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Immagini e concetti della biologia Sylvia S. Mader Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

A9 – La storia della vita e la biodiversità Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La scala geocronologica è basata sulla documentazione fossile La scala geocronologica ricostruisce la storia della vita basata sulla documentazione geologica e paleontologica. Suddivide la storia della Terra in ere (il Paleozoico, il Mesozoico e il Cenozoico), quindi in periodi e poi in epoche. I dati possono essere espressi sia in termini relativi sia assoluti. Il tempo relativo fa riferimento alle ere, periodi ed epoche; il tempo assoluto viene espresso in milioni di anni (MA). Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

L’orologio geocronologico rappresenta in modo intuitivo la storia della vita Nell’orologio geocronologico della vita: le prime forme di vita sono comparse alle 5 del mattino i procarioti sono stati per gran parte del tempo le uniche forme di vita la specie umana ha fatto la sua comparsa poco meno di un minuto prima della mezzanotte Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Cinque estinzioni di massa maggiori hanno segnato la storia della vita Le estinzioni di massa sono caratterizzate da una netta riduzione della diversità e abbondanza di specie che popolano la Terra. Per spiegare le estinzioni di massa, alcuni scienziati hanno proposto il modello press/pulse (pressione/colpo): la pressione sarebbe data da cambiamenti ambientali che portano la specie sull’orlo dell’estinzione il colpo sarebbe l’evento catastrofico che, alla fine, provoca la vera e propria scomparsa della specie Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Cinque estinzioni di massa maggiori hanno segnato la storia della vita Le cinque maggiori estinzioni di massa sono indicate dalle linee verticali grigie. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I movimenti delle masse terrestri hanno influenzato la storia della vita Il meteorologo tedesco Alfred Wegener (1880-1930) fu il primo a ipotizzare la deriva dei continenti. Oggi sappiamo che i continenti non sono masse terrestri fisse, le loro posizioni reciproche e rispetto agli oceani sono cambiate nel corso del tempo, e cambiano ancora oggi. Secondo la teoria della tettonica delle placche, i continenti si spostano perché la litosfera terrestre è frammentata in zolle, o placche, che galleggiano su uno strato del mantello, parzialmente fuso e caldo. I continenti (crosta continentale) e i pavimenti dei bacini oceanici (crosta oceanica) sono parti di queste placche. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I punti chiave dei movimenti tettonici dal Permiano a oggi Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La sistematica e le relazioni evolutive La classificazione linneana, introdotta dal naturalista svedese Carl Von Linnaeus, o Linneo (1707-1778), raggruppa le specie secondo le seguenti categorie: Dominio Regno Phylum Classe Ordine Famiglia Genere Specie Un taxon è un gruppo di organismi che rientra in una particolare categoria di classificazione. La classificazione in taxa si basa su parentele evolutive e fornisce informazioni sulle affinità e le correlazioni tra i vari organismi. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Gli organismi possono essere classificati in categorie sistematiche La gerarchia dei taxa per la vite americana. I box indicano le categorie di classificazione. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La classificazione linneana riflette la filogenesi La sistematica è lo studio della diversità degli organismi a tutti i livelli della loro organizzazione biologica. La classificazione linneana è una parte della sistematica: le categorie di classificazione contengono, per ogni gruppo di organismi, le caratteristiche tipiche e uniche di ciascun taxon, le quali riflettono idealmente la filogenesi. Uno degli scopi della sistematica è quello di determinare la filogenesi, o storia evolutiva, di un gruppo di organismi. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La classificazione linneana riflette la filogenesi Spesso la filogenesi è rappresentata con un albero filogenetico (o albero evolutivo), un diagramma che indica gli antenati comuni e le linee dei discendenti (genealogia). I caratteri derivati sono le caratteristiche individuali che distinguono un determinato gruppo. I caratteri ancestrali sono le caratteristiche condivise sia dall’antenato comune sia dai discendenti. Divergenza Antenato comune (caratteri ancestrali) Caratteri derivati Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I virus Hanno una struttura semplice di tipo acellulare. Si riproducono esclusivamente sfruttando i meccanismi metabolici di una cellula ospite. Non potendo riprodursi in modo autonomo, non possono essere assegnati a categorie di classificazione tradizionali. Struttura di due virus: l’adenovirus (a DNA), e il virus dell’influenza (a RNA). Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I virus si riproducono all’interno di cellule e possono causare malattie I virus sono specifici e questa specificità si estende anche al tipo di cellule che il singolo virus è in grado di infettare. Per esempio, i batteriofagi sono i virus che infettano i batteri. L’immagine illustra la replicazione di un virus in una cellula animale, che ricalca i seguenti stadi: Aggancio Penetrazione Biosintesi Maturazione Rilascio Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il sistema di classificazione a tre domini Il dominio Bacteria – i batteri rappresentano un gruppo di procarioti assai diversificato e abbondante. Si trovano praticamente ovunque sulla Terra. Il dominio Archaea – anche gli archei sono procarioti, ma dal punto di vista biochimico sono più affini agli eucarioti che ai batteri. Vivono in ambienti estremi. Il dominio Eukarya – gli eucarioti comprendono sia forme unicellulari sia organismi pluricellulari, tutte con cellule dotate di un nucleo racchiuso da una membrana. La riproduzione degli eucarioti è sessuata e si osservano diversi tipi di ciclo vitale. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Il sistema di classificazione a tre domini Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I procarioti Sono unicellulari e sono privi di un vero e proprio nucleo e di organuli complessi. L’immagine illustra l’anatomia generale di un batterio. Il nucleoide è un’area del citoplasma più addensata, dove si trova un unico cromosoma costituito in larga parte da un filamento circolare di DNA. La parete cellulare che circonda la membrana plasmatica è rinforzata da peptidoglicano. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Le forme comuni dei procarioti Nei procarioti ricorrono quattro forme principali: i vibrioni, che hanno forma a virgola i cocchi, che sono tondeggianti i bacilli, a bastoncello gli spirilli, spiraliformi ed elicoidali Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I procarioti si riproducono per via asessuata I procarioti si riproducono per via asessuata mediante la scissione binaria, un processo che produce due cellule figlie di dimensioni e contenuto pressoché identici. L’immagine illustra i tre stadi della scissione binaria. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

