Tassonomia (Sistematica, classificazione) Dizionario di Botanica, Rizzoli Editore (1984): “Ramo delle scienze biologiche preposto alla classificazione e alla nomenclatura degli organismi viventi e fossili” E’ la fotografia allo stato attuale (o in determinato momento) che facciamo della differenziazione tra gli esseri viventi determinata dall’evoluzione.

Principi della classificazione degli esseri viventi Oggi, le principali categorie tassonomiche sono: Regno Divisione Classe Ordine Famiglia Genere Specie Ma si usano anche categorie intermedie: sottoclasse, sottospecie, ecc.

Cos’è una specie ? Essenzialmente, si raggruppano in una specie tutti gli individui che sono sessualmente compatibili. NOTA: (a) alle barriere sessuali vi sono alcune eccezioni (es.: mulo), (b) le barriere sessuali possono essere superate (es.: coltura di embrioni). Perché una nomenclatura binomia? (es.: Oryza sativa L., var. Arborio) Fu usata da Carolus Linneus (svedese, 1707-78) nel libro Species Plantarum (1753). Ogni specie è contraddistinta dal nome del genere e da quello della specie. Il sistema venne adottato in tutto il mondo perché eliminò le denominazioni locali. Solo i nomi dei genere e specie sono scritti in corsivo. Perché nomi latini? Perché nel medioevo era la lingua dei dotti, della scienza.

Origine della vita sulla terra Dai dati sulla radioattività naturale si calcola che la vita sulla terra sia comparsa 4.57.109 anni fa. Oggi vi è vita multiforme nella nostra biosfera. E’ accettato che gli attuali esseri viventi siano il risultato della comparsa di forme di vita primitive e , successivamente di una lunga e continua evoluzione. N.B.: persone che non accettano il concetto di “evoluzione” esistono ancora in alcune parti del globo. Tre stati degli USA non accettano ufficialmente le “teorie evoluzionistiche”. Queste non possono essere insegnate nelle scuole di questi stati. Anche in Italia, di recente, è comparso un movimento che sostiene che la specie siano state create 6.000 anni fa. Il Movimento non si rifà alla chiesa, ma ad un movimento politico. GLOSSARIO: Biosfera: quella parte della terra in cui esistono forme di vita

La vita in laboratorio

Dalla comparsa del pianeta terra ai giorni nostri - 1 4.5 miliardi di anni fa: formazione del pianeta terra. L’atmosfera è costituita da gas ricchi di: H2O, N2, CO2, H2S, NH3, CH4 rilasciati dai vulcani (“atmosfera riducente”). E’ assente O2 (compare solo dopo la comparsa di organismi fotosintetici. Oggi l’O2 occupa il 21% dell’aria. Il 79% è N2, il testo altri gas, tra cui la CO2. (“atmosfera ossidante”) Poco dopo: comparsa delle prime molecole organiche: l’atmosfera sottilepermetteva ai raggi UV di colpire la terra: Tempeste e fulmini agirono sui gas determinando la comparsa delle prime molecole organiche. 3.5 miliardi di anni fa (o prima?): comparsa dei primi organismi viventi (sono di questo periodo i più antichi fossili. Si tratta di organismi procarioti ancestrali ed eterotrofi. 3.4 miliardi di anni fa: compaiono i primi organismi procarioti autotrofi. Fanno fotosintesi utilizzando prima H2S (rilascio di S) e successivamente H2O (rilascio di O2) come donatori di elettroni per ridurre la CO2. Con la produzione di O2 la fotosintesi diviene aerobia

Un batterio (procariote)

Un’alga unicellulare (eucariote)

Glossario: organismo autotrofo: sintetizza composti organici ad alto livello energetico attraverso la fotosintesi. L’ENERGIA E’ DATA DAL SOLE. Organismo eterotrofo: utilizza i composti organici sintetizzati dagli organismi autotrofi. Organismo procariote: organismo cellulare che manca di membrana nucleare e di organelli circondati da membrane. Organismo eucariote: organismo uni- o pluri-cellulare ad organizzazione più complessa ripsetto al procariote: membrana nucleare, DNA organizzato in cromosomi, organuli cellulari (cloroplasto e mitocondrio) delimitati da membrane.

