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BOTANICA SISTEMATICA Alessandro Petraglia Corso di Laurea - Biologia Ecologica Lezione 1 – Fondamenti generali Metrosideros umbellata Cav.

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Presentazione sul tema: "BOTANICA SISTEMATICA Alessandro Petraglia Corso di Laurea - Biologia Ecologica Lezione 1 – Fondamenti generali Metrosideros umbellata Cav."— Transcript della presentazione:

1 BOTANICA SISTEMATICA Alessandro Petraglia Corso di Laurea - Biologia Ecologica Lezione 1 – Fondamenti generali Metrosideros umbellata Cav.

2 La BOTANICA è la scienza che assomma le conoscenze relative al mondo dei vegetali La BOTANICA SISTEMATICA è la scienza che ha per oggetto la DIVERSITA dei vegetali La SISTEMATICA è lo studio comparativo degli organismi e delle loro variazioni Oggetto della sistematica è lo studio della variabilità e la ricerca dei gruppi di diversità naturali Fondamenti generali

3 La molteplicità delle forme di vita è difficilmente quantificabile specie vegetali Oltre di specie animali Tale ricchezza di forme non si manifesta come un continuum, ma con gruppi di individui affini più o meno chiaramente delimitati luno dallaltro 0 Tempo Divergenza hirsuta L. Planta L. glabra DC. 1a2cb Modello di gruppo ipotetico di piante affini Individuare queste discontinuità è alla base dellindividuazione dei gruppi di individui affini e, quindi, di un sistema di inquadramento gerarchico dei viventi Questi limiti sono determinati da lacune morfologiche e, quindi, da discontinuità Fondamenti generali

4 2 1 La nascita della moderna tassonomia risponde alla necessità di Ordinare i viventi in un sistema di classificazione univoco Semplificare, dando origine a categorie omogenee La TASSONOMIA è lo studio teoretico della classificazione, incluse le sue basi, i principi, le procedure e le leggi La TASSONOMIA è la scienza della classificazione Fondamenti generali

5 Le due scienze concorrono a costruire un sistema che consenta di avere una percezione sintetica della diversità dei viventi La TASSONOMIA si preoccupa di costruire un sistema di classificazione formato da GRUPPI GERARCHICI detti Mentre la sistematica individua in natura gruppi reali e concreti ( = unità sistematiche = gruppi di diversità), la tassonomia stabilisce, per mezzo di norme, entità convenzionali ( = unità tassonomiche) per la gestione delle informazioni. TAXA entro cui inserire, attraverso le regole di nomenclatura, le unità sistematiche Fondamenti generali

6 Quali operazioni bisogna effettuare per organizzare i gruppi di individui affini in modo scientifico e universalmente valido? Cercano di dare una risposta a queste domande 1. Biologia della riproduzione 2. Genetica 3. Teoria dellevoluzione 4. Sistematica e filogenetica 5. Classificazione e nomenclatura 0 Tempo Divergenza hirsuta L. Planta L. glabra DC. 1a2cb Quali modalità di riproduzione e moltiplicazione si sono sviluppate negli organismi viventi? Come si può spiegare la graduale somiglianza degli organismi viventi e da questa trarre conclusioni sulla filogenesi? Quali sono le basi dellaffinità e della variazione nellambito delle popolazioni e come si determinano isolamento e discontinuità? Lorigine dei gruppi affini è il risultato della differenziazione parentale nel corso della filogenesi? Quali processi possono spiegare il fenomeno? Fondamenti generali

7 Biologia della riproduzione – Riproduzione e moltiplicazione Tutti i processi vitali degli organismi sono finalizzati alla conservazione della specie Modalità riproduttive Moltiplicazione, crescita e diffusione Vegetativa (asessuata) Duplicazione del genotipo Mitosi Divisione cellulare discendenti con genotipo identico cloni Generativa (sessuata) Meiosi Gametogenesi (cellule germinali n) Fusione dei gameti ricombinazione del patrimonio genetico parentale Biologia della riproduzione

8 Genetica – Affinità e variazione Genetica La base molecolare dellereditarietà è costituita, in tutti gli esseri viventi, dal DNA Linformazione ereditaria contenuta nel DNA diviene attiva mediante la sua capacità di guidare la sintesi delle proteine e, di conseguenza, di tutti i processi vitali Laspetto di ciascun individuo (fenotipo) risulta dalla continua interazione tra le informazioni contenute nel genotipo e lambiente esterno Linformazione genetica si trasmette mediante le cellule germinali o la riproduzione vegetativa Le basi concrete dellaffinità sono da ricercare nelle linee germinali a livello di cellule o di organismi

9 Genetica Il mantenimento del legame genetico fra una generazione e quella successiva è garantito dalla trasmissione delle cellule germinali e del patrimonio ereditario in esse contenuto Tutti gli individui fra cui avviene una trasmissione di patrimonio genetico ereditario sono quindi affini geneticamente e costituiscono una POPOLAZIONE La trasmissione del materiale genetico passa attraverso meccanismi nei quali, per vari motivi, possono avvenire cambiamenti dellinformazione trasmessa Questi cambiamenti sono alla base della variazione presente allinterno di individui affini appartenenti alla stessa popolazioni e sono le stesse forze che guidano la formazione di nuove affinità in popolazioni differenti

10 Teoria dellevoluzione – Formazione dei gruppi di individui affini Teoria dellevoluzione Da un punto di vista storico le popolazioni rappresentano delle comunità parentali fra cui intercorre un nesso spazio-temporale In queste comunità il genotipo (e il fenotipo) variano gradualmente in seguito a modificazioni del patrimonio ereditario o in seguito alle forze della selezione naturale Questa novità post-darwiniana conduce ad una nuova visione dello sviluppo delle popolazioni e allinterpretazione dellorigine delle specie secondo linee filetiche (o filogenetiche) In altre parole, assumono un ruolo fondamentale le linee di derivazione dei differenti taxa Linsorgere di barriere di varia natura determina linterruzione degli incroci e la disgregazione delle comunità parentali Limpossibilità di effettuare incroci tra individui della stessa popolazione è la driving force principale ed iniziale che determina linsorgere di discontinuità

