Corso di laurea in Scienze Biologiche (L-13)

Possedere conoscenze di base fornite dai corsi di Zoologia Generale e di Biologia Molecolare e Genetica

Questo insegnamento concorre agli obiettivi formativi dell'area Ecologico-Ambientale del corso di Laurea in Scienze Biologiche, fornendo agli studenti conoscenze e capacità applicative sulla genetica delle popolazioni, evidenziando le interazioni tra i processi evolutivi basilari (mutazione, selezione naturale, deriva genetica, inincrocio, ricombinazione, flusso genico) nel modellare la struttura genetica e le traiettorie evolutive delle popolazioni naturali.

Durante le esercitazioni pratiche gli studenti dovranno acquisire la capacità di raccogliere e organizzare autonomamente i dati relativi alle attività svolte e di interpretare e sintetizzare i risultati ottenuti.

 

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE - Al termine di questo insegnamento lo studente dovrà conoscere i fondamenti teorici e alcune metodologie pratiche della biologia evoluzionistica. L'esame delle differenti ipotesi e teorie elaborate per interpretare e spiegare i processi popolazionistici aiuterà gli studenti a considerare criticamente gli argomenti affrontati.

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE - Al termine di questo insegnamento lo studente dovrà essere in grado di integrare le conoscenze e le capacità acquisite durante questo insegnamento con quelle derivate da altri insegnamenti (in particolare Zoologia Generale, Ecologia, Biologia Molecolare e Genetica). Al termine delle lezioni e delle esercitazioni dovrà inoltre dimostrare di aver acquisito dimestichezza con alcune metodiche biomolecolari e con i principali strumenti utilizzati ai fini dello studio dell'evoluzione. Dovrà inoltre aver acquisito rudimenti di elaborazione dei dati.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO - Al termine di questo insegnamento lo studente dovrà aver acquisito la capacità di discutere criticamente le varie ipotesi e metodologie di indagine, e di applicarle correttamente ai diversi problemi di carattere evolutivo.

ABILITÀ COMUNICATIVE - Si stimolera' il confronto su alcuni degli argomenti trattati. Seminari e la lettura comune di articoli scientifici aiuterà a sviluppare le abilità comunicative. Ulteriore incentivo verrà dallo svolgimento delle attività pratiche in piccoli gruppi (max. 5-6 persone).

Per l’AA 22-23, le lezioni saranno svolte in presenza. La frequenza alle lezioni e dei laboratori è facoltativa, sebbene fortemente raccomandata. Modalità didattiche alternative (streaming) potranno essere introdotte a seguito di nuove raccomandazioni di Ateneo in relazione allo stato della pandemia Covid-19.

L'insegnamento si articola in 32 ore di lezioni frontali e 14 ore di attività di laboratorio. Il corso sarà tenuto in italiano con diapositive e materiale didattico principalmente in inglese. Tutto il materiale didattico verrà fornito esclusivamente sulla piattaforma moodle.

 

La verifica dell’apprendimento avverrà mediante un esame scritto della durata di 40 minuti redatto sulla piattaforma Moodle, composto da 31 domande chiuse con 4 alternative di riposta, di cui una sola corretta. Non vengono assegnate penalità per le risposte errate. Il punteggio è restituito in 31esimi e lo studente che raggiunge il punteggio di 18/31 può considerare superato il test.  Il test ha come obiettivo la verifica delle conoscenze acquisite e della capacità di applicarle nella risoluzione dei problemi assegnati.

All'esame scritto seguirà un esame orale che consisterà nella discussione degli argomenti svolti a lezione e volto ad accertare la capacità di interpretazione autonoma e le capacità espositive nel discutere le tematiche affrontate. Nel caso in cui lo studente non superi la prova orale, il voto del test scritto rimane comunque valido e potrà essere nuovamente sostenuta soltanto la parte orale.

L'esame si considera superato soltanto quando entrambe le prove (test e orale) sono state superate; il voto finale è dato dalla valutazione complessiva basata sulla votazione ottenuta nel test integrata dalla prova orale.

