Riassunto esame Biologia, Prof. Di Cristo Carlo, libro consigliato Appunti di zoologia , D’Aniello

ZOOLOGIA

4 MARZO (presentazione e struttura del corso)

ACCENNI…

Differenze tra cellula animale (forme irregolari tondeggianti) e cellula vegetale (forma quadrata):

- Parete cellulare: tipica della cellula vegetale

- Vacuolo: cellula vegetale ha un unico grande vacuolo, cellula animale ha vacuoli molto

piccoli

- Cloroplasti (plastidi): tipica della cellula vegetale

- Ciglia e flagelli: solitamente tipiche delle cellule animali

- Giunzioni: tipiche delle cellule animali

L'ordine corretto, partendo dall'alto (il più ampio), è questo:

1. Dominio (Esempio: Eucarioti)

2. Regno (Esempio: Animali)

3. Phylum (o Tipo - Esempio: Cordati, quelli con la colonna vertebrale)

4. Classe (Esempio: Mammiferi)

5. Ordine (Esempio: Primati)

6. Famiglia (Esempio: Ominidi)

7. Genere (Esempio: Homo)

8. Specie (Esempio: Homo sapiens)

Il Subphylum (o Subtipo) è un gradino "extra" che si inserisce esattamente tra il Phylum e la

Classe.

Serve agli scienziati quando un Phylum è troppo grande e contiene animali che hanno una

caratteristica fondamentale in comune, ma che sono comunque molto diversi tra loro.

Frase per ricordare: Dopotutto Re Pilato Conquista Ogni Forte Guerriero Sannita

3 LEGGI DI MENDEL

1. Prima Legge: Legge della Dominanza

Enunciato: Incrociando due individui di linea pura che differiscono per un solo carattere, si ottiene

una prima generazione ($F_1$) composta interamente da individui che manifestano solo uno dei

due tratti (quello dominante), mentre l'altro (quello recessivo) sembra scomparire.

• In parole povere: Se incroci un pisello giallo "puro" con uno verde "puro", i figli saranno

tutti gialli. Il giallo vince (domina) sul verde.

2. Seconda Legge: Legge della Segregazione

Enunciato: Al momento della formazione dei gameti, i due alleli (le varianti di un gene) che

controllano un carattere si separano (segregano), così che ogni gamete ne riceva soltanto uno.

• In parole povere: Il carattere "verde" che sembrava sparito nella prima generazione,

ricompare nella seconda generazione ($F_2$) con un rapporto di 3:1. Questo perché i geni si

separano e si possono ricombinare. Su 4 piante, 3 saranno gialle e 1 sarà verde.

3. Terza Legge: Legge dell'Assortimento Indipendente

Enunciato: Durante la formazione dei gameti, i geni che controllano caratteri diversi (ad esempio

colore e forma) si distribuiscono l'uno indipendentemente dall'altro.

• In parole povere: Essere giallo non obbliga il pisello a essere anche liscio. I colori e le

forme si "mescolano" liberamente, creando nuove combinazioni che non c'erano nei genitori

(es. giallo rugoso o verde liscio).

LA DIVISIONE CELLULARE

La divisione cellulare è il processo che permette a una cellula di dare origine a due cellule figlie.

Negli

• organismi unicellulari: coincide con la riproduzione (creazione di nuovi esseri

viventi della stessa specie).

Negli

• organismi pluricellulari: serve a far sviluppare l'embrione, a far crescere l'organismo

e a rinnovare i tessuti (sostituendo cellule morte o danneggiate).

Studiare la divisione significa capire come il DNA viene impacchettato e distribuito alle cellule

figlie.

Il Ciclo Cellulare

Il ciclo si divide in tre fasi preparatorie (Interfase) e la fase di divisione (Fase M).

1. Fase G1: Momento di crescita e intensa attività biosintetica. La cellula raddoppia le

dimensioni e produce nuovi organelli.

2. Fase S: Avviene la replicazione del DNA. È fondamentale perché ogni cellula figlia deve

ricevere una copia completa del genoma.

3. Fase G2: La cellula continua a crescere e a formare organelli, preparandosi alla divisione.

L'Interfase comprende queste tre fasi (G1, S, G2). Se una cellula non deve dividersi, rimane

solitamente in una fase chiamata G0 (può essere temporanea o permanente).

Morte Cellulare

Le cellule possono morire in due modi:

Necrosi:

• Morte patologica di parte delle cellule di un tessuto.

• Apoptosi: Morte programmata geneticamente (un'autodistruzione per esigenze di sviluppo o

fisiologiche).

Fase M (Mitosi o Meiosi)

È la fase di divisione vera e propria. "M" sta per Mitosi (cellule somatiche) o Meiosi (cellule

germinali). In questa fase si divide prima il nucleo e poi il citoplasma.

