Nel mondo esiste un gran numero di diversi tipi di organismi viventi, una diversità pressoché illimitata. Ci riferiamo a questo problema come “biodiversità”, che è una contrazione delle parole “biologico” e “diversità”. Per biodiversità intendiamo “il numero totale di specie diverse che vivono in un’area o ecosistema definito”. Si applica anche all’incredibile abbondanza di diversi tipi di specie. Finora sono state descritte e denominate in totale circa 2 milioni di specie. Con il termine “specie” (dal latino species aspetto, tipo) ci riferiamo a un insieme particolare di esseri viventi, di ascendenza comune che si assomiglia molto ed è normalmente in grado di incrociarsi per produrre prole fertile.

Dei 2 milioni circa di specie descritte, oltre il 50% sono insetti e piante superiori, specialmente piante da fiore, che rappresentano il gruppo più numeroso. I mammiferi rappresentano solo una piccola percentuale, solo lo 0,25 di tutte le specie conosciute.( Fig. 68.01).La specie poi è legata alla speciazione, cioè alla nascita ed evoluzione di una specie nuova fino all’estinzione. Nei tempi lunghi, abbiamo visto che possono formarsi nuove specie (modello gradualista) o in modo rapido dopo periodi di stabilità evolutiva (equilibrio punteggiato). Ma, nei tempi brevi la specializzazione può essere condizionata da una barriera geografica (speciazione allopatrica), chimica, temporale, meccanica o da cambiamenti genici all’interno della specie di origine (speciazione simpatrica).

Oggi, nuove specie vengono scoperte continuamente. Tuttavia, nonostante la vastità del genere vivente, fino a tempi molto recenti, non esisteva una “biblioteca internazionale degli esseri viventi” in cui si potessero verificare le nuove scoperte.

Quindi era necessario denominare e classificare le specie utilizzando un sistema concordato a livello internazionale.

Classificazione delle specie

La classificazione è essenziale per la biologia perché ci sono troppi esseri viventi diversi da ordinare e confrontare, a meno che non siano organizzati in categorie gestibili. Gli schemi di classificazione biologica sono un’invenzione dei biologi. Con un efficace sistema di classificazione in uso, è più facile organizzare le nostre idee sugli organismi e fare generalizzazioni.

Lo schema di classificazione. Nella classificazione, l’obiettivo è utilizzare quante più caratteristiche possibili quando si mettono insieme organismi simili e se ne separano dissimili.  Questo approccio di classificazione delle specie si basa sul concetto di specie biologica intesa come gruppi di popolazioni naturali interfeconde, distinte e separate da altre analoghe. Secondo la classificazione sistematica l’ordine gerarchico è: Dominio, Regno, Phylum, Classe, Ordine, Famiglia, Genere, Specie. In una classificazione naturale, il genere e i taxa superiori che lo accompagnano sono costituiti da tutte le specie che si sono evolute da una specie ancestrale comune.

 Evoluzione e biodiversità. Il sistema binomiale di denominazione Molti organismi hanno nomi locali, ma questi spesso differiscono in tutto il mondo. Non consentono agli osservatori di essere sicuri che stiano tutti parlando dello stesso organismo. Ad esempio, il nome “gazza” rappresenta uccelli completamente diversi comunemente osservati in Europa, in Asia e nello Sri Lanka (Figura 67.02). Così, gli scienziati hanno scelto un approccio internazionale chiamato sistema binomiale (che significa “un nome in due parti”). Usando questo sistema, tutti ovunque sanno esattamente a quale organismo si fa riferimento. Fu il botanico svedese Linnaeus ad ideare il sistema di nomenclatura  binominale  in cui  ogni organismo ha un doppio nome  , costituito da un nome generico latinizzato(genere) e da  un aggettivo specifico(specie).Quindi, a ciascun organismo viene assegnato un nome scientifico composto da due parole in latino. Il primo (un sostantivo) designa il genere, il secondo (un aggettivo) descrive la specie. Il nome generico viene prima e inizia con una lettera maiuscola, seguito dal nome specifico. Convenzionalmente, questo nome è scritto in corsivo (o è sottolineato). Come mostrato nella Figura , gli organismi strettamente imparentati hanno lo stesso nome generico; differiscono solo i nomi delle loro specie. Vedrai che, quando ci si riferisce frequentemente agli organismi, inizialmente viene dato il nome completo, ma successivamente il nome generico viene abbreviato alla prima lettera (maiuscola). Pertanto, nei continui riferimenti agli esseri umani in un articolo o documento scientifico, l’Homo sapiens diventerebbe H. sapiens (Fig. .68.03).

Domini e regni. Un tempo il mondo vivente sembrava dividersi naturalmente in due regni costituiti dalle piante (a nutrizione autotrofa) e dagli animali (a nutrizione eterotrofa). Questi due regni sono nati dalle discipline originarie della biologia, la botanica, lo studio delle piante, e la zoologia, lo studio degli animali. Funghi e microorganismi sono stati opportunamente “aggiunti” alla botanica.

Inizialmente c’era solo un problema; i funghi possedevano la nutrizione eterotrofica tipicamente “animale”, ma avevano una struttura “simile a una pianta”.

