TEST AMMISSIONE SCIENZE FORMAZIONE PRIMARIA SFP: riassunto Scienze della Terra e Biologia, Appunti di Scienze Biologiche

Scarica TEST AMMISSIONE SCIENZE FORMAZIONE PRIMARIA SFP: riassunto Scienze della Terra e Biologia e più Appunti in PDF di Scienze Biologiche solo su Docsity! Scienze della Terra L'Universo L’Universo è l’insieme di: • Stelle: corpi in continua evoluzione che emettono luce propria e calore. • Galassie: grandi ammassi costituiti dal raggruppamento di stelle. La galassia di cui fa parte il nostro Sistema Solare è nota come Via Lattea. • Pianeti. • Materia. • Energia. Le stelle Le stelle sono enormi sfere di gas caldissimo, fonti luminose ed elementi basilari delle galassie. Le stelle si originano: 1. condensazione di una nube di polveri e gas interstellari 2. coagulazione dei gas e collasso della nube 3. formazione della protostella 4. avvio delle reazioni termonucleari 5. trasformazione della protostella in stella. Le stelle più piccole per collassamento si trasformano in nane bianche, molto dense e destinate a raffreddarsi gradualmente. Le stelle delle dimensioni del sole possono trasformarsi in nova in seguito ad un'esplosione, mentre quelle ancora più grandi possono giungere allo stato di supernova. Le costellazioni Una costellazione è un gruppo di stelle che formano una linea o una figura immaginaria sulla sfera celeste. Tipicamente rappresenta un animale, una persona mitologica o una creatura, un dio o un oggetto inanimato. I raggruppamenti così formati sono delle entità esclusivamente prospettiche, a cui la moderna astronomia non riconosce alcun reale significato. L'Unione Astronomica Internazionale (UAI) divide il cielo in 88 costellazioni dai confini precisi in modo tale che ciascun punto del cielo appartenga a una sola costellazione. Le costellazioni visibili dalle latitudini settentrionali sono basate principalmente su quelle della tradizione dell'Antica Grecia, e i loro nomi richiamano figure mitologiche come Pegaso o Ercole; quelle visibili dall'emisfero australe sono state invece battezzate in età illuministica e i loro nomi sono spesso legati a invenzioni del tempo, come l'Orologio o il Microscopio. Le costellazioni che intersecano l'eclittica sono dette zodiacali. Esse sono tradizionalmente 12, ma osservando bene la disposizione delle costellazioni nel cielo se ne deve contare una in più, quella dell'Ofiuco, che porta il numero delle costellazioni zodiacali a 13. La costellazione dell'Orsa Minore La Stella Polare (Stella del Nord) è la stella più luminosa della costellazione dell'Orsa Minore e dista poco meno di 450 anni luce dalla Terra. Usata da secoli come punto di riferimento nella navigazione, è un vero e proprio faro nella notte, essendo un punto "fisso" nell'orbita celeste. 1 La costellazione di Orione Orione o il Cacciatore è un'importante costellazione, forse la più conosciuta del cielo, grazie alle sue stelle brillanti e alla sua posizione vicino all'equatore celeste, che la rende visibile dalla maggior parte del pianeta. Betelgeuse è la seconda stella più luminosa della costellazione di Orione, dopo Rigel, e mediamente la decima più brillante del cielo notturno vista ad occhio nudo, Le galassie Le galassie sono insiemi di polveri, gas e stelle tenuti insieme da forza di gravità. Hanno dimensioni variabili in base al numero di stelle presenti. Le particelle di gas e polveri costituiscono il mezzo interstellare presente tra le stelle delle galassie. Le galassie, in base alla forma, si classificano in: • galassie ellittiche: forma sferica o ovoidale, presenti stelle vecchie, colorazione rossastra • galassie a spirale: stelle vecchie al centro, stelle giovani nei bracci a spirale, colorazioni dal rosso al blu • galassie irregolari: forma non definita, presenti stelle giovani , nubi di gas e polveri. La Via Lattea è stata scoperta da Galileo Galilei e traccia nel cielo della nostra galassia. Ha la forma appiattita, sono presenti innumerevoli stelle. È classificata nella categoria galassie a spirale. È caratterizzata dal nucleo galattico e disco galattico e sono presenti ammassi globulari intorno al disco galattico. Quasar Un quasar (contrazione di QUASi-stellARradio source, cioè "radiosorgente quasi stellare") è un nucleo galattico attivo estremamente luminoso. Il nome deriva dal fatto che questi oggetti, la cui natura è stata controversa fino ai primi anni ottanta, furono inizialmente scoperti come potenti sorgenti radio, la cui controparte ottica risultava puntiforme come una stella. Si ritiene comunemente che tale grande luminosità sia originata dall'attrito causato da gas e polveri che cadono in un buco nero supermassiccio; essi formano un disco di accrescimento, che converte circa la metà della massa di un oggetto in energia. Il termine quasar fu coniato dall'astrofisico Hong-Yee Chiu nel 1964. Osservazioni nello spazio profondo fanno supporre che l'origine dei quasar sarebbe riconducibile alle collisioni tra galassie; queste durante le collisioni spingerebbero i gas verso i nuclei centrali sino al contatto con i buchi neri e conseguente rilascio di enormi quantità di energia radiativa. La teoria del Big Bang La teoria del Big Bang di George Gamow sostiene che l'Universo ebbe origine con una violenta esplosione dell’atomo primordiale. Secondo Gamow, l’Universo era denso e caldo prima dell’esplosione. Dopo l’esplosione si sarebbe raffreddato favorendo aggregazione materia e formazione nuclei, galassie e stelle. L'Universo ebbe origine 20 miliardi di anni fa. Di questa esplosione iniziale permane una traccia, la cosiddetta radiazione cosmica di fondo: deboli radiazioni elettromagnetiche provenienti da tutti i punti dell’Universo. 2 Le fasi lunari Le fasi lunari sono dovute al moto di rivoluzione della Luna e al suo conseguente ciclico cambiamento di posizione rispetto alla Terra e al Sole. Queste fasi si ripetono in un intervallo di tempo detto mese sinodico della durata di 29,5 giorni. Si tratta cioè dell'intervallo di tempi tra un plenilunio (= Luna piena) e il successivo e corrisponde al periodo che impiega la Luna per orbitare attorno alla Terra (moto di rivoluzione). La faccia illuminata è sempre quella rivolta verso il Sole. Le fasi lunari, per noi, sono i cambiamenti dell'aspetto della Luna percepiti dalla Terra. Prima fase: la Luna Nuova (Novilunio) Quando la Luna si trova allineata tra il Sole e la Terra si chiama Luna Nuova e segna l’inizio del ciclo lunare: è il momento del novilunio. Dalla Terra vediamo la faccia non illuminata dal Sole, per cui in cielo non vediamo la Luna, poiché la brillantezza del Sole la nasconde. Quando la Luna è esattamente allineata con Sole e Terra durante il novilunio, vediamo un'eclissi di Sole. Seconda fase: la Luna crescente La Luna si sposta quindi verso Est, e diventa man mano sempre più visibile dalla Terra, fino ad arrivare al primo quarto di Luna. In questa fase, la Luna è detta crescente: per noi, che abitiamo nell’emisfero Boreale, quando la luna è crescente la parte illuminata del disco lunare è a destra. Nell’emisfero australe invece quando la luna è crescere ad essere illuminata sarà la parte sinistra. Terza fase: la Luna Piena (Plenilunio) La Luna continua a percorrere l’orbita e quando arriva a metà la Terra si trova tra il Sole e la Luna: è il momento del plenilunio (Luna Piena), cioè quando vediamo l’intera faccia della Luna illuminata. L'eclisse di Luna si ha quando l'ombra della Terra oscura del tutto o parzialmente la Luna, Ossia quando la Luna è illuminata dal Sole e interseca l'asse nodale. Quarta fase: la Luna calante A questo punto, nella seconda metà del mese, inizia la fase calante della Luna: la parte illuminata diventa sempre più piccola e ripercorre le forme già viste prima della Luna Piena, ma con la gobba della Luna rivolta in direzione opposta. In questo caso, dall’emisfero Boreale vedremo la parte illuminata a sinistra. Si arriva quindi all’ultimo quarto di Luna, che ha così compiuto tre quarti del suo percorso, poi solo ad uno spicchio, una sorta di falce. Infine, avremo una Luna Nuova e ricomincerà il ciclo delle fasi lunari. 5 Per ricordare meglio come distinguere, dal nostro emisfero, la fase crescente da quella calante, imparate il proverbio: Gobba a ponente Luna crescente, gobba a levante Luna calante. Formazione della Luna Dell'origine della Luna non si hanno forme inconfutabili. Prima dell'età moderna delle esplorazioni spaziali, gli scienziati proposero tre teorie principali riguardo l'origine della Luna: • Ipotesi del distacco: il satellite si staccò dalla Terra quando questa si era appena formata; • Ipotesi della cattura: la Luna si sarebbe formata lontano dalla Terra e poi sarebbe stata “catturata” dal campo gravitazionale del nostro pianeta; • Ipotesi dell’aggregazione: la Luna si sarebbe formata indipendentemente in orbita terrestre per condensazione a partire dalla nebulosa solare primordiale. A partire dal 1975, però, lo studio delle rocce lunari e delle fotografie scattate sulla superficie del satellite avvalorarono una nuova ipotesi secondo cui quest'ultimo si sarebbe formato per accumulo di planetoidi. Secondo questa teoria che all'inizio del processo di formazione, almeno 4 miliardi di anni fa, il nostro pianeta venne colpito da un corpo di dimensioni paragonabili a quelle di Marte, il cosiddetto planetoide. L'impatto distrusse sia il corpo in sé, sia una parte del nostro pianeta. I detriti, entrati in orbita, si fusero formando la Luna. L'aspetto più debole della teoria dell'impatto di planetoidi è nel fatto che implichi che la Terra si sia fusa dopo l'impatto, mentre la geochimica terrestre non sembra indicare un processo così radicale L'atmosfera L'atmosfera è l'involucro gassoso che circonda un pianeta, trattenuto dalla forza di attrazione gravitazionale. I più grandi pianeti del sistema solare: Giove, Saturno, Urano e Nettuno hanno atmosfera composta da idrogeno, vapore acqueo, anidride carbonica, ammoniaca e metano. La Terra una volta comparsa la vita cambia radicalmente la sua composizione. L'atmosfera terrestre è composta da una miscela di gas chiamata aria. L'aria può essere secca e umida: • l'aria secca composta da azoto, ossigeno, argon, anidride carbonica, idrogeno, neon ; • l’aria umida composta da azoto, ossigeno, argon, anidride carbonica, idrogeno, neon e vapore acqueo la cui percentuale dipende dall’altitudine dalla temperatura. All'aumentare dell'altezza, la densità diminuisce esponenzialmente, per cui il 95% della massa atmosferica occupa i primi 20 km e il 99,9% si trova nei primi 50 km. Gli strati dell'atmosfera La suddivisione secondo il gradiente termico verticale individua quattro strati fondamentali dell'atmosfera che, dal basso (dalla Terra) verso l'alto, sono così denominati: troposfera, stratosfera, mesosfera e termosfera. • Troposfera: la parte più bassa a contatto con il suolo (12 km di altezza). Qui è contenuto quasi tutto il vapore acqueo dell’atmosfera. I fenomeni atmosferici hanno luogo solo nei primi chilometri di atmosfera. Questo è il luogo della vita, ossia la biosfera: costituito dallo spazio aereo, terrestre e acquatico della Terra abitato da organismi viventi. 