Diapositiva 1

1
I PRIMATI
Lordine dei Primati, definito per la prima volta
da Linneo nel 1758, comprendeva lUomo, le
Scimmie, i Lemuri, i Tardigradi e i Pipistrelli.
In seguito, gli ultimi due gruppi vennero
classificati a parte e attualmente questo ordine
comprende le Proscimmie, le Scimmie Platirrine o
Scimmie del Nuovo Mondo e le Scimmie Catarrine
(di queste ultime fanno parte le Antropomorfe e
lUomo).
2
I Primati
Order Sub Order Infra Order Infra Order Super Family Family Common  Term
Primates Prosimii Prosimii Prosimii Prosimii Prosimii Loris   Lemur   Tarsier
Primates Anthropoidea Anthropoidea Platyrrhini Platyrrhini Platyrrhini New World Monkeys
Primates Anthropoidea Anthropoidea Catarrhini Cercopithecoidea Cercopithecoidea Old World Monkeys
Primates Anthropoidea Anthropoidea Catarrhini Hominoidea Hylobatidae Gibbons. Simangs
Primates Anthropoidea Anthropoidea Catarrhini Hominoidea Pongidae Orangutans   Gorillas   Chimpanzees   Bonobos
Primates Anthropoidea Anthropoidea Catarrhini Hominoidea Hominidae Homo sapiens.
3
Charles Darwin (1809-1882)
Thomas Henry Huxley (1825 - 1895)
Pan paniscus (scimpanzé pigmeo o scimpanzé nano)
Pan troglodytes (scimpanzè comune)
4
NON CE ANCORA CONSENSO SUI TEMPI DI DIVERGENZA.
MENTRE IL PIU ANTICO FOSSILE DI PRIMATE DATA A
54 MYA RECENTI MODELLI STATISTICI DI
PRESERVAZIONE DELLE SPECIE (Tavaré et al., 2002)
SUGGERISCONO CHE LULTIMO ANTENATO COMUNE DI
PRIMATI SIA VISSUTO 82 MYA, UNA DATA CHE SI
ACCORDA MEGLIO CON IL TEMPO INIZIALE DI
DIVERGENZA INFERITO DAI DATI MOLECOLARI
5
EVIDENZE DERIVATE DAI FOSSILI Le specie più
strettamente legate agli uomini e agli scimpanzé
sono note come OMINIDI. Le caratteristiche prese
in esame nei fossili sono

• ?Capacità cranica dimensioni e posizione del
  cranio sulla colonna vertebrale
• ? Denti strato di smalto e dimensione dei canini
  e degli incisivi più piccoli negli ominidi
• ? Arti inferiori più lunghi, piedi e pelvi
  adattate alla deambulazione eretta
• ? Sviluppo lento e prolungamento delletà
  infantile
• ? Mani adattate alla raccolta, con dita più
  lunghe e opponibilità del pollice
• ? Landatura bipede è testimoniata anche da
  tracce rinvenute su materiale lavico

6
Differenze fenotipiche tra uomo e altri primati
Carroll (2003) Nature 422, 849-857
7
NON TUTTI I CARATTERI MORFOLOGICI SONO UGUALI
CLADISTICA Scienza che ricostruisce le relazioni
evolutive identificando antenati comuni
attraverso la condivisione tra taxa di caratteri
derivati piuttosto che di caratteri
ancestrali. Distingue tra caratteri condivisi
insorti una volta e caratteri insorti
indipendentemente forse a causa di circostanze
ambientali comuni. Se ricaviamo una vera
filogenia da evidenze indipendenti possiamo
testare laccuratezza di filogenie alternative in
rapporto a quella conosciuta.
8
EVIDENZE CROMOSOMICHE
In ciascuna specie, sia animale sia vegetale, i
cromosomi sono costanti per numero e morfologia,
cosicché il loro assetto complessivo o
cariogramma ha grande interesse tassonomico ed
evolutivo.
Sebbene non sia possibile studiare i cariotipi
degli antenati delle specie attualmente viventi,
per mezzo dello studio dei cromosomi è possibile
ricostruire le tappe attraverso le quali i
cariotipi sono passati durante la loro
evoluzione. La similitudine fra complementi
cromosomici di specie diverse, ma affini, viene
assunta come indicazione di comune origine,
mentre le differenze permettono di ricostruire in
qualche modo le tappe attraverso le quali si sono
evoluti.
9