Poi, con l’uso del microscopio elettronico, è arrivata la scoperta dei due tipi di cellule struttura, cioè procariote ed eucariote. Di conseguenza, i batteri con le loro cellule procariotiche non potrebbero più essere “piante”, poiché le piante hanno cellule eucariotiche. La divisione degli esseri viventi in regni necessitava di una revisione. Ciò ha portato alla divisione degli esseri viventi in 5 regni (Tabella 68.19). Oggi, i tassonomi a volte riclassificano gruppi di specie quando nuove prove mostrano che un taxon precedente contiene specie che si sono evolute da diverse specie ancestrali.

Poi è arrivata la scoperta della biochimica distintiva dei batteri che si trovano in ambienti estremamente ostili (gli estremofili), come i batteri ‘amanti del calore’ che si trovano nelle sorgenti calde a circa 70ºC. Ciò ha portato a un nuovo schema di classificazione. Questi microrganismi di habitat estremi hanno cellule che possiamo identificare come procarioti. Tuttavia, le molecole di RNA più grandi presenti nei ribosomi degli estremofili sono diverse da quelle dei batteri precedentemente noti. Ulteriori analisi della loro biochimica rispetto a quella di altri gruppi hanno suggerito nuove relazioni evolutive (Figura 68.210).

Tutti gli organismi sono ora classificati in tre domini e 6 regni.  Queste relazioni evolutive sono state stabilite confrontando la sequenza di basi (nucleotidi) nell’RNA ribosomiale (rRNA) presente nelle specie di ciascun gruppo. (Figura 68.04). I rami più corti portano a specie ipertermofile, il che suggerisce che l’antenato universale di tutti gli esseri viventi fosse un ipertermofilo (probabilmente “assemblato” in condizioni di profonde prese d’aria oceaniche dove i gas vulcanici vengono scaricati nell’acqua ad alta temperatura e pressione).I domini individuati sono: gli Archaea (i procarioti estremofili) gli Eubacteria (i veri batteri) gli Eukaryota (tutte le cellule eucariotiche, i protoctisti, i funghi, le piante e gli animali).

In realtà, gli Archaea sono stati trovati in una gamma di habitat più ampia rispetto agli ambienti semplicemente estremi. Oggi, alcuni si trovano negli oceani e altri nei depositi di combustibili fossili in profondità nel sottosuolo Alcune specie si trovano nelle bocche oceaniche profonde, in habitat ad alta temperatura come i geyser, nelle saline e negli ambienti polari. Alcune specie si trovano solo in recinti anaerobici, come nelle viscere delle termiti e del bestiame, e sul fondo degli stagni tra i resti di piante in decomposizione. Qui scompongono la materia organica e rilasciano metano, con importanti conseguenze ambientali.

Oggi si propende a dividere i 3 domini in 6 regni: i procarioti (formati da Batteri e Archei) gli animali, i funghi, le piante, i protisti. A seconda del metabolismo del glucosio utilizzato si dividono in:

–anaerobi obbligati, se subiscono solo il processo di fermentazione senza ossigeno;

–anaerobi facoltativi se utilizzano   la fermentazione o respirazione cellulare

-anaerobi aero tolleranti se fanno fermentazione ma sopportano anche la presenza di ossigeno;

In base al meccanismo per il quale ricavano energia e carbonio dall’esterno si dividono in:

  •  fotoautotrofi, se usano la luce come fonte energetica e l’anidride carbonica dell’ambiente;
  • fotoeterotrofi, se utilizzano la luce come fonte energetica e ricavano il carbonio da composti organici;
  • chemioeterotrofi, se utilizzano l’energia e il carbonio dal consumo di altri organismi;
  • chemioautrofi, se non usano la luce come energia e ricavano il carbonio dalla CO2..
  • Il modo più rapido per classificare gli esseri viventi è in base alle loro somiglianze e differenze immediate ed evidenti. Ad esempio, potremmo classificare insieme gli animali che volano, semplicemente perché l’organo essenziale, le ali, è così facilmente visibile. Ciò includerebbe quasi tutti gli uccelli e molti insetti, così come i pipistrelli e alcuni dinosauri fossili. Tuttavia, le somiglianze tra le ali dell’uccello e dell’insetto sono superficiali. Entrambi sono profili aerodinamici (strutture che generano “portanza” quando vengono spostati nell’aria), ma sono costituiti da tessuti diversi e hanno origini diverse nel corpo. Diciamo che le ali degli uccelli e degli insetti sono strutture analoghe. Strutture analoghe si assomigliano nella funzione ma differiscono nella loro struttura fondamentale. Una classificazione basata su strutture analoghe è una classificazione artificiale. In alternativa, una classificazione naturale si basa su somiglianze e differenze dovute a strette relazioni tra organismi perché condividono antenati comuni. Abbiamo già visto che la struttura ossea degli arti di tutti i vertebrati suggerisce che si tratti di modifiche di un piano comune che chiamiamo arto pentadattilo. Quindi, ci sono molte ossa comparabili nel braccio umano, nella gamba di un cavallo e nell’arto di una talpa. Strutture costruite secondo un piano comune, ma adattate a scopi diversi, sono strutture omologhe. Vediamo questi adattamenti di una struttura comune come cambiamenti evolutivi, guidati dalla selezione naturale( Fig.68.05).
  • Tutti gli esseri viventi hanno il DNA come materiale genetico, con un codice genetico praticamente universale. I processi di “lettura” del codice e di sintesi proteica, utilizzando RNA e ribosomi, sono molto simili nei procarioti e negli eucarioti. Processi come la respirazione comportano gli stessi tipi di passaggi e intermedi simili o identici e reazioni biochimiche, catalizzate in modo simile. L’ATP è la valuta energetica universale. Tra gli organismi autotrofi la biochimica della fotosintesi è praticamente identica Questa comunanza biochimica suggerisce un’origine comune per la vita, perché le differenze biochimiche tra gli esseri viventi di oggi sono piccole. Alcuni dei primi eventi nell’evoluzione della vita devono essere stati biochimici ei risultati sono stati. ereditati più o meno
  • universalmente

