Biologia e Genetica - Lezione 1 01/10/24 PDF

**BIOLOGIA E GENETICA** **LEZIONE 1 01/10/24** La medicina è considerata una scienza biologica. TESTI CONSIGLIATI: campbell principi di biologia. Solomon fondamenti di biologia. Sadava principi di biologia. Morris biologia. ESAME: scritto, con domande a risposta multipla, breve e domande aperte....

**BIOLOGIA E GENETICA** **LEZIONE 1 01/10/24** La medicina è considerata una scienza biologica. TESTI CONSIGLIATI: campbell principi di biologia. Solomon fondamenti di biologia. Sadava principi di biologia. Morris biologia. ESAME: scritto, con domande a risposta multipla, breve e domande aperte. Anche quiz vero falso **Approccio evolutivo alla medicina**: si cerca di capire come funziona una cosa, e cosa è accaduto per far sì che di un procedimento naturale avvenga un cambiamento. L'approccio evolutivo **cerca di capire perché si è modificato quel parametro, e chiarisce l'importanza della storia biologica per capire il presente** (es: genitori che si riproducono e generano il figlio). **ESEMPI DI PROCESSI EVOLUTIVI IN MEDICINA**: - **EVOLUZIONE DELLA RESISTENZA BATTERICA AGLI ANTIBIOTICI:** Fondamentale sapere questo meccanismo per prescrizioni e clinica. Infezioni ospedaliere sono peggiori perché resistenti a tanti antibiotici/farmaci. Alta mortalità per le infezioni ospedaliere. Aziende farmaceutiche non investono in antibiotici in quanto poco redditizio. Questa resistenza è dovuta ad una mutazione che l'ha reso diverso e resistente a determinati antibiotici. - **CANCRO COME MICROCROSMO:** Non si capisce lo sviluppo del cancro senza capire genetica e evoluzione, in quanto il cancro è un microcosmo autonomo, diverso da tutti gli altri. Il cancro è una malattia genetica, che implica una variazione del DNA. Lo sviluppo comincia con la formazione della cellula cancerosa, dalla quale si formeranno i **cloni tumorali**, che sviluppano nuove mutazioni. Bisogna capire qual è il clone dominante così da poter iniziare la terapia. **La medicina personalizzata si fonda sulla caratterizzazione** individuale **del tumore**. Si utilizzano i topi per cercare di comprendere che clone ha successo e quale tipo di metastasi. Metastasi che si formano perché i cloni non rispondono più ai segnali dell'organismo, potendo così migrare in tutto il corpo. - **EVOLUZIONE DEI PATOGENI VIRALI:** (es: covid). Si cerca di capire la **filogenesi del virus** cosi da comprendere a quali mutazioni andrà incontro il virus, così da poterlo contrastare. Spesso le mutazioni dei virus sono imprevedibili, rendendoli molto pericolosi. **FILOGENESI** **La filogenesi** è uno **strumento fondamentale per capire l'origine e la diffusione delle malattie** contagiose. La filogenesi è il processo di ramificazione delle linee di discendenza nell\'evoluzione della vita. **I virus sono costituiti da una capsula proteica che contiene acido nucleico (DNA o RNA).** **Non sono in grado di avere un metabolismo né di replicarsi, ma sono parassiti di eucarioti o batteri. La logica evolutiva dei virus risponde a tre imperativi darwiniani:** 1. **Replicarsi ed espandersi** 2. **Estendere la portata geografica** 3. **Perpetuarsi nel tempo** **I virus sono molto antichi**, **da più di 3 miliardi di anni**, e noi uomo meno di 200 000 anni fa. I virus **hanno un enorme bagaglio genomico di evoluzione**, più forte dei nostri meccanismi difensivi. L'uomo è diffuso in tutto il mondo, si ammassa, viaggia ecce cc: perfetto per la diffusione dei virus. Abbiamo anche abitudini negative: perturbazione di ecosistemi, che comporta rischi enormi per la salute. Infatti, distruggere ecosistemi rende più facili **salti di specie**, che rende i virus sempre più pericolosi, in quanto non abbiamo le difese per contrastarli. Anche il contatto con animali selvatici nei mercati in condizioni pessime facilita la diffusione e i salti di specie. **ESEMPI DI FILOGENESI DI VIRUS** - **SARS-CoV-2: forse dai pipistrelli, e con salto di specie andato direttamente all'uomo**, senza passare da altri animali o che (es: malattie che fanno pipistrello-dromedario/maiale-uomo). Partito da un "wet market" cinesi, dove si trovano animali morti, vivi, con 