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Confronto fra piante e animali (pluricellulari) Materiali e appunti di biologia: II cl. (07-08/ agg. 2014) Tiziano Terrani Liceo di Lugano 2 CH-6942 SAVOSA.

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1 Confronto fra piante e animali (pluricellulari) Materiali e appunti di biologia: II cl. (07-08/ agg. 2014) Tiziano Terrani Liceo di Lugano 2 CH-6942 SAVOSA

2 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 2 sommario 1.Modalità di nutrizione: auto- ed eterotrofia 2.Struttura del corpo delle piante 3.Movimento 4.Crescita 5.Risposta agli stimoli esterni 6.Omeostasi 7.Riproduzione Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, Parte introduttiva: elenco termini e concetti 3 Confronto fra piante e animali Concetti accessori 28 Quante molecole di CO 2 in 1 mm 3 di aria? Composizione e modello aria Monomeri e polimeri Dal glucosio agli altri composti biorganici 31 29

3 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 3 Organismi più evoluti (significato): che cosa significa che una spugna è un organismo meno evoluto di un’ape? Confronto fra  Angiosperme (piante a fiore)  Insetti (Artropodi)/mammiferi (Cordati, Vertebrati) Sostanze organiche (  composti del C) Categorie di sostanze organiche presenti in tutti gli organismi viventi:  Carboidrati (o zuccheri)  Grassi o lipidi  Proteine  Acidi nucleici (DNA, RNA) Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, Appunti

4 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 4 Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, virus organismi unicellulari procariotici: eucariotici: p. es. protozoi, alghe verdi unicell. organismi pluricellulari (sono tutti eucariotici!) (aggregati di macromolecole, ma struttura non cellulare!) batteri contengono tutti le quattro categorie di sostanze organiche:  carboidrati  grassi  proteine  acidi nucleici atomi molecole macromolecole (proteine, DNA, carboidrati) vita Dagli atomi agli organismi pluricellulari: concetto di organizzazione della materia concetto di proprietà emergente: vita

5 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 5 Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, Definizioni di autotrofo 1.“Organismo che si nutre da sé.” o “Organismo che si procura il cibo da sé.” 2.“Organismo che si costruisce (produce) il cibo da sé.” 3.“Organismo che si nutre di sostanze esclusivamente inorganiche e che da quest’ultime, con l’ausilio di una fonte di energia, costruisce le sostanze organiche necessarie alla vita.” Discussione (-confronto) sulle definizioni: la 1 è fuorviante e quindi da evitare la 2 è quella classica, riportata anche da autorevoli manuali universitari di biologia; pone qualche problema di interpretazione la 3 è meno diffusa, ma ha il pregio della chiarezza e della coerenza! ricorrenti nei libri testo scolastici 1.Modalità di nutrizione: auto- ed eterotrofia

6 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 6 Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, Discussione (-confronto) sulle definizioni 2 e 3 Premesse: a)modello di organismo vivente: sistema aperto, “scatola nera”, con scambi con l’esterno b)Qualsiasi organismo vivente contiene (è costituito di) sostanze organiche c)Negli eterotrofi, viene di regola chiamato cibo l’insieme dei materiali liquidi e solidi che sono ingeriti dall’organismo amb. interno (dentro) amb. esterno (fuori) organismo vivente

7 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 7 Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, La definizione 3 dice che il cibo (materiale) degli autotrofi è formato di sostanze inorganiche (CO 2, H 2 O, sali minerali), mentre quello degli eterotrofi deve contenere anche sostanze organiche. Il concetto di cibo è il medesimo nelle due categorie di organismi (è ciò che l’organismo prende dall’ambiente esterno e che fa entrare nel suo corpo per poter vivere), cambia solo la sua composizione chimica. Il corollario fondamentale della definizione 3 è che gli autotrofi sono capaci di trasformare al loro interno sostanze inorganiche in sostanze organiche ciò che è precluso agli organismi eterotrofi (i quali sono comunque capaci di trasformare sostanze organiche del loro cibo in altre sostanze organiche tipiche del loro organismo!) inorganico organico organicazione!