6 • Tropopausa costituisce il limite superiore della troposfera, la cui altezza non è costante intorno a tutta la Terra. In corrispondenza di queste discontinuità si hanno le correnti a getto ossia forti correnti d’aria che regolano il tempo meteorologico di tutto il pianeta. • Stratosfera: circa 50 km di altezza dove il gradiente termico si inverte e la temperatura aumenta con l’altezza dal suolo. Si ha una parziale stratificazione dell’aria data dalla diminuzione dei moti verticali uniti alla quasi totale mancanza di vapore acqueo che impedisce la formazione di corpi nuvolosi di una certa consistenza. L’aumento della temperatura è dovuto alla presenza di ozono. L'ozono è una molecola formata da tre atomi di ossigeno e ottenuta dalla combinazione di una molecola biatomica di ossigeno con un atomo di ossigeno per assorbimento della radiazione ultravioletta solare). ◦ Ozonosfera: fascia che si trova intorno ai 20-30 km della stratosfera, dove si registra la massima concentrazione di ozono. Buco dell'ozono: lo strato di ozono, che è uno schermo per le radiazioni ultraviolette, si riduce a causa di emissioni di freon nell’atmosfera. Il freon è un insieme di composti organici gassosi con fluoro e cloro noti come clorofluorocarburi. • Stratopausa: il limite superiore della stratosfera. • Mesosfera: dove la temperatura ricomincia a diminuire con l'altezza e intorno ai 95 km si raggiunge la temperatura minima di -75°C. • Mesopausa: divide quest’ultima dall’alta atmosfera • Alta atmosfera o eterosfera: i gas si distribuiscono a strati in base alla loro densità. Il Sole Il Sole è una stella formata da idrogeno ed elio ad altissime densità e temperature. La massa è tale da rappresentare più del 99% della materia che forma l’intero sistema solare. È formato da un nucleo dove si raggiungono temperature di 15 milioni di gradi e avvengono le reazioni termonucleari che trasformano l’idrogeno in elio. La differenza di massa tra elio e idrogeno viene emessa sottoforma di energia: onde elettromagnetiche ad alta energia, elettroni, positroni e neutroni. All’esterno de nucleo troviamo: zona radiativa, zona convettiva, fotosfera e atmosfera (che comprende cromosfera e corona). Le particelle prodotte nel nucleo riescono ad attraversare tutti gli strati del sole e a giungere fino alla terra. La radiazione solare Il cielo appare blu perché l’umidità dell’atmosfera disperde maggiormente la frequenza della luce solare corrispondenti al blu. Il Sole emette energia sotto forma di radiazioni elettromagnetiche costituiti da: • luce visibile, • raggi infrarossi • radiazioni ultraviolette. 7 garantire la sopravvivenza del bioma forestale. • Deserto con vegetazione scarsa o nulla a causa delle precipitazioni estremamente ridotte. Localizzazione: ampie fasce comprese tra 20° N e 20°þS. IL PIANETA TERRA La forma La Terra, che in prima approssimazione può essere vista come una sfera, appare precisamente come un ellissoide, solido che si ottiene facendo ruotare un’ellisse intorno all’asse minore. In definitiva la terra è un solido dalla forma particolare, detto geoide. I movimenti Moto di rotazione: quando la Terra ruota intorno al proprio asse da ovest a est, la Terra compie un intero giro in un giorno. È dal moto di rotazione che dipende l'alternarsi del giorno e della notte. Moto di rivoluzione: quando la terra gira intorno al sole compiendo una rivoluzione completa in un anno. • Il punto in cui la parte più vicina al Sole viene detta perielio e la distanza è pari a 147 milioni di chilometri, • Il punto in cui è più lontana dal Sole viene detto afelio e la distanza e 152 milioni di chilometri. La linea che unisce afelio e perielio è detta linea degli absidi. Moto apparente: Il moto che il Sole compie nel cielo, da quando sorge, a est, a quando tramonta, a ovest. In realtà è la Terra che gira su se stessa, intorno al proprio asse. Tale movimento, detto rotazione terrestre, avviene in senso antiorario, da ovest verso est, con una velocità di circa 1600 km/h. Una conseguenza del moto di rotazione della Terra è il moto apparente delle stelle: chi come noi è sulla Terra ha l'impressione che sia il cielo stellato a girare. Equinozi L'equinozio (dal latino aequĭnoctĭum, derivato a sua volta dalla locuzione aequa nox, cioè «notte uguale (per durata) al dì») è quel momento della rivoluzione terrestre intorno al Sole in cui, il Sole si trova allo zenit dell'equatore. Esso ricorre due volte durante l'anno solare e in quel momento il periodo diurno, ovvero quello di esposizione alla luce del Sole, e quello notturno sono uguali, giungendo i raggi solari perpendicolarmente all'asse di rotazione della Terra. Gli equinozi occorrono: • EQUINOZIO DI PRIMAVERA: a marzo (orientativamente intorno al 21 marzo) • EQUINOZIO D'AUTUNNO: a settembre (orientativamente intorno al 23 settembre) del calendario civile. Nell'emisfero boreale (dove viviamo noi) l'equinozio di marzo segna la fine dell'inverno e l'inizio della primavera, mentre quello di settembre termina l'estate e introduce l'autunno. Viceversa accade nell'emisfero australe, dove l'autunno inizia all'equinozio di marzo e la primavera a quello di settembre. 10 Solstizi Il solstizio (in latino: solstitium, composto da sol-, “sole” e -sistere, “fermarsi”) è, in astronomia, il momento in cui il Sole raggiunge, nel suo moto apparente lungo l’eclittica, il punto di declinazione massima o minima. Il fenomeno è dovuto all’inclinazione dell’asse di rotazione terrestre rispetto all’eclittica. Nel corso di un anno il solstizio ricorre due volte: • SOLSTIZIO D'ESTATE: il Sole raggiunge il valore massimo di declinazione positiva nel mese di giugno (20 o 21), segnando l’inizio dell’estate boreale e dell’inverno australe. I raggi, a mezzogiorno cadono perpendicolari al piano dell'osservatore posto sul parallelo del tropico del Cancro. • SOLSTIZIO D'INVERNO: Sole raggiunge il valore massimo di declinazione negativa in dicembre (21 o 22), marcando altresì l’inizio dell’inverno boreale e dell’estate australe. Il Sole è allo zenit a mezzoggiorno su un parallelo detto tropico del Capricorno. Il solstizio ritarda ogni anno di circa 6 ore rispetto all’anno precedente (più precisamente (5h 48′ 46″) e si riallinea forzosamente ogni quattro anni in corrispondenza dei bisestili, introdotti proprio per evitare la progressiva divergenza delle stagioni con il calendario. A causa di tali variazioni può capitare che i solstizi cadano il 20 o il 21 giugno oppure il 21 o 22 dicembre. L'interno della Terra La Terra si compone di involucri concentrici che partendo dalla superficie terrestre e arrivando al centro del pianeta siano: la crosta, il mantello e il nucleo separati gli uni dagli altri da superfici di discontinuità ossia zone caratterizzate da una sostanziale variazione delle caratteristiche fisico- chimiche della materia. La crosta è l’involucro più interno del pianeta e ne costituisce meno dell’1% della massa totale ed è diviso in: • crosta continentale: composizione fortemente eterogenea • crosta oceanica: molto più regolare. La discontinuità di Mohorovicic separa la crosta dal mantello e nell’attraversarla le onde sismiche che si propagano in profondità subiscono una brusca accelerazione. Il mantello costituisce la porzione del pianeta compresa tra la crosta e il nucleo e quindi occupa la maggior parte della Terra. La sua composizione non è omogenea: al suo interno esistono altre tre superfici di discontinuità rispettivamente a 400,650 e 1050 km e la parte di mantello compresa tra i 400 e 1050 km e detta zona di transizione. La discontinuità di Gutenberg separa il mantello dal nucleo, si trova alla profondità di 2900 Km fino al centro della Terra. Qua c'è di nuovo una nuova e brusca diminuzione di velocità delle onde sismiche. Il nucleo è la parte più interna del pianeta, si esistente da una profondità di circa 2900 km fino al centro della terra. È suddiviso in: • nucleo esterno: allo stato liquido • nucleo interno: allo stato solido. Quest’ultimo è probabilmente vicino al punto di fusione o anche parzialmente fuso. Al centro della terra la temperatura è di circa 4000°. 11 La teoria della tettonica delle placche La definizione precisa di questa teoria risale agli anni 1967-1968. Questa ipotesi spiega l’attività tettonica e sismica, attualmente presente nella parte più superficiale della Terra, come una conseguenza dell’interazione di un numero limitato di placche rigide, i cui contorni sono evidenziati dalle fasce sismiche presenti nel globo. Fondamentali per questa teoria furono l’ipotesi dell’espansione dei fondi oceanici secondo cui esistono lenti moti convertivi nel mantello: il materiale magmatico risale in corrispondenza delle dorsali medio-oceaniche, si muove lentamente, allontanandosi dagli assi delle stesse dove nuova crosta viene incessantemente prodotta. J. Morgan nel 1968 formula l’ipotesi che la superficie della terra potesse essere formata da alcune grandi placche con un’elevata rigidità di torsione. Nel corso del tempo vari uomini di scienza suggerirono l’idea di un antico assemblaggio fra i continenti e di una loro successiva separazione. La teoria della deriva dei continenti La teoria della deriva dei continenti che passo alla storia fu elaborata tra il 1910 1930 dal geofisico Alfred Wegener: noto la marcata corrispondenza tra le linee di costa in entrambi i lati dell’oceano Atlantico e ipotizzò che i continenti avessero potuto muoversi in senso laterale. La teoria si basa sull’ipotetica esistenza all’inizio del Mesozoico (era geologica, compresa fra Paleozoico e Cenozoico, quindi all'incirca tra 250 e 65 milioni di anni fa) di un grande supercontinente detto Pangea che si sarebbe suddiviso in grandi blocchi successivamente andati alla deriva sulla superficie terrestre. La presenza resti fossili del Mesosauro, vissuto 250 milioni di anni fa, in Sud America e in Africa è una prova della deriva dei continenti. Il mosaico globale rappresenta la suddivisione della litosfera in placche o zolle litosferiche con dimensioni variabili. Le principali sono dodici (sei molto grandi e sei molto piccole), ma ve ne sono altre. Queste placche sono litosferiche e non “crostali” perché la litosfera è la parte superficiale mobile ed elastica della Terra comprendente la crosta e la parte sommitale del mantello. La zona litosferica ricopre uno strato più plastico detto astenosfera in cui le rocce si trovano vicino al punto di fusione e in cui il materiale può muoversi lateralmente per ristabilire l’equilibrio isostatico. La sismicità terrestre definisce quindi un mosaico di placche movimento relativo tra loro delimitate da tre tipi di margini: • margini in accrescimento (costruttivi o divergenti): dove le placche si separano l’una dall’altra e si genera continuamente nuova crosta oceanica; • margini in consunzione (distruttivi o convergenti) nelle zone di subduzione le placche convergono e una di esse sprofonda nell’astenosfera consumandosi; • margini conservativi o trasformi: lungo le grandi fratture che solcano le dorsali oceaniche e le grandi faglie continentali a scorrimento orizzontale, le placche si muovono le une rispetto alle altre senza un accrescimento né consunzione. Il complesso meccanismo che fa muovere le placche non è ancora conosciuto. Esiste una sostanziale concordanza nell'attribuirne la causa a correnti convettive, ovvero spostamenti di materiali allo stato solido, generati da squilibri termini esistenti nell'astenosfera. 