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Copyright © 2006 Zanichelli editore Capitolo 1 Introduzione alla biologia: esplorare la vita.

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1 Copyright © 2006 Zanichelli editore Capitolo 1 Introduzione alla biologia: esplorare la vita

2 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il campo dazione della biologia 1.1 La vita ha unorganizzazione gerarchica in cui ogni livello strutturale ha come base quello sottostante La gerarchia strutturale della vita delimita il campo dazione della biologia, lo studio scientifico della vita. La gerarchia parte dalle molecole per arrivare agli ecosistemi. Figura 1.1 Livello di ecosistema foresta pluviale Livello di comunità tutti gli organismi della foresta pluviale Livello di organismo volpe volante Livello di sistema sistema nervoso Livello di organo cervello Cervello Midollo spinale Nervi Livello di tessuto tessuto nervoso Livello di cellula cellula nervosa Livello di molecola molecola di DNA Livello di popolazione gruppo di volpi volanti

3 Copyright © 2006 Zanichelli editore Un ecosistema è costituito dallinsieme di tutti gli organismi che vivono in una particolare area e dalle componenti fisiche non viventi dellambiente (come aria, suolo, luce solare). Lecosistema è il maggiore dei livelli strutturali in cui è organizzata la vita. Al di sotto del livello di ecosistema vi è quello della comunità. Una comunità è costituita dallinsieme di tutti gli organismi che vivono in un ecosistema.

4 Copyright © 2006 Zanichelli editore Sotto il livello di comunità abbiamo la popolazione. Una popolazione è costituita da un gruppo localizzato di individui di una specie in grado di incrociarsi tra loro. Sotto la popolazione cè lorganismo. Un organismo è una singola entità vivente.

5 Copyright © 2006 Zanichelli editore Al di sotto del livello di organismo, lorganizzazione gerarchica della vita prosegue con: sistemi (o apparati); organi; tessuti; cellule (contenenti organuli); molecole.

6 Copyright © 2006 Zanichelli editore 1.2 Le cellule sono le unità strutturali e funzionali di cui sono costituiti i viventi Una cellula è lunità fondamentale della vita. È infatti la struttura più semplice in grado di compiere tutte le attività richieste per la vita. Dallorganizzazione complessa di un sistema biologico come quello di una cellula emergono nuove proprietà, che derivano dallinterazione tra diverse componenti. Si tratta delle proprietà emergenti.

7 Copyright © 2006 Zanichelli editore Possiamo distinguere due tipi di cellule: le cellule eucariotiche contengono organuli racchiusi in membrane, tra i quali un nucleo che contiene il DNA cellulare. le cellule procariotiche sono prive di questo tipo di organuli. Nucleo (al cui interno si trova il DNA) Cellula eucariotica Cellula procariotica DNA Organuli Figura 1.2

8 Copyright © 2006 Zanichelli editore 1.3 Gli organismi e i loro ambienti formano reti interconnesse Ogni organismo vivente interagisce con lambiente in cui vive formando una rete complessa di relazioni che collegano gli esseri viventi al loro ambiente. Gli ecosistemi cono caratterizzati dal trasferimento delle sostanze nutritive chimiche dallatmosfera e dal suolo, ai produttori, ai consumatori, ai decompositori e indietro allambiente.

9 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il flusso di energia attraverso gli ecosistemi è a senso unico. Gli ecosistemi ricevono energia luminosa dal sole e la trasformano in energia chimica; parte di essa viene infine dispersa nellambiente (come calore). Sole Atmosfera CO 2 O2O2 H2OH2O Energia chimica Apporto di energia luminosa Dispersione di energia sotto forma di calore Produttori Riciclaggio degli elementi chimici nutritivi Consumatori Decompositori Suolo Ecosistema Figura 1.3

10 Copyright © 2006 Zanichelli editore Evoluzione, unitarietà e diversità 1.4 Le forme di vita si possono classificare in tre domini Gli organismi viventi si possono classificare in tre grandi categorie tassonomiche denominate domini: –Eubacteria (eubatteri) e Archeabacteria (archebatteri o archei), i due domini dei procarioti; –Eukarya, il dominio degli eucarioti.

11 Copyright © 2006 Zanichelli editore SEM Figura 1.4B I domini Eubacteria e Archaebacteria (procarioti): SEM 3250 Figura 1.4A

12 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il dominio degli Eukarya comprende più regni: i protisti (protozoi e alghe, che costituiscono vari regni); i regni Fungi, Plantae e Animalia. 275 Il regno delle piante Figura 1.4C-F

13 Copyright © 2006 Zanichelli editore 1.5 Lunitarietà nella diversità: tutte le forme di vita hanno caratteristiche comuni Le molecole di DNA contengono linformazione genetica per costruire le molecole che costituiscono cellule e organismi. Il DNA si trova in tutte le cellule e linformazione genetica è codificata nello stesso modo in tutti gli organismi.

