Lezioni di Biology

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Atletica leggera: corsa, salti e lanci – L'atletica leggera è lo sport in cui la prestazione si misura: le gare di corsa si cronometrano, salti e lanci si misurano in metri. Le gare in pista comprendono velocità, mezzofondo, fondo, ostacoli e staffette. I salti (lungo, triplo, alto, asta) hanno quattro fasi: rincorsa, stacco, volo e atterraggio. Nei lanci (peso, disco, giavellotto, martello) conta soprattutto la velocità di rilascio, poi l'angolo e l'altezza di rilascio. Regole chiare su partenze, corsie, linee e settori rendono la gara giusta.
Basi molecolari dell'ereditarietà – Il DNA è il materiale genetico della maggior parte degli esseri viventi (alcuni virus usano l'RNA). È una doppia elica: due filamenti antiparalleli di nucleotidi, con A che si appaia a T con 2 legami a idrogeno e G a C con 3. Il DNA lungo si avvolge sugli istoni formando i nucleosomi e poi la cromatina. Il DNA si copia in modo semiconservativo (Meselson–Stahl). Il dogma centrale dice che DNA → RNA → proteina. La trascrizione produce RNA da un solo filamento; negli eucarioti l'hnRNA riceve cappuccio e coda e viene sottoposto a splicing. Il codice genetico è a triplette, ha 64 codoni (61 per gli amminoacidi, 3 di stop), inizia con AUG, è quasi universale e degenerato. I ribosomi traducono l'mRNA in proteina con i tRNA come adattatori. I geni si accendono e si spengono; l'operone lac ne è l'esempio classico. I progetti Genoma Umano e Genoma del Riso hanno letto genomi interi, e l'impronta genetica usa il DNA ripetuto (VNTR) per identificare le persone.
Biomolecole – Una cellula è fatta soprattutto di acqua, più quattro grandi famiglie di composti del carbonio: proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici. Se si macina un tessuto in acido, le molecole piccole (gruppo solubile in acido) si separano da quelle grandi: proteine, polisaccaridi e acidi nucleici (gruppo insolubile in acido). Le proteine sono catene di amminoacidi ripiegate in quattro livelli di struttura. I polisaccaridi sono catene di zuccheri; i lipidi sono acidi grassi legati al glicerolo; gli acidi nucleici sono catene di nucleotidi. Gli enzimi sono catalizzatori proteici: legano il substrato nel sito attivo, abbassano l'energia di attivazione e sono influenzati da temperatura, pH, quantità di substrato e inibitori.
Ciclo cellulare e divisione cellulare – Una cellula cresce, copia il suo DNA e si divide seguendo un ordine preciso chiamato ciclo cellulare: interfase (G1, S, G2) e fase M. Nella fase S il DNA raddoppia (2C → 4C), ma il numero di cromosomi resta lo stesso. La mitosi (profase, metafase, anafase, telofase) e la citocinesi producono due cellule identiche a quella di partenza: è una divisione equazionale, usata per la crescita e la riparazione. La meiosi ha due divisioni; nella meiosi I i cromosomi omologhi si appaiano, si scambiano pezzi (crossing over) e si separano, dimezzando il numero di cromosomi (2n → n). Produce quattro cellule aploidi per i gameti e crea variabilità.
Ecosistema, catene alimentari e flusso di energia – Un ecosistema è l'insieme degli esseri viventi di un luogo e delle cose non viventi che li circondano, che lavorano insieme. L'energia entra come luce solare, sale in un'unica direzione lungo la catena alimentare e a ogni livello successivo ne passa solo circa il 10%.
Ecosistema: struttura, produttività, flusso di energia e piramidi – Un ecosistema è un'unità di natura che funziona, in cui esseri viventi (biotici) e non viventi (abiotici) interagiscono. Le piante producono cibo a una certa velocità, detta produttività: quella lorda (GPP) meno la respirazione dà quella netta (NPP = GPP − R). La materia morta si decompone in cinque fasi: frammentazione, lisciviazione, catabolismo, umificazione e mineralizzazione. L'energia entra come luce del sole, scorre in una sola direzione lungo i livelli trofici e a ogni passaggio ne arriva solo circa il 10%. Le piramidi ecologiche di numero, biomassa ed energia lo mostrano: quelle di numero e di biomassa possono essere invertite, quella dell'energia è sempre dritta.
Ereditarietà e leggi di Mendel – L'ereditarietà è il passaggio dei caratteri dai genitori ai figli attraverso i geni. Ogni genitore dona una copia di ogni gene. Una copia dominante nasconde una copia recessiva: per questo Mendel ottenne 3:1 in un incrocio monoibrido e 9:3:3:1 in un incrocio diibrido. I geni sono pezzi di DNA che servono a fabbricare proteine, e le proteine costruiscono il carattere.
