Esercizi: La cellula, unità degli esseri viventi

Enuncia con parole tue le tre idee di base della teoria cellulare.

La piramide rappresenta i cinque livelli di organizzazione degli esseri viventi, dal più semplice (base, livello 1) al più complesso (vertice, livello 5), ma i loro nomi sono stati cancellati. Colloca nel livello corrispondente questi termini —organismo, cellula, organo, tessuto e apparato o sistema di organi— e fai un esempio per ciascun livello nel corpo umano.

Qual è la più piccola unità che può essere considerata vivente? Spiega perché un organulo isolato, per esempio un mitocondrio, non è un essere vivente.

Spiega che cos'è un tessuto e fai due esempi del corpo umano, indicando che cosa fanno le loro cellule.

Che cos'è un organo? Nomina tre organi del corpo umano e spiega brevemente quale funzione svolge ciascuno.

Spiega la differenza tra un essere unicellulare e uno pluricellulare e fai un esempio per ciascun tipo.

Con quale strumento sono state scoperte le cellule? Spiega perché non possiamo vederle a occhio nudo e perché la loro scoperta è arrivata così tardi nella storia.

Il tuorlo di un uovo di gallina è una sola cellula gigante che si vede perfettamente a occhio nudo. Spiega perché è un'eccezione alla regola secondo cui le cellule sono microscopiche e che cosa contiene perché il pulcino possa svilupparsi.

Una persona è formata da migliaia di miliardi di cellule. Descrivi la catena completa dei livelli di organizzazione che va da un neurone all'organismo, nominando ogni livello intermedio con un esempio.

Classifica questi esseri viventi in unicellulari o pluricellulari: un batterio, un'ameba, un fungo, un lombrico e una quercia. Quali vantaggi pensi che offra l'essere pluricellulare?

Quasi tutte le cellule sono microscopiche. Ragiona sul perché conviene che le cellule siano piccole, pensando a come scambiano sostanze con l'esterno attraverso la loro membrana.

Descrivi la catena completa dei livelli di organizzazione in una quercia, da una cellula di una foglia fino all'albero completo, nominando ogni livello.

Scegli due apparati o sistemi di organi del corpo umano (per esempio, il digerente e il respiratorio), nomina due organi di ciascuno e spiega quale compito svolge ciascun apparato nel suo insieme.

Nel tuo corpo ci sono cellule molto specializzate: il neurone trasmette segnali, il globulo rosso trasporta ossigeno e la cellula muscolare si contrae. Spiega che cosa significa che le cellule «si dividono il lavoro» in un essere vivente pluricellulare e quale vantaggio comporta.

Quando ti fai un piccolo taglio sulla pelle, dopo alcuni giorni la ferita si chiude. Spiega, con la teoria cellulare, che cosa hanno fatto le cellule della zona per ripararla e che cosa accadrebbe se non potessero dividersi.

Spiega con parole tue che cosa significa la frase «ogni cellula deriva da un'altra cellula» e quale conseguenza ha: tutti gli esseri viventi attuali sono uniti da una catena di divisioni cellulari che arriva da molto lontano nel tempo.

Un compagno di classe afferma: «Perché un cucciolo di elefante cresca fino a diventare un adulto di 5000 kg, le sue cellule devono diventare migliaia di volte più grandi di quelle di un topo appena nato».\na) Confuta la sua affermazione spiegando perché le cellule non possono crescere in modo illimitato (pensa alle difficoltà che avrebbe una cellula gigante nel far arrivare i nutrienti e l'ossigeno a tutto il suo interno attraverso la membrana).\nb) Spiega quale meccanismo cellulare permette realmente a un organismo di aumentare di dimensioni senza che le sue cellule smettano di essere microscopiche.

In un laboratorio si svolge il seguente esperimento: si separano singolarmente le cellule di una colonia dell'alga microscopica Pandorina e, a parte, si separano le cellule del tessuto di un'alga pluricellulare complessa (come una laminaria). Tutte le cellule isolate vengono messe in recipienti con acqua e nutrienti.\na) Le cellule di Pandorina sono in grado di sopravvivere e formare da sole nuove colonie, mentre le cellule dell'alga complessa muoiono dopo poco tempo. Giustifica questo risultato spiegando che cosa hanno gli organismi pluricellulari veri (specializzazione e interdipendenza cellulare) di cui una colonia è priva.\nb) Sulla base di ciò, deduci se una colonia può essere considerata un unico essere vivente pluricellulare o un insieme di esseri unicellulari.

