Simbiosi ed endosimbiosi

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1 In figura, a sinistra, un possibile meccanismo per i fenomeni di endosimbiosi avvenuti circa 1,5 miliardi di anni fa Giovedì 20 maggio 2010 XX settimana scientifica a.s Terza parte Simbiosi ed endosimbiosi Nicola Gruosso classe 4A sala-bar istituto professionale alberghiero Porto Sant Elpidio ISITPS Tutor: prof. Stroppa Pierluigi Nella figura sopra si osservano ribosomi (sfere gialle) e DNA (eliche di color viola) nel citoplasma dell organulo cloroplasto

2 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.

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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.

8 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.

9 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:

10 Endosimbiosi per fagocitosi 1 Un possibile meccanismo per l endosimbiosi. Fagocitosi con alunni

11 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

12 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)

13 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).

14 Prova 1: DNA e RIBOSOMI semplici nei cloroplasti Il cloroplasto era un batterio!?

15 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.

16 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!

17 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

18 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.

19 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.

20 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.

21 Animazioni sui licheni delle cortecce In questa animazione si osservano i licheni presenti sulle cortecce di piante caducifoglie

22 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