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Copyright © 2006 Zanichelli editore Più di un milione di specie viventi sono note, alcuni milioni di specie devono, forse, ancora essere scoperte. Parecchi.

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1 Copyright © 2006 Zanichelli editore Più di un milione di specie viventi sono note, alcuni milioni di specie devono, forse, ancora essere scoperte. Parecchi milioni di specie sono vissute nel passato e si sono estinte Come sono comparse così tante specie diverse? E Perché?

2 Copyright © 2006 Zanichelli editore È possibile dare una risposta a queste domande applicando il metodo scientifico? Osservazione di fatti Raccolta di dati Interpretazione dei dati e formulazione di una ipotesi Verifica sperimentale??? due le ipotesi: 1.Fissista: tutte le specie sono state create così come noi le conosciamo e non si sono mai trasformate. 2. Evoluzionistica: tutte le specie discendono da un antenato comune

3 Copyright © 2006 Zanichelli editore Evoluzione cosmica – evoluzione biologica

4 Copyright © 2006 Zanichelli editore Evoluzionisti Anassimandro ( a.C.) pensava che la vita derivasse dall’acqua e che le forme di vita più semplici avessero preceduto le più complesse. Lucrezio I sec. a.C.nel suo De rerum natura riprendeva la teoria di Epicuro e ammetteva un’incessante divenire della natura. Anche Empedocle espresse un’idea non statica delle origini degli esseri viventi che aprì la strada al pensiero di Platone. Aristotele ( a.C.) Esiste una Scala Naturae degli esseri viventi creati da un atto divino. La cultura ebraico-cristiana condivise questo principio; anche perché secondo una approssimativa interpretazione di un passo della Bibbia Dio aveva creato il mondo alle ore 9 del mattino del 26 ottobre, del 4004 a.C. Fissisti Cosa pensavano gli antichi filosofi greci?

5 Copyright © 2006 Zanichelli editore Fissisti del XVIII sec. Carlo Linneo (1707 – 1778) 1735 Sistema Nature “ Tot numeramus species quot a principio creavit infinitum Ens” Il principio di fissità delle specie dominò la cultura occidentale fino alla seconda metà del XVIII sec. La teoria del creazionismo era sostenuta da filosofi, teologi, scienziati, tra i quali il naturalista Carl von Linnè

6 Copyright © 2006 Zanichelli editore Fissisti Georges Cuvier ( ) – paleontologo dei vertebrati Louis Agassiz ( 1807 – 1873) -creazionismo XIX sec. in campo biologico resistono ancora idee fissiste

7 Copyright © 2006 Zanichelli editore Cuvier e le teorie del catastrofismo Georges Cuvier ( ), fondatore della paleontologia dei vertebrati, spiegava la scomparsa di specie presenti un tempo sulla Terra attraverso la teoria del catastrofismo Secondo Couvier si sarebbero verificate 27 catastrofi; l’ultima sarebbe stata il diluvio universale

8 Copyright © 2006 Zanichelli editore Evoluzionisti del XIXsec. J.B. Lamarck ( ) – impulso inconscio verso l’alto della Scala Naturae Philosophie zoologique 1809 C. A.R.Wallace ( )

9 Copyright © 2006 Zanichelli editore L’evoluzionismo secondo Lamarck Jean-Baptiste Lamarck ( ) formulò una teoria sull’evoluzione coerente e sistematica, secondo la quale le specie si evolvono tramite l’interazione con l’ambiente. Il punto debole della teoria risiedeva nella convinzione che le caratteristiche acquisite in tal modo fossero trasmissibili alla progenie. Figura 13.1C

10 Copyright © 2006 Zanichelli editore La teoria di Lamarck 1809 Teoria della necessità nuovi bisogni  nuovi caratteri Teoria dell’uso e del non uso Teoria dell’ ”ereditarietà” dei caratteri acquisiti