0 misure di igiene. - **Virus AIDS:** si è scoperto che il **virus dell'aids sia nato da una scimmia (virus SIVcpz)** e sia passato tramite contatto ematico agli uomini. Poi dopo molti anni si è evoluto e riesce a tramettersi uomo-uomo. Si pensa sia accaduto nei primi del '900 (anni venti), e il virus è molto particolare (asintomatico, silente). - **Virus dell'influenza:** un esempio dell'importanza della filogenesi dei virus riguarda il virus dell'influenza. Studiandolo è stato possibile costruire uno schema di previsione sulle possibili mutazioni del virus, grazie alle quali si possono creare ogni anno vaccini nuovi. Inoltre, l'analisi filogenetica dei virus ha dimostrato come la maggioranza dei nuovi ceppi virali dell'influenza abbia origine nella zona del Sud-Est asiatico. Vaccino dell'influenza molto valido rispetto ad altri perché si sono scoperte le mutazioni principali che si ripetono nel tempo. Salvaguardia del pianeta fondamentale anche nell'ottica di prevenzione da nuove malattie. **GENI KIT E HOX** Il codice genetico umano presenta tracce di geni che condividiamo con altri animali. Un esempio sono i geni Kit, la cui mutazione impedisce deposito di melanina in posizioni dell'epidermide. **La mutazione del gene Kit che produce fenotipo uguale si trova sia negli uomini sia negli animali.** La conservazione dei geni è stata studiata nei geni Hox del moscerino della frutta. **I geni Hox determinano lo sviluppo degli schemi corporei animali. Questi geni presentano due famiglie geniche (blocchi di geni): il gruppo antennapedia e bithorax. Si è scoperto che tutti gli animali hanno questi stessi geni, ma in base alla complessità cambia il numero.ad esempio, le spugne hanno una sola copia di antennapedia, gli insetti due complessi sullo stesso cromosoma, nei mammiferi e nell'uomo vengono moltiplicati e sono su 4 cromosomi diversi. L'espressione del singolo gene determina le determinate varie parti del corpo.** I colori indicano quale parte dei vari animali corrisponde agli stessi geni. Questa **filogenesi la possiamo vedere dalla somiglianza degli embrioni** (in fase precoce è praticamente impossibile distinguere embrioni umani e di altri organismi). **IMPERFEZIONI EVOLUTIVE DEL CORPO UMANO** Nel **corpo umano noi possiamo vedere anche strutture lontane dal "disegno perfetto**": - Parte sensoriale dei coni e bastoncelli della retina rivolti posteriormente. Questo crea anche un punto cieco nel nostro campo visivo. Particolarmente efficiente è l'occhio del polpo, che ha la retina posta anteriormente; - Denti del giudizio (terzo molare), che deriva dal momento in cui l'uomo aveva una bocca molto grande; - Rischio di strozzarsi, in quanto la conformazione della gola si è evoluta per permettere il linguaggio; - Muscoli dell'orecchio non funzionali (1/100 riesce a muovere le orecchia in maniera minima) - Ghiandole mammarie negli uomini (capezzoli): si tratta di un vestigio embrionale che si sviluppa prima della caratterizzazione del sesso. Non è funzionale per l'uomo, e può comunque ammalarsi; - Appendice (deriva dagli antenati erbivori); - Vertebre caudali, che formano il coccige (residuo di una coda); - Compressione vertebrale dovuta alla posizione eretta che provoca continui processi infiammatori; - Usura su ginocchia e caviglie e piedi; - Vene varicose: causate dalla difficoltà di ritorno venoso dovuto alla postura eletta. Ernie e emorroidi derivano da una compressione di organi addominali; - Riduzione pelvi e conseguente difficoltà del parto. **SENSO DEL TEMPO, PREMIO NOBEL E GENI** **Una malattia emerge più si va avanti con l'età, e soprattutto dopo la riproduzione, in quanto secondo il pensiero evolutivo dopo la riproduzione finisce il percorso**. Importante anche avere **il senso del tempo**: nei miliardi della storia della **vita sulla terra abbiamo 200 000 anni. I primi antenati (ominidi) appaiono 5 milioni di anni fa, l'homo 2 milioni di anni fa.** **E' la teoria dell'evoluzione che fornisce la base razionale per l'uso di animali come modello per l'uomo.