Fondamenti di Chimica e Biologia: Proprietà, Separazione e Classificazione dei Regni Protisti e Monera

Proprietà di Acqua e Alcol e Metodi di Separazione

Caratteristiche dell'Acqua

Composto da ossigeno e idrogeno, l'acqua è incolore e insapore in condizioni normali, con un punto di fusione più elevato rispetto alla temperatura ambiente. Si presenta allo stato liquido in condizioni normali.

Caratteristiche dell'Alcol

Composto da ossigeno, idrogeno e carbonio. In condizioni normali, l'alcol etilico è liquido, ha un sapore fruttato ed è incolore.

Punti di Fusione ed Ebollizione

La possibilità che due sostanze abbiano lo stesso punto di fusione e di ebollizione dipende dalle loro caratteristiche fisico-chimiche. Se possiedono proprietà chimiche simili e legami dello stesso tipo, è probabile che ciò avvenga. Al contrario, se presentano proprietà chimiche molto diverse e legami chimici opposti, non avranno lo stesso punto di fusione ed ebollizione.

Metodi di Separazione delle Miscele

Decantazione

La decantazione è un processo di separazione di due miscele basato sulla gravità. Il campione meno denso si posizionerà in superficie, mentre quello più denso si depositerà sul fondo del contenitore, favorendo la separazione. Questo metodo si applica a miscele che presentano una chiara differenza di densità e si avvale della sedimentazione naturale causata dalla gravità (spesso in contenitori conici verticali).

Filtrazione

La filtrazione è un processo che avviene regolarmente dopo la decantazione (sebbene non sia una condizione necessaria). Questo metodo prevede il passaggio di una miscela o di composti da separare attraverso un filtro o una membrana filtrante (un'area con pori di una certa dimensione, che permettono il passaggio solo a particelle di dimensioni uguali o inferiori a quelle dei pori), sfruttando le loro diverse dimensioni. Quando la miscela attraversa la zona filtrante, la maggior parte delle particelle più grandi rimane su un lato della membrana, mentre quelle più piccole la attraversano, permettendo così la separazione dei composti.

Il Regno dei Protisti

Il regno dei Protisti, chiamato anche Protoctista, comprende tutti quegli organismi eucarioti che non possono essere classificati in nessuno degli altri tre regni eucariotici: Fungi (funghi), Animalia (animali in senso stretto) e Plantae (piante). Nell'albero filogenetico degli organismi eucarioti, i Protisti costituiscono diversi gruppi monofiletici separati, o includono membri strettamente connessi a uno qualsiasi dei tre regni citati. Sono designati con nomi che hanno perso valore nel campo della scienza biologica, ma il cui uso sarebbe impossibile bandire, come "alghe", "protozoi" o "muffe mucillaginose".

Caratteristiche Generali dei Protisti

• Habitat: Nessuno dei loro rappresentanti è completamente adattato all'esistenza in aria, quindi coloro che non vivono direttamente in acqua prosperano in terreni umidi o nell'ambiente interno di altri organismi.
• Organizzazione Cellulare: Eucarioti (cellule con nuclei), unicellulari o pluricellulari. Le più grandi alghe brune del genere Laminaria possono misurare decine di metri, ma in generale le forme sono microscopiche.
• Struttura: Si dice spesso che non ci siano veri tessuti in nessun protista, ma nelle alghe rosse e nelle alghe brune la complessità raggiunge un livello molto vicino a quello tissutale, inclusa l'esistenza di plasmodesmi (ad esempio nell'alga bruna Egregia). Molti protisti pluricellulari hanno pareti cellulari di varia composizione, e gli autotrofi unicellulari sono spesso coperti da una teca, come nel caso delle diatomee, o dotati di squame o rinforzi. I predatori unicellulari (fagotrofi) hanno spesso cellule nude (non rivestite). Le forme unicellulari sono spesso dotate di mobilità strisciante o, più frequentemente, di appendici chiamate ciglia e flagelli.
• Nutrizione: Autotrofi, tramite la fotosintesi, ed eterotrofi. Molte forme unicellulari hanno una duplice modalità di nutrizione. Gli eterotrofi possono essere ingeriti (fagotrofi) o per assorbimento osmotico (osmotrofi).
• Metabolismo dell'Ossigeno: Tutti gli eucarioti, e quindi anche i Protisti, sono aerobici (utilizzano l'ossigeno per estrarre energia da sostanze organiche), ma alcuni sono secondariamente anaerobici, essendosi adattati ad ambienti poveri di questa sostanza.
• Riproduzione e Sviluppo: Può essere asessuata (clonale) e sessuale, con gameti, spesso alternando riproduzione asessuata e sessuale nella medesima specie. Le alghe pluricellulari spesso presentano alternanza di generazioni. Non è presente alcun embrione.
• Ecologia: I Protisti sono tra le più importanti componenti del plancton (organismi che vivono sospesi nell'acqua), delle comunità bentoniche (organismi che abitano il fondo degli ecosistemi acquatici) e dell'edafon (comunità che abita il suolo). Esistono molti casi ecologicamente importanti di parassitismo e mutualismo, come i flagellati coinvolti nella digestione del legno da parte delle termiti o quelli che vivono nel rumine delle vacche. Il simbionte algale dei licheni è quasi sempre un'alga unicellulare verde.

