laboratori, buone notizie e immagini d’effetto per un apprendimento coinvolgente
ORIENTAMENTO
podcast con professionisti e professioniste del mondo scientifico e tecnologico
CITTADINANZA ATTIVA
approfondimenti di educazione civica, sostenibilità ed educazione alla salute
ESSENZIALI E INCLUSIONE DIFFUSA
strategie didattiche per ridurre le barriere allo studio
Coordinamento redazionale: Marco Mauri
Responsabile di progetto: Martina Mirabella
Redazione e revisione scientifica: Martina Mirabella, G.E.M.
Art director: Enrica Bologni
Revisione linguistica: Lisa Suett
Progetto grafico e impaginazione: G.E.M.
Copertina: G.E.M.
Ricerca iconografica: Martina Mirabella
Disegni: Daniele Gianni
Immagini di copertina: Shutterstock
La rubrica Lezioni in anteprima e la stesura degli storyboard di alcuni video sono a cura della professoressa Chiara Amati.
La gamification Mission 2030 è realizzata da Eicon, Torino.
Referenze iconografiche:
Shutterstock, p.98 NASA; p.211 ROV SuBastian; p.159 José Gabriel Julio Guzmán
Tutte le altre immagini provengono dall’Archivio Principato.
RINGRAZIAMENTI
Per la collaborazione alla realizzazione della rubrica Le professioni del tuo futuro si ringraziano: Sarah Caronni, Sara Castellazzi, Angela De Bonis, Francesco Delvillani, Fabio Mologni, Giacomo Rosa, Noemi Rota, Lisa Marie Talia, Roberta Tota, Jacopo Zasso.
Per le riproduzioni di testi e immagini appartenenti a terzi, inserite in quest’opera, l’editore è a disposizione degli aventi diritto non potuti reperire, nonché per eventuali non volute omissioni e/o errori di attribuzione nei riferimenti.
Contenuti digitali
Progettazione: Giovanna Moraglia
Realizzazione: Alberto Vailati Canta, Giovanna Moraglia, Chiara Amati, Marta Bencich, bSmart labs
L’editore fornisce – per il tramite dei testi scolastici da esso pubblicati e attraverso i relativi supporti nel sito www.gruppoeli.it materiali e link a siti di terze parti esclusivamente per fini didattici o perché indicati e consigliati da altri siti istituzionali. Pertanto l’editore non è responsabile, neppure indirettamente, del contenuto e delle immagini riprodotte su tali siti in data successiva a quella della pubblicazione, dopo aver controllato la correttezza degli indirizzi web ai quali si rimanda.
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Raccolta
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È il gioco online per scoprire i 17 obiettivi e i traguardi dell’Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile.
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1 UNITÀ
Vivente o non vivente?
Come funziona il microscopio ottico
La teoria cellulare
Membrane a mosaico
Esploriamo la cellula eucariote
Una riproduzione rapidissima
La mitosi
Lezioni in MP3
Test interattivi
Listening
LA CLASSIFICAZIONE DEGLI ORGANISMI
LEZIONI IN
L’ornitorinco, un animale bizzarro
Tre domini
Lezioni in MP3
Test interattivi
Listening
VIVENTI
3 UNITÀ
IL MONDO DEI MICRORGANISMI
Archeobatteri in vetrina
batteri Dai batteri alla cellula eucariote
Lezioni in MP3 Test interattivi
4 UNITÀ
I REGNI DEI FUNGHI E DELLE PIANTE
Listening
LEZIONI IN ANTEPRIMA
L’evoluzione delle piante Che cosa succede se…
lezione 4 La foglia
1. Come è fatta la foglia
2. La fotosintesi
3. Fotosintesi e respirazione, due processi tra loro dipendenti
4. La traspirazione
lezione 5 Fiori, frutti e semi
1. La riproduzione delle piante
2. La riproduzione vegetativa
3. Il fiore
4. L’impollinazione e la fecondazione
5. La disseminazione e la germinazione
I CONTENUTI ESSENZIALI
IL REGNO DEGLI ANIMALI: GLI INVERTEBRATI
lezione 1 Sostegno, movimento, risposta agli stimoli
1. Che cos’è un animale
2. La simmetria
3. Il celoma
4. Movimento e strutture di sostegno
5. Sensibilità e coordinamento
lezione 2 Nutrizione, respirazione, circolazione e riproduzione
Nutrizione e digestione
Circolazione ed escrezione
Riproduzione
3 Poriferi e cnidari
I platelminti
I nematodi
Gli anellidi
I molluschi
IL REGNO DEGLI ANIMALI: I VERTEBRATI
A
La fotosintesi
Tecniche di riproduzione
Lezioni in
Test interattivi
Listening
L’evoluzione degli animali
Gli adattamenti all’ambiente subaereo
Le caratteristiche degli invertebrati
Molluschi in vetrina
