Appunti presi a lezione di Biologia evoluzionistica

Biologia evoluzionistica

Darwin (viaggio nel Beagle)

Tardigrado ha sistemi molto specializzati alla resistenza in situazioni difficili.

Perché esistono sequoie alte anche 150 m? Come ha fatto a sopravvivere?

Vie metaboliche: cosa succede all'interno di una singola cellula.

Il dilemma dell'evoluzione dell'occhio, estremamente complesso.

Darwin: “E suppone che l'occhio si sia originato tramite la selezione naturale, sembra assurdo, MA STIMA ETÀ TERRA A 300-600 mln di anni, pochissimo per evoluzione” (età vera: 4,6 miliardi).

L'occhio funziona come una camera oscura → “Growing up in the universe”, R. Dawkins.

Studiare l'evoluzione dell'occhio in diverse specie.

I cefalopodi hanno l'occhio meglio del nostro, noi abbiamo un punto cieco nella retina.

Alcuni ragni hanno occhi, quasi come i nostri.

Cubomeduse (rhopalidae cristophora) → 24 occhi, tutti tipi diversi, e li usa per vedere da tutti i lati.

Orsina → ce l'abbiamo tutti e fa da recettore della melatonina per montare il sonno. R-opsina/C-opsina → distinguere luci e colori.

“Heat shock proteins” → quando le proteine si stanno per rompere, arrivano le heat shock proteins per tenerle insieme.

Compongono la sostanza del cristallino.

Biologia evoluzionistica

Darwin (viaggio nel Beagle)

Tardigrado ha sistemi molto specializzati alla resistenza in situazioni difficili.

Perché esistono sequoie alte anche 150 m? Come ha fatto a sopravvivere?

Vie metaboliche = cosa succede all'interno di una singola cellula.

Il dilemma dell’evoluzione dell’occhio, estremamente complesso.

Darwin = (si suppone che l'occhio si sia originato tramite la selezione naturale, sembra assurdo) MA STIMA ETÀ TERRA A 300-600 mln di anni, pochissimo per evoluzione (età vera: 4,6 miliardi).

L’occhio funziona come una camera oscura - “Growing up in the universe”, R. Dawkins.

Studiare evoluzione dell’occhio in diverse specie.

I cefalopodi hanno l’occhio meglio del nostro, noi abbiamo un punto cieco nella retina.

Alcuni ragni hanno occhi quasi come i nostri.

Cubomeduse (mbeassila cystophora) - 24 occhi, tutti tipi diversi, e li usa per vedere da tutti i lati.

Orsilia → ce l'abbiamo tutti e fa da recettore della melatonina per mantenere il sonno.

R-opsine/G-opsine → distinguere luci e colori.

“Heat shock proteins” = quando le proteine si stanno per rompere le proteine, arrivano le heat shock proteins per tenerle insieme.

Compongono la sostanza del cristallino.

Storia del pensiero evoluzionistico

1200 (Medioevo): non c'era una differenziazione tra vivente e non vivente.

Avevano una “scala naturae” con in basso le cose ritenute meno importanti e scala con ordine gerarchico.

~1800 = tutto ciò che veniva dopo il diluvio, con l'arca di Noè.

Microrganismi e le piante per loro si sarebbero rigenerati, non serve portarli nell'arca.

Linnaeus (Linneo)

Ha inventato come scrivere i generi e le specie, importanza sinonimi alla classificazione.

Ma secondo lui le piante/animali sono immutabili, uguali della creazione, no evoluzione.

Per lui c'era un ordine nel cielo, dettato da Dio - visione che permane nel 1800.

“Systema Naturae”.

Stenone

Precedente a Linnaeus, esposizione di fossili.

Ha capito che i fossili triangolari, “lingue di pietre”, erano in realtà denti fossili di squalo.

XVII secolo

Ricerca del grande disegno della natura.

