Organismo
Definizione di organismo: un essere vivente che ha una struttura organizzata, può reagire agli stimoli, riprodursi, crescere, adattarsi e mantenere l’omeostasi
Tabella del contenuto
Un organismo si riferisce a un essere vivente che ha una struttura organizzata, può reagire agli stimoli, riprodursi, crescere, adattarsi e mantenere l’omeostasi. Un organismo sarebbe quindi qualsiasi animale, pianta, fungo, protista, batterio o archeo sulla terra. Questi organismi possono essere classificati in vari modi. Uno dei modi è basandosi sul numero di cellule che lo compongono. I due gruppi principali sono i monocellulari (ad esempio batteri, archei e protisti) e i multicellulari (animali e piante). Gli organismi possono anche essere classificati secondo le loro strutture subcellulari. Quelli con un nucleo ben definito sono chiamati eucarioti, mentre quelli senza sono chiamati procarioti. Entrambi possiedono un materiale genetico, ma la posizione è diversa. Negli eucarioti, il materiale genetico si trova all’interno del nucleo, mentre nei procarioti si trova in una regione speciale chiamata nucleoide. Un moderno sistema di classificazione raggruppa gli esseri viventi in tre domini distinti: (1) Archaea (archebatteri), (2) batteri (eubatteri), e (3) Eucarya (eucarioti). Sia gli archaea che i batteri sono organismi procarioti mentre l’Eucarya, come suggerisce il nome, comprende tutti gli eucarioti. Lo studio scientifico di tutti gli organismi è chiamato biologia. La biologia è un campo della scienza che mira a studiare la struttura, la funzione, la distribuzione e l’evoluzione degli esseri viventi.
Etimologia
Il termine organismo deriva dal greco organon, che significa “strumento”. Sinonimi: forma di vita; cosa vivente; essere vivente.
Definizione di organismo
Un organismo è definito come un’entità con vita. Sia gli esseri viventi che quelli non viventi sono fondamentalmente costituiti da molecole. Tuttavia, un essere vivente può essere identificato da un oggetto inanimato grazie alle sue caratteristiche distintive. Per esempio, un organismo è composto da una o più cellule. Questa struttura è composta da molecole prodotte biologicamente e presenti in natura. Tali molecole sono chiamate biomolecole. Esempi sono le proteine, gli acidi nucleici, i lipidi e i carboidrati. Queste biomolecole possono organizzarsi in particelle complesse, che a loro volta possono formare strutture subcellulari. Queste strutture subcellulari sono contenute in una cellula. La cellula è considerata l’unità biologica fondamentale in quanto ogni essere vivente è costituito da almeno una cellula.
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Uno dei più importanti componenti subcellulari di una cellula è il cromosoma. Il cromosoma porta il materiale genetico. Nei batteri e negli archei, il cromosoma è un filamento circolare di DNA. Negli esseri umani e in altre forme superiori di organismi, è un filamento lineare di DNA.
La parte del DNA che è responsabile delle caratteristiche fisiche ed ereditabili di un organismo è chiamata gene. I geni codificano per amminoacidi, proteine e molecole di RNA. Le proteine sono uno dei gruppi di biomolecole più onnipresenti. Molti di loro sono enzimi che catalizzano molti processi biologici.
I cambiamenti che coinvolgono un gene possono portare a mutazioni. Come risultato, potrebbero sorgere nuove caratteristiche. Mentre alcune mutazioni possono essere letali o possono causare effetti dannosi, ci sono anche alcune mutazioni che possono portare a risultati benefici. Le mutazioni possono guidare l’evoluzione e la selezione naturale. L’acquisizione di nuovi tratti da queste mutazioni può essere benefica per la sopravvivenza di una specie. Per esempio, un ceppo di batteri che inizialmente era suscettibile agli antibiotici potrebbe trasformarsi e diventare resistente agli antibiotici quando acquisisce nuovi geni. A questo proposito, un organismo è quindi capace di cambiare (per mutazione) e adattarsi.
A parte gli enzimi, molte reazioni biologiche richiedono energia. La forma più comune di energia utilizzata da un essere vivente è l’ATP, cioè l’energia chimica utilizzata per alimentare varie reazioni biologiche. Nelle piante e in altri organismi fotosintetici, l’energia luminosa viene convertita in energia chimica attraverso il processo di fotosintesi. Un altro modo di produrre energia è la respirazione cellulare. La respirazione cellulare è un processo cellulare in cui i carboidrati vengono elaborati per produrre energia chimica.