14 Copyright © 2006 Zanichelli editore Gli aspetti caratteristici di ogni specie (e di ogni individuo) sono cofidicati dalle sequenza dei nucleotidi, i quattro tipi di «mattoni» chimici che costituiscono le due catene elicoidali di DNA. A C T A T A C C G T A G T A Figura 1.5A

15 Copyright © 2006 Zanichelli editore Tutti gli organismi condividono una serie di proprietà comuni: ordine (esistenza di strutture ordinate); regolazione (dellambiente interno); Figura 1.5B

16 Copyright © 2006 Zanichelli editore crescita e sviluppo (ogni organismo segue un modello caratteristico della propria specie); consumo di energia (per le funzioni vitali); risposta agli stimoli (provenienti dallambiente); capacità di riprodursi ed evolversi. Figura 1.5CFigura 1.5D

17 Copyright © 2006 Zanichelli editore 1.6 Levoluzione spiega lunitarietà e la diversità della vita Il naturalista inglese Charles Darwin pubblicò uno dei libri più importanti e controversi che siamo mai stati scritti (Lorigine delle specie per selezione naturale) in cui propose la teoria della selezione naturale. Figura 1.6A

18 Copyright © 2006 Zanichelli editore La selezione naturale è un meccanismo di «rielaborazione» che si verifica quando le popolazioni o gli organismi, con variazioni ereditabili, vengono esposti a fattori ambientali che favoriscono il processo riproduttivo di alcuni individui rispetto ad altri. Figura 1.6B (1) Popolazione con varie caratteristiche ereditarie (2) Eliminazione degli individui con certe caratteristiche (3) Riproduzione degli organismi sopravvissuti

19 Copyright © 2006 Zanichelli editore Tutti gli organismi possiedono adattamenti, ossia caratteristiche che si sono evolute mediate la selezione naturale. Orca Pangolino Figura 1.6C

20 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il metodo scientifico 1.7 Gli scienziati utilizzano due tipi di processi investigativi per studiare la natura: il metodo sperimentale e il metodo deduttivo La scienza: –è un mezzo per giungere a delle «conoscenze»; –ricerca le cause dei fenomeni naturali. Queste conoscenze possono essere acquisite principalmente in due modi: con il metodo sperimentale e con il metodo ipotetico deduttivo.

21 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il metodo sperimentale Nel metodo sperimentale (definito anche metodo descrittivo) gli scienziati descrivono alcuni aspetti del mondo e usano il ragionamento induttivo (un processo logico basato su un gran numero di osservazioni specifiche) per trarre conclusioni generali. Le osservazioni sperimentali e le conclusioni induttive sono fondamentali per comprendere la natura.

22 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il metodo ipotetico deduttivo Nel metodo ipotetico deduttivo i ricercatori tentano di spiegare le osservazioni verificando delle ipotesi. Le osservazioni sperimentali stimolano i ricercatori a porsi domande e a cercare spiegazioni circa le strutture e i fenomeni; tali indagini devono essere condotte seguendo un processo investigativo chiamato metodo scientifico. Il modo di procedere che si basa sul metodo scientifico è chiamato ragionamento ipotetico deduttivo, o scienza delle ipotesi guidate. La logica deduttiva è usata per verificare le ipotesi (cioè i tentativi di spiegazione).

23 Copyright © 2006 Zanichelli editore 1.8 Utilizzando il metodo scientifico si propongono e si verificano ipotesi di ricerca Le tappe che caratterizzano il metodo scientifico: Figura 1.8A

24 Copyright © 2006 Zanichelli editore Caso A Il metodo scientifico applicato a una situazione pratica: Osservazione: La mia torcia non funziona. Domanda: Cosa non va nella mia torcia? Ipotesi: Le batterie sono scariche. Previsione: Se lipotesi fosse corretta, … Azione: … e sostituissi le batterie usate con pile nuove, … Verifica del risultato: … allora la torcia dovrebbe funzionare correttamente.

25 Copyright © 2006 Zanichelli editore Caso B Negli esperimenti controllati un gruppo sperimentale viene messo a confronto con un gruppo di controllo. Il metodo ipotetico deduttivo è indispensabile per analizzare i risultati di questo genere di esperimenti. Figure 1.8B-D


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