11 Copyright © 2006 Zanichelli editore Darwin ( 1809 – 1882) Indirizzato dal padre agli studi di medicina, Charles focalizzò i propri interessi sulla storia naturale. A causa dei deludenti risultati scolastici, il padre decise che Charles si sarebbe dedicato alla vita ecclesiastica e lo mandò a Cambridge per proseguire gli studi. Qui frequentò lezioni di botanica, iniziò a collezionare e classificare insetti e apprese le prime conoscenze di geologia. Nel 1831, all’età di 22 anni partì, sul brigantino inglese Beagle, come naturalista di bordo, per un viaggio intorno al mondo.

12 Copyright © 2006 Zanichelli editore Il viaggio con il Beagle Durante il suo viaggio durato cinque anni ( ) Darwin osservò le somiglianze tra organismi viventi e fossili e la diversità della vita fra continenti e isole.

13 Copyright © 2006 Zanichelli editore Galapagos Settembre- Ottobre 1835 Galapagos Quasi 4 anni dopo l’inizio del viaggio, il Beagle raggiunse le isole Galapagos, un arcipelago vulcanico a 900 km dalle coste occidentali del Sudamerica.

14 Copyright © 2006 Zanichelli editore Le isole Galapagos si rivelarono un vero e proprio laboratorio dell’evoluzione, dove gli effetti dell’isolamento e della selezione naturale si potevano e si possono toccare con mano

15 Copyright © 2006 Zanichelli editore

16 Tartarughe fregate, iguane, Sula dalle zampe blu Geochelone elephantopus vandenburghi

17 Copyright © 2006 Zanichelli editore 1835 Galapagos L’attenzione di Darwin fu attirata dalla differenza nella forma delle corazze delle tartarughe giganti, diverse da un’isola all’altra, tanto che la gente del luogo era in grado di stabilire da quale isola provenisse la tartaruga osservando la forma della corazza. Tartaruga con corazza a forma di sella Tartaruga con corazza a forma di cupola

18 Copyright © 2006 Zanichelli editore Darwin osservò che la maggior parte delle specie insulari era simile, ma non uguale, alle piante e agli animali della terraferma più vicina. Oltre a ciò, anche le singole isole dell’arcipelago ospitavano alcune specie vegetali e animali diverse da quella delle altre isole Galapagos

19 Copyright © 2006 Zanichelli editore Dalla pratica alla teoria I beni di sostentamento crescono secondo una progressione lineare Tornato in Inghilterra nel 1836, Darwin si dedicò per un ventennio ad una attenta analisi di tutto ciò che aveva raccolto durante il suo viaggio. Nel 1838, lesse un saggio sulle popolazioni umane scritto qualche decennio prima dall’economista inglese Thomas Malthus che sosteneva che, senza le guerre o le malattie, gli esseri umani aumenterebbero fino ad esaurire le risorse di cibo; La popolazione cresce in modo esponenziale questo porterebbe ad una lotta per la sopravvivenza in cui solo i più intelligenti, forti e vigorosi sopravvivrebbero a differenza dei più deboli che morirebbero.

20 Copyright © 2006 Zanichelli editore Nel 1844 scrisse Sull’origine delle specie mediante selezione naturale un saggio di 200 pagine in cui descrisse i principi della sua teoria dell’evoluzione parlando di discendenza con modificazioni. Darwin comprese che le idee di Malthus potevano essere applicate a tutte le specie viventi: la produzione di un numero di discendenti maggiore di quello che l’ambiente può sostenere porta ad una lotta per l’esistenza. Comprese anche che la lotta per la sopravvivenza può verificarsi non solo tra specie diverse, ma anche tra creature della stessa specie: il risultato di tutto ciò è la formazione di una nuova specie. ma non lo rese pubblico

21 Copyright © 2006 Zanichelli editore Dopo l’uscita, nel 1859, di “On the Origin of Species by Means of Natural Selection”; Seguirono anni di discussioni accanite e decise prese di posizione: nell'ambito scientifico, l'idea di evoluzione, ebbe una sostanziale accettazione, mentre maggiori resistenze incontrò il concetto di "selezione naturale". Molto più decisa fu l'opposizione degli ambienti religiosi, che restavano legati all'interpretazione della Bibbia.