Gli organismi metabolizzano. Questo significa che svolgono processi che li mantengono in vita. I processi metabolici includono la crescita, la risposta agli stimoli, la riproduzione, l’eliminazione dei rifiuti e la biosintesi. Due forme di metabolismo sono l’anabolismo e il catabolismo. L’anabolismo comprende le reazioni che richiedono energia e che portano alla costruzione di biomolecole. Al contrario, il catabolismo comprende i processi di scomposizione delle particelle in molecole più semplici. Gli esseri viventi svolgono questi processi metabolici in modo orchestrato e sistematico. Hanno diversi meccanismi di regolazione per assicurare che le condizioni omeostatiche siano mantenute e sostenute.
Gli organismi sono in grado di rilevare e rispondere agli stimoli. Possono rilevare i cambiamenti nel loro ambiente. Gli esseri umani e gli altri animali hanno i sensi per rilevare gli stimoli. I cinque sensi fondamentali sono vista, olfatto, tatto, gusto e udito. La risposta è fondamentale per la sopravvivenza. Per esempio, un organismo individuale potrebbe allontanarsi dalla fonte dello stimolo. Altri potrebbero muoversi verso di essa.
Gli organismi possono riprodursi. Possono dare origine a un altro dello stesso tipo (specie). Ci sono essenzialmente due modi per farlo: (1) con la riproduzione sessuale, cioè che coinvolge i gameti o (2) con la riproduzione asessuata, cioè una riproduzione che non coinvolge i gameti. Nella riproduzione asessuata, la prole è un clone del genitore. Nella riproduzione sessuale, la prole è un nuovo individuo formato dall’unione delle cellule sessuali.
Gli organismi attraversano delle fasi della vita. La prole crescerà fino all’età adulta, cioè la fase in cui è anche in grado di riprodursi. A livello cellulare, la crescita comporta un aumento delle dimensioni o un aumento del numero. Un aumento delle dimensioni cellulari è quello in cui la cellula aumenta in circonferenza mentre sintetizza e immagazzina biomolecole. Un aumento del numero comporta un aumento del numero di cellule attraverso la divisione cellulare.
Tipi di organismi
Procarioti vs. eucarioti
Il nucleo è un organello che ha una membrana (chiamata involucro nucleare) perforata da fori (chiamati pori nucleari). All’interno del nucleo ci sono materiale genetico e corpi nucleari sospesi nel nucleoplasma. Il nucleoplasma è il materiale del protoplasto all’interno del nucleo. Queste strutture nucleari sono assenti in una cellula procariotica.
Il nucleo di una cellula eucariotica è dove avviene la replicazione del DNA (il processo in cui un segmento di DNA viene duplicato) e la trascrizione (un processo in cui viene prodotto il trascritto dell’mRNA). Al contrario, questi processi avvengono nel citoplasma di una cellula procariotica. La presenza di un nucleo compartimenta il materiale genetico e questi processi. L’involucro nucleare impedisce la facile entrata delle molecole e quindi regola il passaggio delle molecole dentro e fuori il nucleo. C’è però un caso in cui il nucleo apparentemente scompare. Durante la divisione cellulare, l’involucro nucleare si disintegra per permettere ai cromosomi di separarsi e spostarsi ai poli opposti, e poi si riforma per compartimentare il materiale genetico in ciascuna delle due nuove cellule.
Oltre al nucleo, altri organelli legati alla membrana che si trovano in una cellula eucariotica e che non sono presenti in una cellula procariotica sono mitocondri, plastidi, reticolo endoplasmatico, apparato di Golgi, lisosomi ed endosomi. A causa della presenza di strutture citoplasmatiche più grandi, una cellula eucariotica è notevolmente più grande di una cellula procariotica.
Quello che è comune tra una cellula procariotica e una cellula eucariotica è la presenza di geni che memorizzano informazioni genetiche. Anche i ribosomi (strutture citoplasmatiche che fungono da luogo di sintesi delle proteine) sono presenti in entrambi i tipi di cellule. Tuttavia, i ribosomi procarioti sono 70S (composti da 50S e 30S) mentre i ribosomi eucarioti sono 80S (composti da 60S e 40S). E mentre i ribosomi dei procarioti sono fatti nel citoplasma, il processo di sintesi dei ribosomi coinvolge sia il citoplasma che il nucleolo del nucleo negli eucarioti.
Esempi di procarioti sono i batteri e gli archei, mentre gli eucarioti includono i protisti, i funghi, le piante e gli animali.
Monocellulare vs. multicellulare
Gli organismi possono essere descritti come unicellulari o multicellulari. Gli organismi unicellulari sono quelli che sono composti da una sola cellula. Al contrario, gli organismi multicellulari sono composti da molte cellule che agiscono come un’unità che svolge una funzione particolare. Esempi di procarioti unicellulari sono i batteri e gli archaea e gli eucarioti unicellulari sono i protisti e alcuni funghi. Gli organismi multicellulari includono piante e animali.
