- Docente: Marco Passamonti
- Crediti formativi: 6
- SSD: BIO/05
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Moduli: Marco Passamonti (Modulo 1) Fabrizio Ghiselli (Modulo 2)
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 1) Convenzionale - Lezioni in presenza (Modulo 2)
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea Magistrale in Biodiversita' ed evoluzione (cod. 8419)
Conoscenze e abilità da conseguire
Al termine del corso, lo studente possiede conoscenze avanzate sulla storia del pensiero scientifico in ambito evoluzionistico, sui pattern, processi e meccanismi evolutivi che hanno portato alla diversità dei viventi. In particolare, lo studente, partendo da una trattazione dettagliata del neodarwinismo e degli equilibri punteggiati, conosce le più moderne frontiere della Biologia Evoluzionistica (Evo-Devo, Genomica evoluzionistica, Teoria dei giochi, ecc.).
Contenuti
Modulo 1 - Evoluzione biologica avanzata
Cenni di epistemologia in Biologia Evoluzionistica. Il concetto di
Teoria Scientifica. La falsificabilità. Il rasoio di Occam.
Introduzione alla Biologia Evoluzionistica. Applicazioni. Le prove
dell'evoluzione. Il concetto di omologia.
Introduzione alla Moderna Sintesi. L'origine della variabilità
genetica. Introduzione al concetto di popolazione. Struttura
genetica delle popolazioni (legge di Hardy-Weinberg, deriva
genetica, flusso genico). La selezione naturale ed il concetto di
fitness. Tipi di selezione. Esempi. Che cos'è una specie.
Definizioni e limiti del concetto di specie. Meccanismi di
isolamento riproduttivo. Specie sorelle. Specie ad anello. Clini.
Modelli di speciazione: Allopatrico, Simpatrico, Stasipatrico.
Speciazione cromosomica. Speciazione per ibridazione. Poliploidia,
partenogenesi, ibridogenesi, androgenesi.
La Teoria neutrale. L'orologio molecolare.
Il problema dell'altruismo in natura. Selezione di gruppo. Fitness
inclusiva. Kin selection. Teoria dei giochi.
Teoria del gene egoista.
Teoria degli equilibri punteggiati. Estinzioni di massa. La fauna
di Burgess.
La macroevoluzione e le macromutazioni.
Origine ed evoluzione della vita sulla terra.Chimica pre-biotica.
Esperimenti di Miller. Ipotesi del “brodo primordiale” ed ipotesi
alternative. Il mondo ad RNA. I primi organismi unicellulari.
Archea. Procariota. Origine degli eucarioti e della
pluricellularità. Origine e radiazione evolutiva dei principali
Phyla animali.
Modulo 2 – Evoluzione del Genoma
INTRODUZIONE: breve storia della Genomica, Human Genome Project,
ENCODE.
MATERIALI E METODI DELLA GENOMICA: Sanger sequencing, Massive
Parallel Sequencing (MPS), pyrosequencing (Roche 454),
reversible-dye terminator sequencing-by-synthesis (Illumina),
semiconductor sequencing (Ion Torrent & Ion Proton),
Single-Molecule Real-Time Sequencing (SMRT sequencing, PacBio),
primer walking, hierarchical shotgun sequencing, whole-genome
shotgun sequencing, mappe geniche e mappatura, modalità e strategie
di sequenziamento, workflow ed outputs, qualità delle sequenze
(Phred score), assemblaggio de novo, paired-ends e mate-pairs,
reads, contigs, scaffolds, qualità dell'assemblaggio (N50, N90),
SNP e variant calling, annotazione, perchè sequenziare un
genoma/trascrittoma?, applicazioni dei MPS, quantificazione dei
trascritti (RPKM/FPKM), Legge di Moore e problemi connessi ai "Big
Data".
I FONDAMENTI DELL'EVOLUZIONE: teorema di Fisher, effective
population size e deriva genetica, probabilità di fissazione di un
allele, evoluzione neutrale, fitness landscape, genetic draft,
linkage, teorie neutrale e quasi neutrale dell'evoluzione
molecolare, equilibri punteggiati, exaptation.