** Utilizzo dei **modelli animali essenziali, e centinaia di esperimenti portano ad una terapia**. Dal 1901 il 75% dei premi Nobel ha svolto ricerche su animali. Primo premio Nobel è la sieroterapia, fino al più recente del vaccino a RNA per il covid. E' stato vinto il premio Nobel per la medicina grazie alla scoperta dell'RNAinterference, che funge da regolatore dell'espressione genica. Fu scoperto analizzando un nematode di 1.5 mm. Nonostante la sua piccolezza, presenta 19500 geni. **Il genoma umano contiene 20000-250000 geni che codificano per proteine. Pochissimi rispetto alla complessità. Abbiamo molte più proteine.** **Morale: la complessità non correla con il numero di geni e non correla con il numero di cromosomi (noi 46, farfalla 250, piantina 1260).** **LEZIONE 2 2/10/24** **CONCETTI FONDAMENTALI DI BIOLOGIA:** L'approccio biologico risponde ad alcuni concetti fondamentali: 1. **Metodo scientifico (ipotetico-deduttivo)** 2. **Unità e diversità dei viventi** 3. **Proprietà emergenti** 4. **Relazione tra struttura e funzione** 5. **Cause prossime e cause ultime** Tutte le scelte evolutive rispondono ad un determinato criterio. Ciò che non è verificabile tramite metodo scientifico è solo un opinione. **METODO SCIENTIFICO IPOTETICO-DEDUTTIVO** Per giungere alla formulazione di conclusioni valide si possono utilizzare due tipologie di ragionamento: - Ragionamento deduttivo: **Si parte da un principio/premessa** per la risoluzione di un caso. Se il principio/premessa è sbagliato però si sbaglia tutto. - Ragionamento induttivo: **parto dall'osservazione e esperimenti dei casi particolari, e traggo un principio generale**, e verifico ogni volta se è vero. Accetto il principio generale solo se per tutte le volte che è stato verificato funziona. Il metodo scientifico è di conseguenza chiamato anche metodo ipotetico-deduttivo: - Ipotetico (induttivo): dalla molteplicità dei fenomeni si cercano le possibili cause per arrivare alla formulazione di una ipotesi; - Deduttivo: tramite la verifica sperimentale si conferma o si nega l'ipotesi di partenza. Il **limite è che l'ipotesi deve essere verificabile con approccio scientifico: secondo la logica di Popper non può dare una certezza, ma risolvere momentaneamente dei dubbi**. Una ipotesi è vera finché non viene smontata. **La teoria è una ipotesi che non è mai stata negata**, sempre stata confermata, e ce ne sono 2. **Se non posso fare un esperimento per confermare o respingere la mia ipotesi non è scientificamente affrontabile.** se coesistono più ipotesi si applica la teoria del "Rasoio di Occam" (la spiegazione più semplice con più probabilità è quella vera) COME SI FA UN ESPERIMENTO Un esperimento deve rispettare due regole fondamentali: **deve essere controllato e replicabile.** **Un esperimento controllato è un esperimento con un gruppo sperimentale e un gruppo non sperimentale (di controllo**), (es: rispettivamente curo alcuni pazienti con farmaci e altri con placebo). Viene utilizzato per eliminare effetti di variabili. Il **metodo scientifico/sperimentale è democratico**, perché b**asato su un rifiuto totale del principio di autorità e sulla condivisione delle conoscenze e dei metodi da cui scaturiscono** (Feynman dice che puoi essere celebre quanto vuoi ma se la tua ipotesi è in contrasto con i dati del metodo allora è una ipotesi falsa) Tuttavia, non tutte le questioni possono essere affrontate scientificamente (questioni religiose). IMPORTANTE SCOPERTA DELLA MEDICINA **Fleming e la scoperta della penicillina**: ha fatto la differenza per la salute umana. Fleming **nel 1922 scopre il lisozima** (starnutisce su una coltura di batteri, e dove c'era muco erano spariti i batteri), capendo che questo enzima ha forti proprietà antibatteriiche. Questo **lo prepara per la scoperta della penicillina**. Era **diventato anche esperto nel trattamento della sifilide con il "Salvarsan" (chemioterapico conosciuto estremamente tossico**). Non era un fan degli antibiotici, ma **era convinto di un potenziamento del sistema immunitario**. **Il caos nello studio permette la grande scoperta: tornato da una vacanza, nell'agosto del 1928, Fleming nota come, in una capsula contenente colture batteriche, intorno alla muffa creatasi all'interno non vi erano Stafilococchi.