L'Origine Della Vita - ZOOLOGIA 2 PDF

L’ORIGINE DELLA VITA La terra si originò circa 4,6 miliardi di anni fa, e la vita su questa apparse 4-3,5 miliardi di anni fa (cianobatteri). Le mutazioni genetiche degli organismi, insieme ai cambiamenti a cui è andata incontro la terra (clima, atmosfera) e la conseguente selezione naturale (sopra...

L’ORIGINE DELLA VITA La terra si originò circa 4,6 miliardi di anni fa, e la vita su questa apparse 4-3,5 miliardi di anni fa (cianobatteri). Le mutazioni genetiche degli organismi, insieme ai cambiamenti a cui è andata incontro la terra (clima, atmosfera) e la conseguente selezione naturale (sopravvivenza o estinzione di alcuni organismi) hanno portato all’origine degli organismi che popolano oggi la terra. Ci sono dunque stati cambi evolutivi di grande entità che hanno portato, a partire da antenati comuni, alla nascita di cellule più complesse e di organismi pluricellulari. Ciò è stato anche causato dal fatto che alcuni elementi con il passare degli anni sono diventati interdipendenti (incapaci di vivere come entità singole) e che hanno dunque dovuto cooperare con altri elementi (mitocondri e cloroplasti). Le evidenze più solide dei momenti evolutivi fondamentali (es: apparizione delle cellule procariote, apparizione delle cellule eucariotiche) fanno parte della “major evolutionary transition” che è principamente legata alla chimica. LA BIODIVERSITA Queste transizioni evolutive hanno portato alla biodiversità globale. La misura di biodiversità sul pianeta terra è definita come la variabilità totale di forme di vita sul pianeta. Questa biodiversità è in calo poiché si stima che il 99% dele specie presenti sulla terra si siano estinte (Kunin e Gaston), e che oggi ne siano presenti 8.7 milioni (Chapman). Cavalier Smith creò in seguito ai suoi studi un albero filogenetico con 2 domini e 7 regni 1. I procarioti > bacteria – archea 2. Gli eucarioti > piantae – animalia – fungi – chromista – protozoi Protozoi e cromisti rappresentano il mondo di unicellulari o multicellulari che però a differenza dei protisti che sono più vicini al mondo animale, sono prevalentemente fotosintetici (i cromisti in particolare sono molto vicini alle alghe). Come siamo arrivati a tutta questa biodiversità? Grazie all’evoluzione ALCUNE TEORIE Carlo Linneo ha classificato le diverse specie utilizzando una nomenclatura binomia (è la base morfologica) o George-Louis Leclerc Buffon: rivalutò l’età (stimò che avesse 75000/100.000 anni) della terra e studiò il concetto di influenza dell’ambiente sulle modificazioni animali o Diderot e Erasmus Darwin: ipotizzarono modificazioni nel tempo da una specie all’altra (introdussero il concetto di gradualismo) o Jean-Baptiste Lamarck: studia il trasformismo come meccanismo di ereditarietà dei caratteri acquisiti. o Darwin e Wallace: al concetto di gradualismo aggiunsero quello della selezione naturale. Siamo passati quindi dal fissismo al gradualismo La differenza tra la teoria di Lamarck e quella di Darwin 1. Lamarck sostiene che il cambiamento morfologico sia influenzato dalle condizioni ambientali o le abitudini. Le varianti sono prima acquisite in funzione dell’adattamento all’ambiente e poi tramandate alla prole (ereditabilità di caratteri acquisiti) 2. Darwin invece sostiene che le varianti (ereditabili) appaiono in modo casuale e poi vengono selezionate dall’ambiente. Le varianti più favorevoli saranno tramandate alla prole, mentre quelle non favorevoli non saranno trasmesse perché i portatori non sopravvivono e/o non si riproducono.  Lui introduce così il concetto di selezione naturale aggiungendolo al gradualismo. (1860) Possiamo anche parlare di gradualismo darwiniano che afferma che la diversità dei viventi è causata da un cambiamento graduale di forme esistenti e provenienti da un antenato comune. Inoltre, a seguito di cambiamenti delle condizioni esterne si creano piccole mutazioni casuali che se favorevoli si accumulano attraverso le generazioni. EVOLUZIONE ORGANICA E NASCITA DELLA BIOLOGIA EVOLUZIONISTICA 1900 > Neodarwinismo, o sintesi moderna: scoperta del germoplasma come fonte di gameti in seguito agli studi di Mendel sulla genetica. 