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Copyright © 2006 Zanichelli editore Teoria sintetica dellevoluzione.

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Presentazione sul tema: "Copyright © 2006 Zanichelli editore Teoria sintetica dellevoluzione."— Transcript della presentazione:

1 Copyright © 2006 Zanichelli editore Teoria sintetica dellevoluzione

2 Copyright © 2006 Zanichelli editore Le popolazioni sono le unità su cui agisce levoluzione La popolazione (un gruppo di individui della stessa specie che vivono nello stesso posto nello stesso momento) rappresenta linsieme più piccolo di organismi soggetto allevoluzione. Una specie è un gruppo di individui, generalmente concentrati in popolazioni, che sono in grado di incrociarsi tra loro e produrre prole fertile. Da Darwin alla sintesi moderna

3 Copyright © 2006 Zanichelli editore La genetica delle popolazioni, nata intorno al 1920, è la scienza che si occupa dei cambiamenti genetici delle popolazioni. La sintesi moderna (o teoria sintetica dellevoluzione), sviluppatasi allinizio degli anni Quaranta, è una teoria evolutiva che considera le popolazioni come le unità dellevoluzione e tiene conto di gran parte dei concetti espressi da Darwin. Genetica delle pololazioni

4 Copyright © 2006 Zanichelli editore Linsieme di tutti gli alleli di tutti gli individui che compongono una popolazione, presenti in qualsiasi momento, costituisce il pool genico della popolazione. La microevoluzione è un cambiamento nella frequenza relativa degli alleli nel pool genico di una popolazione. Il pool genico e la microevoluzione

5 Copyright © 2006 Zanichelli editore Le basi della teoria sintetica -Tutti gli organismi discendono da un unico capostipite - Nascono più individui di quanti ne possano sopravvivere -La variabilità individuale è frutto delle mutazioni che, attraverso ricombinazioni alleliche, interazioni geniche e crossing-over, arricchiscono le diverse forme che ogni carattere può assumere -Levoluzione è un fenomeno di popolazione e non opera su un genotipo ma sullintero patrimonio genetico (pool genico) - La selezione naturale preserva le mutazioni vantaggiose, i cui portatori aumenteranno di frequenza da una generazione allaltra, ed elimina più o meno rapidamente quelle svantaggiose.

6 Copyright © 2006 Zanichelli editore In una popolazione che non si evolve il pool genico rimane immutato nel corso delle generazioni In una popolazione che non si evolve il mescolamento di geni che accompagna la riproduzione sessuata non altera la composizione genetica della popolazione. Zampa con membrana Zampa senza membrana Non evoluzione

7 Copyright © 2006 Zanichelli editore Fenotipi GenotipiWWWw ww Numero di animali (totale 500) Frequenze genotipiche 0, , ,04 Numero di alleli del pool genetico (totale 1000) Frequenze alleliche ,8 W 0,2 w 640 W 160 W 160 w 40 w Questo principio è chiamato equilibrio di Hardy- Weinberg e stabilisce che il mescolamento dei geni durante la riproduzione sessuata non altera le frequenze dei diversi alleli in un pool genico. Equilibrio di Hardy-Weinberg

8 Copyright © 2006 Zanichelli editore Ricombinazione degli alleli della prima generazione (genitori) Gameti femminili Frequenze genotipiche Frequenze alleliche 0,64 WW0,32 Ww 0,04 ww 0,8 W 0,2 w Seconda generazione: W femminile p 0,8 w femminile q 0,2 W maschile p 0,8 w maschile q 0,2 Gameti maschili WW p 2 0,64 Ww pq 0,16 wW qp 0,16 ww q 2 0,04 Per verificare lequilibrio di Hardy-Weinberg si possono seguire gli alleli in una popolazione. Equilibrio di Hardy-Weinberg

9 Copyright © 2006 Zanichelli editore Perché una popolazione si mantenga allinterno dellequilibrio di Hardy-Weinberg devono essere soddisfatte le seguenti cinque condizioni: la popolazione deve essere molto vasta; la popolazione deve essere isolata; non devono avvenire mutazioni che alterino il pool genico; laccoppiamento tra gli individui deve essere casuale; tutti gli individui devono avere pari successo riproduttivo; Equilibrio di Hardy-Weinberg