12 Rocce sedimentarie I frammenti si producono a causa della disgregazione e dell’erosione delle rocce e sono trasportati dall’acqua e depositati su terre emerse o sul fondo del mare. La deposizione dei frammenti è detta sedimentazione. I sedimenti si accumulano in strati sovrapposti e vanno incontro a litificazione, cioè vengono trasformati in roccia consolidata. La litificazione avviene attraverso due processi: • la compattazione: dovuta al peso degli strati sovrastanti • la cementazione: dovuta alla precipitazione di sostante sciolte in acqua. Si formano così tre tipi di rocce: • Rocce elastiche: dovute all’accumulo di frammenti giunti dalla disgregazione di altre rocce e classificati in base alla dimensione dei clasti in: ◦ conglomerati: ciottoli con diametro superiore a 2 mm, ◦ arenarie: particelle con diametro compreso tra 1 e 0.6mm ◦ argilliti: particele con diametro inferiore a 0.6 mm. • Rocce organogene: derivate dall’accumularsi di resti di organismi e le più diffuse sono i calcari, formati da calcite. • Rocce chimiche: derivano dalle precipitazioni di sostanze sciolte in acqua e grazie e tale processo si formano le stalattiti e le stalagmiti. Rocce metamorfiche La temperatura e la pressione innescano il metamorfismo, processo mediante il quale si formano le rocce metamorfiche, derivate dalla modificazione della struttura e della composizione mineralogica delle rocce magmatiche e sedimentarie. Si possono distinguere due tipi di metamorfismo: 1. Metamorfismo regionale: riguarda porzioni molto estese della crosta terrestre e si verifica quando i movimenti della crosta terrestre coinvolgono masse di rosse magmatiche o sedimentarie sottoposte a temperature crescenti e a pressioni forti. 2. Metamorfismo di contatto: quando una massa di magma incandescente risale attraverso la crosta, oppure si ferma all’interno di questa, provocando un forte aumento di temperatura nelle rocce in cui viene a contatto. Lo spessore di queste rocce varia da qualche centimetro al chilometro a seconda delle dimensioni della massa di magma e dal tipo di rocce. I Terremoti La sismologia è una branca della geofisica che studia i terremoti e la struttura interna della terra sulla base delle onde sismiche generate dai terremoti stessi e da sorgenti artificiali. Il terremoto è una vibrazione naturale del terreno provocata dalla frattura di grosse masse di roccia all’interno della crosta terrestre. Secondo la teoria della reazione elastica (o del rimbalzo) un blocco costale quando viene sottoposto a sforzi di compressione o stiramento non si frattura subito, ma se deforma lentamente immagazzinando nello stesso tempo energia elastica, che può accumularsi anche per centinaia di anni e quando lo sforzo supera il punto critico (limite elastico) le rocce si fratturano improvvisamente. Con altrettanta rapidità l’energia elastica si sprigiona sotto forma di intense vibrazioni, chiamate onde sismiche. Il terremoto nella maggior parte dei casi è provocato dallo scorrimento di masse rocciose in corrispondenza di una frattura o faglia all’interno della litosfera. Per faglia si intende una frattura scomposta della crosta terreste lungo i cui piani (piani di faglia) si verifica un movimento relativo delle due parti in cui la crosta risulta divisa. 15 Una delle faglie più grandi e famose della Terra è la faglia di Sant’Andrea in California che passa vicino a San Francisco e si estende per 5000 km. L’ipocentro o fuoco è luogo preciso nel sottosuolo dove si origina il terremoto. Il punto corrispondente sulla superficie terrestre è chiamato epicentro. Se l'epicentro si trova in mare si ha il cosiddetto maremoto, che formano lo tsunami, cioè onde improvvise L’idrosfera - l'acqua L’insieme delle acque sulla Terra (superficiali, sotterranee ed atmosferiche) è chiamato idrosfera. L'acqua compone i tre quarti della superficie terrestre negli stessi organismi viventi sono composti prevalentemente da acqua. La maggior parte dell’acqua del pianeta è accumulata: • negli oceani e nei mari; • i ghiacci delle zone polari costituiscono la riserva più consistente di acqua dolce; • le acque sotterranee rappresenta invece solo un duecentesimo dell’acqua totale; • le acque dei laghi dei fiumi rappresenta una percentuale ancora inferiore. L’acqua non si deposita costantemente in uno dei suoi bacini di raccoglimento naturale ma compie un ciclo continuo dagli oceani alla terraferma e viceversa, questo percorso prende il nome di ciclo dell’acqua. Il motore del ciclo idrologico è il Sole: il riscaldamento favorisce l’evaporazione delle superfici liquide. Il vapore acqueo entra in atmosfera per essere trasportato ovunque dagli spostamenti delle masse d’aria. L'acqua torna poi sulla superficie terrestre sotto forma di pioggia, neve, grandine e precipitazioni occulte (brina e rugiada). La quantità d'acqua che cade sulla terraferma è decisamente superiore a quella evaporata e quindi l’acqua in eccesso deve tornare al mare. Sotto effetto della forza di gravità, l’acqua caduta scivola sul terreno, si raccoglie in fiumi, in grossi laghi, penetra nel terreno, torno in superficie da sorgenti più a valle infine giunge al mare. Nel terreno sono presenti le falde acquifere, ossia uno strato acquifero, non in pressione, formato da quella parte delle acque meteoriche che, penetrata nel terreno, ne attraversa gli strati permeabili, arrestandosi su un fondo impermeabile sul quale si innalza fino a una certa altezza. La falda può essere: • freatica se tutto il terreno al di sopra di essa, fino all’atmosfera, è permeabile (ovvero semipermeabile, con vasi capillari) • artesiana: se la falda, per flusso sotterraneo di acqua, è compresa tra due strati impermeabili. Si parla di bilancio idrologico per indicare i trasferimenti d’acqua sul pianeta, che sono perfettamente ciclici. L’acqua piovana e quella ricavata dalle precipitazioni ha un contenuto di sali molto inferiore a quello dell’acqua di mare. La pioggia si raccoglie in fiumi, laghi, ghiacciai, bacini sotterranei per poi evaporare o arrivare lentamente al mare. Il basso contenuto di sali delle acque piovane cadute sulla terraferma e raccolte nei vari bacini idrologici giustifica la definizione di acque dolci. Si parla di piogge acide quando l'abbassamento del Ph naturale delle precipitazioni è causato dall’emissione nell’atmosfera, di quantità massicce di zolfo e azoto, provenienti da scarichi industriali e automobilistici, che a contatto con goccioline di vapore acqueo diventano acido solforico e acido nitrico. 16 Oceani e mari Gli oceani coprono più del 75% della superficie della terra e contengono più del 97% dell’acqua totale disponibile. La salinità media delle acque marine è pari al 35 per 1000, ossia ogni litro contiene mediamente 35 g di sale. La salinità non è costante in tutti mari: all’equatore le frequenti precipitazioni e l’apporto di acque dolci dei fiumi abbassano la salinità; nei mari chiusi (Mar Rosso, Golfo Persico) la salinità arriva anche al 43%. Il valore più basso della salinità è stato registrato nel Mar Baltico (4%), dove l'evaporazione è quasi nulla e molti fiumi immettono in mare acqua dolce. Ossigenazione e vita nel mare L'atmosfera scambia in continuazione i gas che la formano con la superficie del mare. Il rimescolamento della acqua superficiali legato al moto ondoso fa si che fino a 200m l’ossigenazione è elevata. Al di sotto, la mancanza di luce impedisce la crescita delle alghe e il poco ossigeno presente viene consumato dei batteri per la decomposizione dei resti organici. Nelle acque marine si forma una zona di minimo d'ossigeno. La quantità di gas che può trovarsi disciolto nell’acqua dipende anche dalla temperatura: nell’acqua fredda si può sciogliere più ossigeno che in quella calda infatti il mare del Nord e di conseguenza molto ossigenato. Si parla di eutrofizzazione quando l'acqua è alterata a causa dell'aumento di alghe. Le correnti marine A livello locale, piccole variazioni di densità, temperatura e salinità creano movimenti di intere masse d'acqua. Le grandi correnti oceaniche sono legate alla circolazione atmosferica. Accanto alla circolazione superficiale si riconosce anche una circolazione profonda: l’acqua alle alte latitudini si raffredda fino a trasformarsi in ghiaccio e nel cambiamento di stato i sali rimangono disciolti nell’acqua aumentando la salinità. Quest’acqua fredda è molto salata, ha un’alta densità e si incunea in profondità dove inizia il lento movimento verso latitudini minori: tali correnti interessano soprattutto l’emisfero australe. La corrente del Golfo, insieme alla corrente nord-atlantica, è una potente corrente oceanica calda dell'emisfero boreale, presente nell'Oceano Atlantico Settentrionale. Nasce nel golfo del Messico trasportando acqua calda tropicale verso il nord dell'Atlantico. Quando poi questa si raffredda in prossimità del circolo polare artico, si inabissa, dopodiché il ciclo ricomincia. Tale corrente è di vitale importanza per la mitigazione del clima dei paesi europei che si affacciano sull'Oceano Atlantico: Portogallo, Spagna, Francia, Irlanda, Gran Bretagna, Islanda, Belgio, Olanda e il Nord della Germania, con la sua influenza che si estende fino alla Scandinavia e oltre. Le maree La marea è un periodico innalzamento e abbassamento del livello del mare ed è dovuta dalla congiunta attrazione gravitazionale della Luna e del Sole sulla Terra unitamente alla forza centrifuga dovuta alla rotazione terrestre. Le maree sono legate maggiormente al moto apparente della Luna (minore distanza dalla Terra): quando la Luna passa sul meridiano, l’acqua del mare, si solleva leggermente formando l'alta marea. Le maree di maggiore intensità si verificano alle alte altitudini. quando contemporaneamente dall'altra parte della Terra la forza centrfuga, che è maggiore per la