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Sezione B La cellula: l’unità del vivente 1. L’unità dei viventi nella diversità Tutti i viventi sono costituiti dagli stessi elementi biomolecolari Gli organismi viventi ci appaiono molto diversi tra loro per dimensioni, forma, rivestimenti, attività e tipo di sostanze chimiche impiegate per vivere. Eppure sono tutti costituiti da unità fondamentali, le cellule, organizzate sostanzialmente nello stesso modo. Scendendo a livelli sempre più microscopici, la diversità dei viventi diminuisce progressivamente, e si basa sulla combinazione dei quattro gruppi di macromolecole che abbiamo conosciuto nel capitolo precedente: proteine, carboidrati, lipidi e acidi nucleici. Procedendo ulteriormente verso l’infinitamente piccolo, scopriamo che il “programma” di ogni vivente, ovvero l’insieme delle informazioni necessarie a permetterne lo sviluppo e lo svolgimento delle attività cellulari, utilizza un linguaggio che si compone di sole quattro lettere: i quattro nucleotidi disposti su una lunga sequenza lineare. a occhio nudo Fig. 1 Unità biologica e chimica dei viventi nella diversità. 82 a livello microscopico appaiono diversi appaiono simili Scienza VIVA Le diverse disposizioni che questi possono assumere lungo la molecola del DNA costituiscono la base dell’individualità di ciascun organismo. CHIAVE DI LETTURA Identità e diversità sono dunque concetti relativi che dipendono sia da come si osservano i singoli organismi sia dal livello di analisi al quale li si indagano. Una volpe e una bimba, per esempio, appaiono molto diversi a occhio nudo. Si rivelano invece simili al microscopio, per struttura cellulare e composizione chimica (fig. 1). VERIFICA FLASH 1. Che cosa accomuna tutti i viventi? CHIAVE DI LETTURA Cruci WEB 2. In che senso e perché i concetti di identico e diverso hanno un valore relativo? 2. Principi e storia della moderna teoria cellulare La cellula è l’unità elementare dell’attività biologica La moderna teoria cellulare si basa su tre acquisizioni fondamentali: • ogni essere vivente è costituito da una o più cellule; • le cellule sono le unità funzionali della vita, di cui ciascuna cellula reca in sé tutte le caratteristiche; • tutte le cellule derivano da altre cellule. C’è voluto molto tempo però per giungere a queste conclusioni. Il mondo dei viventi, infatti, è stato oggetto d’osservazione e di studio fin dal lontano passato, ma piante e animali per lungo tempo venivano considerati nel loro aspetto esteriore, reso attraente dall’esuberanza di forme e colori, dall’incredibile ricchezza e dalla graduale complessità. L’esplorazione del mondo cellulare iniziò solo verso la metà del XVII secolo, quando si costruirono i primi microscopi. Le cellule che formano tutti i viventi sono infatti invisibili a occhio nudo. Il primo microscopio fu realizzato in Olanda nel 1590, con varie lenti sovrapposte e alternate da strati d’acqua, ma non suscitò un interesse particolare per molto tempo. Le prime osservazioni al microscopio rivelano che i viventi sono fatti di piccole “celle” Nel 1665 lo scienziato inglese Robert Hooke scrisse Micrographia, un testo che per la prima volta descriveva alcune osservazioni compiute con un microscopio composto, formato da due gruppi di lenti: obiettivo e oculare (fig. 2). Dal sughero, per esempio, Hooke aveva ricavato con un comune temperino fettine sottilissime che aveva poi osservato con un microscopio,
lampada ad olio oculare lente sferica (ad acqua) obbiettivo messa a fuoco portacampione usando come sorgente luminosa una lampada a olio. Nelle sezioni di sughero lo studioso aveva individuato delle piccole cavità separate da pareti che chiamò celle, perché il loro aspetto ricordava quello di “piccole camere” vuote. In effetti, si trattava proprio di cellule. Oggi sappiamo che nel sughero, le cellule giunte a maturità muoiono e si svuotano. Di queste rimane solo la parete, che conferisce al sughero le caratteristiche di robustezza e leggerezza che conosciamo, caratteristiche che rendono questo materiale un rivestimento protettivo ideale per alcune specie vegetali. Le notevoli distorsioni ottiche dovute alle scarse tecniche di preparazione delle lenti rendevano però il microscopio usato da Hooke poco efficace. Tre anni dopo, l’olandese Antoni van Leeuwenhoek, figlio di ricchi commercianti, costruì il suo primo microscopio, detto a sfera di vetro. Era uno strumento semplice, dotato di una sola lente biconvessa levigata da lui stesso a mano e montata tra due piastre metalliche (fig. 3). I campioni da esaminare erano posti sulla punta di una vite, in condizioni di illuminazione precarie. Ciò nonostante lo strumento si rivelò capace di ingrandimenti maggiori rispetto ai precedenti grazie alla lente molto curva. Van Leeuwenhoek usò il suo microscopio inizialmente per osservare la trama dei tessuti. Successivamente, poiché coltivava interessi per le scienze naturali, compì da autodidatta una quantità impressionante di osservazioni su ogni genere di materiale. Indagò dall’acqua al tartaro dei denti, dai parassiti microscopici nell’intestino delle rane ai batteri nella bocca dell’uomo, dai globuli rossi del sangue agli spermatozoi, che lo studioso riteneva microscopici animali. In tal modo la biologia si arricchì di una nuova dimensione. L’osservazione stava procedendo verso il mondo meravigliosamente ordinato e complesso della cellula. Tuttavia, sia Hooke sia Leeuwenhoek si limitarono a osservare il mondo cellulare senza elaborare in portacampione Fig. 2 Il microscopio di Hooke. Fig. 3 Il microscopio di Leeuwenhoek. lente apitolo 4 La cellula: struttura e funzioni C proposito alcuna teoria. Non solo: Leeuwenhoek custodì così bene il segreto di fabbricazione delle sue lenti che trascorsero 200 anni di silenzio prima che si tornasse a parlare del mondo microscopico. La cellula viene riconosciuta come l’unità costitutiva di tutti i viventi La teoria cellulare scaturì tra il 1830 e il 1840 dalle osservazioni di due scienziati tedeschi, il botanico Mathias Jakob Schleiden e lo zoologo Theodor Schwann, che le avevano individuate rispettivamente nei tessuti vegetali e animali. Lo stesso Schwann scrisse che le parti elementari di tutti i tessuti sono formati da cellule. Affermò che esiste un principio universale di sviluppo per le parti elementari degli organismi, per quanto diversi essi siano: la formazione della cellula. Sostituì dunque al concetto di “cellula vuota” o “cellula scatola”, ereditato dal secolo precedente, quello di unità indipendente, sul piano strutturale e funzionale. Le cellule venivano finalmente riconosciute come gli elementi costitutivi di tutti i viventi, capaci sia di vita indipendente, come nei batteri, sia di una vita d’insieme, se associate a formare un organismo pluricellulare. Alcune osservazioni di Schwann, però, non risultavano corrette, in particolare quella relativa alle modalità di formazione di nuove cellule. Per questo motivo, il lavoro dello scienziato tedesco fu soggetto a più revisioni. CHIAVE DI LETTURA messa a fuoco traslatore del campione La nuova concezione unificò in una sola, ampia generalizzazione molte delle osservazioni isolate condotte per più di 150 anni. Fornì la chiave interpretativa unitaria dei fenomeni cellulari e abbatté la storica “barriera” tra regno animale e regno vegetale. 83
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