10 Copyright © 2006 Zanichelli editore Lequazione di Hardy-Weinberg è utile nello studio delle malattie genetiche I consultori genetici utilizzano lequazione di Hardy-Weinberg per stimare la percentuale dei soggetti portatori di alleli responsabili di alcune malattie ereditarie. Conoscere la frequenza di un allele dannoso è utile per qualunque programma di sanità pubblica che si occupi di malattie genetiche. Equilibrio di Hardy-Weinberg

11 Copyright © 2006 Zanichelli editore La deriva genetica è un cambiamento nel pool genico di una piccola popolazione. Può alterare le frequenze alleliche in una popolazione. È un esempio di microevoluzione in cui non è coinvolta la selezione naturale. La deriva genetica

12 Copyright © 2006 Zanichelli editore Deriva genetica significa che cè una componente casuale nel successo riproduttivo Riproduzione asessuata; N costante; ogni individuo lascia 1 discendente Riproduzione asessuata; N costante; numero variabile di discendenti La deriva genetica

13 Copyright © 2006 Zanichelli editore Popolazione iniziale Effetto collo di bottiglia Popolazione sopravvisuta Esistono due modi in cui la deriva genetica può avere un effetto sulle frequenze alleliche: leffetto collo di bottiglia; leffetto del fondatore. La deriva genetica

14 Copyright © 2006 Zanichelli editore Simulazione di deriva genetica in popolazioni diploidi di e di 4 individui La deriva riduce la variabilità entro popolazioni e aumenta quella fra popolazioni La deriva genetica

15 Copyright © 2006 Zanichelli editore Perché è importante la deriva genetica? Importanza evolutiva: cambiamento non adattativo, specie in piccole popolazioni Importanza per la conservazione: perdita di diversità genetica, specie in piccole popolazioni Importanza biomedica: alleli patologici altrove rari possono essere comuni in piccole popolazioni

16 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il flusso genico è un altro fattore che può determinare microevoluzione: si verifica quando individui fertili entrano a fare parte di una popolazione o se ne allontanano, oppure quando si verifica un trasferimento di geni; tende a ridurre le differenze genetiche tra le popolazioni. Il flusso genico

17 Copyright © 2006 Zanichelli editore Quandè che una popolazione può dirsi variabile? A B N alleli = 5 N alleli = 2 Quando il genotipo individuale è difficile da prevedere

18 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il flusso genico introduce nuovi alleli nelle sottopopolazioni e riduce le differenze fra sottopopolazioni Flusso genico deriva Flusso genico e deriva hanno effetti opposti

19 Copyright © 2006 Zanichelli editore Anche le mutazioni (cambiamenti casuali nel DNA di un organismo che possono dare origine a un nuovo allele) possono determinare microevoluzione. Le mutazioni sono la causa principale della variabilità genetica e rappresentano il punto di partenza dei processi evolutivi. Il ruolo delle mutazioni

20 Copyright © 2006 Zanichelli editore Allinterno delle popolazioni che si riproducono per via sessuata, alcuni individui (genotipi che presentano caratteristiche più efficienti) generano più figli di altri. In questo modo, la selezione naturale dà luogo al mantenimento dei caratteri che permettono ladattamento di una popolazione al proprio ambiente. Laccoppiamento non casuale

21 Copyright © 2006 Zanichelli editore Gran parte delle popolazioni è caratterizzata da una notevole variabilità Il polimorfismo Molte popolazioni mostrano polimorfismo, diverse varianti di una caratteristica fenotipica. Variabilità e selezione naturale

22 Copyright © 2006 Zanichelli editore Oltre alle variazioni allinterno delle popolazioni, nella maggior parte delle specie esistono variazioni tra le popolazioni. Le popolazioni possono mostrare anche variazioni geografiche. Talvolta un cambiamento geografico progressivo dà origine a un cline, cioè a una variazione graduale di una caratteristica ereditaria. Il cline o variazione geografica

