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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
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“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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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... 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;
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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
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... 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;
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... 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.
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Il contributo della Biologia dello sviluppo
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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
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… Biologia dello
sviluppo
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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