Morfogenesi

Salve! io non ho una preparazione in biologia molecolare, sono un volgarissimo ingegnere elettrotecnico, ma se fra noi c'è qualcuno in grado di chiarirmi alcuni concetti gli sarò grato (non eternamente, ma) finchè vivo.
Notando come in alcune famiglie si riconosca a vista la parentela dalla configurazione di diversi particolari fisici (nasi, occhi, zigomi, capelli, struttura del fisico etc) e come questi particolari siano finemente diversificati......per esempio non è che un naso possa avere due sole possibilità: corto o lungo, ma infinite sfumature.........mi chiedo come il DNA possa contenere tutte queste informazioni fin nei minimi particolari, anche se la sua struttura contiene miliardi di geni e fantastiliadi di atomi, mi sembrano pochi rispetto le infinite informazioni che servono per assemblare un essere vivente.
A me non sembra che il DNA funzioni come una equazione algebrica che con pochi simboli definisce gli infiniti punti che ne compongono la sua rappresentazione grafica, piuttosto come un grafico "bitmap" in cui necessita dare le coordinate di ogni pixel!
Chi mi dà qualche spiegazione tipo istruzioni per la casalinga?
Franco

Qui ci vogliono Gian dei Brughi o Alberto. Intanto mi iscrivo alla discussione.

Se è vero che la struttura dell'universo ha 11 dimensioni è possibile che molte informazioni siano scritte in una zona che noi esseri tridimensionali non riusciamo a vedere.......la sento un poco sforzata......io sono come tommaso: "se non vedo non credo!" e sono un misero ingegnere materialista terra terra!

la sparo li tanto per: il DNA non era lungo 2 metri? Magari il DNA in 2 metri ha miliardi di informazioni

franco ha scritto:Salve! io non ho una preparazione in biologia molecolare, sono un volgarissimo ingegnere elettrotecnico, ma se fra noi c'è qualcuno in grado di chiarirmi alcuni concetti gli sarò grato (non eternamente, ma) finchè vivo.
Notando come in alcune famiglie si riconosca a vista la parentela dalla configurazione di diversi particolari fisici (nasi, occhi, zigomi, capelli, struttura del fisico etc) e come questi particolari siano finemente diversificati......per esempio non è che un naso possa avere due sole possibilità: corto o lungo, ma infinite sfumature.........mi chiedo come il DNA possa contenere tutte queste informazioni fin nei minimi particolari, anche se la sua struttura contiene miliardi di geni e fantastiliadi di atomi, mi sembrano pochi rispetto le infinite informazioni che servono per assemblare un essere vivente.
A me non sembra che il DNA funzioni come una equazione algebrica che con pochi simboli definisce gli infiniti punti che ne compongono la sua rappresentazione grafica, piuttosto come un grafico "bitmap" in cui necessita dare le coordinate di ogni pixel!
Chi mi dà qualche spiegazione tipo istruzioni per la casalinga?
Franco

Ottima domanda, è una delle questioni biologiche che mi appassiona di più e che ha profonde implicazioni evolutive.
Dici bene quando affermi che possibilmente neppure con miliardi di geni si potrebbe controllare tutto con precisione. Questa idea crollò del tutto quando sequenziando il genoma umano si scoprì che aveva "solo" ~27.000 geni rispetto ai ~100.000 del pioppo ad esempio! Che razza di paradosso, esseri così complessi sono controllati da un relativamente basso numero di geni!
Visto che la risposta definitivamente non è nel numero, non può che stare nell'"utilizzo" che se ne fa dei geni. Questa implicazione pare confermata pure dal fatto che abbiamo una similarità del nostro genoma attorno al 96% con le scimmie eppure sotto molti aspetti siamo così dissimili!