23 Copyright © 2006 Zanichelli editore Variazioni clinali Esempi di variazioni clinali note sono: la legge di Bergmann: nelle specie omeoterme, la dimensione degli individui aumenta all'aumentare della latitudine o del rigore del clima (caratteristica favorita dal miglior rapporto volume/superficie, che riduce in proporzione la dispersione termica) la legge di Allen: nelle specie omeoterme la dimensione delle appendici (orecchie, coda, naso...) diminuisce all'aumentare della latitudine o del rigore del clima la legge di Gloger: la pigmentazione degli individui di una specie tende ad aumentare negli ambienti dove la radiazione solare è più intensa e il clima più umido.

24 Copyright © 2006 Zanichelli editore Per misurare la variabilità genetica, i genetisti prendono in considerazione: la variabilità a livello di geni (media percentuale di loci genici eterozigoti in una popolazione); la variabilità nei nucleotidi (confronto delle sequenze nucleotidiche in campioni di DNA). Misura della variabilità genetica

25 Copyright © 2006 Zanichelli editore Le mutazioni e la ricombinazione sessuale sono alla base della variabilità genetica Le mutazioni possono creare nuovi alleli. Una mutazione genica puntiforme può essere innocua se avviene in un tratto di DNA che non influenza la funzione della proteina codificata. Le (mutazioni) anomalie cromosomiche si originano nel corso della meiosi, coinvolgono tratti di DNA abbastanza lunghi e sono quasi certamente dannose. Misura della variabilità genetica

26 Copyright © 2006 Zanichelli editore A1A1 A2A2 A1A1 A3A3 A1A1 A1A1 A2A2 A3A3 A2A2 A1A1 A3A3 e X Genitori Meiosi Gameti Fecondazione Prole con nuove combinazioni di alleli La ricombinazione sessuale produce variazioni mescolando gli alleli durante la meiosi. Misura della variabilità genetica

27 Copyright © 2006 Zanichelli editore La selezione naturale influenza la variabilità genetica La presenza di due corredi di cromosomi negli eucarioti diploidi impedisce che le popolazioni diventino geneticamente uniformi. Negli eterozigoti lallele recessivo è mascherato dallallele dominante e protetto dalla selezione naturale. L«oscuramento» da parte degli alleli dominanti permette a un gran numero di alleli recessivi di rimanere in un pool genico. Il ruolo della selezione naturale

28 Copyright © 2006 Zanichelli editore Negli organismi diploidi la variabilità genetica può essere preservata proprio dalla selezione naturale. Quando la selezione naturale mantiene stabile per lunghi periodi di tempo la frequenza di due o più fenotipi in una popolazione si parla di selezione bilanciante. Questi poliformismi bilanciati possono essere il risultato della cosiddetta superiorità delleterozigote o della selezione frequenza- dipendente. Superiorità delleterozigote

29 Copyright © 2006 Zanichelli editore Correlazione fra la frequenza di HbS e la malaria wHb/Hb = 0.88; wHb/HbS = 1.0 wHbS/HbS = 0.14

30 Copyright © 2006 Zanichelli editore Esistono variazioni neutrali, cioè variazioni di una caratteristica ereditaria che non favorisce selettivamente alcuni individui rispetto ad altri. Le variazioni neutrali

31 Copyright © 2006 Zanichelli editore Le specie a rischio di estinzione presentano spesso una scarsa variabilità Le specie in pericolo destinzione sono caratterizzate da una bassa variabilità genetica. La bassa variabilità genetica può ridurre la capacità di alcune specie (come il ghepardo) di sopravvivere ai cambiamenti che gli esseri umani causano nel loro ambiente. Il rischio estinzione

32 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il successo riproduttivo dipende dalla trasmissione dei geni Il successo riproduttivo, o fitness, è il contributo di un individuo al pool genetico della generazione successiva rispetto a quello di altri individui. Gli individui più avvantaggiati in un determinato contesto evolutivo sono quelli che contribuiscono maggiormente con i loro geni alla generazione seguente. La fitness


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