DNA E CROMOSOMI

Negli eucarioti il DNA è sempre associato a proteine. Il complesso DNA + proteine si chiama

cromatina. Le proteine più importanti sono gli istoni (carichi positivamente, mentre il DNA è

negativo). Il DNA si avvolge attorno a gruppi di otto istoni formando i nucleosomi, l'unità base

della cromatina. Esistono anche proteine non istoniche. Il numero di cromosomi è uguale in tutte le

cellule, tranne in quelle riproduttive che ne hanno la metà.

LA MITOSI (Processo Asessuale)

La mitosi è una divisione asessuale (senza sesso) e non implica evoluzione perché non cambia nulla

tra una generazione e l'altra. Avviene nelle cellule somatiche e germinali. Ad esempio:

• Tessuti epiteliali, connettivi, sangue e muscolare (che si attiva in caso di strappi).

• Il tessuto nervoso invece non fa mitosi: i neuroni restano in stato G0 per motivi fisiologici

legati al funzionamento delle sinapsi.

Durante la fase S, il DNA si duplica: ogni cromosoma è formato da due filamenti identici chiamati

cromatidi fratelli. Le 4 fasi della mitosi sono:

1. Profase: Il DNA si condensa in corpuscoli visibili. La membrana nucleare scompare. I

centrosomi migrano ai poli opposti formando il fuso mitotico.

2. Metafase: I cromosomi raggiungono la massima condensazione e si allineano al centro

della cellula (piastra metafasica), attaccandosi al fuso tramite i cinetocori.

3. Anafase: I centromeri si dividono e i cromatidi fratelli si separano, migrando ai poli

opposti.

4. Telofase: I cromatidi (ormai nuovi cromosomi) si separano e si formano i nuovi nuclei.

Segue la Citodieresi (divisione del citoplasma):

• Nelle cellule animali si forma un solco che strozza la cellula in due.

• Nelle cellule vegetali si forma un diaframma (piastra cellulare) partendo da vescicole del

Golgi.

LA MEIOSI

Avviene nelle gonadi grazie a cellule diploidi (2n) dette gametociti, che si dividono due volte per

produrre quattro cellule aploidi (n), i gameti.

Meiosi I

1. Profase I: La cromatina si condensa. Avviene il crossing-over: scambio di materiale

genetico tra i cromosomi (materni e paterni). Questo può modificare gli alleli.

2. Metafase I: Le tetradi (coppie di omologhi) si allineano. Qui vale la 3° legge di Mendel

(assortimento indipendente): ogni migrazione è indipendente.

3. Anafase I: Si separano i cromosomi omologhi (ma non ancora i cromatidi fratelli). Le due

cellule che si formano non sono uguali alla madre, hanno un pattern di geni diverso.

4. Telofase I: La cellula si divide in due cellule aploidi.

Meiosi II

Segue spesso immediatamente la prima senza un nuovo riposo.

1. Profase II: Si forma di nuovo il fuso.

2. Metafase II: I cromosomi si allineano al centro.

3. Anafase II: Finalmente si separano i cromatidi fratelli, che diventano i nuovi cromosomi.

4. Telofase II: Si ottengono quattro cellule figlie aploidi, tutte geneticamente diverse.

CASI PARTICOLARI

• Meiosi in cellula aploide (n): Non può avvenire correttamente.

La meiosi richiede coppie di cromosomi omologhi per

l'appaiamento e il crossing-over.

• Mitosi in cellula aploide (n): Può avvenire. La cellula duplica

il DNA, separa i cromatidi fratelli e ottiene due cellule aploidi

identiche alla madre.

• Chi si separa in Anafase I? Si separano le coppie di

cromosomi omologhi. I cromatidi fratelli restano uniti e si

separeranno solo nella Meiosi II.

5 MARZO

LA LOGICA DELL’EVOLUZIONE E DELLA

SESSUALITÀ

L'evoluzione non è un processo che "migliora" o "peggiora" una specie; è semplicemente il

cambiamento delle frequenze alleliche da una generazione all'altra. Darwin e Mendel hanno

gettato le basi per comprendere la trasmissione dei caratteri, ma dal punto di vista zoologico il

punto di rottura fondamentale è la completa scissione tra genotipo e fenotipo.

È possibile avere stessi fenotipi con genotipi diversi: questa diversità genetica "nascosta" (es.

individui eterozigoti Aa che mostrano lo stesso carattere dei dominanti AA è ciò che permette a una

popolazione di sopravvivere a cambiamenti ambientali futuri. Al contrario, esistono casi di stessi

genotipi che generano fenotipi diversi, a dimostrazione che l'ambiente influisce profondamente

sull'espressione del carattere.