22 Copyright © 2006 Zanichelli editore 13.3 Secondo Darwin la selezione naturale è alla base dei meccanismi dell’evoluzione Darwin osservò che gli organismi di tutte le specie: hanno la tendenza a produrre prole in eccesso, con un numero di individui superiore a quello che l’ambiente può sostenere; variano in molte caratteristiche individuali che possono essere ereditate (trasmesse da una generazione a quella successiva). L’elevato numero di uova dà un’idea del potenziale riproduttivo di una singola coppia

23 Copyright © 2006 Zanichelli editore Secondo Darwin la selezione naturale è alla base dei meccanismi dell’evoluzione LA SELEZIONE NATURALE Si basa sui seguenti punti: Tutte le specie producono prole in eccesso (superproliferazione) Gli individui della stessa specie presentano differenze (variabilità) Solo alcune variazioni sono trasmesse ai figli Non tutti gli individui si riproducono Sopravvive il “più forte” e si riproduce il “migliore” (lotta per la sopravvivenza).

24 Copyright © 2006 Zanichelli editore Darwin: l'evoluzione è una trasformazione  continua senza salti nel passaggio da un tipo di vivente a uno successivo,  basata su una reale varietà di individui: non su diverse manifestazioni, imperfette, di uno stesso tipo,  affidata al caso e alla competizione: due fasi estranee a qualunque progetto di perfezionamento (quante linee evolutive si sono estinte!).

25 Copyright © 2006 Zanichelli editore Charles Darwin 1959 “L’origine della specie per opera della selezione naturale” Superproliferazione Variabilità continua all’interno della specie Selezione naturale e lotta per l’esistenza L’evoluzione è un processo lento, casuale, continuo hanno come risultato l’adattamento

26 Copyright © 2006 Zanichelli editore Gli individui presentano differenze

27 Copyright © 2006 Zanichelli editore Alcune variazioni sono trasmesse ai figli

28 Copyright © 2006 Zanichelli editore Figura 13.3A Incroci condotti dall’uomo per migliaia di anni (selezione artificiale) Cane ancestrale (simile al lupo) Figura 13.3B La selezione artificiale Darwin trovò prove convincenti a sostegno delle sue teorie osservando i risultati della selezione artificiale, cioè la coltivazione e l’allevamento selettivi di piante e animali.

29 Copyright © 2006 Zanichelli editore allevatori e coltivatori da sempre usano questa pratica selezionando i fenotipi migliori per accentuare la qualità cercata

30 Copyright © 2006 Zanichelli editore esempio : 1.Variabilità nei caratteri: alcuni coleotteri sono verdi e altri marroni. 2.Differenze nella riproduzione. Poiché l’ambiente non può sostenere una crescita illimitata della popolazione, non tutti gli individui si riproducono secondo il loro pieno potenziale. In questo esempio, i coleotteri verdi tendono ad essere mangiati dagli uccelli. 3.Ereditarietà. I coleotteri marroni che sopravvivono producono prole marrone perché questo carattere ha basi genetiche. 4.Risultato finale: il tratto più vantaggioso, la colorazione marrone, che permette ai coleotteri di avere un numero maggiore di discendenti, diventa più comune nella popolazione dei coleotteri. Se questo processo continua, alla fine tutti gli individui della popolazione saranno marroni. Come agisce la selezione naturale