Artropodi da record
Lezioni in MP3
Test interattivi
Listening
3. I pesci
lezione 2 Gli anfibi e i rettili
1. Gli anfibi
2. I rettili
lezione 3 Gli uccelli
1. Gli uccelli, vertebrati adatti al volo
lezione 4 I mammiferi
1. Perché si chiamano mammiferi
2. Le caratteristiche dei mammiferi 167
3. I mammiferi si dividono in tre gruppi 168
visual Gli ordini dei mammiferi placentati
CITTADINANZA ATTIVA Specie a rischio di estinzione
RIPASSA I CONTENUTI ESSENZIALI
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
METTI ALLA PROVA LE TUE COMPETENZE
COMPITO DI REALTÀ • 4 OTTOBRE: GIORNATA MONDIALE DEGLI ANIMALI
VIVENTI
7 UNITÀ
ECOLOGIA
lezione 1 Dall’ambiente all’ecosistema
1. L’ecologia
2. Fattori abiotici e biotici di un ambiente naturale
3. Fattori limitanti
4. L’ecosistema e la sua organizzazione
lezione 2 Come funziona un ecosistema 192
1. Gli organismi produttori 192
2. Gli organismi consumatori e decompositori 192
3. Catene e reti alimentari 193
4. Le piramidi di un ecosistema 194
5. I cicli della materia 194
CITTADINANZA ATTIVA Che cosa sono i rifiuti 196
lezione 3 Le relazioni tra gli organismi 198
1. Gli organismi non hanno solo rapporti alimentari 198
2. Il mimetismo 200
CITTADINANZA ATTIVA I licheni: sentinelle dell’ambiente 202
lezione 4 I biomi terrestri 204
1. Biosfera e biomi 204
2. I biomi dei climi freddi 205
3. I biomi dei climi temperati 206
4. I biomi dei climi caldi
lezione 5 I biomi acquatici
1. La componente abiotica dei biomi acquatici
2. Il bioma marino 209
3. I biomi d’acqua dolce 211
Anatomia di un pesce osseo
Anatomia di un pesce cartilagineo
Pesci fuor d’acqua
Dai dinosauri agli uccelli
Gli arti dei mammiferi
Lezioni in MP3
Test interattivi
Listening
LEZIONI IN ANTEPRIMA
La nascita dell’ecologia
Piante che amano il sale
La nicchia del lombrico Il ciclo dell’azoto
La catena alimentare marina Il ciclo del carbonio
Le 3R dei rifiuti
Armi da predatori, trucchi da prede I biomi terrestri
Gli abitanti del mare
Parla la scienziata
lezione 6
Il cambiamento climatico e gli effetti sulla biosfera
1. Il cambiamento climatico
2. L’importanza della biodiversità
3. I punti caldi di biodiversità
4. Biomi che migrano
8 UNITÀ
ETOLOGIA
lezione 1 Il comportamento degli animali
1. L’etologia studia il comportamento degli animali
2. Il comportamento innato
3. Il comportamento appreso
4. L’imprinting
5. Intuito e ragionamento
lezione 2 Le società animali
1. La comunicazione tra gli animali
2. Schiere e società
3. Riproduzione e cura della prole
4. Le strategie riproduttive e le cure parentali
La danza delle
Rischi climatici
Criosfera in pericolo
Lezioni in MP3
Test interattivi
Listening
LEZIONI IN ANTEPRIMA
Il corteggiamento delle sule
I padri dell’etologia
La società delle termiti
Lezioni in MP3
4 TEMA
VIVENTI
9 UNITÀ
L’evoluzione
selezione naturale
5. I pilastri della teoria dell’evoluzione
2 L’origine delle specie
1. Le prove a favore dell’evoluzione
2. Come nasce una nuova specie
2. Dai batteri alla cellula eucariote
3. I principali eventi delle ere geologiche
lezione 4 Origine ed evoluzione della specie umana
1. Le somiglianze tra scimmie antropomorfe ed esseri umani
Test interattivi
Listening
Parla la scienziata
LEZIONI IN ANTEPRIMA
Il viaggio di Darwin
Fringuelli famosi
Dalla generazione spontanea alla biogenesi L’esperimento di Miller
La storia del pianeta Terra La scala cronostratigrafica
L’uomo di Neanderthal
L’evoluzione dei primati
2. Dalle foreste alla savana
3. I nostri più antichi progenitori
4. L’uomo che lavorava le pietre
5. Lo scopritore del fuoco
6. La specie scomparsa
7. L’uomo moderno
visual Il cespuglio dell’evoluzione umana
IL LINGUAGGIO DELLA VITA
lezione 1 Gli acidi nucleici: il DNA
1. Il “libretto” delle informazioni genetiche
2. La molecola del DNA
3. La duplicazione del DNA
lezione 2 La sintesi delle proteine
1. DNA e proteine
2. La molecola dell’RNA
3. Il codice genetico
4. La trascrizione, la sintesi dell’RNA messaggero 282
5. La traduzione delle informazioni e la sintesi delle proteine 283
lezione 3 Le leggi di Mendel
1. Il padre della genetica
2. Il metodo di Mendel
3. Linee pure e ibridi
4. La prima legge di Mendel 286
5. La seconda legge di Mendel 286
6. La terza legge di Mendel 287