Harvey & Willis, 2 dottori, iniziarono a comparare organi umani con quelli di altri animali.

Harvey fu il primo a capire che nei vertebrati il sangue va solo in una direzione.

Willis mette in evidenza le differenze tra cervello umano e quello animale: “L'uomo è sempre più materiale grigio”.

William Paley scrive manifesto teologia naturale.

“Se vedessimo un orologio con tutti i suoi meccanismi avremmo difficoltà a credere sia fatto per caso, fino a prove contrarie se trovo un orologio saldoportato l'essere del sempre”.

Buffon (1707-1788)

Illuminismo, non si crede ancora in parte alla generazione spontanea.

Filosofo e naturalista.

1760-1: Leggi di Buffon.

“In ambienti simili, ma in continenti diversi, gli organismi sono diversi poiché si sono trasformati nel tempo grazie all’isolamento”.

Le forme migliorano o degenerano grazie all’isolamento.

1° pensiero trasformista.

“Histoire naturelle”, 36 volumi - inizia a dire che le scimmie antropomorfe hanno qualche connessione con l’uomo.

Pierre-Louis Moreau de Maupertuis (1698-1759)

Il trasformismo.

Non solo le specie si trasformano ma i caratteri vengono trasmessi.

“Le specie mutano mediante il disegno che ne ispirato verso i difetti, non ha voluti essi si perpetuassero, e più siano state ereditate le bellezze.”

Robert Chambers (1802-1871)

Scrive il “Vestiges” e ci mette dentro tutte le teorie dell’epoca, tra cui anche le ipotesi trasformiste.

Questo libro arriva a Darwin, ma un mentore di Darwin scrive un manoscritto confutando tutte le teorie del libro.

Lamarck (1744-1829)

Produce “Philosophie zoologique”.

Similitudini con Darwin, es. ereditarietà dei caratteri.

Teoria ortogenetica: non agiscono fattori esterni nell'evoluzione.

Teoria collo lungo giraffe: per Lamarck il collo si cresceva spontaneamente allungandolo, per poi passarlo ai figli.

Secondo Lamarck esisteva un fluido in tutti gli animali che tendeva alla perfezione e faceva ereditare i caratteri.

Lamarck apre la strada a queste visioni sulle trasformazioni, poi diventa evoluzione, finisce povero.

Cuvier (1769-1832)

Non credeva all’evoluzione/trasformazione.

Elabora “teorie delle catastrofiche”.

Gli animali fossili sono estinti perché c'è stata una catastrofe che azzerava il mondo vivente ogni volta, non ci sono specie intermedie, no trasformazione.

Enfatizza differenze tra animali simili, es. mammut/elefanti.

Funzionalismo di Cuvier: gli animali sono organizzati in modo da compiere una data funzione, da questo deriva la loro forma.

Prima viene la funzione, poi la forma.

Saint-Hilaire

Formalismo - gli animali hanno una forma che li costringe a compiere una data funzione, pensiero contrario a Cuvier. Il dibattito è accesissimo.

Credenza nella trasformazione da una spinta alle morfologie trascendentali.

Morfologia trascendentale - piani strutturali, simmetria.

Richard Owen

Descrive gli archetipi, struttura che viene modificata per tutti i vertebrati.

Teoria delle ricapitolazione: parallelismo tra “progresso” delle organizzazioni anatomiche e dei processi di sviluppo che le hanno realizzate.

Nello sviluppo embrionale, a seconda di quando ti fermi hai un animale diverso, forme inferiori: anfibi, rettili, pesci.

Von Baer

“Ogni embrione non ripercorre le forme della ‘scala naturale’, anzi se ne distacca progressivamente”.

James Cook

Grandi esplorazioni con per la prima volta a bordo naturalisti.

2 grandi biogeografi a porre la rivoluzione: Darwin e Wallace.

