Presentazione di PowerPoint

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laboratorio evoluzione
Marcello Sala PRENDERE ARIA S.J. Gould,
Piena daria calda, in Otto piccoli
porcellini, Il Saggiatore 2003
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Come fanno a funzionare i motori delle
auto? Energia dalla combustione di un carburante
con lossigeno Come fanno a funzionare le
cellule (metabolismo)? Energia dallossidazione
dei carboidrati Come si procurano
lossigeno? Assorbendolo dallaria (in forma di
gas è il 21 del volume dellaria) o dallacqua
(disciolto è lo 0,9 del peso dellacqua dolce
a 20)
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Quali sono gli organi che, nel mondo
animale, raccolgono ossigeno che forniscono alle
cellule attraverso la circolazione
sanguigna? Negli acquatici branchie nei terrestri
trachee e polmoni (gas sciolto nel velo dacqua
sulla superficie) Quale forma è più antica? La
vita si è evoluta prima nellacqua e poi sulla
terra ? la modalità di assorbimento di trachee e
polmoni dovrebbe essere derivata da quella delle
branchie in relazione alla vita terrestre
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• Branchie
• Si sviluppano alle pareti
• di fessure branchiali
• che si aprono tra
• lesterno del corpo e
• il primo tratto del
• canale digerente
• - In alcuni gruppi di pesci
• sporgono dalle fessure
• branchiali esternamente
• - Ogni branchia è
• costituita di sottili lamelle

che si estendono in lamelle secondarie
ortogonali alle prime - Superficie irrorata da
una rete ricchissima di capillari Qual è il
vantaggio di questa struttura? Aumenta di molte
volte la superficie assorbente
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- Si sviluppano da una ramificazione ventrale del
canale digerente - Sulla superficie interna della
cavità originale si formano dei setti che la
suddividono in camere suddivise a loro volta in
camere più piccole da setti di secondo ordine e
così via fino a formare degli alveoli - La
superficie è irrorata da una rete ricchissima di
capillari Qual è il vantaggio di questa
struttura? Aumenta la superficie assorbente, ma
meno delle branchie Polmoni
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Perché nei polmoni è sufficiente una superficie
assorbente minore di quella delle
branchie? Nellaria cè 20 volte più ossigeno che
nellacqua in forma di gas è il 21 del volume
dellaria disciolto nellacqua è lo 0,9 del
peso dellacqua
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omologia Organi anche di forma e funzione
diversa occupano la stessa posizione nelle
relazioni di struttura con altri organi È
possibile rintracciare negli embrioni di animali
diversi le strutture comuni che daranno origine
a organi omologhi (gli embrioni sono molto più
simili tra loro degli animali sviluppati)
analogia Organi simili per forma e/o per
funzione in relazione allambiente derivano
dallo sviluppo di strutture anatomiche diverse
nellembrione La diversità si può vedere in
animali sviluppati che sono antenati di quelli
presi in considerazione
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omologia Es. ala degli uccelli - braccio degli
umani
analogia Es. ali degli uccelli - ali degli
insetti
Branchie e polmoni sono organi omologhi o
analoghi tra loro?
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Branchie - Si sviluppano alle pareti di fessure
tra lesterno e il primo tratto del canale
digerente (faringe) - In alcuni gruppi di pesci
sporgono dalle fessure branchiali
esternamente - Ogni branchia è costituita di
sottili lamelle che si estendono in lamelle
secondarie ortogonali alle prime in questo modo
aumenta di molte volte la superficie - La
superficie è irrorata da una rete ricchissima di
capillari
Polmoni - Si sviluppano da un diverticolo
ventrale del canale digerente (faringe) -
Sulla superficie interna si formano dei setti
che la suddividono in camere suddivise a loro
volta da setti di secondo ordine e così via fino
a formare degli alveoli in questo modo aumenta
di molte volte la superficie - La superficie è
irrorata da una rete ricchissima di capillari
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omologia Es. ala degli uccelli - braccio degli
umani
analogia Es. ali degli uccelli - ali degli
insetti
Branchie e polmoni sono organi omologhi o
analoghi tra loro? Branchie e polmoni sono organi
analoghi uguale funzione, origine embriologica
(e filogenetica) diversa
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• Come fanno i pesci a galleggiare,
• ovvero a stare in equilibrio con lacqua?
• Alcuni squali fegato ricchissimo di un
  idrocarburo
• di densità inferiore allacqua
• Maggior parte dei pesci ossei vescica natatoria
• sacco posto tra colonna vertebrale e canale
  digerente
• riempiendosi di gas diminuisce il peso specifico
• (aumenta il volume rispetto al peso)
• Quale vantaggio nellavere la vescica natatoria
• in quella posizione?
• Pesci asse principale orizzontale
• ? vescica in posizione dorsale
• ? pesce con dorso in alto

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I n che modo la vescica natatoria si riempie di
gas? In alcuni pesci cè un collegamento con la
faringe il pesce può ingoiare aria salendo in
superficie (salvagente interno) Nei pesci in
cui non cè collegamento con la faringe? Alla
superficie una rete finissima di vasi un tessuto
ghiandolare fa passare in fase gassosa gas
sciolto nel sangue (in fase liquida) aumentando
il volume a parità di peso Vari pesci che vivono
in acque stagnanti o paludose possono
respirare con la vescica natatoria
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• Polmoni
• - Si sviluppano come
• un ramo ventrale
• del canale digerente
• che poi si divide in due
• In alcuni pesci
• di origini molto antiche
• un ramo del diverticolo ventrale
• si sviluppa di più dellaltro
• e si sposta dorsalmente
• Si riempiono di aria
• attraverso le vie respiratorie
• che sono collegate alla faringe
• La superficie è irrorata da
• una rete ricchissima di capillari