31 Copyright © 2006 Zanichelli editore CARATTERI GENERALI DEL DARWINISMO La teoria di Darwin sulle modalità dell’evoluzione può essere sintetizzata in questo modo: a)variabilità: b) superproliferazione: c) sopravvivenza: d) selezione naturale: e) adattamento: f) gradualismo: esistono negli aspetti morfologici degli individui viventi possibilità di variazioni, la cui origine è sconosciuta; è dimostrata la tendenza degli organismi ad accrescersi numericamente secondo una proporzione geometrica; tuttavia lo sviluppo delle varie specie risulta limitato; vi è quindi una lotta-selezione per l’esistenza; in questa lotta l’ambiente isola, per selezione naturale, gli individui con varianti idonee, determinando, con il succedersi delle generazioni, l’origine di una nuova specie; la specie si forma in maniera graduale.

32 Copyright © 2006 Zanichelli editore Lamarck e Darwin a confronto Lamarck  L’organismo si modifica dopo l’ambiente; Darwin  l’organismo presenta già delle modificazioni;  Il processo evolutivo è efficiente e rapido;  Si evolve la popolazione (unità della modificazione evolutiva).  Si evolve l’individuo;  Il processo evolutivo riunisce il caso ( variabilità) e la necessità (selezione);

33 Copyright © 2006 Zanichelli editore Che cos’è l’evoluzione? L’evoluzione consiste nel cambiamento genetico di una popolazione nel corso del tempo Variazioni genotipiche spesso producono variazioni fenotipiche Non tutte le variazioni che osserviamo nel fenotipo sono regolate dal genotipo Acque tranquille → conchiglia a cono basso patella Acque turbolente → conchiglia a cono più alto

34 Copyright © 2006 Zanichelli editore 13.4 Lo studio dei fossili fornisce prove a favore dell’evoluzione I fossili e la documentazione fossile, ossia la serie ordinata di fossili che affiorano dagli strati di rocce sedimentarie, forniscono una delle prove più importanti dell’evoluzione. Le prove dell’evoluzione Figura 13.4A-F

35 Copyright © 2006 Zanichelli editore Figura 13.4G La documentazione fossile testimonia che gli esseri viventi si sono evoluti in una sequenza cronologica.

36 Copyright © 2006 Zanichelli editore Alcune discipline scientifiche sono di supporto allo studio dei fossili nel sostenere la teoria evolutiva. La biogeografia, la distribuzione geografica delle specie, suggerì per prima a Darwin che gli organismi si evolvono da antenati comuni Le prove dell’evoluzione: la distribuzione geografica Darwin notò, infatti, che gli animali delle Galápagos assomigliavano di più alle specie continentali che agli animali di altre isole tropicali (con un ambiente più simile). Il motivo è che le specie delle Galápagos si sono evolute da specie provenienti dal Sudamerica.

37 Copyright © 2006 Zanichelli editore Esistono molti altri esempi in cui la distribuzione geografica delle specie si può spiegare solo in un contesto evolutivo. Per esempio, l’Australia ospita moltissime specie vegetali e animali esclusive di quell’area geografica (endemiche), che si sono evolute in relativo isolamento rispetto agli altri continenti. Tra i mammiferi endemici vi sono marsupiali come canguri e koala, che hanno avuto origine dopo che il continente australiano si è separato dalle altre terre emerse.

38 Copyright © 2006 Zanichelli editore Lo studio dall’anatomia comparata (la disciplina che mette a confronto le strutture corporee di specie diverse) mette in evidenza la presenza in animali diversi di organi omologhi, cioè di organi che hanno una struttura di base comune pur svolgendo funzioni molto diverse. Somiglianze anatomiche che accomunano le specie costituiscono un indicatore di discendenza comune. Le prove dell’evoluzione: le somiglianze strutturali

39 Copyright © 2006 Zanichelli editore Per esempio, gli arti anteriori di tutti i mammiferi sono costituiti dalle stesse parti scheletriche. Le braccia dell’uomo, le zampe del gatto, le pinne della balena e le ali del pipistrello hanno tutte la stessa architettura ossea. Le prove dell’evoluzione: le somiglianze strutturali È evidente che tutti questi arti derivano da un arto ancestrale, presente in un antenato comune, che si è poi specializzato a svolgere, nei diversi animali, attività particolari come il volo, la corsa, il nuoto, la presa.

