Biologia per Majors I

Elenca le caratteristiche che definiscono la vita biologica

La biologia è la scienza che studia la vita, ma cos’è esattamente la vita? Questo può sembrare una domanda stupida con una risposta ovvia, ma non è sempre facile definire la vita. Ad esempio, una branca della biologia chiamata virologia studia i virus, che presentano alcune delle caratteristiche delle entità viventi ma ne mancano altre., Si scopre che sebbene i virus possano attaccare gli organismi viventi, causare malattie e persino riprodursi, non soddisfano i criteri che i biologi usano per definire la vita. Di conseguenza, i virologi non sono biologi, in senso stretto. Allo stesso modo, alcuni biologi studiano l’evoluzione molecolare precoce che ha dato origine alla vita; poiché gli eventi che hanno preceduto la vita non sono eventi biologici, questi scienziati sono anche esclusi dalla biologia nel senso stretto del termine.,

Fin dai suoi primi inizi, la biologia ha lottato con queste domande: Quali sono le proprietà condivise che rendono qualcosa di “vivo”? E una volta che sappiamo che qualcosa è vivo, come possiamo trovare livelli significativi di organizzazione nella sua struttura?,

Proprietà della Vita

Tutti gli organismi viventi condividono alcune caratteristiche chiave o funzioni, l’ordine, la sensibilità di reazione o per l’ambiente, la riproduzione, la crescita e lo sviluppo, il regolamento, l’omeostasi, l’energia e l’elaborazione. Se viste insieme, queste caratteristiche servono a definire la vita.

Ordine

Figura 1., Un rospo rappresenta una struttura altamente organizzata costituita da cellule, tessuti, organi e sistemi di organi.

Gli organismi sono strutture altamente organizzate e coordinate costituite da una o più cellule. Anche gli organismi unicellulari molto semplici sono notevolmente complessi: all’interno di ogni cellula, gli atomi costituiscono molecole; questi a loro volta costituiscono organelli cellulari e altre inclusioni cellulari.

Negli organismi multicellulari (Figura 1), cellule simili formano tessuti. I tessuti, a loro volta, collaborano per creare organi (strutture corporee con una funzione distinta). Gli organi lavorano insieme per formare sistemi di organi.,

Sensibilità o risposta agli stimoli

Gli organismi rispondono a stimoli diversi. Ad esempio, le piante possono piegarsi verso una fonte di luce, arrampicarsi su recinzioni e muri o rispondere al tatto (Figura 2).

Figura 2.Le foglie di questa pianta sensibile (Mimosa pudica) si abbassano istantaneamente e si piegano quando vengono toccate. Dopo alcuni minuti, la pianta ritorna normale. (credit: Alex Lomas)

Anche piccoli batteri possono muoversi verso o lontano da sostanze chimiche (un processo chiamato chemiotassi) o luce (fototassi)., Il movimento verso uno stimolo è considerato una risposta positiva, mentre il movimento lontano da uno stimolo è considerato una risposta negativa.

Guarda questo video per vedere come le piante rispondono a uno stimolo—dall’apertura alla luce, all’avvolgimento di un viticcio attorno a un ramo, alla cattura della preda.

Riproduzione

Gli organismi unicellulari si riproducono prima duplicando il loro DNA e poi dividendolo equamente mentre la cellula si prepara a dividersi per formare due nuove cellule. Gli organismi multicellulari spesso producono cellule germinali riproduttive specializzate che formeranno nuovi individui., Quando si verifica la riproduzione, i geni contenenti DNA vengono trasmessi alla prole di un organismo. Questi geni assicurano che la prole appartenga alla stessa specie e avrà caratteristiche simili, come dimensioni e forma.

Crescita e sviluppo

Figura 3. Anche se non ci sono due si assomigliano, questi cuccioli hanno ereditato geni da entrambi i genitori e condividono molte delle stesse caratteristiche.

Gli organismi crescono e si sviluppano seguendo istruzioni specifiche codificate dai loro geni., Questi geni forniscono istruzioni che dirigeranno la crescita e lo sviluppo cellulare, assicurando che i giovani di una specie (Figura 3) crescano fino a mostrare molte delle stesse caratteristiche dei suoi genitori.