maggior distanza dal centro di rotazione del sistema Terra-Luna, supera l'attrazione 17 La riduzione dell'utilizzo delle fonti non rinnovabili, l'implementazione di energie rinnovabili e l'aumenti dell'efficienza energetica si traduce in una mitigazione dei cambiamenti climatici e nei conseguenti benefici economici. I pesticidi sono sostanze chimiche utilizzate per l’eliminazione di parassiti di varia natura dalle colture, dagli animali domestici dagli ambienti abitati dall’uomo. Possono recare grave danno all’ambiente in quanto non biodegradabili. Una sostanza è biodegradabile se può essere del tutto in parte degradata dagli organismi decompositori o da fattori chimico-fisico. L'etologia, o biologia comportamentale, è la branca della biologia e della zoologia che studia il comportamento animale. La moderna disciplina scientifica studia l'espressione comportamentale degli animali nel loro ambiente naturale (compreso l'uomo), seguendo gli stessi criteri con i quali viene condotta la ricerca in altri campi della biologia. Konrad Lorenz è considerato il padre fondatore della disciplina. La biodiversità La biodiversità viene tradizionalmente definita come la varietà di tutte le forme di vita presenti sulla Terra. Essa comprende il numero di specie, le loro variazioni genetiche e l'interazione di queste forme viventi all'interno di ecosistemi complessi. La Sardegna Dal punto di vista biogeografico, l’area mediterranea ricade nella regione Paleartica che comprende al suo interno un’ampia porzione di mondo: l’Europa, gran parte dell’Asia, il nord Africa, l’islanda, gli arcipelaghi delle Canarie e delle Azzorre. Il bacino del Mar Mediterraneo, il cui nome significa proprio mare circondato dalle terre, con le sue aree continentali prospicienti e le sue isole, viene indicato come la sottoregione mediterranea. Qui domina il bioma a macchia mediterranea, caratterizzato da un assetto di specie ecologicamente coerente con lo spazio fisico e il clima definito mediterraneo, con inverni brevi, miti e poco piovosi e lunghe estati aride. La vegetazione è di tipo semi arido, dominata da piante arboree ed arbustive sempreverdi, con foglie coriacee (sclerofille), spesso spinose, con portamento e struttura che sono la risultante dall’adattamento al clima. Le differenze nei popolamenti insulari sono determinate fondamentalmente dall’origine geologica, dalla superficie territoriale e dalla distanza dalla terraferma. Anche l’altezza dei rilievi montuosi è un fattore molto importante perché influisce sul clima e determina, a parità di estensione territoriale, una maggiore complessità ambientale e, conseguentemente, una maggiore biodiversità. L’ambiente isolato favorisce e consente, infatti, la formazione di popolazioni, più o meno marcatamente distinte da quelle di origine, adattate all’ambiente che vengono distinte in specie, sottospecie o razze geografiche particolari. 20 Biologia Gli esseri viventi Gli esseri viventi e il loro funzionamento sono oggetto di studio della biologia. Ogni essere vivente è caratterizzato da proprietà che lo distinguono da un oggetto non vivente. Gli esseri viventi sono: • formati da una o più cellule; • crescono e si sviluppano; • si riproducono; • regolano il proprio metabolismo per garantire l’omeostasi ossia la stabilità dell’ambiente interno; • rispondono agli stimoli; • possiedono informazioni genetiche geni formati in tutti gli organismi (tranne alcuni virus) da DNA; • le popolazioni dei viventi sono soggette ad evoluzione le cui caratteristiche cambiano nel tempo adattandosi ai cambiamenti dell’ambiente circostante. La chiave delle differenze tra gli organismi viventi e gli oggetti non viventi è l’organizzazione ossia la coesistenza di parti diverse che cooperano in modo armonico allo svolgimento di funzioni vitali. Bioelementi e biomolecole Dei 92 elementi chimici naturali quattro sono i più abbondanti della materia vivente: ossigeno, carbonio, idrogeno e azoto (che formano il 95% del corpo umano). Questi elementi vengono combinati a formare le biomolecole ossia composti organici appartenenti a quattro classi principali: carboidrati, proteine, lipidi e acidi nucleici. • Carboidrati: composti ternari contenenti carbonio, ossigeno e idrogeno. Hanno un ruolo strutturale e funzionale. Vengono suddivisi in: ◦ Monosaccaridi: costituiti da brevi catene di atomi di carbonio. Il più importante è il glucosio, prodotto dalle piante verdi per fotosintesi e usato dagli organismi viventi come fonte di energia, dopo averlo rielaborato. ◦ Disaccaridi: formati da due unità monosaccaridiche, es. saccarosio e maltosio. ◦ Polisaccaridi: contengono molte unità monosaccaridiche, es. glicogeno e l'amido. ◦ Amminoacidi: sono composti contenenti i gruppi funzionali amminico (-NH2) e carbossilico (-COOH). Essi sono 20. • Proteine: risultanti dall’unione di 20 diversi amminoacidi. Hanno molteplici funzioni: strutturale, di recettoriale, di regolazione, di trasporto, di segnalazione, di deposito, di difesa, enzimatica. Gli enzimi sono proteine prodotte dalle cellule. • Lipidi: appartengono sostanze piuttosto eterogenee dal punto di vista chimico, accomunate soprattutto dalla somiglianza delle proprietà fisiche, in particolare all’insolubilità in acqua e la solubilità nei solventi organici non polari. I lipidi sono importanti sia come componenti strutturali sia come riserva di energia, oltre che come messaggeri chimici. I lipidi principali sono: ◦ Trigliceridi. ◦ Cere. ◦ Fosfolipidi. ◦ Steroidi. 21 • Nucleotidi o acidi nucleici: ◦ DNA: acido desossiribonucleico ◦ RNA: acido ribonucleico. Entrambi rappresentano un importante classe di polimeri biologici e svolgono ruoli fondamentali nell’ereditarietà e nella sintesi proteica. Le vitamine Le vitamine sono composti organici indispensabili per le attività biologiche degli esseri viventi. Esse devono essere necessariamente introdotte con gli alimenti in quanto non possono essere sintetizzate dall'organismo. La teoria cellulare Il termine cellula fu introdotto nel 1665 da Robert Hooke, ad oggi è universalmente riconosciuta una teoria unificante sulla natura degli organismi viventi, nota come la teoria cellulare formulata originariamente da Schleiden, Schwann e Virchow alla metà del XIX secolo. La teoria afferma che una cellula può essere definita come un elemento di piccole dimensioni delimitato da una membrana, contenente acqua e sostanze chimiche utili al suo funzionamento, dotato della capacità di produrre copie di se stesso, crescendo e dividendosi in due. Elementi fondamentali della teoria: • tutti gli organismi viventi sono composti da cellule; • la cellula è l’unità morfologica e fisiologica fondamentale nella struttura degli organismi viventi dei quali possiede tutte le proprietà caratteristiche; • ogni cellula deriva da un’altra cellula preesistente; • nelle cellule l’informazione genetica risiede nel DNA e viene trasmessa dalla cellula parentale alle cellule figlie durante la divisione cellulare. Tipi cellulari Ogni cellula è circondata è separata dall’ambiente esterno da una membrana cellulare all’interno della quale si trova il citoplasma, una soluzione acquosa in cui sono immersi i costituenti cellulari. La membrana cellulare (detta anche membrana plasmatica o plasmalemma) è un sottile involucro che regola lo scambio di materiali con l’esterno. È costituita da: • un doppio strato di fosfolipidi, • altri componenti presenti in minore quantità, come il colesterolo e glicolipidi, in cui sono inserite numerose proteine responsabili di importanti funzioni come recettori di ormoni, enzimi, proteine di trasporto, ecc. Nelle cellule più evolute le diverse funzioni sono assolte da strutture specializzate: • gli organelli (o organuli) citoplasmatici, • il DNA è separato dal citoplasma è racchiuso in un nucleo ben definito. In base alla presenza o meno di un nucleo vero e proprio le cellule sono divise in: cellule procariote e cellule eucariote. La cellula procariote Le cellule procariote sono le più piccole semplici e le più piccole cellule esistenti. Sono prive di organelli citoplasmatici delimitati da una membrana. Gli unici organelli sono i ribosomi e non possiedono un vero nucleo: il materiale genetico è disperso nel 22 Questo processo è chiamato respirazione cellulare, ossia il processo biochimico che consiste nella completa demolizione degli zuccheri, concludendo con la produzione di anidride carbonica e acqua. Equivale alla combustione degli alimenti che è alla base del buon funzionamento dell’apparato respiratorio. La respirazione cellulare è l’insieme dei processi metabolici con cui le cellule, a seguito della scomposizione dei nutrienti in molecole più semplici, ottengono più energia. Si tratta di un processo aerobico, ossia che avviene in presenza di ossigeno, e ha sede nei mitocondri. La principale molecola organica che viene utilizzata per ottenere energia è il glucosio: tutte le cellule provvedono a scomporlo per ricavarne energia. Pur essendo un processo continuo, si possono individuare tre fasi della respirazione cellulare: 1. Glicolisi, serie di reazioni all’interno del citoplasma catalizzate da un enzima specifico. 2. Ciclo di Krebs, processo di demolizione. 3. Fosforilazione, consente di ossidare l’ossigeno ad acqua. La fotosintesi clorofilliana (nutrimento) La fotosintesi clorofilliana è il processo biochimico delle piante che trasforma l'anidride carbonica (CO2) e l'acqua (H2O) assorbita dall’aria in zuccheri (glucosio) e carboidrati, ovvero il nutrimento fondamentale per l’alimentazione delle piante stesse. L’energia solare viene trasformata in energia chimica attraverso la clorofilla. Il prodotto organico della fotosintesi è il glucosio. Negli eucarioti la fotosintesi avviene nei cloroplasti. La clorofilla si chiama cosi perché è verde. È caratterizzata da due fasi fondamentali, quella luminosa e quella oscura: 1. Fase luminosa, produce energia sotto forma di ATP (adenosine trifosfato, ribonucleotide fondamentale per la sintesi dell’RNA); 2. Fase oscura, detta ciclo di Calvin, consente la trasformazione del carbonio inorganico (dell’anidride carbonica) in molecole di carbonio organico (ovvero del glucosio). 6 CO2 + 6H2O + energia solare → C6H12O6 + 6O2 Gli organismi che effettuano la fotosintesi clorofilliana sono detti autotrofi; mentre gli organismi (come animali funghi) che devono assumere le sostanze organiche dall’ambiente sono detti eterotrofi. 