Dalla comparsa del pianeta terra ai giorni nostri - 2 Sino a 1.5 anni fa: esistevano solo organismi procarioti (autotrofi od eterotrofi). Da questo momento compaiono organismi eucarioti unicellulari. 700 milioni di anni fa: iniziano a comparire eucarioti pluricellulari (sono i precursori di animali, piante e fughi moderni). 450 milioni di anni fa: gli eucarioti pluricellulari (animali e vegetali) invadono la terra. Fattore critico per le piante: adeguamento alla carenza d’acqua. …milioni di anni fa: compaiono le piante a seme (una struttura riproduttiva con funzione di resistenza alle condizioni ambientali avverse. 130 milioni di anni fa: compaiono le piante a fiore (una struttura che rende più facile la formazione e diffusione del seme). 11.000 anni fa: l’uomo sviluppa l’agricoltura ed inizia a modellare la biosfera secondo le sue necessità.

Una pianta odierna e le sue cellule

A partire da 450 milioni di anni fa, compaiono in successione: Piante non vascolari Divisione Bryophyta (Briofite) Piante vascolari Divisione Psilophyta (Psilifite) Piante vascolari a seme Divisone Coniferophyta (Gimnosperme) Piante vascolari a fiore Divisione Anthophyta (Angiosperme)

Perché, ancora oggi, non esiste la vita dappertutto? Perché sono necessarie alcune condizioni, tra cui: La presenza d’acqua (In assenza di acqua nessun vivente può sopravvivere). La disponibilità di energia (per le attività vitali) (tutti i viventi utilizzano energia contenuta nei composti organici, energia di legame chimico,i composti ad alto contenuto energetico sono più frequentemente organici (es.: zuccheri, grassi, proteine), ma possono essere anche inorganici. Es.: ammoniaca, metano). La disponibilità di elementi e composti chimici essenziali, Condizioni climatiche opportune.

Semplicità strutturale e complessità metabolica e genetica delle piante I FATTI Le piante superiori sono strutturalmente più semplici degli animali superiori (niente sistema nervoso, respiratorio, circolatorio, escretorio). Ma hanno una complessità biochimica e genetica superiore ! IL MOTIVO Il modo di vita (autotrofia) le ha costrette ad essere autonome.

Rispetto agli animali superiori, le piante superiori hanno in più: MAGGIORE COMPLESSITA’ BIOCHIMICA Fotosintesi (ma anche respirazione) Sintesi di tutti i 20 aminoacidi previsto dal codice genetico Adattamento condizioni ambientali estreme (sia nella pianta che nel seme) Metodi riproduttivi diversificati (sessuali e asessuali) MAGGIORE COMPLESSITA’ GENOMICA. Compaiono con frequenza: Aumento delle copie dei cromosomi (3n, 4n, …, 48n !) Amplificazioni di sequenze del DNA Riarrangiamenti Trasposoni Metilazione (Il DNA delle piante è plastico !).

Barbara MacKlintock (Premio Nobel per la scoperta dei trasposoni in mais)

Trasposoni nella pigmentazione dei fiori

20 aminoacidi

Le scelte della pianta Sta ferma perché si procura i nutrienti con la fotosintesi Sintetizza tutte le sostanze di cui ha bisogno Respira attraverso gli stomi e gli spazi aeriferi Immagazzina (risparmiando) le sostanze non usate nei vacuoli Seleziona le sostanze che vuole assorbire attraverso le radici Si riproduce molto più efficacemente (molti semi) Si clona (talea, ecc.)

Quali le conseguenze strutturali La cellula vegetale è più complessa (e completa), avendo 3 componenti in più rispetto alla cellula animale: Parete Cloroplasto vacuolo La pianta ha una struttura anatomica più semplice. Non ha: Scheletro Muscoli Polmoni Cuore e sistema circolatorio Apparato escretore Sistema nervoso con cervello (Ma ha tutte le prime 4 funzioni) Tutto ciò è avvenuto in seguito ad una scelta di vita: autotrofia (piante) eterotrofia (animali) !

La cellula vegetale

Una cellula vegetale che accumula amido

La cellula vegetale

Il cloroplasto

Il cloroplasto permette la vita autotrofa

La fotosintesi produce ossigeno

Polmoni o stomi ?

La clorofilla

Il mitocondrio

Respirazione e fotosintesi

I ribosomi: il banco di lavoro su cui si fanno le proteine

I corpuscoli del Golgi

Il Golgi per la costruzione della membrana cellulare, della parete e l’escrezione cellulare

Peculiarità della cellula vegetale: la parete cellulare