Classificazione dei Protisti

La classificazione dei Protisti è variata notevolmente nel corso degli ultimi venti anni. Nuove tecniche per il confronto diretto delle sequenze nucleotidiche hanno risolto il problema della scarsità e dell'ambiguità dei caratteri morfologici, soprattutto a causa delle loro piccole dimensioni e della semplice organizzazione. Hanno iniziato ad emergere gruppi ben definiti, alcuni dei quali sono riportati nella casella in alto.

Il regno dei Protisti è un taxon parafiletico perché si basa sul carattere plesiomorfo dell'unicellularità e non contiene tutti i discendenti delle specie interessate. La multicellularità si è evoluta indipendentemente in vari gruppi di eucarioti: Animalia, Fungi, Plantae, Heterokontophyta e Rhodophyta. Anche se questi gruppi hanno avuto origine da un protista, solo gli ultimi due rientrano nel regno dei Protisti.

I Protisti hanno svolto un ruolo centrale nella genesi e nell'evoluzione delle cellule eucariotiche. Diverse ipotesi hanno preso in considerazione l'accumulo di dati sulla natura chimerica del genoma degli eucarioti. La successiva evoluzione è difficile da determinare a causa delle ricombinazioni intertassonomiche primarie, secondarie e persino terziarie che si sono verificate. Tuttavia, il confronto di diversi geni e dati ultrastrutturali fa luce su tali eventi. Sulla base di questi dati sono stati proposti gruppi monofiletici e una filogenesi approssimativa dei Protisti.^{[1][2][3][4][5]}

Albero della Vita che mostra le relazioni dei sei cladi principali di Protisti. Si ritiene che i cloroplasti degli Archaeplastida provengano dall'endosimbiosi primaria di un cianobatterio, quelli dei Rhizaria e degli Excavata dall'endosimbiosi secondaria di alghe verdi, e quelli dei Chromalveolata da un'alga rossa.

Albero della Vita che mostra la radiazione dei Protisti.

