biologia

L’insieme delle scienze riguardanti gli organismi viventi. Dal punto di vista della classificazione dei viventi, la b. si distingue in vegetale (➔ botanica) e animale (➔ zoologia); se invece si tiene conto degli aspetti secondo i quali l’organismo può essere studiato, dobbiamo distinguere come rami delle scienze biologiche: la morfologia, la fisiologia, la genetica, la biologia molecolare, la patologia, secondo che si considerino la forma, le funzioni, l’ereditarietà o le condizioni anormali degli organismi. Queste discipline si suddividono a loro volta in varie sezioni, a seconda che abbiano come oggetto di studio i vegetali o gli animali o la specie umana. Quando si applica nello studio il metodo comparativo, esse vengono chiamate morfologia, fisiologia, patologia comparata.

Nel corso della seconda metà del 20° sec. la b. è stata una delle discipline scientifiche che hanno avuto maggiore sviluppo. In questo periodo sono stati compiuti grandi progressi nella comprensione dei processi che sono alla base della vita ed è aumentata la consapevolezza dei profondi rapporti di interdipendenza fra l’uomo e l’enorme varietà di organismi con la quale la nostra specie condivide la vita sulla Terra. Man mano che si sono accumulate informazioni, da fatti apparentemente non correlati, sono nate spiegazioni razionali e principi generali e la prospettiva evoluzionistica si è dimostrata il principio unificante che rende comprensibile e logica una gran parte dei processi biologici. All’inizio del 3° millennio l’umanità si trova ad affrontare grandi sfide il cui esito positivo dipende molto dalla comprensione dei problemi posti dalle scienze della vita. La b., insieme ad altre discipline, può portare un fondamentale contributo nella lotta contro la sovrappopolazione, la malnutrizione, la diminuzione delle risorse, l’inquinamento, la diminuzione della biodiversità e contro malattie come l’AIDS, i tumori, le malattie cardiovascolari.

Le scoperte fondamentali degli anni 1950 e 1960 sulla struttura del DNA, sul codice genetico, sulla sintesi proteica e sulla regolazione genica dei batteri hanno messo in evidenza che le molecole trasmettono informazioni grazie alla loro capacità di riconoscersi mediante legami chimici, portando la ricerca biologica a prendere in considerazione soprattutto la struttura, le proprietà e le reazioni delle molecole chimiche di cui gli organismi viventi sono costituiti. F. Jacob, uno dei ‘padri’ della moderna b., afferma che lo scopo della b. moderna è di interpretare le proprietà degli organismi attraverso la struttura delle molecole che li costituiscono. Fino agli anni 1980 questo approccio di tipo molecolare ha riguardato soprattutto le cellule procariotiche e in particolare il batterio Escherichia coli. L’uso di modelli batterici per illustrare i più generali ed elementari principi della fisiologia cellulare è sempre valido e risponde a criteri logici ma è ormai noto che, in tutte le cellule eucariotiche, comprese quelle umane, l’organizzazione e l’espressione genica sono sottoposte, a livello molecolare, a un diverso complesso di regole. Le cellule eucariotiche che formano animali e piante pluricellulari vivono, infatti, mediante la cooperazione e la specializzazione. Per capire come funzionano si devono comprendere sia le interazioni fra le molecole all’interno delle singole cellule sia il comportamento delle cellule nelle popolazioni pluricellulari, i loro collegamenti e i segnali che esse si inviano. La prospettiva è ampia e comprende altri settori, quali la biofisica, la biochimica, l’immunologia, la genetica molecolare, la neurobiologia. Si può tuttavia affermare che i principi fondamentali della b. moderna sono contenuti in una disciplina onnicomprensiva che prende il nome di b. molecolare della cellula.

Tradizionalmente, la genetica, la biochimica e la b. cellulare utilizzavano approcci sperimentali e tecniche differenti: la genetica classica si è basata sulla ricerca di specifici geni mutati per identificarne i prodotti e capire e caratterizzare le loro funzioni fisiologiche; la biochimica ha studiato la funzione di molte proteine basandosi sulla loro struttura primaria (sequenza degli amminoacidi) e sulla loro struttura tridimensionale; la b. cellulare ha cercato di scoprire in che modo specifiche proteine partecipano al funzionamento di strutture cellulari specializzate. Le tecniche di genetica molecolare o tecniche del DNA ricombinante hanno contribuito a unificare tutte le discipline biologiche. Esse hanno fornito notevoli mezzi e strumenti adatti all’analisi molecolare dei geni (enzimi di restrizione, vettori, sonde, clonaggio genico ecc.). I geni che codificano molti differenti tipi di proteine sono stati in tal modo identificati, purificati e sequenziati, cambiati e reintrodotti in cellule di ogni tipo per studiarne la funzione. I biologi sono arrivati alla conoscenza dell’architettura di genomi complessi, quali quelli degli eucarioti, e al sequenziamento dei geni umani. L’esecuzione del Progetto Genoma (➔ genoma) ha prodotto a sua volta una grande quantità di avanzamenti tecnici che potranno essere utilizzati per qualsiasi tipo di ricerca biologica e per applicazioni biotecnologiche e ha aperto un vasto campo di ricerca, la genomica (structural and functional genomics), che esplora, con metodiche innovative, la funzione dei geni.

Nell’ambito della regolazione dell’espressione genica, di fondamentale importanza è lo studio dei segnali a seguito dei quali si accendono o spengono determinati geni e delle diverse conformazioni della cromatina. Le direttrici di ricerca della b. molecolare della cellula riguarderanno inoltre: la b. dello sviluppo; le modificazioni mirate di organismi animali e vegetali; la trasduzione del segnale; lo studio e l’utilizzazione delle cellule staminali; i meccanismi di trasporto attraverso le membrane biologiche; la trasmissione degli impulsi nervosi; la struttura delle proteine contrattili e la loro funzione nel citoscheletro e nella contrazione muscolare.