SCUOLA GALILEIANA Classe di Scienze Naturali Prova di ammissione del 16 settembre 2005
BIOLOGIA (3 quesiti) Quesito n. 1
Un campionamento non selettivo [per età (=stadio di sviluppo), sesso, lunghezza o numero di segmenti] ha portato a raccogliere, in una singola località, 300 esemplari di una medesima specie di centopiedi (Artropodi Chilopodi).
Il campione comprende individui di lunghezza molto diversa: presumibilmente, giovani appena usciti dall’uovo e individui appartenenti a tutti gli stadi successivi, adulti compresi. Si suppone, per semplicità, che il sesso sia riconoscibile con sicurezza anche negli esemplari più giovani.
In questa specie vi è variabilità individuale per il numero dei segmenti del tronco e nel campione raccolto si riscontra la distribuzione seguente:
numero di segmenti del
tronco
numero di maschi
numero di femmine
35 1
37 6 2
39 126 9
41 10 135
43 2 8
45 1
Totale individui 145 155
Nell’ambito di ciascun sesso, non vi è correlazione fra la lunghezza totale dell’animale ed il numero di segmenti.
Il candidato
(a) descriva opportunamente questa distribuzione del numero di segmenti,
(b) ne proponga una spiegazione in termini di biologia dello sviluppo (possibili meccanismi capaci di produrre la distribuzione in questione) e/o in termini di biologia evoluzionistica (valore adattativo) e
(c) delinei un programma sperimentale idoneo a verificare l’ipotesi formulata
Traccia di risposta – Gli aspetti più rilevanti di queste distribuzioni sono: (1) la differenza tra i due sessi e, soprattutto, (2) la natura discontinua dei valori osservati: sono presenti, infatti, solo valori dispari.
In termini di biologia dello sviluppo, la differenza tra i due sessi potrebbe avere cause diverse: ad esempio, un arresto precoce nei maschi, rispetto alle femmine, nella produzione di nuovi segmenti durante lo sviluppo embrionale, oppure la trasformazione, sempre nei maschi, in una struttura non segmentata, oppure priva di zampe, dell’equivalente di due segmenti con zampe nelle femmine.
Una spiegazione di questo dimorfismo sessuale in termini di biologia evoluzionistica non sembra plausibile, anche perché non vi è correlazione tra il numero dei segmenti e le dimensioni dell’animale.
Quanto alla natura discontinua della distribuzione, con la totale assenza di individui con un numero pari di paia di zampe, un’ipotesi formulabile in termini di biologia evoluzionistica potrebbe
suggerire un fortissimo svantaggio adattativo per gli individui con paia di zampe in numero pari, rispetto a quelli con paia in numero dispari, ma questa ipotesi, in realtà, potrebbe dare ragione di frequenze più basse, per gli individui con numero dispari, ma non della loro totale assenza. Rimane pertanto aperta una spiegazione legata alla biologia dello sviluppo: si può infatti ipotizzare che gli individui con numero pari di paia di zampe non superino, per qualche ragione, la fase embrionale dello sviluppo, oppure – più verosimilmente – che individui di quel tipo non vengano affatto prodotti. Quest’ultima ipotesi presuppone l’esistenza di meccanismi embrionali che producono i segmenti a gruppi di due, e non uno alla volta, oppure meccanismi di duplicazione dell’intero assetto segmentale, in fasi precoci dello sviluppo.
Un piano sperimentale potrebbe prevedere (1) sul piano della biologia evoluzionistica, un programma di incroci inteso a determinare l’ereditabilità del numero dei segmenti, (2) sul piano della biologia dello sviluppo, indagini sui meccanismi con cui si generano i segmenti, inclusi i tempi e modi di espressione dei geni coinvolti in tale processo.
Quesito n. 2
Il candidato spieghi la natura dell’ermafroditismo e della partenogenesi e ne illustri i vantaggi e gli svantaggi adattativi.
Traccia di risposta – L’ermafroditismo è la condizione per cui uno stesso individuo produce sia gameti maschili che gameti femminili (non necessariamente allo stesso tempo). In alcuni casi è possibile l’autofecondazione, in altri no.
La partenogenesi è la modalità riproduttiva in cui la prole si genera attraverso uova non fecondate.
In alcuni animali la partenogenesi è l’unica modalità riproduttiva conosciuta, in altri è stagionale e si alterna alla normale riproduzione bisessuata, in altri ancora è accidentale. Nelle api e in altri insetti, dalle uova fecondate si originano le femmine (fertili e sterili), da quelle non fecondate i maschi.
Il valore adattativo dell’ermafroditismo e della partenogenesi varia a seconda delle specifiche condizioni e degli specifici meccanismi. Vanno comunque considerati: l’eventuale possibilità, per un individuo, di avere prole senza bisogno di avere un partner; l’efficacia dell’incontro con un partner qualsiasi; l’incidenza, sulla variabilità genetica della prole, delle situazioni di autofecondazione e di partenogenesi.
Quesito n. 3
Le diverse specie animali differiscono fra loro (tra l’altro) per dimensioni, per forma, per l’ambiente in cui vivono. Il candidato illustri con esempi brevemente commentati le implicazioni che tali differenze nelle dimensioni, nella forma e nell’ambiente di vita possono avere in rapporto all’organizzazione anatomica o funzionale degli apparati respiratori.
Traccia di risposta – Negli animali di piccole dimensioni, gli scambi gassosi che avvengono attraverso porzioni non specializzate della parete del corpo sono sufficienti alle necessità respiratorie. L’esigenza di organi respiratori specializzati, con ampie superfici di scambio, aumenta progressivamente con l’aumentare delle dimensioni del corpo in quanto, a parità di altre condizioni, l’efficienza degli scambi gassosi è proporzionale al quadrato delle dimensioni lineari dell’animale, mentre le sue esigenze sono proporzionali al cubo delle stesse.
L’esigenza di sviluppare organi respiratori specializzati è maggiore per gli animali di forma massiccia, rispetto a quelli dal corpo appiattito o lineare. Con la comparsa di organi respiratori specializzati nasce, in genere, la necessità di un adeguato sistema di trasporto dei gas respiratori, che di regola è affidato all’apparato circolatorio. A questa regola fanno eccezione gli insetti e altri artropodi terrestri, in cui è presente un sistema di tubi respiratori pieni di gas, le trachee, che si aprono sulla parte del corpo e si ramificano all’interno di questo fino a raggiungere tutti gli organi.
Negli animali acquatici le superfici di scambio (branchie) sono spesso esterne, sporgenti, ma questa soluzione è vietata agli animali terrestri, per i quali è imperiosa la difesa contro il rischio di disidratazione. Negli animali terrestri compaiono pertanto sacche polmonari interne, oppure trachee del tipo sopra descritto.
