cenozoica (Paleogene). i fossili guida
22 La storia della vita sulla Terra Le diverse età della Terra: il calendario geologico Il concetto di tempo ha accompagnato il pensiero dell'uomo sin dalle sue origini, in quanto egli ha sempre sentito la necessità di porre in relazione tra loro i diversi eventi che si succedono nella sua storia. Dal momento che i processi geologici hanno una durata che non può essere assolutamente registrata dalla memoria umana, è necessario studiare le testimonianze rimaste su quello che è avvenuto in passato. Ogni singolo evento geologico nasce da un processo molto complesso che ha la durata di migliaia di anni. University of Naples Federico II
23 Scala cronostratigrafica Sulla base di questi criteri, attraverso innumerevoli confronti e correlazioni tra successioni di rocce affioranti in ogni parte del globo, è stato possibile arrivare a una scala dei tempi geologici (o cronostratigrafica) che riassume, secondo l ordine in cui si sono susseguiti, i diversi capitoli che è stato possibile distinguere nell evoluzione del pianeta, pur senza conoscerne l età in anni.
24 Scala stratigrafica
25 Le primitive condizioni ambientali della Terra la rendevano inospitale per la maggioranza delle forme di vita che costituiscono la biosfera di oggi. Atmosfera fortemente riducente, priva di ossigeno Eruzioni vulcaniche che disperdevano gas che contribuivano alla costituzione dell atmosfera Piogge torrenziali, che erodevano la crosta terreste prodotte da violente tempeste di fulmini Piogge di meteoriti bombardavano continuamente la Terra causando cataclismi sulla crosta, negli oceani e nell atmosfera.
26 La storia della vita sulla Terra Le diverse età della Terra: il calendario geologico e biologico Orologio biologico della Terra University of Naples Federico II
27 La diversità della vita Gli esseri viventi si presentano in un'enorme varietà di forme: possono avere dimensioni molto variabili - i più piccoli finora scoperti hanno un diametro di 0,02 µm - fra i più grandi ci sono un esemplare di alga gigante lungo 274 m; un fungo il cui micelio si estende per 6 km2 alcuni capaci di vivere: fino a km di profondità fino a km di quota in acque bollenti anche migliaia di anni University of Naples Federico II
28 Che cos e la vita? Le caratteristiche principali della vita sono: Ricavare nutrienti dall ambiente Convertire i nutrienti in energia Espellere prodotti di rifiuto Riprodursi Imprevedibilità Complessità
29 La vita è organizzata in livelli di complessità gerarchica crescente University of Naples Federico II
30 Dove e in che modo ha avuto origine la vita? Sulla Terra da materia non vivente? Protobionti Altrove nella galassia e poi trasportata nello spazio fino alla Terra (Panspermia) Nell universo- che condividiamo con compagni ancora sconosciutiperché scritta nelle sue leggi (Determinismo biologico)
31 Come sono nate le cellule? Le rocce sono state il catalizzatore dello sviluppo, dell evoluzione della vita oppure la vita (gli organismi fotosintetici) ha contribuito alla formazione delle rocce stesse?
32 Comprendere la diversità: la sistematica Lo studio scientifico della diversità degli organismi viventi e delle loro relazioni evolutive è chiamata Sistematica La tassonomia è la scienza che si occupa di dare un nome, descrivere e classificare gli organismi viventi. Classificare significa ordinare i viventi in gruppi basati sulle reciproche somiglianze e sulle reciproche relazioni di affinità evolutiva.