lezione 4 Geni e cromosomi 288
1. Dai fattori di Mendel ai geni 288 2. Cromosomi, alleli e caratteri 289
3. L’interpretazione delle leggi di Mendel 290
lezione 5 La genetica umana 292
1. I cromosomi che determinano il sesso 292
2. La determinazione del sesso 293
3. I caratteri mendeliani nella specie umana 293
4. Le malattie genetiche autosomiche 294
5. Le malattie genetiche portate dai cromosomi sessuali 294
lezione 6 Le biotecnologie 296
1. Dalla selezione artificiale all’ingegneria genetica
2. La tecnica del DNA ricombinante
3. Gli OGM
4. La clonazione
CITTADINANZA ATTIVA Curare con le cellule staminali
L’evoluzione umana
Lezioni in MP3
Test interattivi
Listening
LEZIONI IN
La sintesi delle proteine I meccanismi dell’ereditarietà
La nascita della genetica moderna
Il quadrato di Punnet Il Progetto Genoma Umano
I colori della pelle
Le biotecnologie
La pecora Dolly, il primo animale clonato
Lezioni in MP3
Test interattivi
Listening
VIVENTI
L’unità fondamentale della vita
Se qualcuno ti chiedesse perché sei vivo, le tue risposte sarebbero semplici e immediate: “Perché respiro, mangio, cammino, penso...”.
Eppure sono decenni che la scienza cerca di dare una definizione al fenomeno della vita, senza riuscirci fino in fondo. Malgrado secoli di discussioni, esperimenti, riflessioni e progressi scientifici, nessuna delle definizioni di “vita” proposte finora riesce a distinguere in modo soddisfacente ciò che è animato da ciò che consideriamo inanimato, non vivo. Sappiamo che gli elementi costituenti entrambe le realtà sono atomi e molecole ma è la complessità della loro organizzazione che rende gli organismi viventi capaci di svolgere funzioni uniche, come adattarsi all’ambiente e modificarsi nel tempo.
La scienza che studia la vita è la biologia, un complesso di discipline molto varie che abbraccia tutti gli aspetti del mondo vivente, dalla composizione chimica delle molecole che formano gli organismi, oggetto della biologia molecolare, al funzionamento della cellula, oggetto di studio della citologia, alla classificazione dei viventi svolta dalla sistematica. È solo grazie alla collaborazione tra i molti e diversi settori della biologia che la scienza riesce a progredire nella comprensione del fenomeno della vita.
Parole per capire
Biologia • Il termine “biologia” deriva da una parola del greco antico che significa “studio della vita”. È l’insieme delle scienze che si occupano dello studio degli organismi viventi, delle parti che li formano e delle loro funzioni, dei modi in cui essi interagiscono con il loro ambiente e della storia della vita.
Citologia • Settore della biologia che studia la forma, la struttura, l’organizzazione e le funzioni delle cellule animali e vegetali. È chiamata anche biologia cellulare.
Sistematica • Settore della biologia che si occupa del riconoscimento degli organismi al fine di classificarli secondo specifici criteri e di attribuire loro un nome che sia valido per tutta la comunità scientifica.
LE
PROFESSIONI del tuo futuro!
GIACOMO ROSA, dottorando in Zoologia e Biologia della Conservazione
Si è laureato in Scienze dei Sistemi Naturali presso l’Università di Genova, dove attualmente sta svolgendo il dottorato. Si occupa della gestione e conservazione di anfibi e rettili della Liguria. Ha partecipato a tirocini e progetti di ricerca sull’erpetofauna in Italia e in Francia presso i Conservatoires d’Espaces Naturels di Corsica e Provenza. È socio della Societas Herpetologica Italica e vincitore del Premio Nazionale “Francesco Barbieri”, nonché autore e coautore di pubblicazioni scientifiche.
ROBERTA TOTA, naturalista
Ha 27 anni e da più di due anni lavora con grande entusiasmo in un Museo di Scienze Naturali. La sua grande passione per la natura, le ha fatto scegliere la facoltà di Scienze naturali e ha poi proseguito gli studi magistrali in Biologia dell’ambiente. Ama la fotografia naturalistica ed è sensibile a tematiche come la salvaguardia dell’ambiente e della biodiversità. Per lei lavorare in un museo significa tutelare, conservare e valorizzare beni naturalistici, collaborare con ricercatori e scienziati di tutto il mondo e non smettere mai di imparare.