8 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 8 Fotosintesi Il passaggio fondamentale della trasformazione delle sostanze inorganiche in organiche effettuata dagli autotrofi (vegetali) è la fotosintesi (costruzione per mezzo della luce). Per mezzo di questa reazione chimica 6 molecole di CO 2 (fonte di C e di O) e 6 molecole di H 2 O (fonte di H) vengono ricombinate in una molecola di glucosio (C 6 H 12 O 6 ) con uno scarto di 6 molecole di ossigeno (O 2 ). La reazione può avvenire solo se al sistema viene fornita energia, portata dalla luce. CO 2 H2OH2O O2O2 C 6 H 12 O glucosio + LUCE clorofilla

9 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 9 Fotosintesi Per mezzo della fotosintesi vengono costruite (sintetizzate) molecole di glucosio a partire da CO 2 e H 2 O Parte dell’energia portata dalla luce è trasferita nelle molecole di glucosio (energia chimica) La fotosintesi può dunque essere così riassunta: O2O2 C 6 H 12 O 6 CO 2 6 H2OH2O energia + LUCE + energia termica IR lontano clorofilla

10 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 10 Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, La definizione 2, invece, impone un doppio significato di cibo: negli animali è l’insieme delle sostanze organiche (sotto forma di altri organismi) introdotte nell’organismo nelle piante è il glucosio (le sostanze organiche in generale) costruito per mezzo della fotosintesi (Per questo motivo, un’altra versione della def. 2 dice che “le piante producono il cibo per gli animali.”).

11 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 11 Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, Riassumendo autotrofi eterotrofi CO 2 H2OH2O sali minerali composti organici (solo composti inorganici) CIBO composti organici proteine, carboidrati, grassi, DNA, … composti organici

12 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 12 Struttura di una pianta struttura modulare grande superficie direttamente a contatto con l’aria (S/V) STRUTTURA: germoglio, parte aerea La superficie “microscopica” della foglia a contatto con l’aria è ancora superiore a quella “macroscopica” (pagina inferiore e superiore)

13 Struttura macroscopica della foglia lamina fogliare picciolo nervature gemma fogliare margine pagina superiore pagina inferiore stipole TT/20 00 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 13

14 LiLu2, TT/agg. 2014Cfr. Piante-Animali14

15 LiLu2, TT/agg. 2014Cfr. Piante-Animali15 Struttura microscopica della foglia

16 Natura delle luce Aumento di energia 10 –5 nm10 –3 nm 1 nm 10 3 nm10 6 nm 1 m 10 3 m Raggi gamma Raggi XUVInfrarossi Microonde Onde radio Luce visibile nm Lunghezza d’onda della luce (nm) 380 La luce solare è energia elettromagnetica, che viaggia nello spazio sotto forma di onde.

17 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 17 Struttura della pianta: radici struttura modulare grande superficie direttamente a contatto con la terra (l’acqua) (S/V) STRUTTURA (app. radicale) La superficie “microscopica” delle radici a contatto con l’acqua del suolo è fortemente amplificata grazie alla presenza dei peli radicali agli apici radicali

18 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 18 Apici radicali e peli radicali In conclusione si può affermare che in una pianta molte cellule sono direttamente a contatto con l’ambiente esterno da cui traggono CO 2 (cellule fotosintetiche nelle foglie), l’acqua e i sali minerali (peli radicali nelle radici).

19 Grande superficie di assorbimento TT/ Corpo umano: introduzione e generalità19 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 19

20 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 20 suolo aria parte disperdente parte assorbente acqua che evapora dalle foglie acqua assorbita dalle radici

21 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 21 suolo aria solo 2% ca. viene utilizzato per la fotosintesi acqua assorbita dalle radici 98% ca. evapora 100 %

22 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 22 Perché le piante non si spostano? Conseguenze dell’essere autotrofi o eterotrofi AUTOTROFI: non si cibano di altri organismi, ma di materiali diffusi e costantemente presenti nell’ambiente ETEROTROFI (consumatori: sopratt. animali): si cibano di altri organismi, vivi ETEROTROFI (decompositori: batteri e funghi): si cibano di altri organismi, morti si spostano (di regola) non si spostano (su scala macroscopica!) non hanno bisogno di spostarsi MOVIMENTO

23 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 23 Perché le piante non si spostano? aria: la concentrazione di CO 2 è praticamente costante! suolo: di regola la disponibilità di H 2 O è garantita sull’arco del periodo di vegetazione della pianta

24 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 24 Aria Composizione dell’aria: azoto (N 2 )ca. 78% ossigeno (O 2 ) ca. 21% acqua (H 2 O) media ca. 0.5% diossido di carbonio (CO 2 )ca. 0.04% altri gas< 1% modello aria

25 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 25 ARI ARIA Modello dell’aria X

26 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 26 AZOTO N 2 ca. 78% OSSIGENO O 2 ca. 21% ACQUA H 2 O % variabile BIOSSIDO DI CARBONIO CO %