** Capisce che la **penicillina \> lisozima**. Successivamente, pubblica un lavoro scientifico, dove descrive **la penicillina come antisettico esterno, e dimostra con esperimenti su animali come non sia tossica**. Ad oxford **Florey, Chain e** **Heatley riescono a dimostrare le proprietà antibatteriche e a stabilizzare la penicillina**. Poi **fanno esperimenti su topi, alcuni trattati con penicillina altri con placebo. Infettati da virus, i primi vivono e gli altri no**. Si testa nel 1941 su un malato terminale, che riesce a guarire dalla malattia grazie alla penicillina. Poi comincia la **produzione di massa grazie ad alcune università americane**. Hanno chiesto a tutti i cittadini di Illinois di portare frutta marcita per trovare muffa stabile. Venne utilizzata nella II G.M. con la polmonite, che ha avuto un tasso di mortalità sotto l'1% (nella prima oltre il 18%). **DIVERSITA' E UNITA' DEI VIVENTI** Guardando gli esseri viventi osserviamo sia una enorme diversità sia una grande unità. Alcuni organismi sono più simili e altri più diversi. - Un'osservazione esteriore fa percepire una grande diversità; - Se si comincia ad **analizzare l'anatomia degli organi, alcuni esseri sono molto più simili rispetto alle apparenze esterne** (es: cane e uomo molto simili, con organi nella stessa posizione e stessi organi). - Se si fa una **analisi istologica, i tessuti sono identici**. **L'unico modo per capire a chi appartiene quel tessuto è andar nel nucleo e vedere numero e forma di cromosomi (cariotipo).** - Se si guarda **l'organizzazione della cellula non si scorgono più differenze. Riconosciamo se è vegetale o animale, ma gli organelli sono pressoché identici dal punto di vista strutturale** e organizzativo. - Se si analizza il **livello molecolare, troviamo il DNA, cambia sequenza**, **ma** la struttura è quella **e la molecola è assolutamente identica, cosi come le reazioni biochimiche** (es: glicolisi è glicolisi per tutti). L'unico principio che **spiega il paradosso tra somiglianza e diversità** è una **origine comune**. Questo spiega come abbiamo l'unità dei processi chimici e funzionali, e allo stesso tempo una enorme diversità biologica (1,7 milioni di specie conosciute). **PROPRIETA' EMERGENTE** Ogni livello dell'organizzazione biologica possiede una proprietà emergente. Le **proprietà dei viventi sono dovute alla complessa organizzazione delle strutture. La proprietà emergente è la proprietà che emerge dalla complessa interazione tra i component**i. Non è presente nei singoli componenti, ma **emerge come risultato delle interazioni tra i componenti** (es: ossigeno ed idrogeno insieme fanno acqua, con proprietà nettamente diverse rispetto a quelle dei singoli elementi)**. I vari livelli hanno proprietà emergenti differenti** (atomo, molecola, macromolecola, organelli, cellule ecc ecc). **STRUTTURA E FUNZIONE** **Struttura e funzione sono correlati a tutti i livelli dell' organizzazione biologica.** - Ad esempio, a partire dalla struttura dei denti si può dedurre di cosa si nutre quell'organismo. - Un altro esempio sono le proteine, nelle quali la funzione non emerge solo dalla catena amminoacidica, ma le proprietà date dalle strutture secondarie, terziarie, quaternarie. - **Ultimo esempio sono il testosterone e l'estrogeno, ormoni responsabili della differenziazione dei caratteri maschili o femminili. La loro struttura si differenzia per il doppio legame con l'ossigeno e il gruppo ossidrilico.** Questo determina effetto di mascolinizzazione o femminilizzazione dei tessuti e del resto. **DUE LIVELLI DI SPIEGAZIONE DEI FENOMENI BIOLOGICI** 1. **Cause prossime**: **meccanismi, stimoli che causano un fenomeno**, una struttura, un processo, e **rispondo alla domanda come? Che cosa?** 2. **Cause remote**: **funzioni di quel fenomeno**/struttura e **rispondono alla domanda perché? A quale scopo?** La medicina affronta le cause prossime, mentre la medicina darwiniana si chiede anche perché, e affronta anche le cause remote. Per avere un quadro completo è necessario che questi due livelli di spiegazione vadano di pari passo. **Delle malattie si possono vedere cause prossime e remote: le prime basate su meccanismi anatomici e fisiologici, le seconde basate sul perché i meccanismi prossimi si siano evoluti in un certo modo.