FRANCESCO DELVILLANI, insegnante di Scienze
Dopo la laurea in biologia molecolare ha lavorato per oltre quattro anni in università nell’ambito della ricerca di base in microbiologia, conseguendo il dottorato di ricerca. Ha poi intrapreso la carriera di docente e da dieci anni insegna matematica e scienze nella scuola secondaria di primo grado. Si occupa inoltre della gestione dei corsi di recupero e di potenziamento nella scuola in cui opera, sviluppando progetti volti a promuovere e stimolare le capacità di alunni e alunne.
PARLA LO SCIENZIATO
LA CELLULA
1 LEZIONE LE CARATTERISTICHE DEI VIVENTI
2 LEZIONE I VIVENTI SONO COSTITUITI DA CELLULE
3 LEZIONE LA STRUTTURA DELLA CELLULA
4 LEZIONE LA RIPRODUZIONE DELLA CELLULA UN MODELLO VINCENTE visual
La capacità dei vegetali di utilizzare l’energia solare per produrre sostanze nutritive potrà presto diventare anche per noi una grande opportunità. Gli scienziati lavorano da anni sulla fotosintesi artificiale, un processo chimico simile a quello compiuto dai vegetali, ma capace di produrre carburanti alternativi ai combustibili fossili e permettere una transizione energetica sostenibile. Nei laboratori si stanno sperimentando diversi tipi di materiali fotocatalizzatori capaci di assorbire l’energia e di immagazzinarla per utilizzarla quando serve. L’ossido di ferro, per esempio, una sostanza molto comune ed economica, è in grado di favorire la scissione della molecola dell’acqua. Con la scissione della molecola di acqua si potrebbero risolvere due problemi: quello energetico, in quanto l’idrogeno che si forma è un ottimo combustibile, e quello ambientale, perché la reazione non libera anidride carbonica né altri gas responsabili del riscaldamento globale. Grazie all’energia accumulata con la fotosintesi artificiale sarà possibile produrre anche altri tipi di combustibili.
Parole per capire
Transizione energetica • Passaggio da un sistema energetico basato sull’uso esclusivo di combustibili fossili a uno basato sull’impiego di fonti rinnovabili con emissioni di anidride carbonica molto basse o uguali a zero.
Fotocatalizzatori • Sono sostanze capaci di assorbire l’energia solare per attivare le reazioni chimiche, come quelle che avvengono nella fotosintesi.
Riscaldamento globale • Indica il cambiamento del clima terrestre sviluppatosi a partire dalla fine del XIX secolo e ancora in atto, caratterizzato dall’aumento della temperatura media della Terra, a causa delle emissioni nell’atmosfera terrestre di crescenti quantità di gas serra derivanti dall’attività umana.
Guarda il video e scrivi le risposte sul quaderno.
Vivente o non vivente?
1. Perché non è sempre semplice distinguere un essere vivente da un oggetto inanimato? Indica almeno un esempio che può trarre in inganno.
2. Ti è mai capitato di confondere un animale con una pianta?
3. Come si chiama la disciplina che si occupa dello studio degli esseri viventi? Qual è la sua etimologia?
ORA FERMA L’IMMAGINE!
Rivedi il video, trova le immagini e scrivi per ciascuna una didascalia.
1 LE CARATTERISTICHE COMUNI DEGLI ESSERI VIVENTI
Anche se sono molto diversi l’uno dall’altro, gli organismi viventi possiedono un insieme di caratteristiche comuni che ci consentono di affermare che sono vivi. Gli esseri viventi:
• sono costituiti da cellule;
• ricavano dall’ambiente sostanze nutritive ed energia, cioè si nutrono;
• respirano e producono rifiuti che eliminano;
• si muovono (almeno in una fase della loro vita);
• reagiscono agli stimoli;
• si adattano al proprio ambiente;
• crescono;
• si riproducono;
• infine muoiono.
Nutrirsi, respirare, muoversi, reagire agli stimoli, adattarsi al proprio ambiente, crescere, riprodursi e morire sono le funzioni vitali degli organismi.
La scienza che studia gli esseri viventi è la biologia
2 GLI ESSERI VIVENTI SONO COSTITUITI DA CELLULE
La cellula è la più piccola unità dei viventi. Vi sono esseri viventi unicellulari, cioè costituiti da una sola cellula capace di svolgere tutte le funzioni vitali e organismi pluricellulari, cioè costituiti da più cellule organizzate tra loro.
3 GLI ESSERI VIVENTI SI NUTRONO
Gli esseri viventi devono procurarsi le sostanze nutritive di cui hanno bisogno. Le piante, grazie alla luce del Sole, trasformano l’acqua, i sali minerali e l’anidride carbonica ricavati dall’ambiente nelle sostanze nutritive di cui hanno bisogno. Questo processo è chiamato fotosintesi 1 .