25 I virus I virus sono entità viventi ma non sono costituiti da cellule, per questo spesso vengono definiti oggetti biologici piuttosto che organismi. Le caratteristiche che li differenziano dagli altri viventi sono: • per riprodursi devono infettare le cellule ospiti da cui sfruttano gli enzimi e il sistema energetico. Possono essere definiti parassiti endocellulari obbligati; • sono capaci di sintetizzare autonomamente le proteine di cui sono formati; • sono costituiti da una molecola di acido nucleico contenente le informazioni genetiche relative alla sintesi dei propri elementi costitutivi racchiusa in un involucro di natura proteica detto capside; • hanno forma e dimensioni varie; • sono parassiti specifici: alcuni infettano solo cellule animali, alcuni solo cellule vegetali. I batteriofagi o fagi infettano solo cellule batteriche. La divisione cellulare La divisione cellulare è il processo che permette a una cellula di dare origine a due cellule figlie. Prima di ogni divisione cellulare il DNA si duplica, e ognuna delle due cellule che si originano dalla divisione ricevo una coppia di informazioni identica a quella della cellula madre. Questo processo deve garantire la distribuzione equa di DNA, citoplasma e degli organuli cellulari. Negli organismi unicellulari la divisione cellulare coincide con la riproduzione. In quelli pluricellulari permette lo sviluppo dell’embrione, l’accrescimento e rinnovo dei tessuti perchè ogni giorno le cellule morte o danneggiate devono essere sostituite. Nelle cellule procarioti la divisione cellulare detta scissione binaria o fissione binaria, mediante il quale dopo la replicazione del DNA la cellula si strozza e si divide in due cellule ognuna delle quali riceve una molecola di DNA. La mitosi delle cellule eucarioti Nelle cellule eucarioti fornite di diverse molecole di DNA sottoforma di cromosomi, la divisione cellulare è un processo complesso detto mitosi che garantisce l’equa ripartizione del materiale genetico. La mitosi è suddivisa in quattro fasi (profase, metafase, anafase e telofase) che permette la formazione di due cellule identiche dal punto di vista genetico alla cellula madre. La riproduzione asessuata la prole ha origine da un unico individuo, senza l'intervento di cellule specializzate per la riproduzione. La prole risulta geneticamente identica alla cellula madre. La riproduzione sessuata La riproduzione sessuata prevede la partecipazione di cellule specializzate per questa funzione: i gameti. La riproduzione a luogo quando il gamete maschile si fonde con quello femminile; dalla fusione dei due gameti detta fecondazione ha origine una cellula ossia lo zigote, che rappresenta la prima cellula del nuovo organismo. Questa riproduzione comporta il rimescolamento del materiale genetico dei due corredi cromosomi e consente quindi di ottenere un aumento della variabilità genetica a differenza di quella asessuata. 26 Cellule aploidi e diploidi Le cellule somatiche sono diploidi cioè possiedono una doppia serie di cromosomi: ogni cromosoma è presente in due coppie che costituiscono una coppia di cromosomi omologhi una di origine paterna e uno di origine materna: in una cellula somatica di un essere umano ci sono 46 cromosomi (23 coppie). I gameti sono aploidi ossia possiedono un’unica serie di cromosomi e quindi in un gamete umano ci sono 23 cromosomi. Il meccanismo che permette la riproduzione del numero di cromosomi è la meiosi. La meiosi consiste in due divisioni cellulari successive che a partire da una cellula diploide ne producono quattro aploidi; le due divisioni (meiosi prima e seconda) sono simili a due mitosi ma solo la prima è preceduta dalla replicazione del DNA. La meiosi ha luogo in organi particolari: le gonadi: • animali: ◦ gonadi femminili sono le ovaie ◦ gonadi maschili sono i testicoli; • piante. Le gonadi sono: ◦ gli ovari ◦ gli stami. Durante la meiosi prima i cromosomi che formano ogni coppia di omologhi si appianano. In questa fase si può verificare il crossing-over: scambio di porzioni di cromosoma fra cromosomi omologhi. Mitosi e meiosi: le differenze Le cellule del nostro organismo si rinnovano continuamente e lo fanno sfruttando la mitosi. La meiosi, invece, è un processo che avviene solo con le cellule che hanno funzione riproduttiva (gametociti). Qual è la differenza tra mitosi e meiosi? • Con la mitosi, da una cellula madre si ottengono 2 cellule figlie completamente identiche. • Con la meiosi, da una cellula madre diploide si ottengono 4 cellule figlie aploidi, quindi le cellule figlie che si ottengono sono diverse dalla cellula madre. • La mitosi riguarda tutte cellule somatiche dell’organismo • La meiosi riguarda i gameti (cellule con funzione riproduttiva) 27 ◦ adenina (A) ◦ guanina (G) • due pirimidiniche: ◦ citosina (C) ◦ timina (T). Nei primi anni '50 James Watson e Francis Crick, individuarono la struttura tridimensionale del DNA, delineando il modello della doppia elica. Secondo tale modello, il DNA è costituito da due filamenti paralleli avvolti a elica. Ogni filamento è formato da: • uno scheletro di molecole di deossoribosio e gruppi fosfato alternati, • dai gruppi fosfati sporgono lateralmente le basi azotate legate allo zucchero. I due filamenti sono uniti da legami a idrogeno che si formano tra le basi azotate. Le basi azotate non si appaiano in modo casuale: le basi appaiate sono dette complementari: • adenina si appaia con la timina, • guanina si appaia con la citosina. Il processo di duplicazione del DNA ha luogo prima che una cellula si divida ed è chiamato replicazione. Al momento della replicazione i due filamenti della doppia elica si separano grazie alla rottura dei legami a idrogeno. Ciascun filamento può così funzionare come stampo per la sintesi di un nuovo filamento a esso complementare. La replicazione del DNA è semiconservativa: ognuna delle due molecole figlie di DNA è costituita da un filamento del DNA parentale (conservato) e da un filamento sintetizzato ex novo. Il cromosoma eucariote Il genoma dei procarioti è formato da una semplice molecola circolare di DNA, mentre quello degli eucarioti è formato da più cromosomi ognuno dei quali è una lunga molecola di DNA lineare, associata a specifiche proteine: gli istoni. Il complesso formato da DNA e proteine è detto cromatina. Il numero di cromosomi presenti nel nucleo delle cellule di organismi appartenenti alla stessa specie e caratteristico e costante. RNA L'RNA (acido ribonucleico) è un altro acido nucleico, anche esso formato da una sequenza di nucleotidi. L' RNA e il DNA hanno delle differenze: • Zucchero: RNA: ribosio, DNA desossiribosio; • RNA: un filamento singolo, DNA: una coppia elica; • RNA contiene quattro basi azotate tre delle quali uguali al DNA (A, G, C) ed una diversa (al posto della timina (DNA) si ha l’uracile (RNA) che si appaia con A). Esistono tre tipi di RNA che partecipano alla sintesi delle proteine: • mRNA: RNA messaggero, fotocopia del DNA utilizzata per sintetizzare le proteine; • rRNA: RNA ribosomiale, elemento costitutivo dei ribosomi; • tRNA: RNA trasporto, trasporta gli amminoacidi liberi nel citoplasma ai ribosomi durante la sintesi proteica e serve per tradurre l’informazione contenuta nella sequenza dei nucleotidi dell’mRNA in una sequenza di aminoacidi. 30 Dai geni alle proteine Le informazioni contenute nei geni servono per produrre soprattutto proteine. Si hanno due parti distinte del processo: • trascrizione (da DNA a mRNA): dove la sequenza di nucleotidi che formano un gene viene copiata in una sequenza di nucleotidi chiamata mRNA; • traduzione anche detta sintesi proteica: avviene nei ribosomi (da mRNA a proteina). In questo modo si realizza l’associazione fra 64 codoni (cioè i possibili assortimenti che si possono formare raggruppando 4 nucleotidi diversi in gruppi da 3) e 20 amminoacidi che compongono le proteine. Il sistema di corrispondenza fra ogni codone al corrispondente aminoacido è detto codice genetico ed è universale per tutti gli organismi. In una cellula procariote la trascrizione e la traduzione avvengono in contemporanea dato che il DNA è libero nel citoplasma. In una cellula eucariote la trascrizione avviene nel nucleo mentre la traduzione avviene nel citoplasma. I mitocondri e i cloroplasti possiedono sia DNA che ribosomi e quindi sono in grado di produrre autonomamente alcune delle loro proteine. Le mutazioni Le mutazioni sono cambiamenti del materiale genetico. Sono fenomeni casuali e spontanei abbastanza rari la cui frequenza aumenta con fattori mutageni chimici o fisici. Se avvengono in una cellula germinale possono essere trasmesse alla progenie; se avvengono in una cellula somatica interessano solo l’individuo e non la sua progenie. Le mutazioni possono essere: • mutazioni genetiche: determinano un’alterazione della sequenza dei nucleotidi del DNA. • mutazioni cromosomiche: dovute alla rottura di un cromosoma; il frammento può essere perduto, attaccarsi al cromosoma omologo, a un cromosoma non omologo oppure riattaccarsi al cromosoma originale ma dopo aver ruotato di 180°C • mutazioni genomiche: comportano la perdita o l’acquisto di uno o più cromosomi, oppure una variazione dell’intero corredo cromosomico. La sindrome di Down (o trisomia 21) è un caso di aneuplodia (mutazione genomica) dove gli individui malati possiedono tre copie anziché due del cromosoma 21 e manifestano ritardo nello sviluppo fisico e mentale. 31 Le tecnologie del DNA La tecnologia del DNA ricombinante (o ingegneria genetica) comprende le metodiche che permettono di modificare in modo mirato il patrimonio genetico di un organismo. Gli organismi geneticamente modificati (OGM) sono organismi procarioti o eucarioti il cui genoma è stato modificato con tecniche di ingegneria genetica: se tali geni provengono da una specie diversa allora l’organismo risultante viene definito transgenico. Per introdurre geni estranei è possibile iniettare direttamente il DNA oppure possono essere utilizzati dei virus particolari come vettori. Si utilizzano le tecnologie del DNA per: • la produzione di sostanze utili: cellule manipolate geneticamente possono produrre sostanze utili di interesse medico, agricolo o industriale come per esempio vaccini, ormoni come l’insulina ormone della crescita. • la ricerca base: isolare singoli geni e poter così studiare il loro funzionamento e la loro regolazione direttamente sul gene. Rientra in questo campo il Progetto Genoma Umano: un programma di mappatura dell’intero genoma dell’uomo. Lo studio del genoma ha dato via ad altre indagini “-omiche”: ◦ proteomica: lo studio delle proteine prodotte, ◦ trascrittomia: lo studio degli mRNA trascritti, ◦ metabolomica: lo studio dei metaboliti di una cellula. • l'agricoltura: il genoma delle piante coltivate può essere modificato introducendo, per mezzo di batteri, geni esogeni utili. Così si possono ottenere piante che producono maggiori quantità di sostanze utili, più resistenti agli stress ambientali e meno vulnerabili di fronte alle malattie e ai parassiti. L'evoluzione è il processo di cambiamento e adattamento che porta un aumento della diversità genetica e allo sviluppo di nuove forme di vita. La Teoria evolutiva di Darwin esposta nel 1859 da Charles Darwin (1809-1892) nell’ opera L'origine della specie. La teoria può essere sintetizzata in quattro punti principali: • Gli esseri viventi si riproducono generando organismi simili a se stessi nelle caratteristiche fondamentali ma con notevole variabilità fra i singoli. Queste differenze sono, almeno in parte, ereditabili. • Gli organismi producono una prole troppo numerosa rispetto alle risorse disponibili per garantirne la sopravvivenza ed è quindi sempre in atto una lotta per l’esistenza. • Quali organismi possono sopravvivere e riprodursi dipende dall’interazione fra gli organismi e l’ambiente: quelli che nella variabilità che sempre si manifesta, mostrano le caratteristiche più adatte all’ambiente in cui si trovano sopravvivono (selezione naturale). • La selezione naturale porta a un accumulo di cambiamenti tale da differenziare il gruppi di organismi permettendo la comparsa di nuove specie. Una specie è definita come un gruppo di individui che possono incrociarsi tra di loro dando origine a prole fertile. Prima di Darwin, Lamarck (1744-1829) propose la prima teoria scientifica dell’evoluzione basata fondamentalmente su due assunti: • gli organi che sono intensamente usati si sviluppano mentre quelli non utilizzati si atrofizzano; • il secondo rivelatosi poi errato, affermava che i caratteri acquisiti durante la vita dell’individuo potessero essere trasmessi alla progenie. 