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L ALBERO EVOLUTIVO DEGLI ORGANISMI VIVENTI GLI ORGANISMI VIVENTI SONO CARATTERIZZATI DA UNA ENORME DIVERSITA Finora sono state descritte circa 1.700.000 specie diverse di piante, animali, invertebrati, microrganismi. Molte di più ne esistono in natura, circa 13 milioni di specie Per esempio, il numero stimato di specie di funghi è di 1.500.000 e ne sono state descritte finora solo 72.000, cioè solo il 4.8% E necessario quindi CLASSIFICARE LA BIODIVERSITA cioè organizzare l informazione sugli Organismi Viventi Questa è una attività che noi tutti svolgiamo spontaneamente. Dopo aver visto un certo numero di PIANTE possiamo giudicare che cosa è una pianta ed una non-pianta. Dato un nuovo Organismo, possiamo decidere in base a questa idea se appartiene o no al gruppo Piante, se corrisponde cioè all idea che ci siamo fatti di piantitudine CLASSIFICARE significa anche RAGGRUPPARE INSIEME COSE SIMILI Ciò implica una definizione di SIMILARITA Definizioni diverse possono portare a classificazioni diverse dello stesso organismo Dipende dalle proprietà su cui vogliamo basare la classificazione. Per ordinare i libri in una biblioteca: posso classificarli per soggetto, per lingua in cui sono scritti, per data di pubblicazione, per colore, forma, per autore Già nell antica Grecia il mondo era diviso in tre REGNI: animale, vegetale, minerale Alla metà del 1700 Linneo confermò questo tipo di classificazione, distribuendo gli Organismi Viventi in due Regni: Piante e Animali Carl von Linné: Systema naturae 1735 Species plantarum 1753 Ordinamento gerarchico Sistema binomiale Il primo celebre albero evolutivo veramente completo nella storia della biologia fu pubblicato dal tedesco Ernest Haeckel nel 1864. Secondo Haeckel, seguace di Darwin e in pieno accordo con le teorie evoluzionistiche, dalle monere avevano avuto origine i protisti più complessi, dai quali poi discesero i viventi più evoluti, cioè le piante e gli animali. Alla base dell albero troviamo un nuovo regno, quello dei Protisti e nella parte più bassa le Monere. Per circa 200 anni è stata accettata questa divisione, che però poneva problemi riguardo alla classificazione dei procarioti, dei microrganismi e dei funghi Cinque regni:proposti da R.H. Whittaker (1969) • Divide le forme complesse di organismi in relazione al modo di nutrizione Regnum Plantae: fotosintetici Regnum Animalia: ingeriscono cibi solidi Regnum Fungi: assorbono nutrienti in soluzione • Divide i protisti (unicellulari) in base alla presenza o assenza della membrana nucleare Regnum Protista: unicellulari, eucarioti (protozoi, alghe, mixomiceti) Regnum Monera: unicellulari, procarioti Nel 1969 l ecologo Robert Whittaker, propose una classificazione degli OrganismiViventi in 5 REGNI ANIMALI Eterotrofi, multicell. PIANTE Fotoautotrofe multicell. PROTISTI Eucarioti unicell. FUNGHI Eterotrofi, multicell. MONERE Procarioti, batteri ALCUNI SISTEMI DI CLASSIFICAZIONE DEI VIVENTI TRADIZIONALE PIANTE Batteri Alghe Funghi Piante ANIMALI Protozoi Animali 3 REGNI 5 REGNI 3 DOMINI Stanier 1970 Whittaker 1969 Woese 1990 PROTISTI Batteri Protozoi Alghe Funghi PIANTE ANIMALI MONERA Batteri Alghe azz. PROTISTI Protozoi Alghe unic. PIANTE Alghe plur. Piante FUNGHI ANIMALI BACTERIA ARCHAEA Metanogeni Estremofili EUCARYA Ciliati Flagellati Piante