** Es: **INFARTO** 1. **Cause prossime: costituzione genetica e dieta ad alto contenuto di grassi** predispongono alcuni individui a fenomeni di arteriosclerosi 2. **Cause remote: i geni che predispongono gli individui all'arteriosclerosi nella maggior parte della nostra storia evolutiva non sono stati dannosi, ma vantaggiosi**, in quanto nella storia umana c'era forte carenza di grassi. Questo **mismatch evolutivo ha portato alle malattie del benessere** (metabolismo evoluto e ambiente non da noi) **TEORIA DELL'EVOLUZIONE** La varietà di forme viventi è sempre stata evitente. Prima di giungere alla teoria di evoluzione darwiniana, si sono susseguite una serie di pensieri già a partire dalla antica Grecia: - Platone: sostiene che la variabilità tra organismi della stessa specie sia un'ombra di una idea (Eidos come forma perfetta a cui tutti gli esseri imperfetti tendono); - Aristotele: dice che gli organismi sono organizzati gerarchicamente dal più semplice al più complesso; - Tradizione ebraico-cristiana: dogma creazionista); - Leonardo da Vinci: analizza i fossili come animali vissuti nel passato e ipotizza il concetto di estinzione; - **Carlo Linneo: dice che specie simili appartengono a gruppi simili, e crea la tassonomia (disciplina che si occupa della classificazione gerarchica di elementi viventi o inanimati)**. Ecco che la diversità comincia ad essere ordinata. **Cuvier**, paleontologo**, trova fossili diversi dalle specie attuali** (idea di una estinzione). **Hutton e Lylell spiegano le forme terrestri attraverso meccanismi che agiscono continuamente sul pianeta** (gradualismo): non tutto è fisso, ma ci sono sempre cambiamenti. Lamarck nel 1809 sviluppò la prima teoria coerente dell'evoluzione, da lui impiegata per spiegare e giustificare i resti fossili. Partì da un'intuizione fondamentale: l'evoluzione spiega i resti fossili, l'antichità̀ della terra, la diversità̀ della vita. Il risultato più importante a cui giunse fu capire che il cambiamento produce adattamenti di specie all'ambiente, I quali sono continui e derivanti dalle caratteristiche ambientali**.** **Lamarck** sbaglia il meccanismo **ma enuncia punti fondamentali del concetto evolutivo**. Sostiene che il cambiamento avviene in modo tale per cui gli individui diventano più adatti per l'ambiente in cui vivono, e sostiene anche che anche l'uomo è prodotto di questo percorso evolutivo. Dice che **il meccanismo attraverso il quale l'adattamento evolve è attraverso uso e disuso degli organi ed ereditarietà dei caratteri acquisiti** (idea illuminista). Queste sono le due leggi fondamentali di Lamarck Quattro idee di Lamarck per l'evoluzione tramite l'ereditarietà dei caratteri acquisiti: 1. Forza vitale che tende ad aumentare il volume del corpo e di alcune parti 2. Nuovi organi possono essere prodotti per soddisfare bisogno 3. Gli organi si sviluppano in proporzione al loro uso; 4. I cambiamenti che avvengono in un corpo animale possono essere trasmessi alla progenie. Riconosce come le specie cambino in modo graduale (giraffe che nascono per necessità di cogliere le foglie più alte). Aveva l'idea che l'evoluzione è guidata alla tendenza di raggiungere un miglioramento. **EVOLUZIONE DARWINIANA** Darwin **fa un viaggio** in *beagle* **tra il 1831-1836**, **realizzando che quello che vede non combacia con quello che sa**, e crea una spiegazione. Ha solo 21 anni, e se fosse partito dopo forse non sarebbe arrivato dove è arrivato. Scoperte nuove spesso le fanno i giovani perché non hanno preconcetti, non incasellano i fenomeni in conoscenza pregressa. In questo viaggio vede differenze dovute a biogeografia, e vede che ad ambienti simili corrispondono specie con caratteristiche simili, anche se in continenti diversi. Vede che i fossili che trova assomigliano alle specie che trova in quel determinato posto (fossili in Sudamerica assomigliano a specie del Sudamerica). Vede antichità della terra, strati geologici. Alleva razze di piccioni e fa una selezione artificiale per alcune caratteristiche. Vede cosa si vede forzando la riproduzione tra specie con