La scala geocronologica basata sulla documentazione fossile La

La scala geocronologica è basata sulla documentazione fossile La scala geocronologica ricostruisce la storia della vita basata sulla documentazione geologica e paleontologica. Essa 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). 1 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

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. 2 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I movimenti delle masse terrestri hanno influenzato la storia della vita Il meteorologo tedesco Alfred Wegener (1880 -1930) fu il primo a ipotizzare la mobilità 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. Ancora oggi, le masse continentali si stanno muovendo una rispetto all’altra. 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. 3 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I punti chiave dei movimenti tettonici dal Permiano a oggi 4 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

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, mentre il «colpo» sarebbe l’evento catastrofico che, alla fine, provoca la vera e propria scomparsa della specie. 5 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Cinque estinzioni di massa maggiori hanno segnato la storia della vita Le cinque maggiori estinzioni di massa sono indicate dalle linee verticali grigie. 6 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

L’uomo come fattore di estinzione Le estinzioni di massa possono essere state provocate da eventi cataclismatici come gli impatti meteoritici e i cambiamenti climatici. Tuttavia, molti scienziati ritengono che attualmente la vita sulla Terra si trovi nel corso di una nuova estinzione di massa dovuta all’impatto dell’attività umana sull’ambiente (agricoltura, deforestazione, urbanizzazione, inquinamento). 7 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

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. Gli individui di una specie possono produrre prole fertile solo riproducendosi con altri individui appartenenti alla stessa 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. 8 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

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, 2012 9

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 poiché 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. 10 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

La classificazione linneana riflette la filogenesi Caratteri derivati Divergenza Antenato comune (caratteri ancestrali) Spesso la filogenesi è rappresentata da 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. 11 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I virus sono entità non cellulari I virus hanno una struttura semplice di tipo acellulare e si riproducono esclusivamente sfruttando i meccanismi metabolici di una cellula ospite. Non essendo cellulari e non potendo riprodursi in modo autonomo, non possono essere assegnati a categorie di classificazione tradizionali. Diagramma sintetico della struttura virale. 12 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

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: 1. Aggancio; 2. Penetrazione; 3. Biosintesi; 4. Maturazione; 5. Rilascio. Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012 13

Il sistema di classificazione a tre domini • Il dominio Bacteria – i batteri rappresentano un gruppo di procarioti assai diversificato e abbondante. Essi 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. Essi 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. 14 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Il sistema di classificazione a tre domini 15 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Sia i Bacteria sia gli Archaea sono procarioti 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. 16 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Le forme comuni dei procarioti Nei procarioti ricorrono tre forme principali: i cocchi, che sono tondeggianti; i bacilli, a bastoncello e gli spirilli, spiraliformi e elicoidali. 17 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

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. 18 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

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. 19 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I procarioti si nutrono in modi molto diversificati 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, e procarioti anaerobi facoltativi, in grado di vivere sia in assenza sia in presenza di ossigeno gassoso. 20 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I procarioti si nutrono in modi molto diversificati Alcuni procarioti chemiosintetici vivono sui fondi di laghi ricchi di nutrienti (sopra); altri vivono presso le sorgenti idrotermali sottomarine (sotto). I procarioti autotrofi producono da sé le molecole complesse. Essi possono essere: • fotosintetici – utilizzano l’energia solare per produrre composti organici; • chemiosintetici – prendono elettroni dai composti inorganici, come il metano (CH 4) e l’ammoniaca (NH 3), usandoli per ridurre il CO 2 in molecole organiche. 21 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I procarioti si nutrono in modi molto diversificati 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. 22 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I cianobatteri sono organismi di grande importanza ecologica 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 e stabiliscono rapporti di simbiosi con molti organismi; per esempio, in associazione con i funghi, essi formano i licheni. La struttura generale (a destra) e la diversificazione dei cianobatteri (in basso). 23 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

Alcuni archei vivono in ambienti 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. 24 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I procarioti sono cosmopoliti e sono importanti in campo medico La grande maggioranza delle specie batteriche non risulta patogena per l’uomo. Alcuni batteri, tuttavia, hanno un impatto notevole sulla salute, nel passato come oggi, come illustrato in questa tabella. Categoria Malattie a trasmissione sessuale Sifilide, gonorrea, clamidia. Malattie dell’apparato respiratorio Mal di gola da streptococco, scarlattina, tubercolosi, polmonite, morbo del legionario, pertosse, antrace (o carbonchio). Malattie della pelle Erisipela, foruncolosi, favo, impetigine, acne, infezioni di ferite chirurgiche o accidentali, lebbra (malattia di Hansen). Malattie dell’apparato digerente Gastroenteriti, avvelenamenti alimentari, dissenteria, colera, ulcera peptica, carie dentaria. Malattie del sistema nervoso Botulismo, tetano, lebbra, meningiti spinali. Malattie sistemiche Tularemia, malattia di Lyme. 25 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012

I procarioti sono cosmopoliti e sono importanti in campo ecologico I batteri contribuiscono a riciclare i nutrienti derivati dalla decomposizione dei resti vegetali e animali, vengono utilizzati negli impianti di depurazione delle acque reflue e per il biorisanamento di suoli contaminati con sostanze inquinanti. Prima Impianto di depurazione delle acque reflue Dopo Biorisanamento 26 Sylvia S. Mader Immagini e concetti della biologia © Zanichelli editore, 2012