fenomeni di endosimbiosi

In figura, a sinistra,
un possibile
meccanismo per i
fenomeni di
endosimbiosi
avvenuti circa 1,5
miliardi di anni fa
Nella figura sopra si osservano
ribosomi (sfere gialle) e DNA (eliche di
color viola) nel citoplasma
dell’organulo cloroplasto
Giovedì 20 maggio 2010
XX settimana scientifica a.s. 2009-2010
Terza parte
Simbiosi ed endosimbiosi
Nicola Gruosso classe 4A sala-bar
istituto professionale alberghiero
Porto Sant’Elpidio – ISITPS
Tutor: prof. Stroppa Pierluigi
Obiettivi
• Conoscere la struttura della membrana
cellulare.
• Conoscere quando e perché si è formata la
membrana cellulare
• Sapere la teoria endosimbiontica ipotizzata da
Lynn Margulis
• Sapere che nell’evoluzione i fenomeni di
endosimbiosi sono stati molto importanti
• Sapere che esistono anche fenomeni di simbiosi
tra organismi molto diversi tra loro.
Metodologia
• Lezioni frontali partecipate con proiezioni di
immagini e animazioni
• Elaborazione di set anticipatori
• Uso frequente del feedback
• Lavori di gruppo
• Invito alla produzione di relazioni e poster
• Role playing
• Costruzione di modelli che simulano i fenomeni che
avvengono negli organismi viventi
Mezzi e strumenti
•
•
•
•
•
Libri di testo
Riviste scientifiche
Laboratorio scientifico
Personal computer e videoproiettore
Microfono e macchina fotografica digitale
adibita anche alle riprese
• Lavagne d’ardesia, magnetica e luminosa
• Modelli
• Cartelloni e poster
Tutto cominciò con la formazione
del doppio strato fosfolipidico
• Circa 4 miliardi di anni fa si formò il doppio strato
fosfolipidico, l’impalcatura della membrana cellulare.
• Ogni fosfolipide è composto da due parti:
• - una testa fosforica idrofila
• - una coda lipidica idrofoba
L’animazione che simula ciò che
avvenne 4 miliardi di anni fa..
• Nella foto i ragazzi simulano i singoli fosfolipidi
che erano sparsi nelle acque primordiali, poco
prima di iniziare a disporsi “coda contro coda”
Poi si formò la prima cellula
procariota
• Circa 3,8 Miliardi di anni fa una molecola di
DNA venne inglobata da un doppio strato
fosfolipidico.
La teoria endosimbiontica 1
• Negli anni ’70, l’americana Lynn Margulis ideò la
teoria endosimbiontica; ipotizzò che in passato gli
organuli cloroplasti e mitocondri fossero stati dei
batteri.
• In particolare, i cloroplasti erano dei batteri
fototrofi , quindi traevano cibo dalla luce,
effettuando la fotosintesi clorofilliana.
• I mitocondri erano dei batteri chemiotrofi, ossia si
cibavano tramite le sostanze chimiche che trovavano in
natura.
La teoria endosimbiontica 2
• Circa 1,6 miliardi di anni fa questi due batteri,
(il primo fototrofo e il secondo chemiotrofo)
entrarono in un doppio strato fosfolipidico al
cui interno era già presente una membrana
nucleare avvolgente il DNA…
• I due batteri si trasformarono negli organuli
cloroplasto e mitocondrio…fu un piccolo passo
indietro nell’evoluzione dei batteri ma un grande
balzo in avanti per l’evoluzione della vita sulla
Terra: la formazione della prima cellula eucariota!
• Vediamo due esempi di endosimbiosi:
Endosimbiosi per fagocitosi 1
•
Un possibile meccanismo per l’endosimbiosi.
Fagocitosi con
alunni
Endosimbiosi per fagocitosi 2
• In questo modo il
batterio
chemiotrofo venne
fagocitato, circa
1,6 Miliardi di anni
fa…..ma non
venne digerito…..
e si trasformò in
mitocondrio!
Fagocitosi
Vantaggi dell’endosimbiosi
• Gli organuli trassero vantaggio dalla
simbiosi poiché riuscirono a ripararsi
dall’ambiente esterno, grazie al doppio
strato fosfolipidico della cellula;
• Mentre la cellula trasse profitto dal fatto
che gli organuli (ex batteri) effettuassero la
fotosintesi clorofilliana (cloroplasti) e la
respirazione cellulare (mitocondri)
Ma quali sono le prove dell’endosimbiosi?
Figure Tratte da
Zullini. A sinistra un
cloroplasto, a destra
un mitocondrio
Prova 1
nel citoplasma dei due organuli in figura, il
cloroplasto a sinistra e il mitocondrio a
destra, ci sono molecole di DNA e
RIBOSOMI molto semplici (simili a quelli
dei batteri).
Prova 1: DNA e RIBOSOMI
semplici nei cloroplasti
Il cloroplasto era un batterio!?
Prova 2: la scissione binaria
• Gli stessi organuli, mitocondrio e cloroplasto, si
riproducono autonomamente per scissione binaria,
grazie al loro personale DNA, come i batteri!
Nella foto si
osservano dei
cloroplasti in
divisione all’interno
di una cellula
vegetale eucariota
di Elodea.
Prove 3 e 4: le dimensioni e la
membrana interna
• Gli organuli mitocondrio e cloroplasto hanno le
dimensioni dei batteri, cioè dell’ordine di pochi
micron metri (10-6 m), come i batteri!
• La membrana interna del mitocondrio e del
cloroplasto è simile come struttura a quella dei
batteri!
5 Altre prove dell’endosimbiosi
 Rappresentazione
schematica di
piccole alghe
azzurre (di colore
verde) in simbiosi
con un organismo
unicellulare
eucariota (un
protista ciliato)
tuttora vivente.
Immagine tratta da Zullini & Scaioni
6 batteri nel nostro intestino
• Nel nostro intestino, in particolare nell’ultimo tratto,
ci sono batteri che producono vitamina E e ci aiutano
nell’effettuazione della respirazione cellulare.
• I batteri in cambio ottengono ospitalità e cibo già
pronto….
Un’ altra simbiosi interessante: i
licheni
Perché nei licheni le alghe sono in simbiosi con i
funghi?
• Nei licheni le ife dei funghi forniscono acqua e
nutrienti all’alga mentre quest’ultima regala,
tramite il processo della fotosintesi clorofilliana ,
zuccheri ai funghi.
I licheni sono bio-indicatori
ambientali poiché la loro morte
indica un pericoloso tasso di
inquinamento dell’ambiente.
Animazioni sui licheni vicino la scuola
Nella prima animazione si osservano i
licheni presenti sulle mattonelle in
conglomerato cementizio del pavimento
I licheni sono anche
degli organismi
pionieri…cioè sono
tra i primi organismi a
colonizzare un
ambiente poco
inospitale.
Animazioni sui licheni delle cortecce
In questa animazione si osservano i licheni
presenti sulle cortecce di piante caducifoglie
Conclusioni
• L’endosimbiosi ha rivestito un ruolo
importante nell’evoluzione della vita?
Probabilmente si. Infatti essa ha permesso la
formazione della cellula eucariota (1,5 miliardi di
anni fa …. forse anche prima);
L’endosimbiosi ha poi fatto un salto di qualità
nel tempo, divenendo “simbiosi”….
… Simbiosi nei licheni (alghe e funghi), simbiosi
all’interno del nostro corpo (i batteri nel nostro
intestino producono vitamine che il nostro corpo non
sarebbe in grado di produrre da solo ed aiutano la R.C.)
Inoltre i licheni possono essere usati come bioindicatori
ambientali