diverse caratteristiche. Nel **22 Novembre 1859 viene venduto "Origine delle Specie"** **La teoria della evoluzione spiega sia l'unità sia la diversità dei viventi. Ha due enunciati fondamentali:** 1. **Tutte le specie si sono evolute da forme ancestrali:** fa uno schizzo di un albero filogenetico per cui da una specie iniziale derivano, per accumulo di cambiamenti, tante specie diverse; 2. **Il meccanismo del cambiamento evolutivo è la selezione naturale** Il punto 1 corrisponde alla DISCENDENZA PER MODIFICAZIONI: gli organismi viventi sono imparentati per via di antenati comuni, e diversi adattamenti si sono accumulati con il tempo, andando a creare nuove specie. Inoltre dice che la classificazione di Linneo rispecchia l'albero dell'evoluzione. **SELEZIONE NATURALE** La selezione naturale si riassume in quattro punti principali: 1. **Potenziale riproduttivo**: ogni specie riproduce più individui di quanti arrivano a riprodursi (non tutti si riproducono e non tutti sopravvivono = esiste una capacità portante dell'ambiente). Prende queste teorie dalle teorie sociologiche di Malthus. 2. **Competizione**: competizione per l'esistenza tra gli individui di una popolazione per sopravvivere e riprodursi (non tutti sopravviveranno per determinati motivi). Diretta conseguenza del primo punto 3. **Variabilità**: gli individui variano, e gran parte di questa variazione è genetica ed ereditabile. Sostiene che una parte dei caratteri dei genitori viene replicata. 4. **Sopravvivenza e successo riproduttivo differenziale**: la sopravvivenza non è casuale, ma dipende dalle caratteristiche dell'individuo (alcuni avranno caratteristiche che permetterà loro di sopravvivere e riprodursi. Nel tempo la popolazione avrà individui con caratteristiche migliori per sopravvivere, in quanto le specie più portate si riprodurranno e queste caratteristiche verranno trasmesse alla prole). FITNESS **A partire da ciò detto in precedenza, viene definito il concetto di "FITNSS". È la sopravvivenza e capacità riproduttiva differenziale dell'individuo più adatto (fit) alle condizioni ambientali in cui vive.** Immagine che contiene schermata, diagramma, linea, Diagramma Descrizione generata automaticamente Darwin smonta la teoria delle giraffe di Lamarck. Darwin dice che ci sono giraffe con collo più lungo e altre con collo più corto. Quelle con il collo più lungo mangiano di più, si riproducono di più, e con il tempo ci saranno sempre più giraffe con collo lungo. Lamarck sosteneva erroneamente che le giraffe fossero a collo corto, e solo con lo sforzo per raggiungere le foglie il collo si sia allungato e trasmesso poi alle proli successive **Ambiente ha quindi un ruolo selettivo sulle specie viventi in quanto può accettare le mutazioni che avvengono spontaneamente**. **ESEMPI DI SELEZIONE NATURALE:** - **Farfalla della betulla (Biston Betularia):** ha due forme fenotipiche, una melanica e una chiara. Il fenotipo chiaro è in maggioranza perché le betulle sono prevalentemente chiare (così le falene chiare si nascondono dai predatori mentre le melaniche sono in minoranza perché facilmente cacciate), poi dopo la rivoluzione industriale porta ad un aumento delle farfalle melaniche e un abbassamento del numero delle farfalle chiare, in quanto anche le betulle cambiano e perdono i licheni. Poi cambia ambiente e cambino le farfalle ecc ecc. - **Resistenza alla penicillina:** nel 1928 scoperta la penicillina, nel 1950 viene introdotta la meticillina, nel 1960 il 50% dei batteri sono resistenti, nel 1980 viene sintetizzata la vancomicina e in pochi anni evolvono ceppi resistenti. Oggi il 95% mostra qualche resistenza alla penicillina Un batterio resistente poi si duplica e diventa sempre più comune e si crea un ceppo resistente. **LEZIONE 3 03/10/24** **TEORIA DELL'EVOLUZIONE** Evoluzione risolve due problemi fondamentali della biologia evolutiva: 1. **Adattamento e disegno apparente**: strutture sembrano modellate appositamente per una certa funzione, e questo è evidente ad ogni livello. Da dove salta fuori questo disegno apparente? 