Chiara Dionedi Valentina Ferrari Matteo Schiavi Mattia Stopelli

LICEO SCIENTIFICO TECNOLOGICOClasse 5TBA.S. 2009/2010

Centocinquant’ anni … e non li dimostra!

La teoria dell’evoluzione oggi

“Niente in biologia ha un senso, se

non nella prospettiva evolutiva.”

Theodosius Dobzhansky

“Niente in evoluzione ha senso se non nella prospettiva della biologia dello sviluppo e dello studio del genoma.”

Gabriel Dover

Prospettive di ieri e prospettive di

oggiNonostante i tentativi di

screditarla, ridicolizzarla,

avversarla, l'idea

dell'evoluzione biologica non

può essere negata: ciò su cui

si può discutere sono i

meccanismi e le modalità

con cui si realizza, perchè

questi sono ambiti in cui le

conoscenza si ampliano e si

aggiornano nel tempo, grazie

alla ricerca e all'affinarsi

delle tecnologie di indagine.

Il punto di partenza di ieri e di

oggi:

la biodiversitàDarwin, attento e curioso

osservatore, fu subito

attratto dalla grande

varietà di forme di vita

presenti nei diversi

ambienti del nostro

Pianeta

e da lì iniziarono le riflessioni e

gli studi che lo portarono

all'elaborazione della sua

Teoria.

Oggi quella varietà di forme è indicata col termine di BIODIVERSITA’ e si sa che tale concetto non si limita alle caratteristiche morfologiche e funzionali degli organismi,

... la biodiversità

ma coinvolge anche i genomi, le loro sequenze e la loro attività.

La teoria dell’ evoluzione di

Darwin è stata nel tempo

aggiornata in una visione più

ampia e moderna con i

contributi di tutte le discipline

biologiche : Genetica,

Ecologia, Fisiologia, Anatomia,

Microbiologia, Paleontologia,

Biochimica, Biologia

molecolare e, soprattutto

negli ultimi anni, dalla

Genomica e dalla Biologia dello

sviluppo.

Il contributo della Genomica

Lo studio dei genomi in base alla sequenza dei loro DNA ha consentito:

1) L’utilizzo delle divergenze tra acidi nucleici come orologi molecolari per studiare le parentele tra specie.

Per orologio molecolare si intende un modello matematico che in base al numero e al tipo di differenze tra genomi riesce a quantificare il grado di parentela tra due specie e il momento in cui si sono separate.

... la Genomica

2) l’ampliarsi delle conoscenze sull'organizzazione del genoma e sul controllo dell'attività genica con la scoperta:a) di famiglie di geni che si assomigliano

per struttura e talvolta ruolo, organizzate gerarchicamente e presenti in specie anche molto lontane dal punto di vista tassonomico;

b) di geni che rivestono una diversa importanza rispetto ad altri, come ad esempio i Master Control Genes (geni regolatori di alto livello gerarchico) che regolano l'attività di altri geni con meccanismi di attivazione o di disattivazione;

... la Genomica

... la Genomica

c) di geni, detti omeotici o geni Hox o geni architetto, da cui dipende l'identità di determinate regioni corporee, il cui sviluppo viene da essi diretto attraverso la regolazione di geni esecutori, presenti in tutte le specie e molto simili tra loro; d) di regioni contenute nei

geni omeotici dette homeobox, cioè di piccole sequenze che consentono alle proteine corrispondenti di legarsi a precise regioni del DNA dei geni che controllano; anch'esse sono simili in specie diverse;

... la Genomica

e) dell’ esistenza di un

ulteriore livello di regolazione,

detto codice

“epigenetico”perché non

contenuto

nel DNA, ma determinato

dalle

proteine e dalle sostanze

chimiche che lo circondano e

che influenzate

dall’ambiente possono legarsi

ad

esso attivandolo o

disattivandolo.

Il contributo della Biologia dello sviluppo

Con lo studio dei processi di sviluppo si è scoperto che:

a) il differenziamento cellulare è il risultato della attivazione e del silenziamento di determinati geni;

b) l'attivazione dei geni si attua attraverso una serie di segnali molecolari intercellulari e intracellulari;

c) a guidare lo sviluppo concorrono alcune vie

metaboliche, alcune delle quali sono conservate

anche in organismi evolutivamente molto lontani

e che quindi avrebbero un progenitore comune;

d) la stessa via metabolica può dirigere lo sviluppo

di organi diversi.

… Biologia dello sviluppo

… Biologia dello

sviluppo

In questo campo di ricerca si muove la Biologia evolutiva dello sviluppo nota con l'acronimo

EVO - DEVO

La selezione naturale determina quali fenotipi possono trasmettere il loro genoma alle generazioni successive

Il genoma determina il fenotipo attraverso i processi di sviluppo

I geni che controllano lo sviluppo giocano un ruolo “chiave” nell'evoluzione, perché le mutazioni che avvengono in essi possono originare rapidamente novità fenotipiche in grado di produrre adattamenti evolutivi o forme di preadattamento o fenomeni di exaptation.

Ad esempio, mutazioni dei geni Hox possono provocare lo sviluppo di segmenti corporei in posizioni sbagliate: in seguito a mutazioni indotte su geni Hox di Drosophila melanogaster si sono osservati organismi con zampe al posto delle antenne (antennapedia) o con due toraci (bitorax) ed altri mutamenti.

Le mutazioni omeotiche:

- rivelano la profonda condivisione dei meccanismi genetico - molecolari che regolano lo sviluppo in organismi anche molto diversi riflettendone la comune origine;

- suggeriscono come le modificazioni nello spazio e nel tempo di un progetto di sviluppo inizialmente condiviso possano aver causato variazioni di grande rilievo evolutivo.

Ciò potrebbe spiegare come si originino e si affermino le novità genomiche che determinano l’acquisizione di strutture complesse e nuove forme tra i viventi nell'ambito della macroevoluzione.

Fonti

C. Darwin, “L'orgine delle specie”, Norton & Compton ed.;

C. Darwin, “Taccuini”, Ed. Laterza;

E. Boncinelli, “Perché non possiamo dirci darwinisti”, Rizzoli, 2009;

T. Pievani, “La teoria dell'evoluzione”, Il Mulino;

Redi, Garagna, Zuccotti, “L'altro genoma”, in Le Scienze, settembre 2002;

W. Wayt Gibbs, “Il genoma invisibile: oltre il DNA”, in Le Scienze, gennaio 2004;

Redi, Zuccotti, Garagna, “Evo-Devo, alle frontiere del pensiero biologico”, in Le Scienze, settembre 2004;

E. Boncinelli, “La genetica dell'evoluzione”, in Le Scienze, febbraio 2009;

D. Kingsley, “Dagli atomi ai caratteri”, in Le Scienze, febbraio 2009.

Alcune immagini sono state tratte da:

D.Krogh “Biologia oggi” Le Monnier

A.J.Tobin-J.Dusheck “Nuovo Bios” B. Mondadori

Campbell-Reece-Taylor-Simon “Immagini dalla Biologia” Zanichelli