Beagle e Wallace

Wallace - solo e povero ad andare alla ricerca di coleotteri o impagliava e cercava animali da vendere mentre provava a elaborare delle teorie.

Arrivano entrambi in modo indipendente alla selezione naturale.

Wallace scrive a Darwin una lettera con le teorie e Darwin si affretta a scrivere un libro per non farsi fregare l'idea.

Darwin

1831-36: si imbarca nel Beagle, dura 5 anni, come naturalista, e materiale portato al British Museum.

1859: esce “Origine delle specie”.

Darwin era arrivato alle teorie ma inizia a studiare le specie allevate che con selezione artificiale creavano razze domestiche e gli pare dei dubbi.

Si imbatte in uno scritto di Malthus: “Alcuni soccombono, altri sopravvivono”.

Mentre Darwin elaborava questo pensiero, Wallace gli invia le lettere con tutta la teoria.

Darwin va da Lyell e Hooker e gli chiede come omettere Wallace nel libro.

Lyell e Hooker presentano un estratto del libro di Darwin e sei pensieri di Wallace e Darwin doveva pubblicare il libro.

“L'origine dell'uomo”, 1871.

Ebbe moltissime critiche, erano contro la visione delle scimmie connesse all'uomo.

Wilberforce contro Huxley, dibattito.

Pangenesi ed ereditarietà mista

Pangenesi ed ereditarietà mista, miscelata.

Nessuno aveva capito come si ereditarono davvero i caratteri.

C'era l'idea dell'esistenza di gemmule che passavano all'uovo e poi all'embrione.

Darwin pensava che lo zigote avesse caratteri intermedi, mischiati, tra l'uovo e sperma.

Questo non tiene in considerazione caratteri speciali che non si mischiano.

Weismann

Esperimento coda topi, tagliandole e figli nasce comunque.

Confuta teoria ereditarietà.

Haeckel

Studia embrioni.

“Sviluppo embrionale ricapitola la filogenesi”.

Antennato comune.

Mendel

“Ricerche sugli ibridi delle piante”.

Visione quantica dell'ereditarietà dei caratteri.

Parte la genetica (~1900).

Sintesi moderna

Hunt-Morgan, “padre dei cromosomi”.

FLY room - divenne allevatore di drosophile.

Dubžanensky → “Genetics and Origin of Species”, 1937.

Neo-darwinismo.

Genetica delle popolazioni.

Equilibrio di Hardy-Weinberg.

“Genetic Theory of Natural Selection” → Fisher.

Deriva genetica → Wright.

Haldane → fornisce leggi sull'evoluzione.

La sintesi moderna.

Ernst Mayr → “Systematics and the origin of species”, 1942.

Georg & Simpson → evoluzione attraverso lo studio dei fossili.

Lezione 3

L'evoluzione è cambiamento nel tempo.

Selezione naturale come differenza di fitness, successo riproduttivo.

Una variazione di un tratto provoca cambiamento fitness.

Tratto per forza ereditabile.

Evoluzione ≠ selezione naturale.

Avviene anche in altre occasioni.

Lezione 4

Variabilità e mutazioni

Da dove viene il polimorfismo nelle popolazioni?

Qual è il motore dell'evoluzione?

Geometrie o fantasie di certe specie sono estremamente variabili, anche nella stessa specie, come in alcune rane/anfibi, Dendrobates pumilio.

Manifestazione di un fenotipo, di polimorfismi.

La selezione non opera il genotipo, non vede il DNA ma la variabilità viene trasmessa.

Genotipo: DNA.

Acidi nucleici alla base della vita.

DNA con combinazioni differenti crea mutazioni/variazioni.

Il DNA è compartito in cromosomi negli eucarioti.

• Formiche: 1 cromosoma.
• Alcune piante: 620 cromosomi.
• Alcuni ciliati: 16.000.

Dogma centrale biomolecolare.

Replicazione → trascrizione → traduzione in proteine.