2. **Variazione e diversità biologica:** c'è un incredibile e caotica varietà (5-100 milioni specie viventi, 1,75 milioni nominate). Da dove salta fuori questa varietà? Tra gli esempi di varietà ci sono i pigliamosche della Colombia, uccelli moto simili tra loro. Le soluzioni: 1. **L'adattamento evolve gradualmente**, tramite il processo di selezione naturale (emergono caratteristiche più adeguate per sopravvivere e riprodursi) 2. **Diversità biologica evolve gradualmente tramite il processo di speciazione** (diversificazione e occupazione di microambienti diversi) Secondo l'ipotesi darwiniana il **mutamento è graduale e continuo nel tempo, e nuove specie appaiano per l'accumulo di variazioni e l'interposizione di barriere riproduttive**. **SELEZIONE SESSUALE** Darwin era molto turbato dalle caratteristiche che non riusciva a spiegarsi e che andavano contro la sua teoria. Ad esempio, come si spiega la coda del pavone? Essa ha una struttura stravagante, colorazioni, coda che impedisce il movimento e rende il volo difficile, rende visibili ai predatori, ed ha un elevato costo energetico per produrla. Darwin introduce così un altro concetto parallelo alla selezione naturale: **dice che un carattere può evolvere anche se sfavorevole alla sopravvivenza se però aumenta il successo riproduttivo (coda attira pavone femmina).** Ecco che si parla così di **selezione sessuale**: processo per mezzo del quale gli individui sono favoriti grazie alla loro capacità di accoppiarsi e quindi riprodursi. Per definizione biologica un maschio produce gameti molto piccoli, in grande numero, a poco dispendio energetico. Una femmina produce pochi gameti, grandi, e ad alto dispendio energetico. Gli scopi della selezione naturale e della selezione sessuale -- sopravvivenza e acquisizione dei partner sessuali -- sembrano in conflitto, MA l'effetto finale, in termini evolutivi, è comunque il **SUCCESSO RIPRODUTTIVO DIFFERENZIALE DEGLI INDIVIDUI**. SISTEMATO FINO A QUI L'EVOLUZIONE E' UNA TEORIA ED UN FATTO Ci sono delle prove dell'evoluzione: - Biogeografia - Fossili - Anatomia comparata - Embriologia comparata - Biologia molecolare Ci sono analogie e omologie. Le omologie sono stesse strutture (origine comune) che si è adattata per scopi diversi =\> evoluzione divergente. La struttura di base è conservata e poi per piccoli cambiamenti assume funzioni e ruoli diversi. Le analogie sono strutture diverse che si sono evolute per raggiungere la stessa funzione =\> evoluzione convergente. Hanno derivazioni diverse, e non hanno una origine comune. es: ala pipistrelli/uccelli omologhe tra loro ma analoghe con le ali degli insetti. INSERISCI FOTO PPT Si hanno strutture analoghe tramite la pressione selettiva esercitata dall'ambiente....... Organismi affini mostrano quadri embrionali molto simili: embriologia comparata. Es: tasche branchiali endotermiche (foto) Organi vestigiali sono formazioni rudimentali non più utili (denti giudizio, radice canino sproporzionata rispetto agli incisivi, vertebre caudali) SELEZIONE ARTIFICIALE I cani derivano tutti dallo stesso progenitore (dal lupo). Tutta questa variabilità è dovuta da una selezione artificiale dell'uomo avvenuta a partire da 10000 anni fa. BIGEOGRAFIA Distribuzione delle piante e degli animali (Pangea). Ci sono sia differenze sia convergenze. In Australia si sono sviluppate le specie marsupiali, e lì avviene lo sviluppo embrionale. Altrimenti avviene nella placenta. Se analizziamo specie placentate e marsupiali troviamo molte somiglianze (talpa/talpa marsupiale, topo/topo marsupiale, ecc ecc) carica foto FOSSILI Testimonianza di un passato. Ossa dell'archeopteryx classificate come dinosauro. In alcuni casi i ritrovamenti fossili permettono di ricostruire la storia della specie (es: storia del cavallo esempio di gradualismo darwiniano perfetto (a volte ci sono cambiamenti e non è così) IL CODICE GENETICO E' UNIVERSALE La tripletta AAA codifica per l'amminoacido fenilalanina nell'uomo, nel gambero, nei tulipani, nei batteri. Un altro esempio è l'insulina umana, che inserita in un batterio viene codificata dal batterio stesso. Si utilizza un orologio proteico per comprendere l'età (analizza la sequenza di proteine prodotte). Analisi completa del genoma dei diversi vertebrati. Le analisi genomiche