Negli organismi multicellulari, un gruppo di cellule costituisce un tessuto. Le cellule di un tessuto hanno una struttura e una funzione simili. Esempi di tessuti animali sono il tessuto nervoso, il tessuto muscolare, il tessuto vascolare e il tessuto connettivo. Per quanto riguarda le piante, gli esempi di tessuti sono i tessuti meristematici, i tessuti permanenti e i tessuti riproduttivi. Un gruppo di tessuti organizzati in un’unità anatomica è chiamato organo biologico. Esempi di organi animali sono i seguenti: cuore, polmoni, cervello, stomaco, pelle, pancreas, fegato, intestino, reni e organi sessuali. Nelle piante, gli organi sono radici, steli, foglie, fiori, frutti e semi.
Negli animali, gli organi possono organizzarsi ulteriormente in un sistema di organi. Nell’uomo e in altri vertebrati, i sistemi sono i seguenti: sistema tegumentario, sistema linfatico, sistema muscolare, sistema nervoso, sistema riproduttivo, sistema respiratorio, sistema scheletrico, sistema endocrino, sistema immunitario e sistema urinario. Ognuno di questi sistemi svolge una funzione particolare. Per esempio, il sistema digestivo è responsabile della digestione del cibo. Il sistema cardiovascolare è per il trasporto di biomolecole e sostanze in tutto il corpo. Mentre un essere vivente multicellulare ha sistemi distinti per eseguire compiti specifici, un organismo unicellulare eseguirebbe questi processi della vita come una singola unità indipendente.
Classificazione tassonomica
Gli esseri viventi sono classificati in tre grandi domini come proposto da Carl Woese. Questi domini sono gli Archaea, gli Eubacteria (veri batteri) e gli Eucarya. Sotto il dominio ci sono altri livelli tassonomici principali: regno, phyla, classe, ordine, famiglia, genere e specie.
Dominio Archaea e Dominio Eubacteria
Gli Archaea e gli Eubacteria sono entrambi procarioti mentre l’Eucarya include gli eucarioti. Così, sia gli Archaea che gli Eubacteria mancano di organelli distinti legati alla membrana. Tuttavia, ci sono sottili differenze tra i due che hanno portato alla loro separazione in domini distinti. Gli Archaea hanno geni e certi percorsi metabolici che sono più strettamente legati agli eucarioti che agli eubatteri. Per esempio, gli enzimi di trascrizione e traduzione sono simili a quelli degli eucarioti rispetto a quelli degli eubatteri. In quanto tali, viene dato loro un dominio proprio, poiché hanno caratteristiche che sono diverse dai veri batteri.
Dominio Eucarya
La lista degli organismi viventi che appartengono al dominio Eucarya sono i seguenti:
Protisti
I protisti sono esseri viventi caratterizzati da un’organizzazione relativamente semplice. Alcuni di loro sono unicellulari e altri sono multicellulari. Un altro gruppo di protisti è coloniale, cioè formano una colonia di cellule indipendenti. Vivono in habitat acquatici e non hanno un’organizzazione specializzata dei tessuti. Esempi sono i protozoi simili agli animali, le alghe simili alle piante, i protisti simili ai funghi, le muffe melmose e le muffe acquatiche.
I funghi
I funghi sono eucarioti noti per il loro modo eterotrofo di nutrirsi, poiché mancano di clorofilla (un pigmento essenziale nella fotosintesi). Molti di loro sono filamentosi. I filamenti, chiamati ife, sono strutture multicellulari che formano un micelio. Usano le loro ife per assorbire il cibo. Sono simili alle piante in quanto hanno una parete cellulare. La loro modalità di riproduzione è la formazione di spore. Il tipo di spore che producono (cioè asessuali o sessuali) è usato come base per classificarli ulteriormente in funghi perfetti (producono sia spore asessuali che sessuali) o funghi imperfetti (producono solo spore asessuali). Esempi di funghi sono i lieviti, le ruggini, gli stinkhorn, le muffe, i puffballs, le muffe e i funghi.