32 quiescente racchiuso in tessuti nutritivi protettivi. ▪ Gimnosperme: i cui rappresentanti più noti sono le conifere e le angiosperme dove l’ovulo è racchiuso in un ovario (il seme è racchiuso in un frutto). La struttura di una pianta superiore Il corpo (cormo) è costituito da tre organi fondamentali: • Radice: fissa la pianta al suolo e provvede all’assunzione dell’acqua e dei sali minerali dal terreno. • Fusto: costituisce la struttura di sostegno della pianta e assicura il trasporto di sostanze tra radici e foglie. Il liquido assorbito dalle radici (linfa grezza) viene trasportato alle foglie, dai vasi dello xilema. Il floema invece trasporta la soluzione contenente prodotti della fotosintesi (linfa elaborata) a tutta la pianta. • Foglie: hanno la funzione principale della fotosintesi. La riproduzione delle piante superiori Molte piante superiori sono in grado di attuare forme di riproduzione vegetativa, cioè di tipo asessuato. La riproduzione sessuata però è la più diffusa. Il fiore è l’organo riproduttore: • l’ovario rappresenta la parte femminile: qui vengono prodotti i gameti femminili; • gli stami, ognuno formato da un sottile filamento che regge un antera, è la parte maschile e producono il polline contenente il gamete maschile. L'infiorescenza è un aggruppamento di singoli fiori, ammassati l'uno accanto all'altro. In seguito al processo di fecondazione del fiore si ha la formazione del frutto, inteso come l'insieme del seme e dell'ovario che gli sta intorno. I frutti si suddividono in: • vero frutto: l'insieme del seme e dell'ovario che gli sta intorno, ad esempio la ciliegia, la castagna commestibile, . • falso frutto: si ha la trasformazione del ricettacolo fiorale, che diventa grosso e carnoso, ad esempio la mela e la melograna. • infruttescenza: insieme di tanti singoli frutti riuniti, come ad esempio il lampone o la mora di macchia. • frutti carnosi sono composti da tre parti fondamentali: ◦ epicapo: parte esterna detta buccia, ◦ endocapo o nocciolo: parte interna legnosa, ◦ mesocapo: massa carnosa e succosa. Ad esempio l'albicocca o la susina. • frutti secchi: possono contenere uno o più semi ◦ frutti secchi deiscenti: a maturità si aprono spontaneamente, es. legumi (i ceci) ◦ frutti secchi indeiscenti: a maturità non si aprono spontaneamente, es. noce. • Nelle conifere non si può formare un vero frutto perché manca l'ovario. Si forma la pigna o strobilo. Il Regno degli Animali Gli animali sono organismi pluricellulari eterotrofi. Fanno parte di questo regno: • Poriferi: sono formati da semplici aggregati di cellule che non costituiscono tessuti differenziati (sottoregno dei parazoi). • Celenterati o cnidari (meduse e coralli) sono invertebrati quasi esclusivamente 35 marini con rudimentale differenziazione dei tessuti. • Platelminti ossia i vermi piatti con cui si ha la simmetria bilaterale e lo sviluppo degli organi. ◦ Cestori: comprendono le tenie, parassiti del tubo digerente degli animali e dell'uomo. • Nematodi, detti anche vermi cilindrici, con tubo digerente completo con due aperture: bocca e ano. Comprendono i vermi chiamati ossiuro e filarie. • Molluschi molti presentano una conchiglia calcarea, prodotta da un tessuto sottostante chiamato mantello. Comprende diverse classi: ◦ gasteropodi (es. chiocciole), ◦ bivalvi (es. mitili e vongole), ◦ cefalopodi (es. polpi, seppie e calamari). • Anellidi detti anche vermi segmentati, che comprendono i lombrichi e le sanguisughe. • Artropodi comprende il maggior numero di specie viventi ed è il più evoluto degli invertebrati. Sono caratterizzati da uno esoscheletro di chitina e del corpo generalmente diviso in tre parti (capo, torace e addome). Sono compresi: ◦ aracnidi, ◦ insetti ◦ crostacei. • Echinodermi sono animali marini a simmetria pentaraggiata. Fanno parte le stelle marine e i ricci di mare. • Cordati sono animali a simmetria bilaterale caratterizzati dalla presenza della corda dorsale, struttura cilindrica di sostegno e sono suddivisi in: ◦ urocordati, ◦ cefalocordati, ◦ vertebrati (corda dorsale sostituita da una struttura scheletrica, la colonna vertebrale). I vertebrati comprendono le seguenti classi: • ciclostomi o agnati (lamprede), • pesci: hanno la forma del corpo idrodinamica, la respirazione mediante branchie, la temperatura del corpo variabile (sono eterotermini). Il cuore è formato da due cavità e la circolazione sanguigna è chiusa semplice (il sangue passa una volta sola per il cupre. ◦ pesci condroitti (pesci cartalaginei), ◦ pesci osteitti (pesci ossei). I caratteri rappresentativi sono: ▪ cute ricoperta da scaglie ossee e da un abbondante strato di muco; ▪ coda omocerca; ▪ branche comunicanti con l’esterno con una sola fessura; ▪ bocca in posizione frontale; ▪ presenza di un sacco pieno di gas che funge da organo di galleggiamento; ▪ fecondazione esterna e produzione di un gran numero di uova di piccole dimensioni. • Anfibi: primi vertebrati ad aver conquistato le terre emerse ancora legati all’ambiente acquatico in cui avvengono la riproduzione e lo sviluppo. 36 ◦ urodeli (tritoni e salamandre), ◦ anuri (rane e rospi), ◦ apodi (anfibi poco noti che vivono in gallerie scavate nel terreno umido). Caratteristiche: ▪ cute nuda è ricoperta da uno spesso strato di muco che protegge dalla disidratazione, ▪ larghe acquatiche che respirano mediante branchie e diventano adulte tramite metamorfosi; gli adulti terrestri che respirano mediante i polmoni, ▪ il cuore è formato da tre cavità e la circolazione sanguigna chiusa doppia e incompleta, ▪ temperatura del corpo variabile. • Rettili: primi vertebrati terrestri del tutto svincolati dall’acqua. Tutti i grandi rettili scomparvero al termine del cretaceo a causa di un drastico e improvviso cambiamento ambientale dovuto alla caduta sulla terra di un grande asteroide. I rettili sono indipendenti dall’ambiente acquatico grazie all’adattamento dell’apparato riproduttore: uova racchiuse in un guscio coriaceo e dotate di una cavità piena di liquidò (cavità amniotica). ◦ squamati (serpenti, iguane e lucertole), ◦ cheloni (tartarughe, anche le tartarughe marine) ◦ coccodrilli. Caratteristiche: ▪ cute secca e rivestita di squame o scudetti terrestre; ▪ respirazione mediante polmoni; ▪ il cuore è formato da tre cavità circolazione sanguigna chiusa doppia e incompleta; ▪ la temperatura del corpo è variabile; ▪ hanno generalmente quattro arti, in alcune forme sono ridotti oppure assenti. • Uccelli:classe di vertebrati comparsa più recentemente come discendenti diretti dei dinosauri. Caratteristiche: ▪ cute ricoperta di penne; ▪ respirazione mediante polmoni; ▪ il cuore è formato da quattro cavità e la circolazione sanguigna chiusa doppia e completa; ▪ omeotermia: capacità di tenere la temperatura del corpo costante; ▪ quattro arti; ▪ fecondazione interna e deposizione di uova rivestite da un guscio calcareo; ▪ eliminazione di acido urico; ▪ scheletro robusto e leggero caratterizzato da ossa cave; ▪ bocca provvista di un becco corneo priva di denti. • Mammiferi: discendenti di un gruppo primitivo di rettili, comparvero circa 200 milioni di anni fa. ◦ Prototeri : con l''ordine dei monotremi: comprende ornitorinco ed echidna che sono ovipari, ◦ Marsupiali partoriscono la prole viva, ma i loro neonati completano lo sviluppo all’interno del marsupio, ◦ Placentati: dotati di placenta (organo che mette in relazione madre e feto permettendo lo scambio di ossigeno, sostanze nutritive e prodotti di rifiuto). 37 Il corpo umano Classifica dei tessuti Nonostante tutte le cellule embrionali derivino da un singolo zigote e siano quindi caratterizzate dallo stesso DNA, con il progredire dello sviluppo le cellule di tessuti diversi esprimono geni differenti. Le cellule staminali sono cellule indifferenziate che dividendosi per mitosi possono generare diverse linee cellulari: le più versatili sono: • le cellule embrionali nella prima fase dello sviluppo; • le cellule del cordone ombelicale in grado di dare origine a tutti i tipi cellulari presenti nell’organismo. I tessuti vengono classificati in base: • alle differenze di struttura a livello microscopico, • alle prestazioni funzionali • alla loro derivazione embrionale. Le cellule caratteristiche di un dato tessuto sono specializzate per svolgere particolari funzioni e sono sostanzialmente uguali tra loro, avendo grandezza, forma e disposizione caratteristiche. Si distinguono quattro tipi principali di tessuti: epiteliale, connettivo, muscolare e nervoso. Il tessuto epiteliale Il tessuto epiteliale ha la funzione prevalentemente protettiva ma anche ghiandolare o sensoriale. Il tessuto epiteliale forma le membrane che a seconda della struttura e della localizzazione prendono nomi diversi: • cute: riveste la superficie esterna del corpo; • mucose: rivestono la superficie interna degli organi cavi comunicanti con l’esterno; come stomaco intestino o utero; • sierose: Rivestono le cavità non comunicanti con l’esterno. Ne fanno parte: ◦ le pleure: rivestono la cavità pleurica, ◦ il pericardio che riveste il cuore ◦ il peritoneo che riveste la cavità peritoneale (ossia i visceri). I tessuti epiteliali sono classificati in base al numero di strati e alla forma delle cellule. A seconda della forma della cellula: cubiche, cilindriche o quasi totalmente appiattite (pavimentose). A seconda del numero di strati: semplice (uno strato), pluristratificato, pseudostratificato (Un unico strato di cellule ad altezza diversa). Il tessuto connettivo Il tessuto connettivo propriamente detto è un tessuto di riempimento e di sostegno che avvolge gli organi molli (connettivo lasso) e fa da collegamento tra scheletro e muscoli (tendini, connettivo denso). È costituito da cellule (fibroblasti) disperse in una sostanza fondamentale o matrice extracellulare ricca di acqua e proteine secrete dalle cellule connettivali stesse. Al tessuto connettivo specializzato appartengono: • Tessuto adiposo: le cellule, adipociti, sono occupate da una grossa goccia bianca costituita da grassi. Costituiscono un importante riserva energetica, protezione meccanica e termica per l’organismo. 