Terza parte Fenomeni di endosimbiosi In figura, a sinistra, un possibile meccanismo per i fenomeni di endosimbiosi avvenuti circa 1,5 miliardi di anni fa Nella figura sopra si osservano ribosomi (sfere gialle) e DNA (eliche di color viola) nel citoplasma dell’organulo cloroplasto Terza parte Fenomeni di endosimbiosi Nicola Gruosso classe 3A sala-bar istituto professionale alberghiero Porto Sant’Elpidio – ISITPS Tutor: prof. Stroppa Pierluigi

Obiettivi Conoscere la struttura della membrana cellulare. Conoscere quando e perché si è formata la membrana cellulare Sapere la teoria endosimbiontica ipotizzata da Lynn Margulis Sapere che nell’evoluzione i fenomeni di endosimbiosi sono stati molto importanti Sapere che esistono anche fenomeni di simbiosi tra organismi molto diversi tra loro.

Metodologia Lezioni frontali partecipate con proiezioni di immagini e animazioni Elaborazione di set anticipatori Uso frequente del feedback Lavori di gruppo Invito alla produzione di relazioni e poster Role playing Costruzione di modelli che simulano i fenomeni che avvengono negli organismi viventi

Mezzi e strumenti Libri di testo Riviste scientifiche Laboratorio scientifico Personal computer e videoproiettore Microfono e macchina fotografica digitale adibita anche alle riprese Lavagne d’ardesia, magnetica e luminosa Modelli Cartelloni e poster

Tutto cominciò con la formazione del doppio strato fosfolipidico Circa 4 miliardi di anni fa si formò il doppio strato fosfolipidico, l’impalcatura della membrana cellulare. Ogni fosfolipide è composto da due parti: - una testa fosforica idrofila - una coda lipidica idrofoba

L’animazione che simula ciò che avvenne 4 miliardi di anni fa.. Nella foto i ragazzi simulano i singoli fosfolipidi che erano sparsi nelle acque primordiali, poco prima di iniziare a disporsi “coda contro coda”

Poi si formò la prima cellula procariota Circa 3,8 Miliardi di anni fa una molecola di DNA venne inglobata da un doppio strato fosfolipidico.

Successivamente avvenne il fenomeno dell’endosimbiosi Circa 1,6 Miliardi di anni fa due batteri, il primo fototrofo (il futuro organulo cloroplasto) e il secondo chemiotrofo (il futuro organulo mitocondrio), entrarono in un doppio strato fosfolipidico al cui interno era già presente una membrana nucleare avvolgente il DNA… Sono stati rappresentati due esempi di endosimbiosi per fagocitosi, vediamoli:

Endosimbiosi per fagocitosi 1 Un possibile meccanismo per l’endosimbiosi.

Endosimbiosi per fagocitosi 2 In questo modo il mitocondrio venne fagocitato, circa 1,6 Miliardi di anni fa. Fagocitosi con alunni

Vantaggi dell’endosimbiosi Gli organuli trassero vantaggio dalla simbiosi poiché riuscirono a ripararsi dall’ambiente esterno, grazie al doppio strato fosfolipidico della cellula; Mentre la cellula trasse profitto dal fatto che gli organuli (ex batteri) effettuassero la fotosintesi clorofilliana (cloroplasti) e la respirazione cellulare (mitocondri)

Ma quali sono le prove dell’endosimbiosi? Figure Tratte da Zullini. A sinistra un cloroplasto, a destra un mitocondrio Prova 1 nel citoplasma dei due organuli in figura, il cloroplasto a sinistra e il mitocondrio a destra, ci sono molecole di DNA e RIBOSOMI molto semplici (simili a quelli dei batteri).

Prova 1: DNA e RIBOSOMI semplici nei cloroplasti Il cloroplasto era un batterio!?

Prova 2: la scissione binaria Gli stessi organuli, mitocondrio e cloroplasto, si riproducono autonomamente per scissione binaria, grazie al loro personale DNA. Nella foto si osservano dei cloroplasti in divisione all’interno di una cellula vegetale eucariota di Elodea.

Ma perché questi organuli hanno al proprio interno il DNA? L’americana Lynn Margulis ideò la teoria endosimbiontica negli anni ’70; ipotizzò che in passato gli organuli cloroplasti e mitocondri fossero stati dei batteri. In particolare, i cloroplasti erano dei batteri fototrofi , quindi si cibavano tramite la luce, effettuando la fotosintesi clorofilliana. I mitocondri erano dei batteri chemiotrofi, ossia si cibavano tramite le sostanze chimiche che trovavano già pronte in natura.

Altre prove dell’endosimbiosi Immagine tratta da Zullini Rappresentazione schematica di piccole alghe in simbiosi con un organismo unicellulare eucariota (un protista) tuttora vivente.

Un’ altra simbiosi interessante: i licheni Perché nei licheni le alghe sono in simbiosi con i funghi? Nei licheni le ife dei funghi forniscono acqua e nutrienti all’alga mentre quest’ultima regala, tramite il processo della fotosintesi clorofilliana , zuccheri ai funghi.

Animazioni sui licheni vicino la scuola Nella prima animazione si osservano i licheni presenti sulle mattonelle in conglomerato cementizio del pavimento

Animazioni sui licheni delle cortecce In questa animazione si osservano i licheni presenti sulle cortecce di piante caducifoglie

Conclusioni L’endosimbiosi ha rivestito un ruolo importante nell’evoluzione della vita? Probabilmente si. Infatti essa ha permesso: La formazione della cellula eucariota (1,5 miliardi di anni fa …. forse anche prima); L’endosimbiosi ha effettuato anche un salto di qualità, divenendo “simbiosi”…. … Simbiosi nei licheni (alghe e funghi), simbiosi all’interno del nostro corpo (i batteri nel nostro intestino producono vitamine che il nostro corpo non sarebbe in grado di produrre da solo) Inoltre i licheni possono essere usati come bioindicatori ambientali