Gli animali, a differenza delle piante, non sono in grado di fabbricare le sostanze nutritive di cui hanno bisogno; devono perciò nutrirsi di altri esseri viventi 2
Le piante sono organismi autotrofi.
Gli animali sono organismi eterotrofi.
Un tipo particolare di organismi eterotrofi sono i funghi: non sono in grado di produrre sostanze nutritive e non possono neppure mangiare e digerire altri organismi. Per questo si nutrono grazie all’assorbimento delle sostanze prodotte da altri organismi oppure le ricavano dai resti di organismi morti in decomposizione 3 .
4 GLI ESSERI VIVENTI RESPIRANO ED ELIMINANO RIFIUTI
Oltre alle sostanze nutritive, gli esseri viventi ricavano dal cibo anche l’energia necessaria per compiere le funzioni vitali.
La respirazione è il processo che permette agli organismi di trarre energia dagli alimenti.
Attraverso la respirazione gli esseri viventi introducono nel loro organismo ossigeno (un gas presente nell’aria e nell’acqua) e lo utilizzano per trasformare gli zuccheri e liberare energia e anidride carbonica. Esistono tuttavia altri modi di estrarre energia dagli alimenti: per esempio i lieviti, i microrganismi aggiunti all’impasto del pane e della pizza ricavano energia dagli zuccheri senza bisogno di ossigeno, grazie a un processo chiamato fermentazione
Nel corso delle numerose trasformazioni che gli alimenti subiscono per essere utilizzati dagli organismi, vengono prodotte anche sostanze di rifiuto. Questi materiali sarebbero dannosi se si accumulassero all’interno dell’organismo; pertanto devono essere eliminati e riversati nell’ambiente.
Il processo di eliminazione delle sostanze di rifiuto è chiamato escrezione
1 Le piante producono da sole il proprio nutrimento grazie alla fotosintesi.
2 A ognuno il suo cibo. a) La giraffa è erbivora. b) La volpe è carnivora. c) Il corvo è onnivoro.
3 I funghi assorbono le sostanze nutritive dalla pianta su cui crescono.
4 I pinguini nuotano agilmente in acqua usando le ali come pinne.
5 La risposta di un girasole e della mimosa pudica agli stimoli ambientali.
5 GLI ESSERI VIVENTI SI MUOVONO E REAGISCONO AGLI STIMOLI
Quasi tutti gli animali si muovono utilizzando zampe, ali, pinne, piedi o altre strutture 4
Grazie al movimento gli animali si procurano il cibo, sfuggono ai pericoli, si spostano negli ambienti che presentano condizioni favorevoli alla loro sopravvivenza. Le piante, invece, appaiono per lo più ferme; in realtà compiono dei movimenti in risposta a stimoli provenienti dall’esterno. I girasoli, per esempio, ruotano le foglie e i fiori in risposta a uno stimolo luminoso, i raggi di Sole; la mimosa pudica, invece, risponde a uno stimolo tattile e se toccata ripiega le sue foglioline in un decimo di secondo 5 In genere gli animali percepiscono gli stimoli che provengono dall’esterno (rumori, odori, luce, variazioni di temperatura) attraverso gli organi di senso. Sono poi in grado di reagire a essi, modificando il proprio aspetto oppure il comportamento.
6 GLI ESSERI VIVENTI SI ADATTANO AL PROPRIO AMBIENTE
Quando cambiano le condizioni di vita, gli esseri viventi modificano, entro certi limiti e in tempi molto lunghi, le proprie funzioni biologiche o l’organizzazione corporea. Questa funzione è detta adattamento.
7 GLI ESSERI VIVENTI NASCONO, CRESCONO E SI RIPRODUCONO
Gli animali, le piante e i funghi nascono da individui della stessa specie, simili in tutto a loro, e poi crescono, cioè aumentano le loro dimensioni e il loro peso.
Gli animali crescono fino a quando raggiungono l’età adulta. Le piante, se sono nelle condizioni adatte, continuano a crescere per tutta la durata della loro vita.
Ogni organismo è capace di generare altri esseri viventi in tutto simili a se stesso, assicurando così la sopravvivenza della specie alla quale appartiene.
Questa particolare caratteristica degli esseri viventi si chiama riproduzione.
La riproduzione può essere asessuata, se avviene con l’intervento di un solo organismo, oppure sessuata, se intervengono un individuo maschio e un individuo femmina. Nella riproduzione sessuata il nuovo individuo si forma a partire dall’unione di due cellule specializzate: il gamete maschile e il gamete femminile. Questa funzione è chiamata fecondazione
La sequenza di avvenimenti che si ripete sempre uguale nel corso della vita di ogni essere vivente si chiama ciclo vitale. Il ciclo vitale di un organismo inizia con la sua nascita e continua con il suo sviluppo, per poi terminare con la morte, processo che può avvenire per cause accidentali o per l’invecchiamento dell’organismo. Per questo, la durata della vita è un carattere che varia da specie a specie.