33 Le principali categorie tassonomiche utilizzate nella classificazione University of Naples Federico II Organizzazione gerarchica del sistema di classificazione. Ciascun livello tassonomico è più generale di quello immediatamente inferiore
34 L albero (o la foresta) della vita? Il sistema di classificazione a tre domìni sei regni
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36 Percorso Formativo del Quinto Anno Anno Scolastico Proterozoico Gli organismi del Proterozoico sono talvolta molto diversi da queli attuali University of Naples Federico II
37 I primi protisti eucarioti sono attribuiti ad un vasto ed eterogeneo gruppo: gli Acritarcha, sopravvissuti fino alla metà del Paleozoico. Sono stati rinvenuti in sedimenti argillosi degli Urali ( m.a.) e del Montana (1.400 m.a.). Vandalosphaeridium walcottii. Chuar group, Arizona Acritarchi da Wengan, Cina meridionale Al Proterozoico sup. (680 m.a.) della Cina sono attribuite con certezza delle forme di tallofite pluricellulari, anche se ci sono indizi di forme anche molto più antiche. Thallophyca e forme affini. Wegan, Cina meridionale
38 La fauna di Ediacara Le prime faune pluricellulari note sono quella della famosa Fauna di Ediacara nel deserto australiano, databili tra i 620 e i 550 m.a. Si tratta di organismi a corpo molle tipici di quel periodo che sono stati successivamente rinvenuti in tutti i continenti. Si dibatte ancora se si tratta di forme antenate dei gruppi attuali o se rappresentino un gruppo a sé stante senza nessuna relazione diretta con i Metazoi del Fanerozoico.
39 Passaggio al Fanerozoico Circa 570 milioni di anni fa si passa dal Proterozoico al Fanerozoico. La vita è sempre più simile a quella attuale University of Naples Federico II
40 Passaggio Precambriano - Cambriano Compaiono i rappresentanti di tutti i phyla oggi esistenti, sia a corpo molle che, grande novità, dotati di parti scheletriche che favoriscono i processi di fossilizzazione. Fauna di Chengjiang in Cina sudoccidentale e soprattutto la Fauna del Burgess Shale in Canada. Yunnanozoon lividum Fuxianhuia protensa Ricostruzione di Anomalocaris University of Naples Federico II Marrella splendens Olenoides serratus Vauxia gracilenta
41 Ricostruzione ecosistema di Burgess Shale Spugne Vauxia (5), Hazelia (6), e Eifellia (7); brachipode Nisusia (2); verme priapulide Ottoia (8); trilobite Olenoides (1); altri artropodi Sidneyia (9), Leanchoilia (10), Marella (11), Canadaspis (12), Helmetia (13), Burgessia (14), Tegopelte (15), Naraoia (16), Waptia (17), Sanctacaris (18), e Odaraia (19); lobopods Hallucigenia (20) e Aysheaia (21); mollusco Scenella (3); echinoderma Echmatocrinus (4); cordato Pikaia (22); posizione sistematica incerta: Haplophrentis (23), Opabinia (24), Dinomischus (25), Wiwaxia (26), Amiskwia (27), and Anomalocaris (28).
42 Paleozoico Il Paleozoico che va da 570 ma a 220 si divide: Cambriano da una area inglese chiamata da Cesare Cambria Ordoviciano dal nome romano di una tribu del Dorset Siluriano Da una tribù dell Anglia meridionale Devoniano dal Devonshire, regione inglese Carbonifero dagli ampi depositi di carbone fossile Permiano da Perm una citta degli Urali University of Naples Federico II
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48 MESOZOICO Il mesozoico ha una durata di circa milioni di anni ed è suddiviso in tre periodi principali: Triassico Giurassico Cretaceo University of Naples Federico II
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53 THEROPODA
54 T-REX VS ANATOTITAN
55 SCIPIONYX SAMNITICUS (CIRO) University of Naples Federico II
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57 CENOZOICO L Era Terziaria o Cenozoica (era della "vita recente") iniziò circa 65 milioni di anni fa e finì circa 2 milioni di anni fa. Durante questo periodo, dai due blocchi in cui era divisa la Pangea (Laurasia a Nord e Gondwana a Sud), si originarono i singoli continenti che raggiunsero l assetto attuale tra la fine di quest era e l inizio di quella successiva, il Neozoico University of Naples Federico II