Piante
Le piante sono forme di vita multicellulari fotosintetiche. Una delle principali caratteristiche distintive delle piante è la presenza di cloroplasti contenenti sistemi di clorofilla che raccolgono energia luminosa da una fonte di luce per essere convertita in energia chimica attraverso la fotosintesi. Sono eucarioti autotrofi. Sono capaci di produrre zuccheri (come loro cibo) a partire da anidride carbonica, acqua ed energia luminosa. Nella fotosintesi, l’ossigeno è un sottoprodotto. La pianta rilascia ossigeno nell’ambiente attraverso i suoi stomi. Oltre ai cloroplasti, altri plastidi presenti sono i cromoplasti (plastidi che immagazzinano pigmenti) e i leucoplasti (plastidi non pigmentati usati principalmente per immagazzinare cibo). Tipicamente, la più grande struttura citoplasmatica in una cellula vegetale è il vacuolo, che è usato per l’osmoregolazione e la regolazione della pressione del turgore. Le piante si riproducono per via asessuata e sessuale. La riproduzione asessuale avviene per gemmazione, formazione di spore, frammentazione e gemmazione. La riproduzione sessuale coinvolge gameti maschili e femminili. Le tracheofite, in particolare, hanno un ciclo di vita a fasi alterne di sporofito e gametofito.
Animali
Gli animali sono eucarioti multicellulari. Le cellule di un tessuto sono unite attraverso giunzioni cellulari (ad esempio, giunzioni strette, giunzioni di gap e desmosomi). La loro mancanza di cloroplasti (e del pigmento verde, la clorofilla) li rende incapaci di fotosintesi. Così, dipendono da altri organismi per il sostentamento. Così, come i funghi, anche gli animali sono eterotrofi. Possono mancare di parete cellulare, ma hanno un sistema scheletrico che fornisce supporto strutturale. Possiedono anche organi sensoriali, come occhi, naso, pelle, orecchie e lingua per rilevare gli stimoli. Le informazioni sensoriali vengono trasmesse al cervello per l’elaborazione. La risposta può essere trasmessa alla cellula bersaglio, ad esempio un altro nervo o un muscolo per esercitare un’azione. La maggior parte degli animali si riproduce attraverso la riproduzione sessuale. Un gamete maschile aploide si unisce con un gamete femminile aploide per formare uno zigote diploide. Gli animali respirano assumendo ossigeno con l’inspirazione e rilasciando anidride carbonica con l’espirazione.
Virus e viroidi
Se i virus siano organismi o meno è oggetto di dibattito. Simili a un essere vivente, i virus hanno materiale genetico. Tuttavia, sono apparentemente vivi solo quando sono all’interno dell’ospite. Altrimenti, sono biologicamente inattivi. Quando sono attivi, usano il macchinario biologico dell’ospite, specialmente per la replicazione. Oltre ai virus, i viroidi sono un altro esempio di entità acellulare. Sembrano essere vivi perché sono patogeni. Contengono anche materiale genetico (per esempio un breve filamento di RNA).
Struttura di un organismo
Un organismo unicellulare o multicellulare è costituito dall’unità fondamentale della vita, la cellula. Come detto prima, la cellula è l’unità fondamentale di tutti gli esseri viventi. È una struttura legata alla membrana che contiene varie strutture citoplasmatiche. I procarioti e gli eucarioti unicellulari possono presentarsi come un’unità funzionale indipendente della vita. Al contrario, gli eucarioti multicellulari hanno diverse cellule che agiscono come un’unità, svolgendo una funzione particolare.
Una cellula vivente contiene un protoplasto racchiuso da una membrana plasmatica. Il protoplasto contiene il citosol e le strutture citoplasmatiche, come organelli e inclusioni. Negli eucarioti, i principali organelli includono il nucleo, il reticolo endoplasmatico, l’apparato di Golgi, i mitocondri e i cloroplasti. Ognuno di questi organelli è specializzato in un compito particolare. Per esempio, il nucleo è il centro di controllo della cellula. I geni all’interno del nucleo portano i codici che specificano la sequenza di aminoacidi e proteine.
Quando una cellula ha bisogno di una specifica proteina, il gene che la codifica si apre per permettere la creazione di un trascritto (mRNA). La trascrizione viene poi tradotta nel ribosoma attaccato al reticolo endoplasmatico in modo che la proteina appena prodotta sia sottoposta a maturazione all’interno del reticolo endoplasmatico. Al termine, la proteina viene trasportata all’apparato di Golgi per essere etichettata. L’etichetta determina la destinazione successiva della proteina, cioè il trasporto all’esterno o all’interno della cellula.
Il mitocondrio (plurale: mitocondri) è un organello semi-autonomo che è responsabile della generazione di ATP (attraverso il ciclo dell’acido citrico e le vie della fosforilazione ossidativa). È un organello semi-autonomo perché ha il proprio materiale genetico. Allo stesso modo, il cloroplasto, che è in gran parte per la fotosintesi, è anche semi-autonomo perché ha il proprio DNA. Questi DNA extranucleari sono diversi dal DNA nucleare. Infatti, è usato come base nella teoria endosimbiotica. Secondo questa teoria, questi organelli semi-autonomi sono probabilmente i primi procarioti che furono inghiottiti da una cellula più grande. Alla fine, il procariote all’interno della cellula più grande si adattò e visse in simbiosi con il suo ospite.
