FILOGENESI e ONTOGENESI (EVOLUZIONE e SVILUPPO) LE DUE FACCE DEL CAMBIAMENTO DEI VIVENTI L’EVOLUZIONE = modificazione, nel tempo, di una specie • • • • • Variabilità individuale delle popolazioni Ereditabilità dei caratteri individuali Cambiamenti ambientali Selezione naturale Adattamento (Estinzione) Variabilità individuale (mutazioni, sessualità, ecc.) Le varianti sfavorite vengono eliminate dalla selezione Riproduzione e nuove varianti Le varianti favorite sopravvivono... ... e si riproducono Progenitore comune ONTOGENESI – LO SVILUPPO DI UN ORGANISMO Ogni organismo pluricellulare, per diventare adulto, subisce una serie di trasformazioni che dalla cellula iniziale (lo zigote) lo portano a diventare un essere completo e in grado di riprodursi. L’ontogenesi è il risultato dell’espressione differenziale dei geni e dei complessi meccanismi di interazione tra le proteine sintetizzate e le cellule che andranno a formare i vari tessuti del corpo. DNA Dal DNA (messaggio) ai caratteri Geni → e caratteri → Geni codificanti le proteine Geni attivatori (“interruttori” genetici) Geni repressori (bloccano gli attivatori → i geni codificanti sono spenti) Come funziona la regolazione dell’espressione genica Gene proteina Attivatore Repressore Le omologie ci dicono che i Vertebrati si sono evoluti da un progenitore comune Mutazioni casuali nei geni regolatori (attivatori e repressori) possono determinare cambiamenti importanti nelle strutture anatomiche Un nuovo settore di ricerca interdisciplinare, l’EVO-DEVO (Evolutionary Developmental Biology), riunisce in sé lo studio dei geni, dello sviluppo embrionale e dell’evoluzione per darci un quadro più completo dei cambiamenti cui vanno incontro, nel tempo, tutti gli esseri viventi. GENI OMEOTICI (HOX) Esistono dei geni – riscontrabili in tutti i tipi di animali – che sono responsabili, durante lo sviluppo, della forma del corpo. Ciò significa che esistono geni per la parte anteriore (testa), per la parte centrale e posteriore (torace e addome) e per gli arti. Si tratta dei cosiddetti geni omeotici o geni hox Espressione differenziale di proteine nella larva di Drosophila melanogaster dovuta a vari geni hox OMOLOGIE TRA I GENI OMEOTICI OMOLOGIE GENI HOX TRA INSETTI E MAMMIFERI GENI HOX CONDIVISI MOSCA - UOMO L’alterazione (mutazione) dei geni hox può provocare malformazioni durante lo sviluppo o addirittura mostruosità Mutante hox antennapedia Zampe al posto delle antenne (!) Anomalie nell’espressione di geni HOX nell’uomo anoftalmia bilaterale Pikaia gracilens Progenitore dei moderni Vertebrati Anfiosso I delfini sono Vertebrati (un po’ diversi...) Un antico progenitore a quattro zampe (Rodhocetus) La trasformazione degli arti per la deambulazione in pinne per il nuoto è probabilmente dovuta a modifiche nei geni hox L’ONTOGENESI RICAPITOLA LA FILOGENESI? Secondo una vecchia teoria (legge biogenetica di Haeckel, 1905), i vertebrati ripercorrerebbero, nel corso dello sviluppo (ontogenesi), le principali fasi dell’evoluzione (filogenesi) delle specie cui appartengono. Alla luce delle conoscenze attuali, tale “legge” andrebbe riformulata diversamente: gli stadi iniziali dell’ontogenesi dei vertebrati si somigliano perché questi ultimi condividono un progenitore comune (verosimilmente acquatico), che possedeva geni e caratteristiche somatiche tuttora presenti in gran parte dei discendenti (geni hox compresi!), dal quale si sono evoluti.