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60 Neozoico o Quaternario L era Neozoica (degli animali nuovi) o Quaternaria comprende un periodo che va da 2 milioni d anni fa ad oggi. A caratterizzare il Quaternario sono soprattutto due eventi: la comparsa e l evoluzione dell uomo, l alternarsi di periodi freddi e di periodi caldi, con le conseguenti glaciazioni. Il Neozoico è diviso in Pleistocene ed Olocene University of Naples Federico II
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63 EVENTI GEOLOGICI Il Pleistocene è stato definito in base a criteri stratigrafici e allo studio delle prime forme di molluschi fossili rinvenute negli strati geologici. È un periodo interessato dall espansione dei ghiacciai polari e continentali su oltre un quarto delle terre emerse. In Europa sono conosciute cinque glaciazioni principali: Donau, Günz, Mindel, Riss e Würm che prendono il nome da quattro fiumi dell odierna Germania. University of Naples Federico II
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65 EVENTI BIOLOGICI 65 milioni di anni fa Si originarono i primati da un gruppo di mammiferi insettivori arboricoli; fecero la loro comparsa le proscimmie come tupaie, lemuri e tarsi. 40 milioni di anni fa E il periodo delle lussureggianti foreste tropicali dove compaiono i primi SIMIFORMI, da cui si evolvono gli OMINOIDEI, caratterizzati da una posizione semieretta University of Naples Federico II
66 25 milioni di anni fa Compaiono i DRIOPITECI, i più antichi ominoidei, simili agli attuali scimpanzé. 18 milioni di anni fa Per una serie di eventi geologici e climatici, si formò la SAVANA.La maggior parte delle scimmie arboricole si spostarono nelle foreste equatoriali. Queste erano le antenate di quelle antropomorfe o PONGIDI. Le scimmie rimaste nella savana si dovettero adattare alle nuove condizioni ambientali. Comparvero così i primi individui capaci di stare in piedi: gli OMINIDI University of Naples Federico II
67 15 milioni di anni fa si svilupparono i RAMAPITECI: essi presentavano caratteristiche ancora scimmiesche ma con una faccia piuttosto corta e una mandibola bassa, priva dei grandi canini tipici delle scimmie 4 milioni di anni fa Si registra la presenza dell AUSTRALOPITHECUS che presenta una scatola cranica di circa cc, arcata dentaria di forma molto simile a quella attuale, capacità di utilizzare utensili elementari. I suoi resti sono stati trovati in varie parti dell Africa, divisi in tre specie:australopithecus AFARENSIS, A. AFRICANUS, A.ROBUSTUS. University of Naples Federico II
68 3,5 milioni di anni fa Risale a questo periodo lo scheletro di Lucy, un Australopiteco A. afarensis di sesso femminile, trovato in Etiopia e divenuto famoso in tutto il mondo. 2 milioni di anni fa Si estinguono gli ultimi Australopiteci e si evolve una nuova specie, il nostro diretto antenato: l HOMO HABILIS. Il suo cranio ha una capacità di circa 700 cc, la mandibola è piccola e i denti sono simili a quelli dell uomo attuale. A queste caratteristiche somatiche si uniscono capacità operative: infatti questa specie è capace di scheggiare le pietre e quindi di costruire utensili primitivi. University of Naples Federico II
69 1,5 milioni di anni fa Dall Homo abilis discende l HOMO ERECTUS. È un ominide intelligente, la cui scatola cranica ha un volume di 1000 cc; fa un importante conquista: il fuoco, che utilizza per cucinare e allontanare gli animali feroci. Grazie al fuoco si originano i primi gruppi sociali. Con lui nasce la famiglia primitiva, dove il maschio provvede alla caccia e la femmina accudisce i figli. University of Naples Federico II
70 anni fa Compare la nostra specie, l HOMO SAPIENS: la sua capacità cranica raggiunge i 1500 cc. L Homo Sapiens comprende due varietà o sottospecie. Il primo rappresentante è l Homo Sapiens di Neanderthal così chiamato perché i suoi resti sono stati trovati a Neanderthal in Germania. Ha la fronte sfuggente, la mandibola robusta. I Neanderthaliani sono i primi ominidi in cui si manifesta la necessità di un culto dei morti, rafforzano i legami familiari e sociali e raggiungono un buon grado di sviluppo nella vita interiore e spirituale. University of Naples Federico II