Mutazioni proteine non possono essere trasmesse al DNA.

Processo trascrizione: RNA trasferisce messaggio DNA ai ribosomi.

RNA, interagendo con alcune proteine, crea altri tipi di variabilità.

Un gene è un insieme di introni ed esoni, introni più lunghi di esoni.

DNA → preRNA → mRNA.

Splicing alternativo: 1 gene crea più proteine.

Procarioti non hanno introni.

Organizzazione genoma

Enhancer e proteine che si agganciano per regolare trascrizione di alcuni geni.

Alcuni geni sono morti.

Regolazione di repressione, silenziati alcuni geni, non è detto che tutto venga espresso, regolare quantità prodotte.

microRNA e famp_do di silenziatori.

1 singolo microRNA può dare luogo a grandi cambiamenti.

Ci sono tante categorie di RNA.

Noi abbiamo 1-2% del genoma codificante.

Le proteine possono avere diverse strutture, variabilità immensa.

DNA mitocondriale e cloroplasti

DNA mitocondriale e cloroplasto: genoma che porta batteri, che usa per perdere.

Nelle piante anche i cloroplasti.

Teoria dell'endosimbiosi.

Cellule eucariote inglobano un batterio, mitocondrio.

DNA mitocondriale ha via di trasmissione solo materna.

Spermatozoi hanno mitocondri ma non entrano nelle cellule uovo.

“Eva” mitocondriale perché c'è una donna che è la prima da cui deriva questo gene.

Ha probabilmente vissuto in Africa più di 180.000 anni fa.

Cromosoma Y solo uomini invece.

Y “Adamo”, il padre del cromosoma Y, 60/100 mila anni fa in Africa.

Necessariamente anche 2 maschi sono più portati a malattie perché non ha un processo di selezione nei maschi.

DNA nucleare ha un problema con la mescolanza dei caratteri, quello che hanno tutti.

Variabilità genetica

Variabilità genetica.

Contare gli alleli.

Equilibrio di Hardy-Weinberg.

Calcolare frequenze alleliche.

Se:

• La popolazione è infinita.
• Nessuna selezione avviene su alcun fenotipo.
• No migrazione.

Allora: le frequenze genotipiche attese saranno p², 2pq, q².

Seni geni.

“Chi Square Test”.

Vedere slide.

Le mutazioni

Le mutazioni possono essere somatiche o germinali.

Tasso mutazionale.

Tasso, singola base: probabilità che progenie porti nuova mutazione.

1 su 10⁸ basi del DNA in un uovo o spermatozoo porta una mutazione.

Tasso, per loci: loci che codificano le proteine.

Tasso, per genoma: genomi hanno tantissime basi, 3 · 10⁹.

Ogni nuovo gamete porta ~30 nuove mutazioni disperse nel genoma.

Tasso mutazione aumenta con le taglie dei genomi.

Il genoma ha regioni che mutano più velocemente.

Pleiotropia: un singolo gene, codifica per una proteina che produce x di un fenotipo, e crea x tratti, fenotipi diversi.

Lo stesso gene nella vita può svolgere funzioni differenti.

L'evoluzione del fenotipo

Selezione artificiale, es. mais o bestiame che produca più latte.

Dalla stessa pianta si possono selezionare diverse piante col tempo.

Carattere quantitativo: un carattere che varia in modo continuo, solitamente è il risultato dell'espressione di tanti geni.

Genetica quantitativa: spiega l'ereditarietà di questi caratteri e come si possono evolvere.

Varianza: stabilità di un certo carattere.

Definita dalla deviazione standard: varianza = (dev. standard)².

Ci informa riguardo il grado di dispersione di una variabile x intorno alla media.

La varianza è la media aritmetica dei quadrati degli scarti tra ogni valore x della distribuzione ed il valore medio.