Il problema dell'origine: La Sessualità

Se un gene appare in una nuova forma (isoforma), come è successo? Come si genera la variabilità?

In zoologia, ogni processo che crea variabilità genetica è definito sessualità. La meiosi è l'esempio

principale, poiché al suo interno avvengono fenomeni puramente sessuali:

• Crossing-over: I cromosomi omologhi (es. 1A paterno e 1B materno) si scambiano tratti di

DNA. Anche se codificano per le stesse proteine, il rimescolamento crea nuove varianti.

• Assortimento indipendente: La separazione casuale dei cromosomi durante la divisione.

• Fecondazione: Il terzo momento di variabilità, in cui si uniscono due corredi diversi.

Mitosi vs Meiosi: Immortalità e Morte Genetica

La differenza tra i due processi è di natura esistenziale per la genetica dell'individuo:

• Mitosi (Processo di Continuità): La genetica di partenza viene replicata esattamente. È un

sistema di immortalità genetica: quella specifica combinazione di geni non morirà mai.

• Meiosi (Processo di Discontinuità): La genetica di partenza scompare per generare

qualcosa di nuovo. Implica la morte genetica della generazione precedente.

Esistono strategie miste affascinanti: alcune meduse usano la meiosi per ottenere variabilità e poi

tornano alla mitosi per generare molti individui identici, assicurandosi che quella nuova genetica

"vincente" non muoia più.

La riproduzione non è sempre "produrre qualcosa di nuovo": produrre una copia (mitosi) o un

nuovo individuo (meiosi) dipende dal metodo scelto. Nei batteri, la riproduzione è esponenziale

(1-2-4-8-16...). Prima della divisione avviene la duplicazione del DNA, un processo mediato da

enzimi che, sebbene limitino gli errori, non sono infallibili.

• Se avviene un errore durante la replicazione e questo non viene corretto, la mutazione

diventa permanente.

• Nel DNA batterico (piccolo e privo di introni), un singolo errore cade quasi certamente su

una sequenza codificante.

• Esempio: Gli studi di Morgan e l'antibiotico-resistenza. Un batterio che muta e resiste a

un farmaco è la prova che anche la mitosi può portare evoluzione, poiché avviene un

cambiamento genetico trasmesso alla discendenza.

6 MARZO Naturale

La Sintesi Moderna: Basi Genetiche e Selezione

L’evoluzione biologica oggi non è più soltanto la teoria originaria di Darwin, ma una Sintesi

Moderna che giustifica la presenza delle innumerevoli forme viventi attraverso il concetto di

trasformazione continua. Mentre Darwin osservava la diversità senza conoscerne l'origine, oggi

sappiamo che tutto poggia sulla genetica. Un pilastro fondamentale, spesso trascurato, è che la vita

si basa sulla diploidia: come intuito matematicamente da Mendel, ogni elemento che determina una

caratteristica deve essere presente in due copie. Questa condizione è essenziale perché permette

l’esistenza dell’eterozigosi, una situazione in cui due individui possono mostrare lo stesso fenotipo

pur essendo geneticamente diversi (genotipo differente). Questa diversità "nascosta" è il serbatoio

su cui si basa il motore evolutivo: l’allele recessivo rimane protetto nella popolazione, pronto a

manifestarsi se l’ambiente dovesse cambiare.

La variabilità genetica non può dipendere esclusivamente dai processi di "sessualità" come il

crossing-over, la segregazione o l’assortimento indipendente. Questi meccanismi rimescolano il

materiale esistente, ma per spiegare la complessità della vita in 4,5 miliardi di anni serve un

elemento più drastico: la mutazione. La mutazione è un errore casuale e ineliminabile nella

sequenza del DNA. Come dimostrato dagli studi di Morgan sulle Drosophile e di Benzer sugli

hotspot genetici, queste variazioni possono far nascere nuovi fenotipi. Se un errore di replicazione

cade in una zona codificante, può generare una caratteristica che permette un migliore adattamento.

Se l'ambiente seleziona positivamente quel fenotipo, l'allele corrispondente aumenterà la sua

frequenza nelle generazioni successive. L’evoluzione, in termini molecolari, è proprio questo: il

cambiamento delle frequenze alleliche all'interno di una popolazione.

Un esempio classico di questa dinamica è la falena Biston betularia. Prima della rivoluzione

industriale, il fenotipo "ali chiare" era il più diffuso perché garantiva il mimetismo sui licheni dei

tronchi. Con l’avvento delle industrie e della fuliggine del carbone, i tronchi sono diventati scuri. In

pochi decenni, la selezione naturale ha invertito la rotta: le falene chiare sono diventate visibili ai

rapaci, mentre quelle scure (prima rare) sono sopravvissute meglio. Questo ha portato a un rapido

spostamento della distribuzione allelica: quello che era un allele raro è diventato predominante.