• LO STUDIO DEI CARIOTIPI RISULTA UTILE NEI
  CONFRONTI FILOGENETICI PER UNA SERIE DI RAGIONI
• Cambiano relativamente lentamente, in quanto si
  accoppiano alla meiosi che funziona da filtro per
  il controllo delle omologie, limitando grossi
  riarrangiamenti
• forniscono la possibilità di un confronto globale
  dei genomi e non solo di porzioni specifiche che
  potrebbero essere sotto leffetto di particolari
  forze selettive
• Metodi di studio tecnicamente semplici che
  richiedono reagenti universali applicabili a d
  una vasta gamma di specie.
• A causa della loro stabilità i confronti
  cariotipici tra i primati più evoluti possono
  fornire una informazione robusta circa lordine
  delle branche dellalbero, ma a causa
  dellassenza di un orologio citogenetico non
  danno informazioni circa i tempi entro la
  filogenia.

10
ALTO GRADO DI SIMILARITA TRA LE QUATTRO SPECIE
11
Cariotipi dellUomo e delle Antropomorfe è
evidente la notevole affinità morfologica delle
varie specie. La differenza più appariscente fra
il cariotipo dellUomo e quello delle
Antropomorfe sta nel numero dei cromosomi. LUomo
ha 23 paia di cromosomi, le Antropomorfe 24.
12
Lipotesi più verosimile per spiegare queste
differenze nel numero dei cromosomi è quella di
una fusione end to end fra due piccoli
cromosomi che potrebbe essere avvenuta in un
preominide ancestrale producendo unimportante
distinzione fra il cariotipo delle Antropomorfe e
quello dellUomo. La similitudine fra il tipo
di bandeggiamento di due cromosomi dello
scimpanzé con il cromosoma 2 dellUomo ha
avvalorato lipotesi (formulata nel 1962 su sole
basi morfologiche) che questo sia il grande
cromosoma metacentrico originatosi nellUomo. I
cromosomi allineati permettono di rivelare anche
altri tipi di riarrangiamenti, molti dei quali
sono inversioni di segmenti cromosomici,
variazioni delleterocromatina adiacente ai
centromeri. Le traslocazioni sembrano essere
limitate a eventi reciproci tra lequivalente
cromosoma 5 umano e il 17 del gorilla rispetto
alle altre specie. E possibile quindi
ricostruire cariotipi ancestrali e dedurre una
filogenia.
13
Sebbene questo ordine si accordi con i dati
molecolari, occorre considerare che lo stato di
outgroup dellorango era stato assunto a priori
dagli autori.
14
SEQUENZIAMENTO DEL GENOMA E CITOGENETICA
Il sequenziamento del DNA e' passato attraverso
l'assemblaggio di frammenti (cloni BAC/PAC) che
si sono rivelati estremamente utili se usati come
sonde per la citogenetica molecolare, ovverossia
per lo studio dell'evoluzione dei cromosomi.
Questo nuovo approccio allo studio del genoma
ha portato alla luce fenomeni imprevedibili,
alcuni dei quali danno una spiegazione esauriente
a problematiche e fenomeni irrisolti. Esempio
una regione del cromosoma 15 (15q25), altamente
plastica A questa plasticita' e' imputata la
predisposizione ad una sindrome neurologica
caratterizzata da fobie e attacchi di panico.
Plasticita' vuol dire variabilita', nella
popolazione, di regioni talmente grandi che e'
possibile apprezzarne le differenze a livello
citogenetico. Alcuni autori hanno inoltre
riportato che in questa stessa regione si formano
dei neocentromeri come conseguenza di
riarrangiamenti. Plasticita' e formazione dei
neocentromeri sono eventi di tipo evolutivo. I
due cromosomi umani 14 e 15 erano anticamente un
unico cromosoma (14/15).
15
Con strumenti di citogenetica molecolare si è
verificato che questa e' effettivamente la
situazione ancestrale, in quanto presente in
tutte le scimmie del vecchio mondo, del nuovo
mondo e in alcuni mammiferi (il gatto per
esempio). Solo le scimmie antropomorfe a noi
piu' vicine (scimpanze', gorilla e orango) hanno,
come luomo, i due cromosomi 14 e 15 separati.
Nell'antenato comune delle scimmie antropomorfe
si e' verificata una rottura (fissione) del 15/14
che ha portato alla formazione dei nostri attuali
cromosomi 14 e 15. La fissione e' stata
accompagnata dall'insorgere di due nuovi
centromeri (neocentromeri) e dallinattivazione
del centromero ancestrale.
Schema della fissione che ha generato i cromosomi
umani (HSA, Homo sapiens). PHA7 e' il cromosoma
No.7 formato dal 1415 così come appare nel
babbuino (Papio hamadryas, PHA). C centromero
NC neocentromero AC centromero ancestrale.
16
I centromeri dei primati sono entita' complesse
formate da varie milioni di paia di basi di DNA