evidenziano una estrema somiglianza. Se si analizzano le differenze nelle sequenze nucleotidiche di DNA, si vede: - Tra uomo e scimpanzè c'è un 1,3% di divergenza in una sequenza di DNA selezionata - Uomo gorilla 1,8% - Uomo e orango 3,3% - Uomo e pomodoro 20% di convergenza. IDEA PERICOLOSA DI DARWIN Darwin dice che quando si comprende il meccanismo evolutivo, allora la luce verrà proiettata sull'origine umana e sulla sua storia. L'uomo deriva da specie ancestrali (animali). L'uomo è un animale culturale evolutosi da animali preesistenti, e le emozioni sono un prodotto dell'evoluzione. Alla base dei processi umani ci sono alla base gli stessi processi neurali che si osservano negli animali (omologia). La qualità emerge dalla complessità (le famose proprietà emergenti). Malattie neurodegenerative sono solo umane, legate sembrerebbe a questo salto funzionale che c'è stato per l'evoluzione. Solitamente le altre malattie sono in comune con gli animali. Darwin dice che si possono studiare le emozioni umane anche a partire dagli animali (meccanismi come difesa, rabbia, aggressività...) Il nostro corpo si è evoluto in un ambiente continuamente e completamente diverso. Sia il corpo sia la mente sono adattamenti all'ambiente per massimizzare la fitness. LA VITA È una proprietà emergente. Le cellule hanno 70% acqua e 30% sostanze chimiche (ioni e molecole piccole 4%, DNA, fosfolipidi, polisaccaridi). Esistono 92 elementi naturali, e 25 sono essenziali per la vita. Il 96 % della materia vivente è dato da carbonio, azoto, idrogeno, ossigeno. Gli elementi tra loro si combinano e emergono le proprietà emergenti. I viventi sono formati da molecole organiche semplici. Sono 4 famiglie: zuccheri, acidi grassi, nucleotidi e amminoacidi. Formano macromolecole (polimeri) che sono carboidrati, lipidi, proteine e acidi nucleici. La cellula è formata dalle macromolecole. Esse poi formano tessuti, organi e via così. La materia vivente per essere definita cosi deve avere una serie di proprietà: - Organizzazione: alta complessità e ordine - Energia: acquisizione e consumo di energia - Metabolismo: reazioni chimiche controllate - Omeostasi: autoregolazione per il mantenimento delle proprietà interne - Riproduzione: produrre prole simile - Eredità: programma ereditario che impone i caratteri - Crescita e sviluppo e morte: cambiamenti nel tempo - Reattività: riposta immediata agli stimoli - Formati da più cellule Sono tutte legate tra loro, e quindi organizzazione richiede consumo di energia (per passare da disordine a ordine). La cellula è un insieme continuo di reazioni chimiche. Se non ci sono la cellula è morta PRIMO PRINCIPIO DELLA TERMODINAMICA Energia no creata e no distrutta, ma solo trasformata. SECONDO PRINCIPIO ? Gli organismi viventi sono dissipatori di energia, per tenersi organizzati e in ordine. Per mantenere bassa l'entropia l'aumentano nell'ambiente circostante. Il metabolismo cellulare raggiunge questo obiettivo di mantenimento, e tutte le reazioni sono reazioni accoppiate, dove vengono associati processi catabolici che producono energia e processi anabolici che cedono energia. Parte dell'energia quindi viene dissipata. Si può dire che mantiene ordine creando disordine. Metabolismo cellulare sono catene di reazioni, dove proteine specifiche cecano di abbassare energia di attivazione. OMEOSTASI Concetto che permette di capire differenza tra fisiologia e patologia. Un sistema in stato fisiologico è in grado di mantenere costanti i parametri. Patologia invece è quando il sistema non è più in grado di rimanere nelle sue condizioni. Rapporto tra fisiologia e patologia è come omeostasi e malattia. RIPRODUZIONE Due modi: - Asessuale: clone assolutamente identico - Sessuale: gameti EREDITA' Eredita geni parentali che portano una informazione ereditaria, per questo la prole è simile ai genitori. I geni sono composti da DNA, quindi avviene un trasferimento di DNA da una prole all'altra. Info genetica conservata nel DNA e viene espressa nelle proteine. Trasferimento dell'info genetica va dal DNA alle proteine tramite il mRNA. I virus è organizzato, ma non ha metabolismo, non è omeostatico, parassita endocellulare.