27 LiLu2, TT/agg. 2014Cfr. Piante-Animali27 esercizio Quante molecole di CO 2 in 1 mm 3 di aria? Che cosa sappiamo? che una mole (ca particelle) di gas occupa un volume di 22.4 dm 3 (o litri) in condizioni standard (questo concetto di mole si può applicare anche a un miscuglio di gas come l’aria!) che l’aria contiene lo 0.04% di CO 2 che 1 mm 3 = dm 3 Quindi, in 1 mm 3 di aria ci sono in totale: 2.7 x molecole 1 mm molecole : 22.4 dm 3 = x molecole : dm 3 x molecole = molecole : 22.4 dm dm 3 di cui sono molecole di CO 2 : 2.7 x molecole x 0.04 : 100 = ca molecole di CO molecole di CO 2 (cioè 10’000 miliardi!!!) in 1 mm 3 di aria ci sono 

28 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 28 CRESCITA - continua - finita “nascita” morte tempo dim. organismo

29 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 29 Risposta agli stimoli Le piante reagiscono mediamente in modo più lento agli stimoli rispetto agli animali di pari livello evolutivo es. crescita di una pianta verso la luce La necessità del movimento impone agli animali reazioni immediate e quindi elaborazione molto veloce delle informazioni sensoriali. Inoltre la coordinazione stessa del movimento è impresa ardua (pensare all’azione del camminare). Nelle piante ormoni con funzione decentralizzata, negli animali sistema ormonale gerarchico e sistema nervoso!

30 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 30 Omeostasi Mantenere costanti i parametri fisico-chimici dell’ambiente interno. es. temperatura concentrazione acqua Negli animali è più accentuata questa esigenza di omeostasi dell’organismo pluricellulare rispetto alle piante. A livello cellulare, invece, la differenza è meno pronunciata o inesistente.

31 LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 31 Riproduzione R. asessuale R. sessuale presente nelle forme più primitive degli animali è quasi sempre presente nelle piante (riproduzione vegetativa) è sempre presente ed è l’unica forma di riproduzione nella maggior parte degli animali è sempre presente nelle piante

32 Riproduzione sessuale (fiori) nelle piante angiosperme LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 32

33 Riproduzione vegetativa (asessuale) nelle piante LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 33

34 Riproduzione sessuale negli animali LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 34

35 Riproduzione asessuale negli animali LiLu2, TT/agg Cfr. Piante-Animali 35

36 LiLu2, TT/agg. 2014Cfr. Piante-Animali36 concetto generale! Produttori: costruzione di polimeri C 6 H 12 O 6 glucosio CO2CO2 H2OH2O + altri CARBOIDRATI PROTEINE ACIDI NUCLEICI LIPIDI … cellulosa amido DNA RNA catene di aminoacidicatene di nucleotidi monomeri polimero cellulosa nella parete cellulare dei vegetali cellulosa e amido sono dei polimeri del glucosio! amido nei leucoplasti catene di glucosio

37 LiLu2, TT/agg. 2014Cfr. Piante-Animali37 Modelli del glucosio

38 LiLu2, TT/agg. 2014Cfr. Piante-Animali38 Produttori: dal glucosio alle altre sostanze organiche C 6 H 12 O 6 glucosio CO2CO2 H2OH2O + altri CARBOIDRATI PROTEINE ACIDI NUCLEICI LIPIDI C, H, OC, H, O, N, SC, H, O, N, P C, H, O, (P, N) … N, S, P, … provengono dai sali minerali che la pianta assorbe sotto forma di ioni sciolti nell’acqua!  + sali minerali  equazione chimica incompleta e non bilanciata della fotosintesi!

39 LiLu2, TT/agg. 2014Cfr. Piante-Animali39 esempi di ioni che le piante assorbono dal terreno N, S, P, … provengono dai sali minerali che la pianta assorbe sotto forma di ioni sciolti nell’acqua del terreno!  NO 3 - ione nitrato PO 4 3- ione fosfato SO 4 2- ione solfato NH 4 + ione ammonio questi ioni sono normalmente presenti anche nei concimi chimici!

40 LiLu2, TT/agg. 2014Cfr. Piante-Animali40 Produttori: dal glucosio alle altre sostanze organiche C 6 H 12 O 6 glucosio CO2CO2 H2OH2O + altri CARBOIDRATI PROTEINE ACIDI NUCLEICI LIPIDI C, H, OC, H, O, N, SC, H, O, N, P C, H, O, (P, N) … tipi di atomi presenti 1° fase: organicazione attraverso la fotosintesi 2° fase: sintesi di tutti gli altri composti organici composti inorganici composto organico

41 LiLu2, TT/agg. 2014Cfr. Piante-Animali41 Composti organici naturali CARBOIDRATI (o “zuccheri”), C, H, O LIPIDI (o grassi) C, H, O, (N e P) PROTEINE C, H, O, N, S ACIDI NUCLEICI (DNA, RNA) C, H, O, N, P NEGLI ORGANISMI VIVENTI IDROCARBURI prevalentemente C, H derivanti dalla trasformazione di biomassa NEL PETROLIO E NEL GAS NATURALE


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