Osserva il seguente paradosso storico: nel 1665 Robert Hooke fu il primo a usare la parola «cellula» osservando una lamina di sughero, ma dovettero passare quasi due secoli prima che venisse formulato il primo principio della teoria cellulare («tutti gli esseri viventi sono formati da cellule»).\na) Spiega che cosa osservò realmente Hooke nel sughero morto e perché quell'immagine non gli permise di scoprire l'interno vivo di una cellula né di capire che anche gli animali erano formati da cellule.\nb) Se oggi ti dessero un campione sconosciuto al microscopio e volessi dimostrare che proviene da un organismo vivente e non da materia inerte, quali caratteristiche o componenti cellulari cercheresti per giustificarlo?

Nell'Ottocento Louis Pasteur ideò un esperimento per verificare se i microrganismi nascessero per «generazione spontanea» o se valesse l'idea di Virchow («ogni cellula deriva da un'altra cellula preesistente»):\n1. Fece bollire brodo nutritivo in due matracci per eliminare qualsiasi cellula viva presente.\n2. Il matraccio A aveva un collo curvato a «S» (collo di cigno), aperto all'aria ma con una curva in cui si depositava la polvere.\n3. Al matraccio B fu tagliato il collo, lasciandolo aperto in verticale.\na) Prevedi che cosa accadrà in ciascun matraccio secondo l'ipotesi della generazione spontanea e che cosa accadrebbe secondo il principio di Virchow.\nb) Nell'esperimento reale solo il brodo del matraccio B si riempì di microbi. Giustifica come questo risultato dimostri che i microrganismi non compaiono dal nulla e confermi la teoria cellulare.

Se passi una spugna marina viva attraverso un setaccio fine, le sue cellule si separano in una sospensione liquida, ma dopo alcune ore si riconoscono, si riuniscono e ricostruiscono una spugna funzionante. Se invece facessi lo stesso con il tessuto muscolare o con il cuore di un pesce, le cellule isolate non sarebbero in grado di ricostruire l'organo e morirebbero.\na) Giustifica perché accade questo spiegando la differenza tra il livello di organizzazione cellulare di una spugna e quello di un animale con tessuti veri.\nb) Sulla base di questo esperimento, riterresti corretto affermare che la spugna possiede organi o apparati? Argomenta la tua risposta basandoti sulla gerarchia dei livelli di organizzazione.

Il nervo sciatico di una giraffa contiene assoni di singoli neuroni che possono misurare più di 1,5 m di lunghezza. Di fronte a questo dato, uno studente afferma: «Se misura un metro e mezzo, quel neurone non è più microscopico e potremmo vederlo a occhio nudo su un tavolo come un filo da cucito».\na) Sapendo che lo spessore di quell'assone è di appena 0,01 mm (10 micrometri), confuta l'errore dello studente: spiega perché resta una cellula microscopica nonostante la sua grande lunghezza.\nb) Confronta quel neurone allungato con una cellula sferica immaginaria che avesse esattamente lo stesso volume: quale delle due avrà la maggiore superficie esterna per scambiare sostanze con l'ambiente? Giustifica perché la forma allungata è vantaggiosa per una cellula così estesa.

Un'équipe medica analizza quattro campioni biologici prelevati dal corpo umano e annota le sue osservazioni:\n- Campione 1: Un miocita (cellula muscolare) singolo, capace di contrarsi in risposta a stimoli.\n- Campione 2: Una lamina di tessuto muscolare cardiaco formata da migliaia di miociti sincronizzati.\n- Campione 3: Il cuore completo, formato da tessuto muscolare, connettivo, nervoso e vasi sanguigni.\n- Campione 4: L'apparato circolatorio nel suo insieme (cuore, arterie, vene e capillari).\na) Ordina i quattro campioni dal livello di organizzazione più semplice al più complesso e spiega quale nuova funzione compare passando dal campione 2 al campione 3 che il campione 2 non può svolgere da solo.\nb) Se una tossina distruggesse esclusivamente la struttura contrattile di tutti i miociti cardiaci, come quello del campione 1, prevedi e giustifica a cascata come questo danno influirebbe sui livelli rappresentati dai campioni 2, 3 e 4, e sulla sopravvivenza dell'organismo.

I tre principi fondamentali della teoria cellulare stabiliscono che la cellula è l'unità strutturale (tutti gli esseri viventi sono formati da cellule), funzionale (la cellula svolge le tre funzioni vitali) e di origine (ogni cellula deriva da un'altra preesistente).\na) Analizza la struttura e il modo di vivere di un virus rispetto a questi tre principi: indica con precisione quali di essi non rispetta e giustifica perché.\nb) Un compagno afferma: «Poiché i virus hanno materiale genetico e possono moltiplicarsi dentro di noi provocando malattie, la teoria cellulare sbaglia a non considerarli esseri viventi». Confuta la sua affermazione spiegando perché i virus sono considerati «parassiti molecolari obbligati» e non cellule indipendenti.