Evoluzione degli organismi
Fino ad oggi, come la vita sia iniziata non è ancora chiaro. Ci sono diverse teorie che suggeriscono come sia nata la vita sulla terra. Per esempio, nell’Abiogenesi, si suggerisce che la vita ha avuto origine dalla materia non vivente e il processo che l’ha fatta accadere ha probabilmente richiesto diversi miliardi di anni.
La terra primitiva è raffigurata come zuppa primordiale. È stata paragonata alla zuppa perché la terra potrebbe essere stata un habitat acquoso contenente vari composti, soprattutto RNA.
Nell’ipotesi del mondo RNA, si presume che la vita primordiale fosse basata sull’RNA. Questo perché l’RNA è una molecola che può agire come materiale genetico e allo stesso tempo come catalizzatore. Recentemente, la NASA ha ipotizzato che i meteoriti caduti sulla terra dallo spazio esterno potrebbero essere stati la fonte dei mattoni dell’RNA (così come il DNA). Questa supposizione è dovuta alle nucleobasi che hanno trovato nei meteoriti. (Rif. 1) Questo potrebbe significare che i primi organismi erano privi di organelli e quindi erano procarioti.
Gli organelli sono probabilmente nati da una simbiosi tra una cellula più piccola e una più grande. La cellula più piccola potrebbe essersi trasformata in organelli semi-autonomi, come un mitocondrio o un cloroplasto. Uno dei segni rivelatori che questo potrebbe essere vero è la somiglianza dei ribosomi 70S dei mitocondri con quelli dei procarioti.
L’ipotetico organismo primordiale da cui discende tutta la vita sulla terra è indicato come Ultimo Antenato Comune Universale (LUCA). Questo antenato comune potrebbe essere esistito da 3,5 a 3,8 miliardi di anni fa (era paleoarchea). (Rif. 2, 3)
Un diagramma chiamato albero evolutivo (conosciuto anche come l’albero della vita) può essere uno strumento utile per studiare le relazioni filogenetiche. Il modo in cui gli organismi divergono da una forma all’altra è rappresentato dai rami dell’albero. E con esso, anche l’ascendenza comune tra gli organismi può essere rintracciata e identificata. Seguire il corso evolutivo di tutti gli esseri viventi porterebbe alla LUCA. Tuttavia, non tutti gli scienziati sostengono questa teoria. Per esempio, Jean-Baptiste Lamarck ha confutato questa teoria. Credeva che la vita non nascesse solo da uno, ma da molti. (Rif. 4)
Gli organismi multicellulari potrebbero essere emersi circa 600 milioni di anni fa. Nella storia geologica, si sono verificate cicliche esplosioni di vita ed estinzioni di massa. Una delle notevoli esplosioni di vita avvenne durante il periodo Ediacarano. Si presume che il biota di Ediacaran sia composto da esseri viventi unicellulari e multicellulari. Un’altra esplosione di vita avvenne durante il periodo Cambriano (circa 541 milioni di anni fa). Nel 2016, il numero di specie che abitano la terra è stimato in circa 1 trilione. (Rif. 5)
Vedi anche
- Vita
- Cosa vivente
- Prokaryote
- Eukaryote
- NASA – Ricercatori della NASA: DNA Building Blocks Can Be Made in Space. (2011, 1 gennaio). Recuperato da Link
- Doolittle, W. F. (febbraio 2000). “Sradicare l’albero della vita”. Scientific American 282 (2): 90-5.
- Glansdorff, N., Xu, Y., & Labedan, B. (2008). “L’ultimo antenato comune universale: emergenza, costituzione ed eredità genetica di un precursore elusivo”. Biology Direct 3: 29.
- Bowler, P. J. (2003). Evoluzione. La storia di un’idea”, terza edizione, p.90-91.
- La storia dell’evoluzione animale. (2000, 1 gennaio). Retrieved from Link
- Ricercatori trovano che la Terra può essere la casa di 1 trilione di specie NSF – National Science Foundation. (2016, 1 gennaio). Recuperato da: https://www.nsf.gov/news/news_summ.jsp?cntn_id=138446
Ulteriori letture
- Sistema di classificazione – Science Learning Hub. (Questo articolo approfondisce il sistema di classificazione degli organismi e la costante evoluzione).