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, 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.

... 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.

Biologia dello sviluppo 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