La formazione delle endospore nei batteri In condizioni ambientali sfavorevoli alcuni batteri formano endospore: una porzione del citoplasma e una copia del cromosoma si disidratano e vengono racchiusi all’interno di un rivestimento protettivo duro. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I procarioti si nutrono in modi molto diversi Per la maggior parte, i procarioti sono aerobi e possono vivere solo in presenza di ossigeno. Esistono però anche: procarioti anaerobi obbligati, che non possono vivere in ambienti in cui sia presente ossigeno libero procarioti anaerobi facoltativi, in grado di vivere sia in assenza sia in presenza di ossigeno gassoso Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I procarioti si nutrono in modi molto diversi I procarioti autotrofi producono da sé le molecole complesse. Possono essere: fotosintetici – utilizzano l’energia solare per produrre composti organici chemiosintetici – prendono elettroni dai composti inorganici, come il metano (CH4) e l’ammoniaca (NH3), usandoli per ridurre CO2 in molecole organiche Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I procarioti si nutrono in modi molto diversi La maggior parte dei procarioti è eterotrofa, ossia deve acquisire dall’esterno i nutrienti organici. Questi procarioti sono anche aerobi saprotrofi, cioè secernono enzimi digestivi nell’ambiente per degradare le macromolecole in molecole più piccole che possono assorbire. Negli ecosistemi i batteri saprotrofi giocano il ruolo cruciale di decompositori, riciclando la materia e rendendo disponibili molecole organiche agli organismi fotosintetici. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

I cianobatteri I cianobatteri (un tempo chiamati alghe verdi-azzurre) sono importanti dal punto di vista ecologico perché: producono ossigeno tramite la fotosintesi fissano l’azoto atmosferico stabiliscono rapporti di simbiosi con molti organismi; per esempio, in associazione con i funghi, essi formano i licheni La struttura generale (al centro) e la diversificazione dei cianobatteri. Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018

Alcuni archei vivono in ambienti con condizioni estreme Spesso gli archei vengono presentati secondo il tipo di habitat particolare in cui vivono: metanogeni – si trovano in ambienti anaerobici e producono metano alofili – sono adattati a vivere in ambienti con elevata concentrazione salina termoacidofili – vivono in ambienti estremamente caldi e acidi Sylvia S. Mader, Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2018