1960 > Teoria neutrale dell’evoluzione molecolare: viene scoperta della ridondanza del codice genetico, l’inefficacia delle mutazioni puntiforme, le sostituzioni amminoacidiche simili e polimorfismo genico. Tutte queste scoperte portano a credere che esistono modificazioni genetiche con un effetto neutro che impiegano un lungo periodo prima di mostrarsi. In quest’immagine, per esempio, è possibile vedere come per 20 milioni di anni (80- 60) non si vede la nascita di nessuna nuova specie; quindi, non ci sono state modificazioni visibili. Negli anni successivi, invece dopo un momento di stasi si sono viste modifiche genetiche importanti che hanno mostrato il senso del cambiamento. 1970 > teoria degli equilibri punteggiati o intermittenti (gradualismo intermittente): alternanza di momenti di stasi a momenti di rapido cambiamento. EVOLUZIONE Con il termine evoluzione s’intende il cambiamento con il passare del tempo, all’interno di una popolazione di caratteristiche ereditabili. E a lunga durata i cambiamenti possono aumentare ed evidenziarsi ulteriormente (selezione naturale o deriva genetica) fino a creare una nuova specie. Darwin prima di utilizzare il termine evoluzione diceva > teoria della discendenza con modificazione per mezzo della variazione e della selezione naturale, sottolineando che le stesse specie si differenziano poiché le loro variazioni sono tramandate alle generazioni successive. LA VARIABILITA E l’origine casuale della variabilità genetica - Può essere dovuta a mutazioni puntiformi (nucleotide), cromosomiche, cariotipiche. Che avvengono a causa del polimorfismo genico (esistenza di varianti dello stesso gene) Queste possono interessare sia geni strutturali che altri come per esempio quelli regolatori, e infine per essere ereditabili devono riguardare la linea germinale che aumentano la variabilità genetica. - Ricombinazione: che avviene durante la meiosi, attraverso il crossing-over e l’assortimento indipendente LA SELEZIONE NATURALE Dopo svariati studi Darwin e Wallace hanno elaborato la teoria della selezione naturale  I cambiamenti avvengono in modo casuale  L'ambiente seleziona gli individui le cui caratteristiche sono più favorevoli alla sopravvivenza ---> infatti alcuni individui che possiedono un determinato carattere generano una prole più vitale rispetto ad altri individui che non possiedono quel carattere. Così facendo la popolazione si evolve mantenendo il carattere che più gli permette di adattarsi all’ambiente.  L'evoluzione richiede variazione genetica  Gli organismi che si differenziano sono originati da comuni antenati LE PROVE DELLA SELEZIONE NATURALE, DELL’EVOLUZIONE La documentazione fossile es: antenato del pesce tetrapodie riusciva a vivere per un po’ di tempo fuori dall’acqua, ed è visibile attraverso il fossile Biogeografia: alcune specie si sono evolute in territori isolati e sono specie uniche poiché si sono evolute in modi isolato da tutte le altre Evoluzione convergente: due specie diverse assumono caratteristiche simili perché vivono nello stesso ambiente e sono quelle più favorevoli alla sopravvivenza. Allevamento selettivo: i tratti nelle specie addomesticate sono stati profondamente modificati dalla pratica della selezione artificiale (es: mucca “selvatica” è ben diversa dalla mucca (non vacca) frisona che vediamo noi oggigiorno) Omologie anatomiche: varie specie possono avere strutture omologhe modificate per essere usate in maniera diversa dalle diverse specie. Se tali strutture non sono più funzionali vengono chiamate strutture vestigiali non più funzionali. (es: il braccio)  Omologie