La branca di studi contemporanei che si occupa della morfogenesi è l'evo-devo e ci sta svelando un sacco di sorprese su come siamo fatti, ci sviluppiamo e ci evolviamo.
In particolare si è scoperto che durante lo sviluppo animale esistono delle gerarchie di geni. Ovvero esistono dei "master" che controllano un sacco di geni, poi altri che sono controllati dai master, e via di seguito fino al gene che non controlla altri geni e che traduce in opera le istruzioni "impartite" loro dai master (questa mia spiegazione è parecchio approssimativa, ma giusto per capire).
I geni "master" molto alti (se non i più alti) nella gerarchia appartengono prevalentemente alla famiglia degli Omeobox (Hox). Da studi sul moscerino della frutta in particolare si è dimostrato come 8 di essi controllino lo sviluppo della bestiola essendo responsabili dello sviluppo degli 8 segmenti (da anteriore a posteriore) che danno louogo al moscerino. Se la funzione di uno di essi viene a mancare durante il primo sviluppo embrionale può avere effetti letali.
In sostanza e semplificando parecchio, lo sviluppo di una bestiola è dato dall'integrazione nello spazio e nel tempo del segnale (acceso/spento) dato da uno di questi 8 geni Hox. Provate anche solo a immaginarvi le possibili combinazioni di un embrione con 8 cellule durante differenti intervalli di tempo. Ognuna delle cellule può accendere/spegnere uno di questi 8 geni al secondo 1 e accenderne/spegnerne altri al secondo 2, altri ancora al secondo 3, eccetera. Si comprende intuitivamente come anche con un numero limitato di cellule e geni vi è in principio un fantastiliardo di possibili combinazioni/istruzioni spazio/temporali per fare zampe, antenne, ali, addomi, toraci, eccetera.
E 8 cellule è uno dei primissimi passaggi dello sviluppo di un animale!
È facile dunque immaginare come piccole variazioni all'interno di simili network di geni, che in genere sono molto robusti, possono dare origine a strutture morfologiche omologhe ma un pochino differenti.
Esempio inventato e semplificato, per fare il naso le istruzioni genetiche necessarie sono (la freccia -> indica che il gene a monte attiva il gene a valle):

Gene Hox 5 -> mezza attivazione di Hox 4 e 1/3 di Hox 3 -> Gene XXX -> Gene YYY in prossimità di cellula con 1/5 di Gene KKK.

Basta dunque che a livello di Gene KKK ce ne sia 1/6 invece che un 1/5 per avere il naso come quello di Fux89 mentre con 7/8 del Gene YYY invece di un intero si ha il naso di Franco.

Quello che voglio dire con questo esempietto balengo è che il programma genetico per fare il naso è molto robusto e richiede un insieme di interazioni genetiche, ma basta che esista una mutazione in un gene o una variazione di espressione in un altro per modificare la forma della narice, la lunghezza del setto, eccetera. Il naso rimane un naso perché la ricetta genetica è stata seguita a dovere, ma invece di un cucchiaio di zucchero raso ne è stato utilizzato uno colmo. È venuto fuori qualcosa di un pelino più dolce ma la torta è la stessa.

Ben altre invece sono le ripercussioni se cambiamenti nell'espressione/attività avvengono nei geni più a monte. Più si sale nella gerarchia e più sono sufficenti modeste variazioni in pochi geni per sballare/modificare tutto il network.
È un po' come la catena di comando di una nave, se il mozzo sta male ci si può arrangiare per un po' anche senza di lui. Se invece sta male il capitano la faccenda può risultare più complessa.

Uno dei più drammatici esempi dell'influenza che hanno i geni Hox durante lo sviluppo è dato ad esempio da una mutazione nel gene Antennapedia nel moscerino della frautta. Una mutazione in questo gene può trasformare una antenna in una zampa! Non per niente i burloni di ricecatori l'hanno chiamato Antennapedia. In sostanza questa mutazione fa sì che a livello delle antenne si attivi il programma "costruisci zampa" e tutto questo grazie alla mutazione di un singolo gene! Un master gene appunto, che nella sua forma mutata attiva tutti i suoi geni "sottoposti" nel posto e al tempo sbagliato per attivare la ricetta per costruire una zampa.

Qui a sinistra avete la testa del moscerino con le antenne normali, a destra invece la forma mutante con due zampe tra gli occhi.


