sistematica molecolare

sistematica molecolare

sistemàtica molecolare locuz. sost. f. – Approccio sistematico che consente di ricostruire il percorso evolutivo delle specie in base a dati genetico-molecolari anziché morfologici. I risultati delle analisi genetico-molecolari consentono la costruzione di 'alberi molecolari', attraverso i quali si può misurare la distanza genetica tra gli organismi e quindi studiarne l'evoluzione molecolare. Infatti, in un albero molecolare gli individui analizzati vengono raggruppati in base alle modificazioni strutturali che si sono accumulate nelle molecole biologiche (acidi nucleici e proteine) omologhe (discendenti di un antenato comune) durante l'evoluzione di gruppi tassonomici distinti. Questo rappresenta uno studio lungo la 'genealogia del gene' (o, per estensione, segmento di DNA), ossia un'analisi delle modificazioni subite da uno stesso tratto di DNA durante l'evoluzione dei gruppi tassonomici che ne sono portatori. In questo scenario, con l’obiettivo di fornire una standardizzazione alla classificazione molecolare, è nato e si è sviluppato il progetto Barcode of life (v. DNA barcoding).

Il concetto di specie. ‒ Le singole specie sono unità di base che i biologi usano per dividere il mondo in entità distinte e riconoscibili. Esse rappresentano le unità fondamentali di confronto praticamente in tutti i sottocampi della biologia, dall’anatomia all’etologia, allo sviluppo, all’ecologia, all’evoluzione, alla genetica, alla biologia molecolare, alla paleontologia, alla fisiologia e alla sistematica. La misura di diversità più comunemente usata è infatti la diversità di specie. Pur essendo un concetto ampiamente diffuso, attualmente manca il consenso su una definizione generale e univoca di quello che costituisce una specie. Secondo il concetto biologico di specie, fondato su quello di flusso genico, due comunità possono essere considerate appartenenti a due specie diverse se non si scambiano geni. Questo concetto, pur essendo molto efficace per un gran numero di specie, presenta evidenti limitazioni: basti pensare, infatti, che non è applicabile per i gruppi che non hanno una riproduzione sessuale (per es., gli eubatteri). Inoltre, alcune difficoltà oggettive nella stima dell’isolamento genetico rendono difficile la sua applicazione anche tra gli organismi sessuati. Il concetto morfologico di specie, affidandosi alla selezione che assicura la sopravvivenza preferenziale degli individui tipici di una specie, si basa sulle differenze morfologiche. I suoi limiti vanno cercati nella difficoltà sia di definire in maniera obiettiva le caratteristiche morfologiche di una specie sia di distinguere le cosiddette sibling species che, pur essendo isolate dal punto di vista riproduttivo, sono molto simili tra loro poiché la loro separazione è molto recente.

Tassonomia molecolare. ‒ Gli organismi viventi sono stati descritti e classificati in base al concetto di specie, riferendosi dapprima alle loro caratteristiche morfologiche e successivamente alle caratteristiche concernenti il loro sviluppo embrionale. I biologi, seguendo approcci non molecolari, hanno descritto circa 1.700.000 specie, a fronte di un numero variabile tra i 10.000.000 e i 100.000.000 di specie che popolano il nostro pianeta. Dopo la scoperta del DNA e soprattutto con l’avvento della cosiddetta era genomica, le ricerche sulla biodiversità si sono concentrate sulle macromolecole contenenti informazione (DNA, RNA e proteine), con il proposito di capire le basi molecolari della diversità biologica. Molte proprietà descritte dalla biologia classica sono state confermate a livello molecolare e, tra queste, la distribuzione non omogenea della variabilità biologica. La moderna sistematica continua a integrarsi in toto con la biologia evolutiva. Tuttavia, la classificazione su base genetico-molecolare non è semplice, soprattutto perché il nostro livello di conoscenza è ancora molto limitato e tutte quelle discipline oggi raggruppate sotto il termine di omics  – ovvero genomica, proteomica, trascrittomica, ecc. – sono, in fondo, ancora a un livello troppo elementare. In teoria, per la tassonomia molecolare sarebbe ideale conoscere la sequenza nucleotidica completa del DNA nucleare di ogni specie, addirittura di ogni organismo: sappiamo che è possibile, ma per il momento non appare semplice ed è estremamente costoso, anche se la tecnologia sta progredendo a un ritmo molto rapido. Questa genomica, detta verticale, sta comunque già insegnando molte cose, tra cui il fatto che anche tra specie molto vicine in termini di distanza genetica ci sono enormi differenze per quanto riguarda le proprietà basilari del DNA, a cominciare dalle sue dimensioni, dal contenuto in geni e dalla loro fine struttura. Va ricordato che negli organismi eucarioti (ossia dotati di nucleo e organelli citoplasmatici) le cellule posseggono più di un genoma. Infatti, oltre al genoma nucleare vi è quello mitocondriale e, nelle cellule vegetali, anche il genoma contenuto nei plastidi e cloroplasti. Questi genomi hanno il vantaggio di essere di dimensioni molto più piccole di quelli nucleari e più semplici come struttura. Tuttavia, anche per i genomi mitocondriali e cloroplastici siamo molto lontani dal conoscerne la completa sequenza in tutti gli organismi.

Biodiversità molecolare. ‒ Lo studio della diversità molecolare è incentrato sul modo in cui essa è distribuita nello spazio e conservata, ottenuta o persa nel corso del tempo. Questo vasto campo di studio comprende aree disciplinari diverse ma connesse tra loro. Non dobbiamo dimenticare che biodiversità è vita o, piuttosto, che vita è , poiché senza di essa non potrebbero esserci organismi viventi sul pianeta Terra. Infatti, la tutela della biodiversità e la gestione delle informazioni a essa correlate rappresentano un nodo cruciale per lo sviluppo sostenibile della società contemporanea; per es., le attività produttive moderne di una data regione non possono prescindere dall’analisi della diversità biologica autoctona. Purtroppo invece la biodiversità è continuamente minacciata e, particolarmente nei paesi più sviluppati, è in costante diminuzione. Il mantenimento e la gestione della biodiversità richiedono che ne siano descritti efficacemente e in modo globale i vari aspetti per poterne poi predire le direzioni future. Tale compito potrà essere svolto con successo dalla nuova, emergente disciplina della biodiversità molecolare, ma potrà essere adempiuto soltanto se si terrà conto dei contributi delle discipline più ‘vecchie’, come tassonomia, biologia molecolare ed ecologia. A questo punto la sfida più grande per la conservazione della biodiversità è proprio nel riuscire a instaurare un’efficace simbiosi tra queste aree di ricerca, e in questo contesto è fondamentale l’ausilio della bioinformatica.