di sviluppo: un’analisi di sviluppo embrionale rivela caratteristiche simili che indicano antiche relazioni evolutive. (es: si può notare una forte somiglianza tra i vari embrioni della foto che si trovano in uno stadio precoce di sviluppo, anche se appartengono a specie diverse). Molecolari: a livello molecolare certe caratteristiche si trovano in tutte le cellule viventi, suggerendo che tutte le specie viventi siano derivate da un antenato comune. Inoltre, le specie che sono strettamente imparentate dal punto di vista evolutivo tendono ad avere sequenze di DNA più simili rispetto a quanto esse lo siano in organismi imparentati più lontanamente. (es: il 95% degli amminoacidi, ovvero 373 su 393, sono identici tra la sequenza p53 dell'Uomo e della Scimmia di Rhesus) I MECCANISMI DI SELEZIONE Diverse condizioni favoriscono individui con specifiche caratteristiche piuttosto che altri. I TIPI DI SELEZIONE La selezione può essere: ❖ Stabilizzante, che quindi favorisce caratteri intermedi all’interno di una popolazione poiché quelli estremi sono sfavorevoli. (esempio se le grinfie di un pettirosso sono piccole questo non avrà una prole vitale, se sono grandi invece avranno una prole malnutrita. Quindi la cosa migliore sarebbe avere delle grinfie di una dimensione intermedia.) ❖ Selezione direzionale che avviene quando un solo allele è favorito e l’evoluzione avviene in una direzione. (il colore della biston betularia durante la rivoluzione industriale è passato a quello nero, scuro, con il fine di meglio mimetizzarsi).  ❖ Selezione divergente: si verifica quando gli alleli più favorevoli sono entrambi gli estremi, e non quelli intermedi. (con popolazione originaria di conigli bianchi in realtà si scoprì che i conigli di color grigio o bianco e grigio si mimetizzavano meglio con le rocce) I MECCANISMI, LE CAUSE E LE INFLUENZE DELLA SELEZIONE NATURALE o Accoppiamento non casuale per il quale i partner si scelgono in base a particolari aspetti. (es: le femmine di pettirosso scelgono il compagno in base al colore delle piume) o La deriva genetica è il cambiamento casuale delle frequenze alleliche che può avvenire per: - L'effetto del collo di bottiglia- che causa una drastica diminuzione delle frequenze alleliche in seguito a una grossa diminuzione della popolazione a causa di catastrofi. - L'effetto fondatore che consiste nella perdita della variabilità genetica in una popolazione che si è sviluppata a partire da un piccolo numero di individui appartenuti ad una più ampia, a seguito di un prolungato isolamento da quella di origine. o La migrazione che è lo spostamento di individui tra popolazioni che immette o allontana alleli e modifica frequenze alleliche senza che sia necessariamente una forza selettiva. (improbabile che due popolazioni rimaste isolate non subiscano variazioni in seguito alla migrazione) MICROEVOLUZIONE E SPECIAZIONE La microevoluzione è causata da tutti quei fenomeni che portano alla modificazione delle frequenze alleliche di una popolazione. La speciazione comporta la creazione di nuove specie a seguito dei molteplici cambiamenti avvenuti a causa di una separazione / isolamento. Questi meccanismi sono molto lenti, per questo motivo si possono studiare solamente sulla base di modelli teorici 1. Speciazione allopatrica causata dalla comparsa di una barriera geografica che divide la popolazione originaria. (es: scoiattoli Ammospermophilus che si sono divisi in A. harrisi e in A.leucurus) 2. Speciazione peripatrica che avviene per effetto del fondatore nel momento in cui degli individui colonizzano una zona isolata evolvendosi in una specie. (es: le Drosophila) 3. Speciazione simpatrica: non avviene a causa di un isolamento geografico, bensì riproduttivo. Infatti, se una mutazione genetica causa una barriera riproduttiva tra gli individui mutanti e la popolazione originaria comparirà una nuova specie anche nel solo corso di una generazione. (esempio: rhagoletis pomonella del melo e rhagoletis pomonella del biancospino). - Alcuni genotipi (e quindi fenotipi) preferiscono accoppiarsi con partners aventi lo stesso genotipo (fenotipo) MODELLO CON ACCOPPIAMENTO ASSORTATIVO - Genotipi diversi sono adattati a nicchie ecologiche diverse MODELLO CON ETEROGENEITA AMBIENTALE. 