Evoluzione: come nascono nuovi tipi di esseri viventi – Durante la riproduzione compaiono delle variazioni. La natura sceglie quelle che aiutano a sopravvivere, così nel corso di molte generazioni le popolazioni cambiano: questa è l'evoluzione. Si trasmettono solo i cambiamenti ereditari (nel DNA); quelli acquisiti no. Popolazioni separate possono diventare nuove specie. Organi omologhi, organi analoghi e fossili ci aiutano a capire chi è parente di chi, e gli organi complessi si sono formati un passo alla volta.
Gli apparati del corpo umano – Il tuo corpo è organizzato a livelli: le cellule formano i tessuti, i tessuti formano gli organi, gli organi formano gli apparati e tutti gli apparati insieme formano te, l'organismo. Ogni apparato ha un compito principale: scheletrico (struttura), muscolare (movimento), circolatorio (trasporto), respiratorio (scambio di gas), digerente (cibo), escretore (rifiuti), nervoso ed endocrino (controllo), immunitario (difesa), tegumentario (pelle, peli, unghie) e riproduttivo. Nessun apparato lavora da solo: durante lo sport muscoli, cuore, polmoni e nervi cambiano insieme per mantenere stabile l'interno del corpo (omeostasi).
Il trasporto nell'uomo: cuore, vasi sanguigni, sangue e linfa – Il cuore è una pompa muscolare con quattro camere. In un giro completo il sangue lo attraversa due volte: una volta va ai polmoni a prendere ossigeno, una volta va a tutto il resto del corpo. Questa è la doppia circolazione. Le arterie portano il sangue lontano dal cuore, le vene lo riportano indietro e i capillari fanno gli scambi. Sangue (plasma, globuli rossi, globuli bianchi, piastrine) e linfa trasportano insieme cibo, gas, ormoni e rifiuti.
La biodiversità e la sua conservazione – La biodiversità è la varietà della vita su tre livelli: genetico, di specie ed ecologico. È massima vicino all'equatore e cresce con l'area (log S = log C + Z log A). Ogni specie conta, come i rivetti di un aereo. Perdiamo specie in fretta a causa del "quartetto malvagio": perdita e frammentazione dell'habitat, sfruttamento eccessivo, invasione di specie aliene e co-estinzione. La Lista Rossa IUCN (Red Data Book) classifica le specie da Minima preoccupazione a Estinta. Proteggiamo la vita in situ (hotspot, parchi nazionali, santuari, riserve della biosfera, boschi sacri, zone umide Ramsar) ed ex situ (zoo, orti botanici, banche dei semi e dei geni).
La cellula: l'unità base della vita – Ogni essere vivente è fatto di cellule. Robert Hooke vide per la prima volta le cellule nel sughero nel 1665. Le cellule sono procariote (senza un vero nucleo, come i batteri) oppure eucariote (con un vero nucleo). Le cellule vegetali hanno parete cellulare, cloroplasti e un grande vacuolo; quelle animali no. Ogni organello ha un compito. L'acqua entra ed esce dalle cellule per osmosi. Le cellule fanno nuove cellule con la mitosi (crescita) e la meiosi (cellule sessuali).
La riproduzione umana e la salute riproduttiva – Durante la pubertà gli ormoni prodotti dal cervello fanno entrare in funzione testicoli e ovaie. L'apparato maschile produce e trasporta gli spermatozoi; quello femminile produce le cellule uovo e offre un luogo (l'utero) dove il bambino si sviluppa. La fecondazione avviene nell'ovidotto e l'embrione viene nutrito attraverso la placenta. La salute riproduttiva comprende scelte sicure, contraccezione, rifiuto dell'aborto selettivo delle femmine e prevenzione delle malattie sessualmente trasmissibili come HIV/AIDS.
Sistema nervoso, riflessi e cervello umano – Le cellule nervose (neuroni) trasportano i messaggi come impulsi elettrici e li passano alla cellula successiva con sostanze chimiche attraverso un piccolo spazio chiamato sinapsi. Le risposte rapide di sicurezza (i riflessi) sono gestite dal midollo spinale; il pensiero e il controllo vengono dal cervello, protetto dal cranio e da un cuscino di liquido.
Stile di vita sano: le abitudini di ogni giorno che ti fanno stare bene – Uno stile di vita sano è un insieme di abitudini quotidiane: una dieta equilibrata con cinque gruppi di alimenti, abbastanza acqua, 9–11 ore di sonno per i bambini in età scolare e circa 8–10 per gli adolescenti, almeno 60 minuti di attività al giorno, una buona postura, la sicurezza nel maneggiare il cibo e stare lontani da fumo, alcol e droghe. Queste abitudini riducono il rischio di malattie legate allo stile di vita (non trasmissibili) come il diabete di tipo 2, le malattie del cuore e alcuni tumori.