ripetuto e da duplicazioni tipiche delle regioni
pericentromeriche (duplicazioni segmentali o
dupliconi sono duplicazioni di regioni del genoma
di grandezza che puo' andare da poche kb a
centinaia di kb). La regione del centromero
ancestrale e' esattamente in 15q25, e mostra
ancora la presenza di dupliconi instabili che
sono alla base della variabilita' cui viene
imputata la suscettibilita' alla sindrome
neurologica descritta. Inoltre, e' come se la
memoria di essere stata una regione centromerica
sia ancora presente, giustificando cosi'
l'insorgere occasionale di neocentromeri. Questa
regione sembra essere un vulcano spento che, dopo
circa 25 milioni di anni dalla sua inattivazione,
ha ancora un attivita' residua. Ulteriori
indagini di questo tipo( 'archeologia genomica' )
sta evidenziando che nel genoma umano vi sono
vari altri esempi di centromeri inattivati, con
potenziale plasticita' che potrebbe estrinsecarsi
anche nei tumori, ove i riarrangimenti del
cariotipo sono molto comuni.
17
I dupliconi sono stati trovati in varie regioni
cromosomiche e rappresentano circa il 5 del
nostro genoma. La presenza di duplicazioni
relativamente vicine puo' innescare, attraverso
vari meccanismi, dei riarrangiamenti cromosomici
che finora sembravano essere 'de novo. In realtà
risultano essere conseguenza di piccole
inversioni, presenti nei genitori.. Queste
piccole inversioni, sono presenti in molti
individui della popolazione generale (una di
queste e' presente nel 27 della popolazione), e
quindi sembra piu' appropriato il temine di
'polimorfismo' che solitamente in genetica viene
usato per forme alleliche comuni. Per gli
individui questi fenomeni sono causa di malattie.
Per la specie sono invece una fonte di
variabilita' su cui si basa l'evoluzione.
L'idea che queste duplicazioni abbiano giocato
un ruolo tutt'altro che trascurabile nella
evoluzione dei primati, delle scimmie
antropomorfe e dell'uomo in particolare, va
facendosi sempre piu' strada, dopo che si sono
trovati esempi che puntano decisamente in questa
direzione.
18
EVIDENZE MOLECOLARI
ANTROPOLOGIA MOLECOLARE
Sarich Wilson, 1967
Immunological time-scale for Hominid evolution
Primo utilizzo di tecniche molecolari per stimare
da data di divergenza uomo/grandi scimmie
Studio basato sulle differenze tra le sequenze
aminoacidiche di alcune proteine ematiche
nell'uomo e nello scimpanzè. Tempo di divergenza
tra le due specie stimato in base ai dati
genetici. Nello stesso tempo fossili di
Ramapithecus, datati circa 15 MYA, venivano
classificati come Ominidi e si pensava potessero
essere alla base della linea evolutiva che
condurrà alle Australopitecine
19
In particolare Sarich e Wilson (1967) hanno
utilizzato una sola frazione proteica del siero
le albumine. Essi affermano che tale molecola è
relativamente stabile in tutte le specie e che le
variazioni nella sequenza degli amminoacidi,
esistente in specie diverse, è un indice delle
distanze filogenetiche esistenti fra le specie
stesse. Essi hanno misurato lomogeneità e
calcolato lindice di eterogeneità di questa
frazione di siero in parecchie specie di Primati
usando la tecnica della fissazione
microcomplementare (MCF) su siero antialbumina,
ottenuto immunizzando conigli con albumine
purificate di questi Primati. Sviluppando questa
ricerca Sarich e Wilson hanno potuto inoltre
dimostrare che la differenziazione degli
amminoacidi nelle molecole di albumina varia, nei
diversi organismi, in misura costante nel tempo.
20
Le basi di questo lavoro erano non solo la
valutazione quantitativa delle differenze
strutturali tra proteine ortologhe (siero
albumine) in OWA, GA and Humans usando metodi
immunologici, ma anche la calibrazione di queste
misure usando una data di 30MYA per la divergenza
tra OWM and Hominoids.
21
ID Immunological distance ID 1 reazione AA
allinterno della stessa specie. Con antisiero
anti-albumina umana 1.9 per il gorilla,1.4 per
scimpanzè e bonobo e una media di 2.46 per le
sei specie OWM Assumendo che il log di ID è
proporzionale al tempo, un tempo di 5 MYAè stato
ricavato per la separazione tra gorilla,
scimpanzè e uomo.
TRICOTOMIA NON RISOLTA
22
Tempi di divergenza dei diversi gruppi di Primati
stabiliti in base alle differenze aminoacidiche
dellalbumina
23
Albero evolutivo degli Anthropoidea costruito in
base alle distanze immunologiche misurate da
Sarich e Wilson (1967)
24

