LICEO SCIENTIFICO
TECNOLOGICO
Classe 5TB
A.S. 2009/2010
Centocinquant’ anni … e non li dimostra!
La teoria dell’evoluzione oggi
Chiara Dionedi Valentina Ferrari Matteo Schiavi Mattia Stopelli
“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 oggi
Nonostante 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 biodiversità
Darwin, attento e curioso
osservatore,
attratto
fu
dalla
subito
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.
... la biodiversità
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,
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;
... la Genomica
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
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
… 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
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