SI DICE CHE…
Gli animali che vivono più a lungo sono l’elefante e la tartaruga
Gli elefanti e le tartarughe sono animali terrestri molto longevi. L’elefante può arrivare a vivere fino a 70 anni mentre la tartaruga delle Galapagos vive in media fino a 100 anni, anche se molti esemplari li hanno abbondantemente superati. Il primato di longevità spetta però a un mammifero acquatico: la balena della Groenlandia, Balaena mysticetus, che può vivere fino a 200 anni!
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Completa le frasi con i termini corretti. lunghi cellule autotrofi asessuata adattamento eliminazione
1. Gli esseri viventi sono costituiti da .
2. Il processo di delle sostanze di rifiuto è chiamato escrezione.
3. Gli esseri viventi si riproducono esclusivamente per via sessuata e .
4. L’ è la capacità degli organismi di adattarsi alle variazioni ambientali in tempi molto
5. Le piante sono organismi .
VERSO LE COMPETENZE
Il disegno mostra il ciclo vitale delle rane. Completa con i termini corretti le frasi che descrivono le tappe del processo.
1. Le uova sono deposte dalla femmina nell’acqua. È il segnale che è avvenuta la .
4. La durata della vita di una rana è di circa cinque anni: il ciclo vitale si conclude con la dell’animale.
3. I girini gradualmente subiscono molti cambiamenti. La e lo sviluppo del corpo trasformano i girini in rane adulte.
2. Dalle uova fecondate escono i piccoli della rana, i girini Questa fase del ciclo vitale è la
Le caratteristiche dei viventi
2 LEZIONE I VIVENTI SONO COSTITUITI DA CELLULE
LAB STEM
TESSUTI ANIMALI E VEGETALI AL MICROSCOPIO
Basta un microscopio ottico piuttosto semplice per osservare dei tessuti, cioè degli insiemi di cellule dello stesso tipo.
■ REALIZZA L’ESPERIMENTO
MATERIALI
• un microscopio ottico
• vetrini portaoggetto e coprioggetto
• un contagocce
• acqua
• bastoncini cotonati
• una cipolla
• una pinzetta
PROCEDIMENTO
1. Inizia con la preparazione del campione di tessuto animale. Usa il bastoncino cotonato per strofinare l’interno della tua guancia e disponi i frammenti di tessuto sul vetrino portaoggetto. Preleva un po’ d’acqua con il contagocce e versa una goccia sul campione, poi ricopri il tutto con il vetrino coprioggetto.
2. Prepara il campione di tessuto vegetale. Preleva con la pinzetta un frammento di pellicola di cipolla dalla parte viva e umida. Fai in modo che sia il più sottile possibile. Appoggia la pellicola sul vetrino e coprila con il vetrino coprioggetto.
3. Ora puoi procedere con l’osservazione dei due campioni: inizia con un ingrandimento 100× e poi passa a 400×.
■ OSSERVA E RISPONDI
1. Che forma hanno le cellule che costituiscono il tessuto prelevato all’interno della tua bocca?
2. Che forma hanno le cellula della cipolla?
3. Quale dei due tipi di cellula ha una forma più regolare?
4. Che cosa riesci a vedere all’interno delle cellule? È visibile in entrambe un grosso corpuscolo di forma sferica?
5. Osservi altri particolari che distinguono la cellula animale da quella vegetale?
6. Scrivi la relazione dell’esperimento.
1 CHE COS’È LA CELLULA
Ti sei mai fermato a osservare la varietà degli edifici che trovi lungo la strada che ti porta a scuola? Piccoli condomini, villette, palazzi, anche se diversi hanno molti elementi in comune: per esempio, hanno porte e finestre, impianti idraulici ed elettrici, un tetto e sono generalmente costruiti con mattoni. Lo stesso si può dire per gli esseri viventi. All’apparenza sono molto diversi per forma, dimensioni, tipo di movimento, modo di nutrirsi, ma tutti hanno una caratteristica in comune: sono fatti di cellule.
La cellula è la più piccola unità dei viventi in grado di svolgere tutte le funzioni vitali.
Per esprimere le dimensioni delle cellule bisogna ricorrere a un’unità di misura molto piccola, il micrometro. Un micrometro equivale a un millesimo di millimetro e si indica con il simbolo µm. Pensa che il nostro occhio da solo non può distinguere oggetti più piccoli di 0,1 mm, cioè 100 µm!