• Vescica natatoria
• Si sviluppa come
• un unico ramo dorsale
• dellesofago
• - In alcuni pesci cè un
• collegamento con la faringe
• il pesce può ingoiare aria
• salendo in superficie
• Nei pesci in cui la vescica
• non è più collegata allesofago
• il gas è secreto dalle pareti
• che lo prelevano dal sangue
• Il sangue scorre alla superficie
• in una rete finissima di vasi

Vescica natatoria e polmoni sono organi omologhi
o analoghi?
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Vescica natatoria e polmoni omologhi Omologia ?
origine comune (parentela)
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Lipotesi di Darwin In effetti sono certo che
tutti i vertebrati provvisti di veri polmoni
sono derivati tramite una normale generazione
da un antico prototipo, di cui non si sa nulla,
provvisto di un apparato di galleggiamento o
vescica natatoria.
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• Informazioni 1
• Per quanto riguarda le strutture anatomiche la
  diversità
• tra tutti i vertebrati terrestri (dai rettili
  alluomo) è minore
• di quella che esiste allinterno della classe dei
  pesci
• - I Placodermi (probabilmente tutti gli Osteitti
  arcaici)
• avevano sacchi polmonari oltre le
  branchie e
• non avevano vescica natatoria
• - I Selaci (squali ecc.) non hanno polmoni, ma
  solo branchie
• - Gli Attinopterigi, in particolare tutti i
  Teleostei,
• hanno vescica natatoria
• - Negli Attinopterigi più antichi era mantenuto
• il collegamento della vescica natatoria con la
  faringe

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branchie negli embrioni polmoni negli adulti
branchie e polmoni
solo branchie
branchie e vescica natatoria
branchie e vescica natatoria (collegata alla
faringe)
branchie e sacchi polmonari
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Alla luce di queste informazioni lipotesi di
Darwin è corretta? No I Teleostei non sono
progenitori dei Tetrapodi terrestri i loro
progenitori non avevano vescica natatoria ma
polmoni Rappresentazione lineare
dellevoluzione rettili superiori ai
pesci polmone organo superiore alla vescica
natatoria
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• Informazioni 2
• - I Dipnoi, pesci che vivono in acque
• basse fangose, sono dotati di branchie
• con cui respirano in acqua
• e di polmoni che usano se
  restano in secca
• Vari pesci che vivono in acque stagnanti o
  paludose
• possono respirare con la vescica natatoria
• Per molti pesci la vescica natatoria è organo di
  senso
• per sentire la pressione e quindi valutare la
  profondità
• Per molti pesci la vescica natatoria è organo
  supplementare
• per ludito (gas più comprimibili
  dellacqua ?
• vibrazioni sonore amplificate si trasmettono
  allorecchio attraverso una colonna di ossicini
  apparato del Weber)
• Alla luce di queste informazioni si può
• formulare unaltra ipotesi?

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Principio di ridondanza (Darwin)
a) un organo svolge contemporaneamente funzioni
distinte per selezione naturale attraverso le
generazioni è possibile che lorgano diventi
specializzato in una sola funzione
b) in uno stesso individuo organi distinti che
svolgono la stessa funzione uno continua a
svolgere da solo la funzione laltro si
modifica per selezione naturale attraverso le
generazioni in modo da svolgere unaltra
funzione
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Qual è allora la storia naturale dei pesci in
relazione a branchie, polmoni e vescica
natatoria? Allinizio (nei progenitori) branchie
e polmoni svolgono la stessa
funzione respiratoria in condizioni diverse
(vedi Placodermi e Dipnoi) Poi per il principio
di ridondanza b) i polmoni cessano di
funzionare come organi respiratori (adattamento
al solo ambiente acquatico) e per il principio
di ridondanza a) i polmoni prima hanno
funzione sia respiratoria sia di galleggiamento
poi diventano specializzati nella seconda
evolvendo in vescica natatoria (Teleostei) ? è la
vescica natatoria che si evolve dal polmone
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P
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Ophiophagus hannah
Solo due famiglie di rettili producono veleno
serpenti (la maggior parte) elodermatidi
(pochi) il carattere della produzione di veleno
è una analogia o una omologia tra i due gruppi?
Secondo una analisi di parentela basata su due
geni nucleari e uno mitocondriale serpenti e
elodermatidi non appartengono allo stesso ramo
evolutivo e quindi...?
Dendroaspis angusticeps
Heloderma horridum
Heloderma suspectum
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Analogia evoluzione indipendente della
produzione di veleno Perché lo stesso carattere
in linee evolutive diverse? cause ecologiche
stesso adattamento Ma
Townsend,Syst. Biol. 53(5)735757, 2004
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Rifatta lanalisi con più geni e cercato
lomologo chimico dei veleni in altre famiglie
di rettili (iguane, varani) ne risulta che la
ghiandola del veleno è un carattere omologo ad
altre ghiandole mascellari/mandibolari
Cyclura nubila
E quindi...? revisione tassonomica tutte le
famiglie che producono veleno formano un clade
monofiletico
Varanus acanthurus
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Ghiandole che secernono muco Forme ancestrali di
ghiandole (seriali globulari non composte)
Proteine secrete sia da ghiandole mandibolari
che mascellari Proteine secrete da ghiandole
mascellari Tipiche sia di serpenti che di
iguane Forma complessa derivata della ghiandola
mascellare del veleno (composta incapsulata con
lume) Proteine secrete tipiche solo di
serpenti Forma complessa derivata della
ghiandola mandibolare del veleno (composta
incapsulata con lume) Proteine secrete tipiche
solo di anguimorfe
Fry et al., Nature 439, 584 588, 2005