71 anni fa L uomo di Neanderthal si è estinto perché sopraffatto dall uomo di Cro- Magnon, primo Homo sapiens sapiens. L uomo di Cro-Magnon ha una capacità cranica di 1600 cc, fronte alta, naso stretto, zigomi sporgenti e un vero e proprio mento osseo. Lo studio dei primi uomini costituisce la PREISTORIA che si distingue in due periodi: ETA DELLA PIETRA SCHEGGIATA ( o Paleolitico), corrispondente al Pleistocene e l ETA DELLA PIETRA LEVIGATA (o Neolitico) corrispondente all Olocene. University of Naples Federico II
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73 Genomi: i primi 10 miliardi di anni? University of Naples Federico II
74 Percorso Formativo del Quinto Anno Anno Scolastico Procariota University of Naples Federico II Eucariota
75 I Batteri sono presenti in ogni ambiente sono resistenti a condizioni ambientali avverse presentano tutte le modalità di nutrizione possono avere forme diverse - forma sferica (cocchi) - forma a bastoncino (bacilli) - forma a spirale (spirilli) - forma a virgola (vibrioni) possono essere agenti patogeni - esempi di malattie batteriche sono la tubercolosi, il tetano, il colera, la polmonite - si combattono con gli antibiotici negli esseri umani, molti non hanno effetti negativi o sono addirittura utili - nell'organismo umano vivono molte specie batteriche del tutto innocue - alcuni batteri che vivono nell'organismo umano producono zuccheri e vitamine svolgono funzioni utili per tutto il mondo vivente - alcuni batteri metabolizzano l'azoto gassoso dell'atmosfera - alcuni batteri demoliscono sostanze organiche e rifiuti
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78 Il numero di geni non è correlato alla lunghezza del genoma ORGANISMO GENOMA (Megabasi) NUMERO DI GENI (Stimato) E. coli S. cerevisiae C. elegans D. melanogaster A. thaliana ~ H. sapiens 3300 ~30000 M. musculus University of Naples Federico II
79 La vita sulla Terra è stata dominata per miliardi di anni da forme unicellulari, poi improvviso il balzo verso la pluricellularità e la diversificazione verso la forme biologiche più complesse University of Naples Federico II
80 La complessità (evoluzione) morfologica si associa all aumento di complessità genetica? University of Naples Federico II
81 La complessità genetica e biologica University of Naples Federico II
82 La complessità si associa all acquisizione di nuove funzioni geniche University of Naples Federico II
83 Biologia Molecolare, Evoluzione e Tassonomia. Filogenesi molecolare Il citocromo C: struttura e funzione simili in tutti gli organismi aerobi
84 Il ribosoma è la macchina molecolare che fabbrica le proteine in tutti i regni della vita Albero filogenetico che mostra i tre domini della Vita basato sul paragone delle sequenze codificanti per l RNA ribosomale University of Naples Federico II
85 Percorso Formativo del Quinto Anno Anno Scolastico Cos è la Paleontologia Molecolare? University of Naples Federico II
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87 Il genoma umano è costituito per la maggior parte da DNA ripetitivo University of Naples Federico II
88 Pseudogeni Sono presenti e frequenti nei differenti genomi con una distribuzione che sembra essere del tutto casuale Geni in trasformazione e fossili molecolari di geni diventati inattivi in seguito a mutazioni Alcune regioni dei cromosomi tendono ad accumularne un numero maggiore University of Naples Federico II di copie
89 Dalle differenze tra gli pseudogeni è possibile risalire alla storia evolutiva delle specie? Le linee evolutive dell uomo e del topo si sono separate 75Ma La maggior parte dei mammiferi ha tutti i geni per produrre la vitamina C, ma nel ramo dei primati se ne è inattivato uno circa 40 milioni di anni fa e da allora devono assumerla col cibo
90 La paleontologia molecolare Vedere è meglio che fiutare? I geni OR University of Naples Federico II la paleontologia molecolare
91 .sembra che per capire come abbia avuto inizio la vita le risposte vadano cercate. Or se la copia è tanta di germi, che intere esistenze di viventi creature non mai li potrebber contare, se la Natura ognora procede in identico modo, gli atomi per il vuoto dovunque lanciando, si come già li sospinse a formar questo nostro visibil creato, devi con vera ragione pensare che esistono altrove altri mondi, di gente, di prole ferina diversi. University of Naples Federico II Tito Lucrezio Caro.nello spazio!
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