40 Copyright © 2006 Zanichelli editore Anatomia comparata

41 Copyright © 2006 Zanichelli editore Le strutture omologhe derivano dallo stesso abbozzo embrionale. Spesso le strutture omologhe hanno funzioni diverse. Specie umana Gatto Balena Pipistrello Figura 13.5A

42 Copyright © 2006 Zanichelli editore Occhio di vertebrato e occhio di cefalopode ?

43 Copyright © 2006 Zanichelli editore I muscoli orripilatori (erettori del pelo). Negli animali con pelo folto permettono di aumentare la capacità coibentante della pelliccia e, in certi casi, di apparire più massicci ai nemici. Il coccige residuo della coda I tubercoli di Darwin (in una piccola percentuale della popolazione): residuo dell'articolazione grazie alla quale gli animali possono muovere e orientare i padiglioni auricolari L'appendice cecale residuo di una parte ancestrale di intestino Organi vestigiali nell’uomo

44 Copyright © 2006 Zanichelli editore Plica semilunare, residuo della membrana nittitante che in altri mammiferi, negli uccelli, nei rettili e negli anfibi è molto più sviluppata e può essere distesa sull'occhio, a palpebra aperta, svolgendo una funzione di protezione e lubrificazione. Organi vestigiali nell’uomo rana

45 Copyright © 2006 Zanichelli editore L’embriologia comparata Lo studio delle strutture che compaiono durante lo sviluppo dei diversi organismi, chiamato embriologia comparata, fornisce ulteriori prove delle origini comuni dei viventi. Spesso, infatti, le specie strettamente imparentate presentano stadi simili nel loro sviluppo embrionale. Prove dell’evoluzione: le somiglianze nello sviluppo E. Heackel: l’ontogenesi ricapitola la filogenesi

46 Copyright © 2006 Zanichelli editore Un supporto alla teoria dell’evoluzione è stato fornito recentemente dalla biologia molecolare, la disciplina che paragona sequenze di DNA e proteine in organismi differenti. Le specie che risultano strettamente correlate hanno in comune una percentuale di DNA e di proteine maggiore rispetto alle specie non imparentate. Prove dell’evoluzione: la biologia molecolare

47 Copyright © 2006 Zanichelli editore COLLEGAMENTI 13.6 La selezione naturale in azione Una mantide orchidea (Malesia) Una mantide foglia (Costa Rica) Figura 13.6A Il mimetismo degli insetti che si sono evoluti in ambienti molto diversi è un esempio di adattamento evolutivo e dei risultati ottenuti dalla selezione naturale.

48 Copyright © 2006 Zanichelli editore I fringuelli delle isole Galàpagos Nelle isole Galapagos vivono tredici specie di fringuelli ciascuna caratterizzata da una morfologia, una dimensione e soprattutto una conformazione del becco completamente diversa dalle altre, in base all'alimentazione ed allo stile di vita condotto. I quattro principali tipi di becco dei fringuelli di Darwin.

49 Copyright © 2006 Zanichelli editore 1. Applicazione del pesticida Individuo resistente Gene che conferisce resistenza al pesticida 3. Le successive somministrazioni dello stesso pesticida saranno sempre meno efficaci e il numero di individui resistenti nella popolazione di insetti aumenterà progressivamente Finora sono stati descritti oltre 100 casi diversi di selezione naturale in atto. Si può osservare l’evoluzione in azione? Un esempio è la comparsa della resistenza agli insetticidi negli insetti considerati nocivi. 2. La maggior parte muore. I pochi insetti sopravvissuti ai primi trattamenti sono invece individui provvisti di geni per la resistenza all’insetticida.


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