Questo dimostra che l'evoluzione non ha sempre bisogno di milioni di anni, ma può avvenire in

tempi rapidissimi (30-40 anni) se la pressione selettiva è forte.

Il mantenimento della diversità allelica è la vera "assicurazione sulla vita" di una specie. Se una

popolazione perde un allele (ad esempio quello scuro), nel momento in cui l'ambiente cambia,

quella popolazione non ha più alternative e rischia l'estinzione. Il pericolo maggiore è l'omozigosi,

che aumenta drasticamente in situazioni di imbreeding (accoppiamento tra consanguinei). Questo

accade spesso per causa umana, come negli impianti di acquacoltura dove si usano sempre gli stessi

riproduttori, o in popolazioni isolate e chiuse come i Maori, i nativi indiani o le comunità

amazzoniche. Anche specie simbolo come il Panda soffrono di questo isolamento geografico che

limita la loro potenzialità genetica.

Per quantizzare questi processi si utilizza il concetto di pool genico, ovvero l’insieme di tutti gli

alleli presenti negli individui di una popolazione. Matematicamente, la distribuzione degli alleli può

essere risolta attraverso il quadrato di un binomio (legato all'equazione di Hardy-Weinberg), che

permette di calcolare quanto allele dominante e quanto recessivo siano presenti. Anche se molti

individui appaiono uguali (fenotipo), la presenza di eterozigoti garantisce che una parte della

progenie (un quarto nel caso di incrocio tra eterozigoti) possa manifestare caratteri diversi,

mantenendo viva la possibilità di adattamento. In ultima analisi, l'organismo è il risultato del

Nature-Nurture

binomio (Natura-Cultura): la natura fornisce il "pavimento genetico" e la

diploidia, mentre l'ambiente (il "nutrimento" o l'esperienza) agisce come forza selettiva,

determinando quali combinazioni vinceranno la sfida della sopravvivenza.

11 MARZO

L’evoluzione non è un processo guidato dalla morale, ma un meccanismo che seleziona macchine

biologiche le cui caratteristiche si adattano a una precisa realtà ambientale. Secondo la visione di

Darwin, la natura preserva gli individui dotati di caratteri favorevoli, i quali trasmettono questi

vantaggi alla prole, permettendo alla popolazione (e non al singolo) di modificarsi nel tempo. In

questo contesto, l'animale è un veicolo per il DNA che deve assolvere a bisogni vitali come

nutrizione e respirazione (produzione di ATP tramite il Ciclo di Krebs nei mitocondri) e alla

funzione della riproduzione. Quest'ultima, pur non essendo vitale per il singolo individuo, è

essenziale per la linea genetica: come suggerito da Richard Dawkins ne Il gene egoista, siamo

macchine selezionate per trasmettere la nostra genetica attraverso un istinto scritto nel DNA, una

finalità che per alcuni animali, come il fuco o la mantide, può costare la vita.

La variabilità su cui lavora la selezione nasce spesso da errori di replicazione: se una coppia di basi

GC subisce un errore e diventa GA, inizialmente la mutazione è invisibile, ma nella replicazione

successiva si stabilizzerà in una coppia TA, alterando

potenzialmente la proteina finale. Il caso più

emblematico è l’anemia falciforme, dove una singola

mutazione deforma il globulo rosso a falce, causando

deficit respiratori ma offrendo una protezione contro la

malaria. Questo è un esempio di coevoluzione e

vantaggio dell'eterozigote (rif. Slide Anemia Falciforme

e Malaria).

Questa dinamica appartiene alla microevoluzione,

ovvero ai cambiamenti nelle frequenze alleliche all'interno di una popolazione che condivide un

pool genico. L’evoluzione molecolare può essere quantizzata attraverso l’Equilibrio di Hardy-

Weinberg ($p^2 + 2pq + q^2 = 1$), che stabilisce se una popolazione è stabile (rif. Slide

Equazione di Hardy-Weinberg). Se le frequenze alleliche rimangono costanti, la popolazione è in

equilibrio e la velocità dell’evoluzione è pari a zero. Ciò non significa che l’evoluzione sia spenta,

ma che è in equilibrio relativo con l’ambiente; basta un cambiamento delle coordinate esterne

(come per la Biston betularia) perché il motore evolutivo riprenda a correre, a patto che nel pool

genico esistano alleli adatti, poiché l'omozigosi impedirebbe ogni variazione.

Oltre alla selezione naturale, la m