Lezioni frontali

Introduzione al pensiero evoluzionistico: evoluzione, fissismo e creazionismo. Le teorie di Lamarck e di Darwin. Le leggi di Mendel. Noedarwinismo e Sintesi Moderna. Neo-Lamarckismo. Teorie dell’Ortogenesi, Mutazionista e degli Equilibri Punteggiati.

Origine della variabilità genetica. Crossing-over diseguale e Conversione Genica. Origine di nuovi geni: Exon Shuffling, Duplicazione Genica, Generazione “de novo”. Formazione delle famiglie geniche.

Mutazioni come fonte di variabilità genetica. mutazioni silenti, neutrali, missense, nonsense, frameshift. Mutazioni a livello del promotore e delle sequenze di splicing. Mutazioni indotte da elementi trasponibili. Mutazioni cromosomiche e genomiche.

Pseudogeni: definizione, classificazione e funzione. Genetica del gusto e pseudogeni. Elementi Trasponibili: definizione e classificazione. Mobilitazione di un elemento trasponibile stress-indotta e plasticità genomica.

Ecogenotossicologia: biomarcatori di esposizione, effetto e suscettibilità. Il saggio delle Aberrazioni Cromosomiche e quello dei Micronuclei. Micronuclei e Caos genomico. Il saggio dei micronuclei adattato alle cellule dell’epitelio buccale: esempi in ambito ecologico-zoologico.

Dinamiche geniche nelle popolazioni. La legge Hardy-Weinberg. Calcolo delle frequenze alleliche. Tassi di mutazione e retromutazione. Evoluzione Molecolare. La teoria neutrale e quasi neutrale dell’evoluzione. Polimorfismo e divergenza. La teoria dell'orologio molecolare. La selezione Naturale. Selezione direzionale, stabilizzante e disruttiva. Selezione frequenza-dipendente. Coefficienti di selezione e fitness. Selezione naturale e modelli di interazione allelica in regimi di dominanza-recessività, eterosi e sotto-dominanza. Bilanciamento tra selezione naturale e mutazione.

Misura della variabilità genetica: eterozigosità attesa e osservata. Diversità Allelica. La deriva genetica: "founder effect" e "bottleneck effect". Effetti dell'accoppiamento non casuale. Inincrocio ed "effective population size". Relazione tra inbreeding, perdita di eterozigosità ed estinzione. Bilanciamento Mutazione-Selezione ed Inbreeding. Conseguenze genetiche della frammentazione dell’habitat. Struttura della popolazione e flusso genico: la statistica F (F_IS, F_ST, F_IT). Suddivisione della popolazione e l’effetto Wahlund”. Shifting Balance Theory di Sewall Wright.

Genetica evoluzionistica dei caratteri quantitativi. Componenti della variazione fenotipica. La varianza genetica additiva. Epistasi sinergica e antagonista. Interazione genotipo-ambiente. Evoluzione neutrale dei caratteri quantitativi.

Genetica della Conservazione: scopi e concetto di “dimensione minima vitale”. Risoluzione delle incertezze tassonomiche: il barcoding. Gestione delle popolazioni selvatiche considerate a rischio e di quelle frammentate. Problemi relativi alla gestione delle riserve e delle popolazioni in cattività.

Storia genetica del genere Homo. Evoluzione degli ominidi. Il genere Homo. Introgressione genica tra le varie specie del genere Homo. Espansione geografica di Homo sapiens. Basi genetiche della variazione del colore della pelle: i geni MATP, SLC24A5 e MC1R e la selezione purificatrice. Domesticazione e distribuzione del carattere “lattasi persistenza”. Adattamento genetico umano e malaria: distribuzione dell’allele S dell’emoglobina, il gruppo sanguigno Duffy e il gene G6PDH. Analisi della diversità genetica umana.

Marcatori genetici e genomici. Cladistica: un approccio teorico e pratico. Analisi degli alberi filogenetici.

ESERCITAZIONI

• STRUTTURA DI POPOLAZIONE
• BARCODING
• BIOMOLECOLE ANTICHE
• MICRONUCLEI

Il materiale utilizzato per il corso è tratto per la massima parte da articoli pubblicati su riviste scientifiche, reso disponibile agli studenti. Agli studenti verranno forniti testi, in italiano e inglese, in formato digitale. Inoltre, saranno fornite diapositive commentate delle lezioni.