40 • Tessuto cartilagineo: i condrociti sono le cellule proprio di questo tessuto, che secretano la matrice elastica caratterizzata dalla flessibilità. forma lo scheletro nel periodo fetale. Rimane presente nel padiglione auricolare e nei dischi intervertebrali. • Tessuto osseo è il tessuto ideale per il sostegno del corpo. Viene prodotto dalle cellule dette osteoblasti che maturano e si trasformano in osteociti. Le cellule responsabili della distruzione dell’osso sono chiamate osteoclasti. • Tessuto connettivo fluido è costituito dal sangue e dalla linfa. Il tessuto muscolare Il tessuto muscolare è costituito da cellule di forma allungata con due proprietà: l’eccitabilità e la contrattilità in risposta all'eccitamento. L'eccitamento è la capacità di accorciarsi attivamente e tornare passivamente alla lunghezza originaria. Il citoplasma di queste cellule è ricco di filamenti contrattili detti miofilamenti formati da actina e miosina. Per sostenere l’elevato consumo di energia metabolica sono particolarmente ricche di mitocondri. Il tessuto muscolare è di tre tipi: • muscolare striato: costituisce i muscoli scheletrici. La sua contrazione è volontaria il suo compito è di mantenere la postura e consentire il movimento. • muscolare liscio: riveste le pareti dei grossi vasi sanguigni e degli organi cavi dell’apparato digerente, urinario e genitale; la sua contrazione è indipendente dalla volontà e risponde a stimoli nervosi o ormonali. • muscolare miocardio: costituisce esclusivamente la muscolatura cardiaca (aspetto striato ma la sua contrazione è involontaria, regolata da fattori intrinseci dal sistema nervoso autonomo e da ormoni). Il tessuto nervoso L'’unità di base del tessuto nervoso è la cellula nervosa, detta neurone.Le proprietà del neurone sono: • eccitabilità: riceve gli stimoli e li trasforma in impulsi nervosi; • conducibilità: trasporta gli impulsi nervosi e li trasmette a un’altra cellula. Il neurone è formato da: • un corpo cellulare, chiamato pirenoforo da cui si dipartono due o più prolungamenti: • un assone che conduce gli impulsi in direzione centrifuga. • uno o più dendriti: prolungamento che trasmette gli stimoli dalla periferia al corpo cellulare. I neuroni ricevono gli stimoli provenienti dall’ambiente esterno e interno rispondono a essi. I neuroni costituiscono il 10% di tutte le cellule del sistema nervoso. Al tessuto nervoso appartengono anche le cellule gliali: • cellule di Schwann: formano la guanina mielinica che riveste i neuroni; • oligodendrociti: hanno la stessa funzione del sistema nervoso centrale; • microglia: sistema immunitario presente nel sistema nervoso; • astrociti: nutrono e sostengono i neuroni. Nel corpo umano i diversi tessuti si aggregano a formare gli organi: strutture ben definite sia nella forma, sia nella funzione (es. occhio e rene). A livello superiore più organi possono unirsi collaborando allo svolgimento di una stessa funzione, formando così un apparato (o sistema). 41 Apparato tegumentario L'apparato tegumentario protegge il corpo dagli agenti esterni e dagli stress ambientali, contiene recettori sensoriali ed è coinvolto nell’escrezione e nella termoregolazione. È costituito dalla pelle e dagli annessi cutanei (peli, capelli, unghie, ghiandole sudoripare, ghiandole sebacee e, nella donna, ghiandole mammarie). La pelle o cute è formata da due strati. • più esternamente si trova l’epidermide; • più in profondità il derma (strato di connettivo). Il derma contiene: ◦ i follicoli piliferi che producono i peli; ◦ le ghiandole sebacee associate ai peli; ◦ le ghiandole sudoripare produttrici del sudore con funzione di termoregolazione ed escrezione; ◦ capillari sanguigni; ◦ terminazioni nervose sensoriali. Il sistema scheletrico Il sistema scheletrico è l'insieme delle ossa che formano lo scheletro che insieme al sistema muscolare forma l’apparato locomotore, responsabile del movimento. Lo scheletro da supporto fisico all’organismo, permette il movimento e protegge alcuni organi molto importanti dedicati. Il corpo umano comprende 206 ossa distinte in: • ossa lunghe (es. tibia e omero, ulna), • ossa corte (es. vertebre), • ossa piatte (es. scapole). Nello scheletro umano è possibile distinguere: • una porzione assiale che forma l'asse del corpo ed è costituito da: ◦ cranio che protegge l’encefalo, ◦ colonna vertebrale che protegge il midollo spinale ◦ cassa toracica, formata da 24 coste o costole. Insieme allo sterno protegge il cuore i polmoni. • la porzione appendicolare è formata da: ◦ ossa degli arti, ◦ cinto scapolare e cinto pelvico che collegano gli arti alla colonna vertebrale. Il sistema muscolare Il sistema muscolare è costituito da circa 620 muscoli scheletrici che contraendosi permettono lo spostamento dei segmenti ossei su cui sono inseriti, permettono i movimenti. I muscoli sono solitamente distinti in: • lunghi, • larghi, • brevi. Possono essere molto diversificati e avere capi multipli (bicipiti, tricipiti) oppure più di un ventre muscolare (poligastrici). 42 ▪ sali (1%). • una componente che comprende diversi tipi cellulari (45% di volume). Tre tipi di cellule del sangue: ◦ Eritrociti (globuli rossi) sono responsabili del trasporto dell’ossigeno, sono privi di nucleo e di organuli cellulari. Sono costituiti principalmente da emoglobina: la proteina deputata al trasporto di ossigeno. Sulla membrana dei globuli rossi si trovano particolari proteine antigieniche che permettono di distinguere i diversi gruppi sanguigni (A, B, AB e 0. il gruppo 0 può donare a tutti; il gruppo 0 positivo riceve solo da persone con 0 positivo o negativo). ◦ Leucociti (globuli bianchi) responsabili della risposta immunitaria, sono presenti diversi tipi come: ▪ granulociti • neutrofili • eosinofili • basofili ▪ monociti che possono eliminare particelle microrganismi estranei e sono coinvolti nei meccanismi di difesa aspecifici. ▪ linfociti (T e B) sono responsabili della risposta immunitaria specifica; ◦ Piastrine sono frammenti cellulari di forma irregolare che rivestono un ruolo fondamentale nel processo di coagulazione del sangue. L'apparato respiratorio L'apparato respiratorio permette gli scambi gassosi (assunzione di ossigeno ed eliminazione di anidride carbonica) tra l’apparato circolatorio e l’ambiente esterno. È formato dai polmoni e dalle vie respiratorie che conducono l’aria dall’esterno ai polmoni e viceversa. • L'aria entra nel corpo attraverso le narici; • fluisce nelle cavità nasali dove viene filtrata e riscaldata; • passa nella faringe, • poi nella laringe, • poi nella trachea. La trachea si divide in due bronchi: uno diretto al polmone destro e l’altro sinistro. Trachea e bronchi sono rivestite di cellule ciliate e cellule secernenti muco che intrappola le particelle estranee. I bronchi a loro volta si suddividono in bronchioli che arrivano fino ai bronchioli terminali che si dilatano a formare numerose camere dette alveoli polmonari. Negli alveoli polmonari avvengono gli scambi di gas tra polmoni e sistema circolatorio. Dopo essere avvenuto lo scambio, l’aria percorre in senso inverso le vie respiratorie. Il meccanismo della ventilazione polmonare è articolato nelle due fasi dell’inspirazione e dell’espirazione determinate dai movimenti del diaframma, muscolo piatto che separa la cavità toracica dalla cavità addominale. • durante l’inspirazione il diaframma si abbassa i muscoli intercostali si contraggono provocando l’allargamento della cassa toracica; • durante l’espirazione il rilassamento del diaframma e dei muscoli intercostali riporta la cavità toracica nella condizione iniziale. 45 L'apparato digerente L'apparato digerente è il complesso degli organi adibiti alla masticazione del cibo, alla degradazione delle grosse molecole contenute negli alimenti fino alla loro unità costituente, e all’assorbimento di queste ultime. È formato da: • Un lungo tubo digerente: ◦ inizia con la bocca e seguono: ▪ faringe, ▪ esofago, ▪ stomaco, ▪ intestino tenue (con i tratti duodeno, digiuno e ileo). Può essere lungo circa 6-7 metri in un uomo adulto. Il piloro è lo sfintere muscolare che si trova alla giunzione dello stomaco con la prima sezione dell'intestino tenue (duodeno). Normalmente il piloro si contrae per mantenere il cibo nello stomaco durante la digestione e si rilascia per farlo fluire nell'intestino. ▪ intestino crasso (cieco, colon e retto) ◦ termina con l’ano. ◦ È accompagnato dalle • le ghiandole annesse: ◦ ghiandole salivari, ◦ fegato ◦ pancreas. La digestione 1. Inizia in bocca per opera dell’enzima ptialina che scinde i polisaccaridi in frammenti più piccoli. 2. Nello stomaco viene sospesa la digestione dei carboidrati mentre inizia quella delle proteine grazie alla pepsina secreta dalle ghiandole gastriche. 3. Prosegue poi nel duodeno dove si svolge la maggior parte dei processi digestivi grazie agli enzimi in grado di demolire carboidrati, proteine e lipidi. La digestione dei lipidi che si svolge interamente in questo tratto è facilitata anche dalla presenza della bile liquido con funzione emulsionante prodotto dal fegato. 4. Assorbimento: gran parte dell’assorbimento degli alimenti a luogo nell’intestino tenue. Nell’intestino crasso a luogo il riassorbimento dei liquidi. Al termine di questo percorso si formano: ◦ le feci: cibo non digerito, batteri, acqua e secrezioni digestive. Di consistenza più o meno solida a seconda del tempo di permanenza nel colon. 