• La risoluzione di questa tricotomia fu la base
  dei lavori successivi.
• Inoltre esistevano altre limitazioni
• era stato saggiato un solo locus
• erano state utilizzate distanze immunologiche
  come misura indiretta della distanza evolutiva.

1. Esperimenti di ibridazione DNA-DNA
Gli heteroduplex formati tra molecole di specie
differenti sono meno stabili degli homoduplex
formati tra molecole della stessa specie e questa
riduzione di stabilità fornisce una misura della
divergenza tra specie. Metodo per confronto tra
specie con divergenza superiore a 10 MYA, ma non
per specie più vicine per le quali le piccole
differenze possono venire mascherate da errori
sperimentali casuali.
25
Sibley e Ahlquist (1984) divergenza evolutiva
tra OWM ed Hominoidei tra 33-32 e 27-26
MYA Ramo Ilobatidi tra 22-21 e18-17
MYA Orango-Antropomorfe africane tra 16 e 13
MYA Gorilla tra 10 e 8 MYA MRA tra scimpanzè e
uomo tra 7,7 e 5.8 MYA

• Costruendo la retta di regressione tempo/n
  differenze per una data proteina, si può inferire
  il tempo di separazione tra due specie
• Il tasso di mutazione deve essere costante
• Le mutazioni devono essere selettivamente neutrali

Teoria dell'orologio molecolare
26
Tali dati portavano quindi ad escludere che abbia
potuto esister una linea evolutiva ominide già
nel corso del Miocene. Nuovi ritrovamenti fossili
e nuovi dati molecolari hanno stabilito che il
Ramapithecus non era affatto un Ominide, ma la
forma femminile del Sivapithecus, una specie con
forte dimorfismo sessuale da porre nella diretta
ascendenza dellorango. A questo punto dati
fossili e molecolari coincidevano.