Cladi Principali dei Protisti

• Uno dei cladi, gli Archaeplastida (Primoplantae), comprende Rhodophyta (alghe rosse) e Glaucophyta. È anche l'origine di alghe verdi e piante terrestri vascolari che sono classificate nel regno Plantae. Questo clade è caratterizzato dalla presenza di cloroplasti ottenuti da endosimbiosi primaria di un batterio cianoficeo. La maggior parte dei membri dei Rhodophyta sono pluricellulari.
• Altri due gruppi, Chromista e Alveolata (clade Chromalveolata), hanno cloroplasti, che si suppone siano stati acquisiti da endosimbiosi secondaria di un'alga rossa. Il primo comprende Heterokontophyta (alghe brune, diatomee, oomiceti, ecc.), insieme ai piccoli gruppi Cryptophyta e Haptophyta. Il secondo comprende dinoflagellati, Apicomplexa (la maggior parte dei vecchi sporozoi) e Ciliophora (ciliati). Alcuni membri hanno successivamente perso i cloroplasti e altri hanno raggiunto il livello di organizzazione multicellulare.
• Il clade Excavata comprende un gran numero di protisti che un tempo erano classificati come flagellati. Sono caratterizzati dalla presenza di un solco ventrale per l'alimentazione. Alcuni membri sono eterotrofi, mentre altri hanno cloroplasti, che si suppone siano il risultato di endosimbiosi secondaria di alghe verdi. La classificazione di questo gruppo è difficile ed è ancora nella sua infanzia. Include tra gli altri, Metamonada, Euglenozoa e Percolozoa.
• Il clade Rhizaria si è formato sulla base di dati molecolari. Comprende alcuni ameboidi che una volta facevano parte di un gruppo di rizopodi. In particolare, include radiolari, foraminiferi e una variegata collezione di organismi (comprese le amebe con testa acuta, alcune muffe mucillaginose e alcuni flagellati con cloroplasti) che sono classificati in Cercozoa.
• Il clade Amoebozoa comprende un gran numero di protisti ameboidi e la maggior parte delle muffe mucillaginose. Tuttavia, altri ameboidi che un tempo facevano parte di un gruppo di rizopodi sono passati ad altri cladi. Il carattere morfologico della presenza di pseudopodi non è unico per questo clade, il che ha portato a una confusione nel raggruppamento di protisti correlati nelle vecchie classificazioni. Alcuni membri sono multinucleati e altri formano aggregati che sono un modello per la multicellularità (dictyostelidi).
• Il clade Opisthokonta, costituito sulla base di studi molecolari, comprende una variegata collezione di protisti classificati Choanozoa. È anche l'origine dei regni multicellulari Animalia e Fungi. Questi tre gruppi sono caratterizzati morfologicamente dalla presenza di un flagello opistoconto (che si trova nella cellula in una posizione posteriore rispetto al movimento).

Il Regno Monera

Il regno Monera è una classificazione degli esseri viventi, attualmente considerata obsoleta dalla maggior parte degli esperti. Nella influente classificazione di Margulis, ha lo stesso significato di Procarioti ed è ancora in uso in molti manuali e libri di testo.

Il regno Monera è stato tradizionalmente classificato nel XX secolo, fino agli anni '70, in due grandi gruppi o divisioni: batteri e alghe verdi-azzurre (cianobatteri). A loro volta, i batteri erano ulteriormente classificati in base alla loro morfologia, secondo le valutazioni del XIX secolo. Un importante passo avanti nella classificazione procariotica fu rappresentato dal Manuale di Bergey del 1978 e del 1984, dovuto principalmente a R.G.E. Murray, che si basava principalmente sulla struttura della parete cellulare e delle membrane, cercando anche di mantenere i nomi latini noti laddove era impossibile determinare le vere relazioni filogenetiche. Un'altra classificazione influente fu quella di Margulis e Schwartz del 1982, basata sul metabolismo batterico e sulla biochimica. Ma la vera rivoluzione arrivò con la scoperta delle analisi del 16S e 5S RNA ribosomiale, sviluppate da C. Woese, che rappresentò il progresso più significativo nella tassonomia procariotica dalla scoperta della colorazione di Gram nel 1884 e permise finalmente di integrare l'analisi filogenetica in tempo reale nella microbiologia, che fino ad allora era stata applicata quasi esclusivamente a piante e animali.

Di seguito è una sintesi della classificazione del regno Monera o Procaryotae dei primi anni '80:

• Divisione Mendosicutes (Archeobatteri)
  • Methanocreatrices
  • Batteri Alofili
  • Thermoacidophiles
• Divisione Tenericutes (Micoplasmi)
• Divisione Gracilicutes (Gram-negativi)
  • Classe Scotobacteria (Batteri chemiotrofi)
    • Spirochete
    • Thiopneutes (riduttori di solfato)
    • Batteri aerobici azoto-fissatori
    • Pseudomonas
    • Omnibacteria
    • Batteri chemoautotrofi (nitrificanti)
    • Myxobacteria
    • Rickettsiae
    • Chlamydia
  • Classe Anoxyphotobacteria (Fototrofi anossigenici)
    • Batteri viola
    • Batteri verdi dello zolfo
    • Batteri verdi non-zolfo
  • Classe Oxyphotobacteria (Fototrofi ossigenici)
    • Cianobatteri
    • Chloroxybacteria
• Divisione Firmicutes (Gram-positivi)
  • Batteri fermentativi
  • Aeroendospora (aerobici o anaerobici)
  • Micrococchi
  • Attinomiceti