2 ORGANISMI UNICELLULARI E ORGANISMI PLURICELLULARI
Una cellula può costituire da sola un vero e proprio organismo: in questo caso si parla di organismo unicellulare. Sono organismi unicellulari i batteri, formati da un tipo di cellula molto semplice, la cellula procariote 1
Piante, funghi e animali sono organismi pluricellulari, formati cioè da un grandissimo numero di cellule 2 . Le cellule dei pluricellulari sono cellule eucariote: sono più grandi delle procariote e presentano una struttura e un’organizzazione molto più complesse.
Esistono anche organismi unicellulari formati da una sola cellula eucariote, per esempio i lieviti, le muffe, le alghe unicellulari e i parameci 3
2 La chiocciola e il fungo sono organismi pluricellulari.
3 Il paramecio è un organismo unicellulare eucariote.
3 L’ORGANIZZAZIONE DEGLI ORGANISMI PLURICELLULARI
Negli unicellulari, come un batterio e un paramecio, la cellula costituisce l’intero organismo. Nei pluricellulari, invece, le cellule si specializzano e assumono forme specifiche in relazione alle funzioni che svolgono. Per questo motivo una cellula che costituisce un muscolo è diversa da una cellula che costituisce, per esempio, il cervello.
Le cellule che svolgono lo stesso compito presentano forma e dimensione uguali; costituiscono un tessuto, specializzato per esempio nel proteggere l’organismo, produrre delle sostanze oppure farlo muovere. I tessuti, a loro volta, sono organizzati in organi, poi in sistemi o apparati e infine in un organismo 4 (a pagina seguente).
1 I batteri, organismi unicellulari, sono formati da una cellula procariote delle dimensioni di pochi micrometri.
i viventi sono costituiti da ceLLuLe
Foto al microscopio di una cellula ossea.
Foto al microscopio di tessuto osseo. La vertebra è un organo. Le ossa del serpente formano il suo sistema scheletrico.
ANIMALI
4 I livelli di organizzazione negli animali e nelle piante. Il serpente è un organismo.
Cellula
La cellula è l’unità costitutiva di base di tutti i viventi.
Tessuto
Un tessuto è l’insieme di cellule tra loro simili, che svolgono la stessa funzione. Piante e animali possiedono tessuti per sostenere e rivestire il corpo e per trasportare sostanze.
Organo
Un organo è l’insieme di tessuti diversi che cooperano per svolgere una funzione vitale.
Apparato o sistema
Quando più organi collaborano allo svolgimento di una stessa funzione, si forma un sistema oppure un apparato: un sistema è costituito da più organi formati dallo stesso tessuto; un apparato è un insieme di organi formati da tessuti diversi.
Organismo
Un organismo è formato dall’insieme degli apparati e dei sistemi e rappresenta il livello di organizzazione più alto.
PIANTE
Foto al microscopio di una cellula di foglia.
Foto al microscopio del tessuto che riveste una foglia.
4 GLI STRUMENTI CHE PERMETTONO DI OSSERVARE LA CELLULA
La foglia è un organo. Le foglie formano l’apparato fogliare dell’albero. La quercia è un organismo.
A parte poche eccezioni, le cellule sono invisibili a occhio nudo. Per poterle osservare occorre utilizzare il microscopio, uno strumento capace di ingrandire le immagini di oggetti molto piccoli, dell’ordine del micrometro.
I laboratori scolastici sono generalmente attrezzati con microscopi ottici che possono ingrandire di centinaia di volte i preparati da osservare 5 . I campioni da osservare devono essere trasparenti alla luce prodotta dalla lampada collocata sotto il tavolino portaoggetti; per questo i preparati da porre sul vetrino devono essere estremamente sottili.
Le parti del microscopio che effettivamente ingrandiscono l’immagine di un oggetto sono le lenti, cioè l’oculare e l’obiettivo. L’obiettivo produce una prima immagine ingrandita dell’oggetto da osservare; questa, a sua volta, viene ulteriormente ingrandita dall’oculare.
Per conoscere l’ingrandimento fornito dal microscopio occorre moltiplicare il numero scritto sull’oculare per il numero scritto sull’obiettivo utilizzato. Se per esempio sull’oculare è scritto 10× e sull’obiettivo 40×, l’ingrandimento totale è 10 × 40, cioè di 400 volte.
5 Il microscopio ottico.
Lo stativo è la parte di sostegno del microscopio; contiene anche il tavolino portaoggetti sul quale viene posto il vetrino con il campione da osservare.
