Tiziano Terrani Liceo di Lugano 2 CH-6942 SAVOSA 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

Confronto fra piante e animali sommario Confronto fra piante e animali Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, 1992. Parte introduttiva: elenco termini e concetti 3 Modalità di nutrizione: auto- ed eterotrofia Struttura del corpo delle piante Movimento Crescita Risposta agli stimoli esterni Omeostasi Riproduzione 5 12 18 24 25 26 27 Composizione e modello aria 20 Quante molecole di CO2 in 1 mm3 di aria? 23 Concetti accessori 28 Monomeri e polimeri 29 Dal glucosio agli altri composti biorganici 31 LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Angiosperme (piante a fiore) Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, 1992. Appunti 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) LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, 1992. Dagli atomi agli organismi pluricellulari: concetto di organizzazione della materia atomi molecole macromolecole (proteine, DNA, carboidrati) virus (aggregati di macromolecole, ma struttura non cellulare!) contengono tutti le quattro categorie di sostanze organiche: carboidrati grassi proteine acidi nucleici vita procariotici: batteri organismi unicellulari eucariotici: p. es. protozoi, alghe verdi unicell. organismi pluricellulari (sono tutti eucariotici!) concetto di proprietà emergente: vita LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Modalità di nutrizione: auto- ed eterotrofia Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, 1992. Modalità di nutrizione: auto- ed eterotrofia Definizioni di autotrofo “Organismo che si nutre da sé.” o “Organismo che si procura il cibo da sé.” “Organismo che si costruisce (produce) il cibo da sé.” “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.” ricorrenti nei libri testo scolastici 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! LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Discussione (-confronto) sulle definizioni 2 e 3 Premesse: Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, 1992. Discussione (-confronto) sulle definizioni 2 e 3 Premesse: modello di organismo vivente: sistema aperto, “scatola nera”, con scambi con l’esterno Qualsiasi organismo vivente contiene (è costituito di) sostanze organiche Negli eterotrofi, viene di regola chiamato cibo l’insieme dei materiali liquidi e solidi che sono ingeriti dall’organismo organismo vivente amb. interno (dentro) amb. esterno (fuori) LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, 1992. La definizione 3 dice che il cibo (materiale) degli autotrofi è formato di sostanze inorganiche (CO2, H2O, 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! LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

+ LUCE 6 CO2 C6H12O6 H2O O2 + 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 CO2 (fonte di C e di O) e 6 molecole di H2O (fonte di H) vengono ricombinate in una molecola di glucosio (C6H12O6) con uno scarto di 6 molecole di ossigeno (O2). La reazione può avvenire solo se al sistema viene fornita energia, portata dalla luce. CO2 H2O O2 C6H12O6 6 + glucosio + LUCE clorofilla LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

La fotosintesi può dunque essere così riassunta: Per mezzo della fotosintesi vengono costruite (sintetizzate) molecole di glucosio a partire da CO2 e H2O Parte dell’energia portata dalla luce è trasferita nelle molecole di glucosio (energia chimica) La fotosintesi può dunque essere così riassunta: IR lontano CO2 6 + H2O 6 + LUCE C6H12O6 + 6 O2 + energia termica clorofilla energia LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

La definizione 2, invece, impone un doppio significato di cibo: Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, 1992. 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.”). LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Riassumendo autotrofi CO2 H2O CIBO sali minerali eterotrofi CIBO Elaborazione del cap. “Lo studio delle piante” tratto da Longo C.. Biologia vegetale. UTET, Torino, 1992. Riassumendo autotrofi CIBO CO2 H2O proteine, carboidrati, grassi, DNA, … sali minerali composti organici (solo composti inorganici) eterotrofi CIBO proteine, carboidrati, grassi, DNA, … composti organici composti organici LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Struttura di una pianta STRUTTURA: germoglio, parte aerea struttura modulare grande superficie direttamente a contatto con l’aria (S/V) La superficie “microscopica” della foglia a contatto con l’aria è ancora superiore a quella “macroscopica” (pagina inferiore e superiore) LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Struttura macroscopica della foglia lamina fogliare picciolo nervature gemma fogliare margine pagina superiore pagina inferiore stipole TT/2000 LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

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

Natura delle luce La luce solare è energia elettromagnetica, che viaggia nello spazio sotto forma di onde. Aumento di energia 10–5 nm 10–3 nm 1 nm 103 nm 106 nm 1 m 103 m Raggi gamma Raggi X UV Infrarossi Microonde Onde radio Luce visibile 400 500 600 700 750 650 nm Lunghezza d’onda della luce (nm) 380

Struttura della pianta: radici STRUTTURA (app. radicale) struttura modulare grande superficie direttamente a contatto con la terra (l’acqua) (S/V) La superficie “microscopica” delle radici a contatto con l’acqua del suolo è fortemente amplificata grazie alla presenza dei peli radicali agli apici radicali LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