4.  Speciazione parapatrica che avviene nelle popolazioni che non sono completamente isolate, ma che hanno contatti molto limitati. Le migrazioni sono spesso limitate a causa di condizioni meteorologiche. - Se le due specie hanno acquisito completo isolamento riproduttivo possono sovrapporsi (nello stesso habitat), in base alla preferenza di habitat. - Se si sono sviluppate barriere di isolamento riproduttivo ma non compatibilità ecologica, gli areali si mantengono parapatrici (poco contatto- un gruppo nella nicchia). - Se non sono state acquisite barriere anti-ibridazione, si forma una zona di contatto che porta alla formazione di ibridi, nei quali possono evolvere barriere post zigotiche COSA MANTIENE DUE SPECIE DISTINTE a) Le barriere riproduttive che proibiscono a specie affini di riprodursi, e che isolano il loro (delle specie create) pool genico (insieme di tutti gli alleli dell'intero set di geni che appartengono a tutti gli individui che compongono una popolazione in un determinato momento) e che possono essere pre o post zigotiche BARRIERE PRE-ZIGOTICHE Queste impediscono l’accoppiamento o la fecondazione L’ISOLAMENTO TEMPORALE Si verifica quando due specie si accoppiano in momenti diversi Esempio: - Spilogale potorius si accoppia a fine inverno e ipiccoli nascono tra giugno e luglio - Spilogale gracilis si accoppiano a fine estate -inizio autunno, lo sviluppo si arresta nella fase di blastocisti*(fase che precede l’impiantamento nell’utero) (questo arresto prende il nome di diapausa) e riprende in primavera. La diapausa= fase di arresto spontaneo dello sviluppo degli individui L’ISOLAMENTO AMBIENTALE Questo si verifica quando due specie vivono nella stessa regione, ma in ambienti diversi. L’esempio delle zanzare londinesi che vivono in superficie (culex pipiens) e nei tunnel della metropolitana (culex molestus) ISOLAMENTO COMPORTAMENTALE L’isolamento comportamentale si verifica perché vi è poca o nessuna attrazione sessuale tra i maschi e le femmine di specie differenti. ISOLAMENTO MECCANICO Dovuto all’incompatibilità degli organi genitali maschili e femminili. ISOLAMENTO GAMETICO Nell’isolamento gametico un maschio e una femmina di due specie differenti possono accoppiarsi, ma i gameti non riescono a formare uno zigote, ossia a fecondarsi. BARRIERE POST-ZIGOTICHE Queste agiscono nel momento in cui si è formato lo zigote LA STERILITA DEGLI IBRIDI Gli ibridi completano il proprio sviluppo dando origine a individui robusti ma che risultano sterili. Di conseguenza non si verifica un flusso genico tra le due specie parentali. Es: Bardotto (asina + cavallo) e Mulo (cavalla + asino) Anche il ligre (leone + tigre). LA NON VITALITA DEGLI IBRIDI Questo fenomeno si verifica quando i geni di due specie parentali non sono compatibili; ciò fa sì che gli ibridi non sopravvivano (es. Rana pipiens e Rana sylvatica). DEGENERAZIONE DEGLI IBRIDI Si verifica quando la prima generazione di ibridi è vitale e fertile, quando però gli ibridi si accoppiano generano prole debole e sterile. L’EVO-DEVO È la biologia evoluzionistica dello sviluppo che: - Sostiene che la chiave di lettura non si trovi nella singola espressione del gene ma nell’espressione della sequenza genica. - Inoltre, ha cambiato il concetto di strutture omologhe in "Strutture" che "sono realizzate sulla base di uno stesso insieme di informazioni genetiche o epigenetiche", e non più "Strutture diverse in specie distinte" che "derivano da una stessa struttura presente in un antenato comune ad entrambe".