Es. calcolo varianza: [2, 3, 6, 9, 15].

x = 2 + 3 + 6 + 9 + 15 = 7.

s² = ((2 - 7)² + (3 - 7)² + (6 - 7)² + (9 - 7)² + (15 - 7)²) / 5 = 22, quindi dev. standard = √22.

La varianza fenotipica può essere scomposta in più parti: genotipica, ambientale o una combinazione di entrambi.

Varianza genotipica: dovuta solo agli effetti genetici.

Varianza ambientale: dovuta solo ad effetti ambientali, es. riduzione illuminazione causa aumento della grandezza delle foglie.

Varianza interazione tra genotipo e ambiente: es. l'illuminazione ambiente provoca cambiamenti grandezza foglie a seconda del genotipo.

Si possono scomporre ancora queste varianze.

Genotipica.

• Varianza additiva: dovuta agli effetti additivi, agli alleli ereditati.
• Varianza dominante: dovuta agli effetti di dominanza di alcuni alleli su altri.
• Varianza epistatica: interazione tra geni ereditati, tiene conto effetti epistatici.

Ambientali.

• Venv: effetti ambientali stocastici.
• Vcomune: rappresenta gli effetti dovuti ad una comunanza di condizioni esperite dagli individui, es. essere allevati nella stessa nidiata.
• Vmat: rappresenta gli effetti materni, es. apporto cibo fornito dalla madre durante la gravidanza.

Varianza fenotipica = gen + fattori ambientali.

Tratto monogenico: il carattere aumenta di 3 unità come media, da 0,25 a 0,75.

Tratto poligenico: aumenta di 20 unità come media, da 0,25 a 0,75.

Fitness function.

Es. avicola americana prende lucertola cornuta e la impala per mangiarla.

• Aumenta la sopravvivenza e le corna sono lunghe.
• Selezione stabilizzante: es. peso che consente sopravvivenza neonato.
• Selezione disruptiva.

Fitness function complesse: correlazioni tra tratti.

Es. stessa specie ma 2 forme di serpenti, che scappano dai predatori in modi diversi - hanno entrambi i metodi fitness alta.

Gradiente selettivo: misura della forza della selezione direzionale.

Fitness.

Quantità di attenzione in un pesce.

Ciao.

Da cosa dipende l'ereditabilità di un carattere?

Varianza additiva/varianza fenotipica.

Specie di pesce che vive al buio ha perso l'occhio ma non l'ha fatto la selezione naturale, ma l'ha perso perché la selezione si è concentrata a aumentare altri tratti, lasciando indietro gli occhi, non è tutto adattamento.

I gatti bianchi con gli occhi azzurri sono tutti sordi perché c'è un tratto connesso.

Plasticità fenotipica è esempio di piante alla luce o al buio.

Può dipendere anche dalle temperature.

Da se sono in acqua o nelle stesse specie.

Lezione 7 marzo

Fossile vivente: organismo rimasto sul nostro pianeta con caratteri primitivi, no evoluzione, es. coccodrilli.

La gravità è un fatto, nessuno la mette in discussione.

La teoria dell’evoluzione è un fatto, non è una teoria.

Darwin dice che l’evoluzione avviene per discendenza con modificazioni.

Evoluzione è il cambiamento.

Cambiamenti ereditari.

Possiamo parlare di cambiamento del tempo ma le evoluzioni non sono biologiche.

L’evoluzione si basa sul concetto di discendenza con modificazione partendo da molecole semplici fino a organismi complessi attraverso una lunga catena di informazioni → discendenza comune.

L’uomo è più simile geneticamente a una stella marina che a molti altri animali.

Mutazioni.

Le mutazioni sono casuali ma la selezione vettore.

Ereditarietà. Specie = popolazioni in grado di riprodursi tra loro.

Nella biologia si può studiare la vita dalle filogenesi fino ai singoli geni.

Strutture gerarchiche frutto di un’evoluzione graduale.

Omologie e analogie.

Il codice genetico è quasi universale.

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