Regolazione

Anche gli organismi più piccoli sono complessi e richiedono molteplici meccanismi regolatori per coordinare le funzioni interne, rispondere agli stimoli e far fronte agli stress ambientali. Due esempi di funzioni interne regolate in un organismo sono il trasporto di nutrienti e il flusso sanguigno., Gli organi (gruppi di tessuti che lavorano insieme) svolgono funzioni specifiche, come trasportare ossigeno in tutto il corpo, rimuovere i rifiuti, fornire nutrienti a ogni cellula e raffreddare il corpo.

Omeostasi

Figura 4. Gli orsi polari (Ursus maritimus) e altri mammiferi che vivono in regioni coperte di ghiaccio mantengono la loro temperatura corporea generando calore e riducendo la perdita di calore attraverso una folta pelliccia e un denso strato di grasso sotto la loro pelle., (credit: “longhorndave” / Flickr)

Per funzionare correttamente, le cellule devono avere condizioni appropriate come temperatura adeguata, pH e concentrazione appropriata di diverse sostanze chimiche. Queste condizioni possono, tuttavia, cambiare da un momento all’altro. Gli organismi sono in grado di mantenere le condizioni interne all’interno di un intervallo ristretto quasi costantemente, nonostante i cambiamenti ambientali, attraverso l’omeostasi (letteralmente, “stato stazionario”)—la capacità di un organismo di mantenere condizioni interne costanti., Ad esempio, un organismo deve regolare la temperatura corporea attraverso un processo noto come termoregolazione. Gli organismi che vivono in climi freddi, come l’orso polare (Figura 4), hanno strutture corporee che li aiutano a resistere alle basse temperature e a conservare il calore corporeo. Strutture che aiutano in questo tipo di isolamento includono pelliccia, piume, grasso e grasso. Nei climi caldi, gli organismi hanno metodi (come il sudore negli esseri umani o ansimando nei cani) che li aiutano a spargere il calore corporeo in eccesso.

Elaborazione dell’energia

Tutti gli organismi utilizzano una fonte di energia per le loro attività metaboliche., Alcuni organismi catturano l’energia dal sole e la convertono in energia chimica nel cibo( fotosintesi); altri usano l’energia chimica nelle molecole che assumono come cibo (respirazione cellulare).

Figura 5. Il condor della California (Gymnogyps californianus) utilizza energia chimica derivata dal cibo per alimentare il volo. I condor della California sono una specie in via di estinzione; questo uccello ha un tag alare che aiuta i biologi a identificare l’individuo.,

Livelli di organizzazione degli esseri viventi

Gli esseri viventi sono altamente organizzati e strutturati, seguendo una gerarchia che può essere esaminata su una scala da piccola a grande. L’atomo è l’unità più piccola e fondamentale della materia. Consiste di un nucleo circondato da elettroni. Gli atomi formano molecole. Una molecola è una struttura chimica costituita da almeno due atomi tenuti insieme da uno o più legami chimici., Molte molecole che sono biologicamente importanti sono macromolecole, grandi molecole che sono tipicamente formate da polimerizzazione (un polimero è una grande molecola che è fatta combinando unità più piccole chiamate monomeri, che sono più semplici delle macromolecole). Un esempio di macromolecola è l’acido desossiribonucleico (DNA) (Figura 6), che contiene le istruzioni per la struttura e il funzionamento di tutti gli organismi viventi.

Figura 6. Tutte le molecole, inclusa questa molecola di DNA, sono composte da atomi., (credit: “brian0918″/Wikimedia Commons)

Alcune cellule contengono aggregati di macromolecole circondate da membrane; queste sono chiamate organelli. Gli organelli sono piccole strutture che esistono all’interno delle cellule. Esempi di organelli includono mitocondri e cloroplasti, che svolgono funzioni indispensabili: i mitocondri producono energia per alimentare la cellula, mentre i cloroplasti consentono alle piante verdi di utilizzare l’energia alla luce solare per produrre zuccheri. Tutti gli esseri viventi sono fatti di cellule; la cellula stessa è la più piccola unità fondamentale di struttura e funzione negli organismi viventi., (Questo requisito è il motivo per cui i virus non sono considerati viventi: non sono fatti di cellule. Per creare nuovi virus, devono invadere e dirottare il meccanismo riproduttivo di una cellula vivente; solo allora possono ottenere i materiali di cui hanno bisogno per riprodursi.) Alcuni organismi sono costituiti da una singola cellula e altri sono multicellulari. Le cellule sono classificate come procariotiche o eucariotiche. I procarioti sono organismi unicellulari o coloniali che non hanno nuclei o organelli legati alla membrana; al contrario, le cellule degli eucarioti hanno organelli legati alla membrana e un nucleo legato alla membrana.,

