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 150m? 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 ETA' TERRA A 300-600 mln di anni, pochissimoX 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 (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 le proteine 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 ETA TERRA A 300-600 mln di anni, pochissimo x 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 nonavevano una "scala naturae" con in basso le cose ritenutemeno 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 portalli 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 evoluzioneper 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 capì che nei vertebrati il sangue va solo in una direzioneWillis mette in evidenza le differenze tra cervello umano e quello animale,"L'uomo e sempre più materiale grigi"

  William Paley scrive manifesto teologia naturale

  "Se vedessimo un orologi 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, no si crede ancora in parte alla generazione spontaneafilosofo 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. ereditaretà 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 trasformazione (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 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 ed

  i 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 'pore la rivoluzione' Darwin e Wallace

  Beagle

  Wallace - solo e povero ad andare

  alle ricerca di cololeotteri o impagliave e cercava animali da vendere

  mentre provava a elaborare delle teorie

  Arrivano entrambi in modo indipendente alla Selezione Naturale

  Wallace scrive a Darwin una lettere 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) &o materiale portato el 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 booker e gli chiede come omettere Wallace nel libro,

  Lyell e Hooker presentano un estratto del libro di Darwin e a 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 (miscelata)

  Nessuno aveva capito come si ereditarono davvero i caratteri

  c'era l'idea dell'esistenza de gemmule che passearano all'uovo e poi all'embrione

  Darwin pensava ziagote avesse caratteri intermedi (misciati) tre l'uovo e sperme

  questo non tiene in considerazione caratteri speciali che non si mischiano

  Weismann

  esperimento coda topi, tagliandole e figli nasce comunque

  confuta teoria ereditarietà

  Heackel

  studie embrioni

  "sviluppo embrionale ricapigola la filogenes"

  antenato comune

  Mendel

  "Ricerche sugli ibridi delle piante"

  visione quantica dell'ereditarietà dei caratteri

  Parte la genetica (~1900)

  Hunt-Morgan ("padre dei cromosomi")

  FLY room - Divenne alleato 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 (succ 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

  Alune piante: 620 cromosomi

  Alcuni ciliati: 16.000

  Dogma centrale bio molecolare

  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 + lunghi di esoni)

  DNA → preRNA → mRNA

  SPLICING ALTERNATIVO: 1 gene crea + 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, silenziate 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 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 x 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 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

  Contare gli alleli

  Equilibrio di Hardy-Wemberg

  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 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 lattedalla 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 comesi possono evolvere

  Varianza: stabilità di un certo caratteredefinita 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 ognivalore 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 partigenotipica, ambientale o una combinazione di entrambi

  Varianza genotipica: dovuta solo agli effetti genetici

  Varianza ambientale: dovuta solo ad effetti ambientali (es. riduzione illuminazione causa aumentodella grandezza delle foglie)

  Varianza interazione tra genotipo e ambiente:

  es. l'illuminazione ambiente provoca cambiamenti grandezza foglie a secondo 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 vetturedità. 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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