Come funziona il microscopio ottico
Il potere di ingrandimento di un microscopio ottico può essere potenziato fino a 2000 volte con vari accorgimenti, per esempio montando un maggior numero di lenti oppure utilizzando lenti più potenti. Tuttavia non è possibile aumentare il potere di risoluzione, cioè la capacità dello strumento di mettere a fuoco l’immagine mantenendo le proporzioni dell’oggetto che si osserva. Questo accade perché il microscopio ottico sfrutta le onde che formano la luce, che possiedono certe caratteristiche. Negli anni ’50 del secolo scorso è stato inventato il microscopio elettronico che, invece della luce visibile, utilizza gli elettroni, particelle contenute negli atomi 6 . Il microscopio elettronico riesce a ingrandire un oggetto fino a 100 000 volte e il suo potere di risoluzione permette di osservare strutture delle cellule migliaia di volte più piccole di quelle che si possono vedere con un buon microscopio ottico 7 . Grazie al microscopio elettronico è possibile osservare i componenti più piccoli delle cellule.
FISSA I CONTENUTI ESSENZIALI
Segna con una crocetta se vero (V) o falso (F).
1. Gli organismi unicellulari sono tutti procarioti.
2. Le cellule dei pluricellulari sono cellule eucariote.
6 Il microscopio elettronico.
Le lenti dell’oculare e dell’obiettivo costituiscono la parte ottica.
Una lampada a intensità regolabile illumina i preparati da osservare. Nei microscopi meno recenti la lampada è sostituita da uno specchietto.
7 Granuli di polline al microscopio elettronico.
3. Il microscopio ottico è lo strumento con il massimo ingrandimento.
4. Il microscopio elettronico può ingrandire fino a 100000 volte.
Sottolinea il termine corretto tra i due proposti.
1. L’unità di base dei viventi in grado di svolgere tutte le funzioni vitali è il tessuto/la cellula
2. Un organo è l’insieme di tessuti simili/diversi che cooperano per svolgere una funzione vitale.
3. I funghi sono organismi pluricellulari/unicellulari
visual UN MODELLO VINCENTE
esistono cellule con forme e dimensioni molto diverse, a seconda delle funzioni che svolgono e dell’ambiente in cui vivono, ma tutte presentano un modello base comune, formato dalla membrana plasmatica, dal citoplasma e dal materiale genetico. sembra semplice ma è un modello vincente, perché ha reso possibile l’evoluzione della vita nelle innumerevoli forme che conosciamo.
DUE FLAGELLI PER MUOVERSI MEGLIO
Le Chlamydomonas sono alghe unicellulari che si muovono grazie a due flagelli. In particolari condizioni ambientali possono produrre gas idrogeno invece che ossigeno.
Gli scienziati sperano di poterle usare per la produzione industriale dell’idrogeno, un combustibile che libera grandi quantità di energia, senza emettere anidride carbonica.
CELLULE CON LE GEMME
Anche i funghi, infatti, sono formati da cellule eucariote. Le cellule fungine non possiedono cloroplasti, perché i funghi non sono organismi autotrofi, ma come le cellule vegetali sono rivestite da una parete cellulare composta non da cellulosa ma da chitina, un polisaccaride presente anche nelle strutture animali, per esempio nel rivestimento esterno degli insetti.
CELLULE CON LA PARETE
La forma delle cellule vegetali che costituiscono il tessuto epiteliale è determinata dalla presenza della parete cellulare. Le cellule, appiattite e di forma regolare, aderiscono strettamente le une alle altre come piastrelle di un pavimento e formano un tessuto resistente agli attacchi degli agenti esterni.
CELLULE CAPACI DI ALLUNGARSI E DI ACCORCIARSI
Le cellule dei tessuti muscolari hanno una forma stretta e allungata perché devono contrarsi e rilassarsi; in questo modo permettono il movimento del corpo e delle sue componenti. Per esempio, le cellule che costituiscono il tessuto cardiaco devono continuamente contrarsi perché il cuore possa pulsare e pompare il sangue.
UNA FORMA PER INGLOBARE
La cellula di un’ameba ha la membrana capace di allungarsi e di formare dei prolungamenti, gli pseudopodi (che significa “falsi piedi”).
Grazie agli pseudopodi l’ameba può muoversi ma anche circondare e inglobare i microrganismi e le particelle di cibo.
CELLULE ADATTE A COMUNICARE
I neuroni, le cellule del tessuto che forma il cervello e i nervi, ricevono e trasmettono gli impulsi nervosi. Per comunicare meglio con le cellule vicine, il neurone ha una forma stellata. Un neurone è composto dal corpo cellulare, che contiene il nucleo, dai dendriti, le ramificazioni che ricevono le informazioni dall’ambiente, e dall’assone, lungo il quale viaggiano i segnali verso altri neuroni.
UNA CELLULA CON UN APPARATO DIGERENTE
Il paramecio è un organismo formato da un’unica cellula eucariote. Il cibo entra dall’apertura orale, è digerito dai vacuoli alimentari e i rifiuti sono espulsi dal poro anale. Si può dire che il paramecio possiede un primitivo apparato digerente formato da organuli cellulari!