Negli organismi più grandi, le cellule si combinano per creare tessuti, che sono gruppi di cellule simili che svolgono funzioni simili o correlate. Gli organi sono raccolte di tessuti raggruppati insieme che svolgono una funzione comune. Gli organi sono presenti non solo negli animali ma anche nelle piante. Un sistema di organi è un livello superiore di organizzazione costituito da organi funzionalmente correlati. I mammiferi hanno molti sistemi di organi. Ad esempio, il sistema circolatorio trasporta il sangue attraverso il corpo e da e verso i polmoni; include organi come il cuore e i vasi sanguigni. Gli organismi sono entità viventi individuali., Ad esempio, ogni albero in una foresta è un organismo. Procarioti unicellulari e eucarioti unicellulari sono anche considerati organismi e sono tipicamente indicati come microrganismi.

Tutti gli individui di una specie che vivono all’interno di un’area specifica sono collettivamente chiamati una popolazione. Ad esempio, una foresta può includere molti pini. Tutti questi pini rappresentano la popolazione di pini in questa foresta. Popolazioni diverse possono vivere nella stessa area specifica., Ad esempio, la foresta con i pini comprende popolazioni di piante da fiore e anche insetti e popolazioni microbiche. Una comunità è la somma delle popolazioni che abitano una particolare area. Ad esempio, tutti gli alberi, i fiori, gli insetti e le altre popolazioni di una foresta formano la comunità della foresta. La foresta stessa è un ecosistema. Un ecosistema è costituito da tutti gli esseri viventi in una particolare area insieme alle parti abiotiche e non viventi di quell’ambiente come l’azoto nel suolo o l’acqua piovana., Al più alto livello di organizzazione (Figura 7), la biosfera è la raccolta di tutti gli ecosistemi e rappresenta le zone della vita sulla terra. Include terra, acqua e persino l’atmosfera in una certa misura.

Domanda pratica

Da un singolo organello all’intera biosfera, gli organismi viventi fanno parte di una gerarchia altamente strutturata.

Figura 7. Vengono mostrati i livelli biologici di organizzazione degli esseri viventi., Da un singolo organello all’intera biosfera, gli organismi viventi fanno parte di una gerarchia altamente strutturata., (credito “organelli”: la modifica, il lavoro di Umberto Salvagnin; credito “cellule”: la modifica, il lavoro di Bruce Wetzel, Harry Schaefer/ Istituto Nazionale dei tumori di credito “tessuti”: la modifica, il lavoro di Kilbad; Fama Clamosa; Mikael Häggström; credito “organi”: la modifica, il lavoro di Mariana Ruiz Villareal; credito “organismi”: la modifica, il lavoro di “Cristallo”/Flickr di credito “ecosistemi”: modificazione di lavoro dal US Fish and Wildlife Service Sede; di credito “biosfera”: modificazione di lavoro dalla NASA)

Quale delle seguenti affermazioni è falsa?,

1. I tessuti esistono all’interno degli organi, che esistono all’interno dei sistemi di organi.
2. Le comunità esistono all’interno delle popolazioni, che esistono all’interno degli ecosistemi.
3. Gli organelli esistono all’interno delle cellule, che esistono all’interno dei tessuti.
4. Le comunità esistono all’interno degli ecosistemi, che esistono nella biosfera.

Mostra risposta

L’istruzione b è falsa: le popolazioni esistono all’interno delle comunità.,

Controlla la tua comprensione

Rispondi alle domande qui sotto per vedere quanto bene comprendi gli argomenti trattati nella sezione precedente. Questo breve quiz non conta verso il vostro grado nella classe, e si può riprendere un numero illimitato di volte.

Usa questo quiz per verificare la tua comprensione e decidere se (1) studiare ulteriormente la sezione precedente o (2) passare alla sezione successiva.