I sei regni principali sono i seguenti

1)I batteri

Fanno parte dei procarioti, quindi hanno un cromosoma circolare a diretto contatto con il citoplasma, con spesso plastidi e non hanno organuli circondati da membrana. Si riproducono per scissione binaria, anche se hanno meccanismi di ricombinazione di DNA. Sono quasi tutti unicellulari e si assemblano in comunità microbiotiche. Con l’ambiente comunicano per via chimica o fisica. Possono avere varie forme: sferici, a bastoncello, a filamento singolo e ramificato, elicoidali. La parete cellulare condiziona le capacità patogene, e in base alla colorazione si dividono in: Gram-positivi (se si colorano di blu-porpora), Gram -negativi (se si colorano di rosso). Alcuni batteri, invece, sono patogeni e provocano infezioni di varia entità( Fig.68.07).

2)Gli archei

Fanno parte dei procarioti, quindi hanno un cromosoma circolare a diretto contatto con il citoplasma, con spesso plastidi, senza organuli circondati da membrana. Si riproducono per scissione binaria, anche se hanno meccanismi di ricombinazione di DNA. Sono quasi tutti unicellulari e si assemblano in comunità. Con l’ambiente comunicano per via chimica o fisica. Presentano la parete cellulare diversa da quella dei batteri. Alcuni sono termofili ed acidofili, cioè vivono in ambienti caldi ed acidi come le sorgenti sulfuree acide. Alcuni sono metanogeni, cioè producono metano da CO2.Alcuni sono alofili estremi, cioè vivono in ambienti estremi come le saline. Molti batteri e archei vivono nell’apparato digerente di animali e uomini, essendo coinvolti nella digestione e nella produzione di alcuni nutrienti, quindi sono innocui e benefici( Fig.68.08).

3)Gli animali

Fanno parte degli eucarioti, quindi hanno nucleo, organuli e membrane interne. Sono organismi complessi pluricellulari, formati da cellule che formano tessuti che formano organi con una struttura gerarchica e differenziata. Si sono sviluppati dai procarioti e in seguito allo sviluppo di O2 nell’atmosfera, hanno sviluppato i mitocondri. Si riproducono per via sessuata attraverso la formazione di un embrione. Sono eterofili, che ingeriscono e digeriscono il cibo. Un punto di contrasto con le piante è la semplicità del ciclo di vita degli animali (sebbene alcuni animali parassiti siano un’eccezione). Il loro ciclo di vita è diploide, con l’adulto che produce gameti aploidi (sperma e ovuli) per meiosi. Dopo la fecondazione, lo zigote si divide per produrre un embrione che, all’inizio dello sviluppo, diventa una caratteristica palla cava di cellule, chiamata blastula( Fig.68.09).

4)I funghi

Fanno parte degli eucarioti, quindi hanno nucleo, organuli e membrane interne. Sono organismi unicellulari e pluricellulari, che si sono sviluppati dai procarioti, alcuni con strutture complesse altri molto semplice. Si riproducono per spore. Sono decompositori   eterofili( Fig.68.10).

5)Le piante

Fanno parte degli eucarioti, quindi hanno nucleo, organuli e membrane interne. Sono organismi pluricellulari, formati da cellule che formano tessuti che formano organi con una struttura gerarchica e differenziata. Si sono sviluppati dai procarioti e in seguito allo sviluppo di O2 nell’atmosfera, hanno elaborato i cloroplasti. Si riproducono per via sessuata attraverso la formazione di un embrione. Sono autotrofi fotosintetici. Una caratteristica distintiva delle piante verdi è il loro ciclo di vita piuttosto complesso: ci sono due fasi o generazioni: una generazione di gametofiti che produce gameti e una generazione di sporofiti che forma spore. I dettagli di questa caratteristica non ci interessano qui, ma spiegano alcuni aspetti altrimenti sconcertanti delle strutture e dei cicli di vita delle piante verdi(Fig.68.11).

6)I protisti

Sono eucarioti microbici che comprendono organismi unicellulari, organismi simili a funghi, fotosintetici pluricellulari, e alghe glaucofane(Fig.68.12).