GENOMICA COMPARATA: la diversità dei genomi (composizione,
dimensioni, struttura), la stabilità evolutiva dei geni, geni
ortologhi e paraloghi, Clusters of Orthologous Genes (COGs),
genomescapes e regimi evolutivi, constraints evolutivi nei genomi,
il genoma minimale, Non-Orthologous Gene Displacement, il contenuto
funzionale dei genomi minimali, la fluidità dei genomi.
I GENOMI PROCARIOTICI: genome size e gene density, evoluzione dei
procarioti, evoluzione della struttura dei genomi procariotici,
l'operone, concetto di selfish operon, universal scaling laws,
bureaucratic ceiling of genomic complexity, trasferimento
orizzontale dei geni, il mobiloma procariotico, l'importanza della
trasmissione orizzontale nei procarioti, processi fondamentali
nell'evoluzione dei procarioti, evoluzione tree-like vs evoluzione
network-like, the Forest of Life.
L'ORIGINE DEGLI EUCARIOTI: Woesian tree, teorie sull'origine degli
eucarioti, differenze strutturali e funzionali fra procarioti ed
eucarioti, endosimbiosi, archezoan tree e le radici dell'albero
eucariotico, Last Eukaryote Common Ancestor (LECA), RNA continuity
model ed evoluzione riduttiva, stem phase, i progenitori degli
eucarioti, il modello della simbiogenesi, origine del nucleo e
degli introni.
I GENOMI EUCARIOTICI: genome size e numero di geni, C-value enigma,
mutation pressure theories, optimal DNA theories, effetti
fenotipici della dimensione del genoma, funzionalità del DNA non
genico, genetic load, l'ipotesi non adattativa dell'evoluzione del
genoma, il modello dell'equilibrio mutazionale.
ORIGINE ED EVOLUZIONE DELLE INNOVAZIONI BIOLOGICHE: origine di
nuovi geni, domini proteici, proteine multidominio, evoluzione per
duplicazione genica, destino evolutivo dei geni duplicati,
speciazione per divergent resolution, famiglie geniche,
neofunzionalizzazione (es. visione tricromatica nei primati),
duplicazioni genomiche nei vertebrati (1R, 2R e FSGD).
I MITOCONDRI: struttura, meccanismo chemiosmotico di produzione di
ATP, il genoma mitocondriale, endosymbiotic gene transfer, proteine
codificate dal mtDNA, coevoluzione nucleo-mitocondrio, bottleneck
mitocondriale, limite di complessità dei procarioti (tempo di
replicazione e gene loss, rapporto superficie/volume cellulare,
fagocitosi, limiti energetici), perchè i mitocondri necessitano di
un genoma?, CoRR hypothesis, mitochondrial theory of ageing.
CONFLITTI GENICI E GENOMICI: selezione multilivello ed eredità
asimmetrica, vantaggio replicativo, mutazione "petite", vantaggio
di segregazione, segregation distorters, meiotic drive, conflitti
fra geni citoplasmatici e nucleari, conflitti fra geni
citoplasmatici ed eredità uniparentale, Doubly Uniparental
Inheritance (DUI) dei mitocondri.
Testi/Bibliografia
Ferraguti M., Castellacci C. Evoluzione, modelli e processi. Pearson.
Douglas J. Futuyma. L'evoluzione. Zanichelli.
Mark Ridley. Evoluzione. La storia della vita e i suoi meccanismi. Ed. McGraw-Hill
Metodi didattici
Durante le lezioni frontali
e le esercitazioni sarà stimolata la discussione ed il confronto
con il docente.
E' fortemente richiesta una partecipazione assidua, data la
stretta concatenazione degli argomenti trattati.
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
L'esame, al termine
del Corso, si propone
di valutare il raggiungimento degli
obiettivi di apprendimento del Modulo
1:
- conoscenza e la comprensione della Teoria dell'Evoluzione, comprese le sue basi teoriche e i più recenti sviluppi.
Strumenti a supporto della didattica
Lezioni frontali, con presentazioni powerpoint ed esercitazioni. Saranno messi a disposizione degli studenti tutti i filmati e le immagini presentate a lezione.
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Marco Passamonti
Consulta il sito web di Fabrizio Ghiselli