Funghi Animali Dopo la scoperta della struttura del DNA sono stati messi a punto molti sistemi per comparare l organizzazione degli Organismi Viventi a livello molecolare e trovare le loro relazioni attraverso lo studio del GENOMA Sia RNA che DNA possono funzionare da cronometri evolutivi, in quanto la distanza evolutiva tra due specie può essere misurata dalle differenze nella sequenza dei loro nucleotidi. Questo perché il numero di differenze nella sequenza di un gene è proporzionale al numero di mutazioni avvenute nel DNA. E nata così la FILOGENESI MOLECOLARE Un sistema che studia le variazioni di geni specifici altamente conservati. Allineando sequenze geniche ottenute da varie specie di Organismi Viventi se ne può misurare la similarità attraverso la conta dei cambiamenti: Essere Umano GTGCCAGCAGCCGCGGTAATTCCAGCTCCAATAGCGTATATTAAAGTTGCTGCAGT Lievito GTGCCAGCAGCCGCGGTAATTCCAGCTCCAATAGCGTATATTAAAGTTGTTGCAGT Mais GTGCCAGCAGCCGCGGTAATTCCAGCTCCAATAGCGTATATTTAAGTTGTTGCAGT E. coli GTGCCAGCAGCCGCGGTAATACGGAGGGTGCAAGCGTTAATCGGAATTACTGGGCG PER DETERMINARE LE RELAZIONI EVOLUTIVE TRA SPECIE E ESSENZIALE SCEGLIERE IL GIUSTO GENE DA SEQUENZIARE SCELTA DEL GENE Deve essere presente in TUTTI gli Organismi Viventi, quindi essere un gene che presiede a funzioni cellulari centrali ed universali. Deve essere un gene omologo dal punto di vista funzionale. La sua sequenza deve essere conservata adeguatamente. Non essere cioè troppo variabile e troppo poco variabile. Il gene deve essere grande da poter contenere un registro di informazioni storiche. Per esempio il tRNA è presente in tutte le specie, fondamentale per il funzionamento della cellula, ma è troppo piccolo, è costituito da 75 nucleotidi e non fornisce informazioni utili. Per poter mettere in relazione tutti gli Organismi Viventi bisogna quindi cercare un gene conservato attraverso i miliardi di anni di divergenza evolutiva In questa GARA i geni candidati che sono risultati vincitori sono i geni che codificano per l RNA ribosomale, che sono molecole antiche, estremamente conservate, funzionalmente costanti La molecola 16S è abbastanza grande da contenere le informazioni sufficienti per un confronto genetico ed abbastanza piccola da permettere il suo sequenziamento, è stata utilizzata per costruire alberi filogenetici dei procarioti e degli eucarioti (usando la frazione 18S negli eucarioti). Il database delle sequenze di rRNA consta di più di 10.000 sequenze ed è accessibile a tutti attraverso la rete (http://rdpwww.life.uiuc.edu). RNA ribosomale Procarioti: 5S, 16S e 23S Eucarioti: 5.8S, 18S, 25S più di 10.000 sequenze (http://rdpwww.life.uiuc.edu/) Stessa specie: ceppi che hanno almeno il 70% di ibridazione DNADNA e il 97% di identità tra sequenze del gene 16S rRNA RIBOSOMI I ribosomi sono degli organelli presenti nelle cellule di tutti gli organismi, procarioti ed eucarioti, formati da un complesso di proteine e RNA, dove vengono sintetizzate le proteine. Ci sono tre molecole di RNA ribosomale, che nei procarioti hanno la grandezza di 5S, 16S e 23S. Le frazioni più grandi, 16S e 23S, rispettivamente di 1542 e 2904 nucleotidi, contengono diverse regioni di sequenze altamente conservate, adatte per ottenere un allineamento di esse, ma anche variabilità sufficiente in altre regioni della molecola, da utilizzare come eccellenti cronometri filogenetici.