Se vi interessa approfondire, cosa che vi consiglio di fare, in questo mio post ho solo grattato la superfice. L'Evo-devo offre ben altre sorprese, vi consiglio di leggere uno dei due libri che consiglio qua:

• Le evidenze a favore della teoria dell'evoluzione

In particolare "Infinite forme bellissime", molto semplice da leggere e chiarissimo. Vi aprirà letteralmente nuovi orizzonti.

Gian dei Brughi ha scritto:

franco ha scritto:Salve! io non ho una preparazione in biologia molecolare, sono un volgarissimo ingegnere elettrotecnico, ma se fra noi c'è qualcuno in grado di chiarirmi alcuni concetti gli sarò grato (non eternamente, ma) finchè vivo.
Notando come in alcune famiglie si riconosca a vista la parentela dalla configurazione di diversi particolari fisici (nasi, occhi, zigomi, capelli, struttura del fisico etc) e come questi particolari siano finemente diversificati......per esempio non è che un naso possa avere due sole possibilità: corto o lungo, ma infinite sfumature.........mi chiedo come il DNA possa contenere tutte queste informazioni fin nei minimi particolari, anche se la sua struttura contiene miliardi di geni e fantastiliadi di atomi, mi sembrano pochi rispetto le infinite informazioni che servono per assemblare un essere vivente.
A me non sembra che il DNA funzioni come una equazione algebrica che con pochi simboli definisce gli infiniti punti che ne compongono la sua rappresentazione grafica, piuttosto come un grafico "bitmap" in cui necessita dare le coordinate di ogni pixel!
Chi mi dà qualche spiegazione tipo istruzioni per la casalinga?
Franco

Ottima domanda, è una delle questioni biologiche che mi appassiona di più e che ha profonde implicazioni evolutive.
Dici bene quando affermi che possibilmente neppure con miliardi di geni si potrebbe controllare tutto con precisione. Questa idea crollò del tutto quando sequenziando il genoma umano si scoprì che aveva "solo" ~27.000 geni rispetto ai ~100.000 del pioppo ad esempio! Che razza di paradosso, esseri così complessi sono controllati da un relativamente basso numero di geni!
Visto che la risposta definitivamente non è nel numero, non può che stare nell'"utilizzo" che se ne fa dei geni. Questa implicazione pare confermata pure dal fatto che abbiamo una similarità del nostro genoma attorno al 96% con le scimmie eppure sotto molti aspetti siamo così dissimili!

La branca di studi contemporanei che si occupa della morfogenesi è l'evo-devo e ci sta svelando un sacco di sorprese su come siamo fatti, ci sviluppiamo e ci evolviamo.
In particolare si è scoperto che durante lo sviluppo animale esistono delle gerarchie di geni. Ovvero esistono dei "master" che controllano un sacco di geni, poi altri che sono controllati dai master, e via di seguito fino al gene che non controlla altri geni e che traduce in opera le istruzioni "impartite" loro dai master (questa mia spiegazione è parecchio approssimativa, ma giusto per capire).
I geni "master" molto alti (se non i più alti) nella gerarchia appartengono prevalentemente alla famiglia degli Omeobox (Hox). Da studi sul moscerino della frutta in particolare si è dimostrato come 8 di essi controllino lo sviluppo della bestiola essendo responsabili dello sviluppo degli 8 segmenti (da anteriore a posteriore) che danno louogo al moscerino. Se la funzione di uno di essi viene a mancare durante il primo sviluppo embrionale può avere effetti letali.
In sostanza e semplificando parecchio, lo sviluppo di una bestiola è dato dall'integrazione nello spazio e nel tempo del segnale (acceso/spento) dato da uno di questi 8 geni Hox. Provate anche solo a immaginarvi le possibili combinazioni di un embrione con 8 cellule durante differenti intervalli di tempo. Ognuna delle cellule può accendere/spegnere uno di questi 8 geni al secondo 1 e accenderne/spegnerne altri al secondo 2, altri ancora al secondo 3, eccetera. Si comprende intuitivamente come anche con un numero limitato di cellule e geni vi è in principio un fantastiliardo di possibili combinazioni/istruzioni spazio/temporali per fare zampe, antenne, ali, addomi, toraci, eccetera.
E 8 cellule è uno dei primissimi passaggi dello sviluppo di un animale!
È facile dunque immaginare come piccole variazioni all'interno di simili network di geni, che in genere sono molto robusti, possono dare origine a strutture morfologiche omologhe ma un pochino differenti.
Esempio inventato e semplificato, per fare il naso le istruzioni genetiche necessarie sono (la freccia -> indica che il gene a monte attiva il gene a valle):