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 CO2 (cellule fotosintetiche nelle foglie), l’acqua e i sali minerali (peli radicali nelle radici). LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Grande superficie di assorbimento TT/2011-2012 Cfr. Piante-Animali Corpo umano: introduzione e generalità 19 LiLu2, TT/agg. 2014

acqua che evapora dalle foglie aria parte disperdente acqua assorbita dalle radici parte assorbente suolo LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

100 % 98% ca. evapora solo 2% ca. viene utilizzato per la fotosintesi aria suolo 100 % acqua assorbita dalle radici LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Perché le piante non si spostano? Conseguenze dell’essere autotrofi o eterotrofi MOVIMENTO AUTOTROFI: non si cibano di altri organismi, ma di materiali diffusi e costantemente presenti nell’ambiente non hanno bisogno di spostarsi ETEROTROFI (consumatori: sopratt. animali): si cibano di altri organismi, vivi si spostano (di regola) ETEROTROFI (decompositori: batteri e funghi): si cibano di altri organismi, morti non si spostano (su scala macroscopica!) LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Perché le piante non si spostano? aria: la concentrazione di CO2 è praticamente costante! suolo: di regola la disponibilità di H2O è garantita sull’arco del periodo di vegetazione della pianta LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Composizione dell’aria: azoto (N2) ca. 78% ossigeno (O2) ca. 21% acqua (H2O) media ca. 0.5% diossido di carbonio (CO2) ca. 0.04% altri gas < 1% modello aria LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

ARI X 100 000 000 ARIA Modello dell’aria Cfr. Piante-Animali LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

AZOTO N2 OSSIGENO O2 ACQUA H2O ca. 78% OSSIGENO O2 ca. 21% ACQUA H2O % variabile BIOSSIDO DI CARBONIO CO2 0.040% LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

esercizio  Quante molecole di CO2 in 1 mm3 di aria? 1 mm Che cosa sappiamo? che una mole (ca. 6.1023 particelle) di gas occupa un volume di 22.4 dm3 (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 CO2 che 1 mm3 = 10-6 dm3 Quindi, in 1 mm3 di aria ci sono in totale: 6.1023 molecole : 22.4 dm3 = x molecole : 10-6 dm3 x molecole = 6.1023 molecole : 22.4 dm3 . 10-6 dm3 2.7 x 1016 molecole di cui sono molecole di CO2 : 2.7 x 1016 molecole x 0.04 : 100 = ca. 1013 molecole di CO2 1013 molecole di CO2 (cioè 10’000 miliardi!!!) in 1 mm3 di aria ci sono  LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

CRESCITA - continua - finita dim. organismo tempo morte “nascita” LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

es. crescita di una pianta verso la luce 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! LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Mantenere costanti i parametri fisico-chimici dell’ambiente interno. 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. LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

presente nelle forme più primitive degli animali R. asessuale Riproduzione presente nelle forme più primitive degli animali R. asessuale è quasi sempre presente nelle piante (riproduzione vegetativa) è sempre presente ed è l’unica forma di riproduzione nella maggior parte degli animali R. sessuale è sempre presente nelle piante LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Riproduzione sessuale (fiori) nelle piante angiosperme LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Riproduzione vegetativa (asessuale) nelle piante LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Riproduzione sessuale negli animali LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Riproduzione asessuale negli animali LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Produttori: costruzione di polimeri cellulosa nella parete cellulare dei vegetali altri CARBOIDRATI amido nei leucoplasti catene di glucosio cellulosa amido catene di aminoacidi PROTEINE CO2 H2O + C6H12O6 catene di nucleotidi DNA ACIDI NUCLEICI glucosio RNA LIPIDI cellulosa e amido sono dei polimeri del glucosio! … concetto generale! monomeri polimero LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

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

Produttori: dal glucosio alle altre sostanze organiche altri CARBOIDRATI C, H, O + sali minerali C, H, O, N, S PROTEINE C, H, O, N, P CO2 H2O + C6H12O6 ACIDI NUCLEICI glucosio C, H, O, (P, N) LIPIDI  equazione chimica incompleta e non bilanciata della fotosintesi! … N, S , P, … provengono dai sali minerali che la pianta assorbe sotto forma di ioni sciolti nell’acqua!  LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

esempi di ioni che le piante assorbono dal terreno questi ioni sono normalmente presenti anche nei concimi chimici! NO3 - ione nitrato NH4 + ione ammonio SO4 2- ione solfato PO4 3- ione fosfato N, S , P, … provengono dai sali minerali che la pianta assorbe sotto forma di ioni sciolti nell’acqua del terreno!  LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

Produttori: dal glucosio alle altre sostanze organiche tipi di atomi presenti altri CARBOIDRATI C, H, O composti inorganici C, H, O, N, S composto organico PROTEINE C, H, O, N, P CO2 H2O + C6H12O6 ACIDI NUCLEICI glucosio C, H, O, (P, N) LIPIDI … 1° fase: organicazione attraverso la fotosintesi 2° fase: sintesi di tutti gli altri composti organici LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali

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 LiLu2, TT/agg. 2014 Cfr. Piante-Animali