46 Il fegato è la ghiandola più grande del corpo umano che produce la bile: • partecipa al metabolismo del glucosio: ◦ trasforma il glucosio in glicogeno se presente in quantità eccessiva ◦ demolisce il glicogeno in glucosio quando è necessario alzare la glicemia • produce alcuni amminoacidi: l’urea e diverse proteine plasmatiche, • permette la demolizione delle sostanze nocive (detossificazione) come l’alcol e molti farmaci. L'apparato escretore L'apparato escretore: • collabora all’omeostasi, ossia al mantenimento di caratteristiche costanti all’interno dell’organismo; regolando la concentrazione dei soluti nei liquidi corporei e il volume dei liquidi circolanti (osmoregolazione). • provvede all’escrezione, ossia la rimozione dei prodotti di rifiuto del metabolismo. Gli organi principali sono: • i reni in cui si realizza la produzione dell’urina. Sono due organi di colore rosso scuro a forma di fagiolo lungo circa 10 cm situati nell’addome dietro allo stomaco e al fegato. Un rene è costituito da circa 1 milione di unità escretrici dette nefroni dove ha luogo la filtrazione del sangue e la formazione dell’urina; • da ogni rene origine un tubo detto uretere che convoglia l’urina nella vescica da cui viene periodicamente eliminata all’esterno tramite l’uretra. L'apparato riproduttore maschile comprende: • le gonadi maschili (testicoli) dove sono prodotti gli spermatozoi. I testicoli contengono due componenti funzionali: ◦ i tubuli seminiferi: dove si producono gli spermatozoi ◦ le cellule interstiziali situate tra i tubuli e secernono il testosterone e altri ormoni sessuali maschili. • le vie spermatiche ossia l’insieme dei tubuli dell'epididimo che portano gli spermatozoi dai testicoli all’esterno. Gli spermatozoi vengono mescolati con una secreto viscoso, chiamato liquido seminale, prodotto da tre organi ghiandolari: ◦ le vescicole seminali, ◦ la prostata ◦ una ghiandola bulbo uretrali. L'apparato riproduttore femminile I gameti femminili sono le cellule uovo (o ovociti) prodotti ciclicamente dalle ovaie, situate nella cavità addominale al di sotto dell’apparato digerente. Ogni ovaia è costituita da migliaia di follicoli oofori, piccoli ammassi pluristratificati di cellule che contengono, proteggono e nutrono le cellule uovo immature e producono gli ormoni sessuali, chiamati estrogeni. Ogni ovaia è in comunicazione con un condotto allargato all'estremità: la tuba di Falloppio (o ovidotto) nella quale è rilasciata, ogni mese, una cellula uovo prodotta dall’ovaia. Ciascuno dei due ovidotti si apre all'altra estremità nella porzione superiore dell’utero, nel quale si impianta l’eventuale uovo fecondato. L’utero è un organo cavo costituito da uno spesso strato muscolare detto miometrio, ha 47 • analgesici: inibiscono l’attività dei centri del dolore; • allucinogeni: alterano gravemente la percezione sensoriale. L'apparato sensoriale I recettori sensoriali sono strutture anatomiche specializzate nella percezione dei cambiamenti che si verificano nell’ambiente: cellule, gruppi di cellule, capaci di avvertire determinati segnali e di tradurli in un impulso nervoso che viene trasmesso al sistema nervoso centrale attraverso i nervi sensitivi. Tali recettori nel loro insieme costituiscono gli organi di senso: • occhio preposto ai sensi della vista, • orecchio preposto ai sensi dell'udito e dell'equilibrio, • cute preposta al senso del tatto. Nella pelle sono presenti numerosi recettori del caldo e del freddo (termorecettori) e recettori meccanici (meccanorecettori) che forniscono le informazioni tattili. • la mucosa linguale preposta al senso del gusto. I chemiorecettori presenti nelle papille gustative della lingua raccolgono informazioni sulla natura chimica del cibo. Nella lingua vi è l'epiglottide: una cartilagine di tipo elastico e ricoperta di mucosa situata alla radice della lingua • mucosa olfattiva preposta ai sensi dell'olfatto. I chemiorecettori sono presenti nella mucosa olfattiva. L'occhio L’occhio ha funzione di captare i segnali luminosi e trasformarli in segnali nervosi: la luce attraverso la cornea (membrana trasparente e convessa che funge da prima lente), entra nell’occhio passando per un foro, la pupilla il cui diametro è regolato dall’iride in base all’intensità della luce. La luce attraversa la seconda lente biconvessa (cristallino), la quale mette a fuoco i raggi sulla membrana posteriore del globo oculare, la retina. Nella retina si trovano i fotorecettori: coni, per la visione di urna a colori, e bastoncelli per la visione notturna in bianco e nero. L'orecchio L’orecchio capta le onde sonore e le trasforma in segnali nervosi ed è responsabile del mantenimento dell’equilibrio. Le onde acustiche sì convogliano dal padiglione auricolare (orecchio esterno) al timpano, una membrana che, vibrando, porta al movimento di martello, incudine e staffa (ossicini dell'udito). Il timpano poggia su un’altra membrana vibrante, la finestra ovale. Le vibrazioni giungono quindi al liquido gelatinoso, endolinfa, contenuto nella chiocciola (o coclea) in cui sono presenti cellule ciliate che fungono da recettori acustici (organo del Corti), trasmettendo le informazioni al nervo acustico e quindi all’encefalo. L'apparato vestibolare è il responsabile del mantenimento dell’equilibrio. È costituito da tre canali semicircolari perpendicolari gli uni agli altri. Il sistema endocrino Il corretto esplicarsi tutte le funzioni di un organismo è assicurato dalla continua interazione tra il sistema nervoso e il sistema endocrino che rappresentano i sistemi di coordinazione comunicazione interna. Essi controllano processi quali metabolismo, 50 accrescimento, composizione dei liquidi corporei e maturazione sessuale. Il sistema endocrino è formato: • dalle ghiandole endocrine. Le principali ghiandole endocrine sono: ◦ ipofisi ha un ruolo centrale: regola l'attività di numerose ghiandole ed è a sua volta controllata dal sistema nervoso, cui è connessa in corrispondenza dell'ipotalamo. Per questo si parla anche di sistema neuroendocrino. ◦ tiroide, ◦ paratiroidi, ◦ ghiandole surrenali, ◦ isole di Langerhans del pancreas, ◦ gonadi, ◦ epifisi. • gli ormoni: sostanze prodotte da queste ghiandole. Il sistema endocrino agisce come regolatore dei processi metabolici in modo lento ma più diffuso e duraturo. Differenza fra ghiandola e organo Un organo è un'entità composta da diversi tipi di tessuto uniti insieme, con delle funzioni definite. Una ghiandola è un organo che ha attività secretoria, ovvero produce o accumula elementi che poi riversa o nei liquidi interni dell'organismo oppure esternamente al corpo. Gli ormoni sono molecole (proteine o molecole derivate da grassi chiamati steroidi) prodotte dalle ghiandole endocrine e rilasciate nel sangue. Il sistema immunitario Il sistema immunitario comprende le cellule e gli organi responsabili dei diversi meccanismi che l’organismo mette in atto per difendersi dagli agenti estranei, che penetrano al suo interno, come virus o batteri. I meccanismi di risposta immunitaria possono essere innati o acquisiti. • L’immunità innata comprende le reazioni di difesa che si attivano nei confronti di qualsiasi agente estraneo, dette aspecifiche. ◦ presenza nel sudore e nella saliva del lisozima, un enzima in grado di demolire la parete cellulare di molti batteri. ◦ l’attività di fagocitosi che permette ai globuli bianchi, come i macrofagi e granulociti di inglobare e distruggere i batteri. ◦ la risposta infiammatoria: caratterizzata da calore, arrossamento, gonfiore, dolore diminuzione della funzione della parete infiammata, è innescata dalle sostanze (più importante è l’istamina), fanno aumentare il flusso sanguigno locale e la permeabilità dei capillari all’acqua e ai globuli bianchi. • L’immunità acquisita si ha quando la risposta aspecifica non è sufficiente a bloccare l’infezione. Le cellule responsabili di questa risposta sono i linfociti. ◦ La risposta umorale e la produzione da parte dei linfociti B di anticorpi. ◦ La risposta cellula-mediata è invece l’azione diretta dei linfociti T citotossici contro cellule dell’organismo infettate da virus. Una volta che un certo ceppo di linfociti è stato attivato per mettere in atto una risposta specifica, rimane un ceppo di linfociti nella memoria pronti a proliferare in modo più rapido ed efficiente in caso di un secondo contatto con lo stesso antigene. 51 La vaccinazione Un individuo può essere immunizzato anche in modo artificiale inoculando un vaccino o un siero. Un vaccino è una preparazione formata da microrganismi patogeni morti oppure resi innocui, oppure è composto da parte di essi. Il vaccino viene somministrato per attivare nell’organismo una risposta immunitaria e conferire resistenza alla malattia provocata dagli stessi microrganismi. La sieroterapia Se è un’infezione è già in atto si può ricorrere alla somministrazione di un siero, preparato contenente anticorpi contro l’antigene responsabile della malattia ottenuti immunizzando un animale. L'effetto del siero e rapido e di breve durata mentre quello del vaccino si instaura più lentamente ed è più duraturo. I disordini del sistema immunitario avvengono quando il sistema immunitario perde la capacità di distinguere tra Self e non-Self (non-Self: agenti estranei; Self: agenti appartenenti all’organismo stesso) produce anticorpi contro le proprie cellule, si ha una malattia autoimmune, ad esempio l'artrite reumatoide e la sclerosi multipla. Un’altra anomalia è rappresentata dalle allergie: l’organismo scatena una risposta immunitaria contro sostanze normalmente innocue. L'anemia mediterranea L'anemia mediterranea (o beta-talassemia) è una patologia ereditaria del sangue. I pazienti che ne sono affetti presentano una minore quantità di globuli rossi rispetto alla norma, con difetti nella sintesi dell'emoglobina (Hb, la proteina deputata al trasporto dell'ossigeno). L'anemia mediterranea è dovuta all'alterata produzione di una o più delle quattro catene proteiche (globine) che costituiscono l'Hb. Ciò si traduce in una carenza di ossigeno nell'organismo. L'entità del disturbo, i sintomi e le conseguenze sono molto variabili e dipendono fondamentalmente dal tipo di difetto genetico. Esistono, infatti, tre diverse forme di anemia: Talassemia major (o morbo di Cooley), Talassemia intermedia e Talassemia minor. Nei casi più gravi, l'anemia mediterranea è invalidante e mette a rischio la vita delle persone; in altre forme, è pressoché asintomatica. Esiste anche la possibilità di essere portatore sano, con il rischio di generare figli che svilupperanno la malattia. L'anemia mediterranea è individuabile tramite test genetici ed esami del sangue; questi ultimi evidenzieranno la presenza di globuli rossi dalle dimensioni irregolari, fragili, scarsi e più piccoli della norma. Il trattamento prevede diversi approcci, tra cui trasfusioni di sangue più o meno ricorrenti associate a una terapia chelante (per evitare l'accumulo di ferro) e trapianto di midollo osseo da donatori compatibili. Talvolta, non è necessario alcun intervento terapeutico. Trasmissione dell'anemia mediterranea La trasmissione è autosomica recessiva, quindi può essere affetto da anemia mediterranea solo un bambino i cui genitori siano entrambi portatori. I portatori sani di anemia mediterranea sono persone che presentano il difetto genetico alla base della malattia, ma sono asintomatiche e conducono una vita normale. Tuttavia, questa condizione comporta dei rischi. 52