Gene Hox 5 -> mezza attivazione di Hox 4 e 1/3 di Hox 3 -> Gene XXX -> Gene YYY in prossimità di cellula con 1/5 di Gene KKK.

Basta dunque che a livello di Gene KKK ce ne sia 1/6 invece che un 1/5 per avere il naso come quello di Fux89 mentre con 1/4 di Hox 3 invece di 1/3 si ha il naso di Franco.

Quello che voglio dire con questo esempietto balengo è che il programma genetico per fare il naso è molto robusto e richiede un insieme di interazioni genetiche, ma basta che esista una mutazione in un gene o una variazione di espressione in un altro per modificare la forma della narice, la lunghezza del setto, eccetera. Il naso rimane un naso perché la ricetta genetica è stata seguita a dovere, ma invece di un cucchiaio di zucchero raso ne è stato utilizzato uno colmo. È venuto fuori qualcosa di un pelino più dolce ma la torta è la stessa.

Uno dei più drammatici esempi dell'influenza che hanno i geni Hox durante lo sviluppo è dato ad esempio da una mutazione nel gene Antennapedia nel moscerino della frautta. Una mutazione in questo gene può trasformare una antenna in una zampa! Non per niente i burloni di ricecatori l'hanno chiamato Antennapedia. In sostanza questa mutazione fa sì che a livello delle antenne si attivi il programma "costruisci zampa" e tutto questo grazie alla mutazione di un singolo gene! Un master gene appunto, che nella sua forma mutata attiva tutti i suoi geni "sottoposti" nel posto e al tempo sbagliato per attivare la ricetta per costruire una zampa.

Qui a sinistra avete la testa del moscerino con le antenne normali, a destra invece la forma mutante con due zampe tra gli occhi.


Se vi interessa approfondire, cosa che vi consiglio di fare, in questo mio post ho solo grattato la superfice. L'Evo-devo offre ben altre sorprese, vi consiglio di leggere uno dei due libri che consiglio qua:

• Le evidenze a favore della teoria dell'evoluzione
  

In particolare "Infinite forme bellissime", molto semplice da leggere e chiarissimo. Vi aprirà letteralmente nuovi orizzonti.

Post molto molto interessante, mi ha anche strappato più di un sorriso riguardo al povero moscerino deforme

Gian dei Brughi ha scritto:
Ottima domanda, è ....................

Franco, a mio avviso hai una riprova che tutto è registrato nel dna. Se consideri il caso dei gemelli omozigoti, che hanno lo stessi dna, unico caso al mondo, sono del tutto uguali, e non solo nell'aspetto fisico, ma anche come carattere e personalità. Il dna perciò contiene perciò le istruzioni per la formazione dell'intero sistema neurologico, che è sicuramente assai più complesso di un naso. Basti pensare alla incredibile complessità del cervello.

chef75sp ha scritto:

Gian dei Brughi ha scritto:
Ottima domanda, è ....................

Mi associo

Fux89 ha scritto:

chef75sp ha scritto:

Gian dei Brughi ha scritto:
Ottima domanda, è ....................

Mi associo

Orsù ragionier Fantocci che fa con li naso lì a terra, il Ramadan è finito da 15 giorni, si alzi si alzi mi facci il piacere!

P.S. Grazie, troppo bbuoni

Grande Gian, mi permetto di segnalare anche tutto il discorso sull'epigenetica e sui caratteri epigenetici (soprattutto per quello che concerne le ossa)