laboratorio evoluzione Marcello Sala PELLI COLORATE

Elio e Marisol vanno in vacanza al mare Fin dal primo giorno stanno per ore in spiaggia al sole Dopo due settimane Elio ha la pelle molto scura, come Marisol Qual è la causa del colore scuro della pelle? Le cellule della pelle producono un pigmento scuro, la melanina C’è qualche vantaggio ad avere pelle scura se esposti al sole? Protegge dalle scottature e dai tumori alla pelle L’abbronzatura è un adattamento all’esposizione al sole? Dà un vantaggio in quelle condizioni ambientali

Finite le vacanze Elio e Marisol tornano in città e dopo un mese la pelle di Elio si è schiarita, quella di Marisol no Dopo tre mesi la pelle di Elio è tornata chiara, come era prima di andare al mare, quella di Marisol è rimasta scura ma questo non preoccupa né lei né Elio: perché non li preoccupa? Marisol è nera dalla nascita: la sua famiglia viene dal Sahara Occidentale Che differenza c’è tra la pelle scura di Elio e quella di Marisol? Elio la pelle reagisce producendo melanina finché è esposta al sole Marisol sempre la pelle produce melanina a cominciare dalla nascita

In entrambi i casi si tratta dello stesso adattamento? In entrambi i casi è condizione vantaggiosa rispetto all’esposizione al sole in entrambi i casi avviene attraverso la produzione di melanina nella pelle, ma nel caso di Elio trasformazione reversibile che interessa un individuo nell’arco della sua esistenza nel caso di Marisol carattere irreversibile ereditario della popolazione d’origine

La produzione di melanina nella pelle è un carattere ereditario, allora perché nella pelle di Elio, che è un “bianco”, si produce melanina? Capacità della pelle di produrre melanina (gene) presente sia in Elio che in Marisol diverso il sistema di controllo della produzione di melanina che dipende da geni “regolatori”: nel caso di Elio la produzione di melanina si può “spegnere” quando l’esposizione al sole si riduce

Come può essere avvenuto questo cambiamento durante l’evoluzione? Ipotesi: le popolazioni dei “neri“ durante l’evoluzione hanno perso il meccanismo di controllo del processo di produzione della melanina Però: tutti gli umani sono discendenti da una popolazione che viveva in Africa equatoriale, e quindi nera, i bianchi europei sono discendenti di popolazioni emigrate dall’Africa Quale altra possibilità è compatibile con il fatto che sono i “bianchi” a essere discendenti di popolazioni di “neri”? Le popolazioni dei “bianchi“ durante l’evoluzione hanno acquisito il meccanismo di regolazione del processo di produzione della melanina

Quale vantaggio evolutivo ci sarebbe nell’avere pelle chiara? Favorisce l’assorbimento delle radiazioni solari necessarie alla produzione della vitamina D indispensabile per lo sviluppo delle ossa (assorbimento del Ca) Ma la pelle chiara protegge meno dalle scottature e dai tumori della pelle: e allora? Vantaggio e svantaggio dipendono dall’ambiente: Quale la causa del cambiamento evolutivo pelle scura  chiara? la migrazione da ambienti più esposti a ambienti meno esposti alla radiazione solare ambiente con scarsità di radiazione (Nord Europa)  prevale il vantaggio dell’assorbimento (pelle chiara) ambiente con un eccesso di radiazione solare (Africa Eq.)  prevale il vantaggio della difesa (pelle scura)

Cambiamenti evolutivi sulla base del processo di riproduzione differenziata a partire dalla variazione (“selezione naturale”) Allora perché gli inuit che vivono sui ghiacci dell’estremo Nord non sono di pelle chiara? ipotesi: nelle popolazioni migrate dall’Asia nella zona artica - non presenti mutazioni che danno la pelle bianca o - tempo non sufficiente al processo di “selezione naturale”

Ma anche se avessero la pelle chiara l’esposizione al sole sarebbe molto ridotta per via dei vestiti Ma allora gli inuit vivono nel clima artico senza esservi adattati? Anche adattamenti fisici ereditari meno visibili vantaggiosi nel clima freddo (minore sudorazione) Adattati per evoluzione culturale sfruttando le risorse dell’ambiente: si tramandano tecniche di produzione di abiti e oggetti che proteggono dal freddo la loro alimentazione permette di assumere vitamina D direttamente dagli alimenti (grasso di pesce)

C’è un vantaggio per gli inuit nell’avere occhi “a mandorla”? Ipotesi: vantaggioso avere palpebre che riducono l’ingresso di luce sulle distese di neve

Perché gli occhi a mandorla ce l’hanno anche i cinesi e in generale gli asiatici, anche se non vivono sui ghiacci? Ipotesi: non carattere adattativo, ma variazione casuale non svantaggiosa trasmessa alle generazioni seguenti I Boeri immigrati dall’Olanda in Sud Africa ancora oggi portatori di una malattia in percentuale molto più elevata della media mondiale: perché una mutazione svantaggiosa si è trasmessa? Tutti discendenti da una popolazione molto piccola poche famiglie imparentate tra di loro con questo carattere

La pelle del polpo (del camaleonte, di altri animali) può cambiare colore e disposizione dei colori, in modo da assomigliare all’ambiente in cui si trova (video)video È un carattere vantaggioso? Mimetismo: permette di sfuggire alla vista dei predatori Questo cambiamento di colori della pelle assomiglia all’abbronzatura dell’uomo? cellule della pelle in grado di colorarsi diversamente cambiamenti diversi a seconda dell’ambiente cellule in grado di produrre pigmenti diversi (e di eliminarli) sistema molto complesso di regolazione (geni regolatori) capace di reagire alle percezioni È molto più complesso di quello dell’uomo

La pelle dell’uomo ci mette giorni a cambiare colore; come mai quella del polpo ci mette pochi secondi? Il colorante non viene fabbricato al momento dalle cellule si trova concentrato in depositi nelle cellule (cromatofori)cromatofori al momento opportuno si diffonde (le cellule stesse si estendono alla superficie della pelle) Come fa la pelle a colorarsi “al momento opportuno”? Circuiti di reazione: la radiazione luminosa di diversi colori stimola dei recettori oppure, percepita dal sistema visivo, attiva impulsi nervosi diversi ricevuti dai cromatofori  diffusione di diversi coloranti come reazione

Segnali emotivi Vantaggi? Rapporto con l’ambiente e riproduzione Sistema molto complesso di regolazione È lo stesso polpo: mimetismo? No (colori visibili) Altra ipotesi? Segnalazione

Il polpo “impara” a mimetizzarsi? No, il suo corpo è fatto in modo tale da reagire così intere specie di polpi hanno questa capacità  carattere ereditario È una caratteristica evolutiva? Vantaggiosa per la sopravvivenza e la riproduzione Ipotesi: risultato di una riproduzione differenziale attraverso generazioni e generazioni (“selezione naturale”)

Quale meccanismo nelle cellule perché la pelle si colori?  produzione (o rilascio) di pigmenti  produzione (o attivazione) di enzimi specifici  geni che producono (o attivano) quegli enzimi  attivazione di quei geni in quelle cellule  interruttori genici e regolatori

Quale meccanismo nelle cellule perché la pelle si colori in risposta a stimoli dall’esterno…?  produzione (o rilascio) di pigmenti  produzione (o attivazione) di enzimi  geni che producono (o attivano) quegli enzimi  attivazione di quei geni in quelle cellule… … in relazione a un stimolo  sensibilità allo stimolo  circuito stimolo-reazione  interruttori genici e “fattori di trascrizione”