11 Teoria dellevoluzione Laffinità filogenetica più o meno stretta è determinata dallinterruzione più o meno antica delle connessioni delle linee germinali fra le comunità parentali Le stirpi (o comunità affini) attuali sono riunite tramite stirpi ancestrali che risalgono ad un passato remoto in una gerarchia spazio-temporale del tutto concreta Attraverso la filogenesi è possibile risalire ai momenti di separazione cercando di comprendere quali siano stati i momenti e le cause dellinterruzione della connessione delle linee germinali delle comunità parentali Questa tesi viene oggi generalmente riconosciuta come Divergence Time TEORIA DELLEVOLUZIONE

12 Teoria dellevoluzione Laffinità filogenetica più o meno stretta è determinata dallinterruzione più o meno antica delle connessioni delle linee germinali fra le comunità parentali Le stirpi (o comunità affini) attuali sono riunite tramite stirpi ancestrali che risalgono ad un passato remoto in una gerarchia spazio-temporale del tutto concreta Attraverso la filogenesi è possibile risalire ai momenti di separazione cercando di comprendere quali siano stati i momenti e le cause dellinterruzione della connessione delle linee germinali delle comunità parentali Questa tesi viene oggi generalmente riconosciuta come Divergence Time TEORIA DELLEVOLUZIONE

13 Teoria dellevoluzione Laffinità filogenetica più o meno stretta è determinata dallinterruzione più o meno antica delle connessioni delle linee germinali fra le comunità parentali Le stirpi (o comunità affini) attuali sono riunite tramite stirpi ancestrali che risalgono ad un passato remoto in una gerarchia spazio-temporale del tutto concreta Attraverso la filogenesi è possibile risalire ai momenti di separazione cercando di comprendere quali siano stati i momenti e le cause dellinterruzione della connessione delle linee germinali delle comunità parentali Questa tesi viene oggi generalmente riconosciuta come Divergence Time TEORIA DELLEVOLUZIONE 1 2

14 …?? ? Sistematica e filogenetica – Somiglianza ed origine dei gruppi affini Sistematica e filogenetica Non abbiamo alcuna via di accesso immediata alle relazioni storiche di parentela risalenti al passato remoto delle stirpi e conseguentemente alla loro formazione e alla filogenesi degli organismi viventi Come procedere Somiglianza… Se si somigliano condividono parte del patrimonio genetico!! Leguminosae Affinità

15 Sistematica e filogenetica Affinità Somiglianza… Se si somigliano e condividono parte del patrimonio genetico… Le somiglianze possono originarsi anche casualmente o in seguito alladattamento a condizioni di vita simili Euphorbia obesa Hook. Astrophytum asterias (Zucc.) Lem.

16 Sistematica e filogenetica Deduzioni circa il grado di parentela ricevono un certo fondamento soltanto mediante lanalisi di più caratteri contemporaneamente Caratteristiche morfologiche macro e microscopiche Caratteristiche fisiologico-ecologiche Caratteri molecolari (DNA) Confrontare tutte queste informazioni è il compito della SISTEMATICA FILOGENETICA grazie alla quale è possibile determinare e delimitare le somiglianze tra le specie (o, meglio, tra le stirpi) attuali e comprendere (o, almeno, effettuare ipotesi solide) i rapporti di parentela tra le stesse e le specie del passato La SISTEMATICA FILOGENETICA porta, dunque, allinterpretazione storico-causale delle specie attuali e del loro piano costitutivo

17 Sistematica e filogenetica Quali sono i processi per raggiungere un tale ambizioso risultato? Divergence Time GRADO DI AFFINITA FILOGENESI DELLE STIRPI E determinato dai rapporti genealogici e filogenetici più o meno stretti, cioè dalla più o meno tarda separazione dei collegamenti fra linee germinali in seguito alla costituzione di barriere alla riproduzione Disegnare un albero filogenetico… E la base della sistematica filogenetica. I caratteri sistematici sono fondamentalmente dei concetti relativi ad organi omologhi, strutture, modalità di comportamento. Il valore sistematico dipende dal loro grado di fissazione genetica così come dalla loro funzione (i caratteri adattativi, ad esempio, hanno minor valore in quanto fortemente modificati dalla selezione naturale). I caratteri che dipendono meno dalla selezione o dallambiente avranno un maggior valore sistematico ANALISI COMPARATA DEI CARATTERI VALUTAZIONE FILOGENETICA DEI CARATTERI I caratteri selle specie possono essere primitivi o PLESIOMORFI, cioè propri delle stirpi originali, oppure possono essere derivati o APOMORFI, cioè caratteri acquisiti dalle stirpi figlie. Le ramificazioni dellalbero genealogico si possono descrivere in base a divergenze di caratteri primitivi e derivati (plesiomorfismi ed apomorfismi)

18 Classificazione e nomenclatura La SISTEMATICA fornisce gli elementi per individuare le discontinuità e delimitare le specie La TASSONOMIA, invece, al fine di costruire un sistema gerarchico di classificazione, deve unire in base alle somiglianze Per la classificazione viene adottato un sistema astratto di categorie A seconda della loro collocazione gerarchica le stirpi concrete vengono associate ad un determinato livello gerarchico In tal modo divengono TAXA e ricevono nomi scientifici latini secondo determinate regole

19 Classificazione e nomenclatura Nel sistema delle piante vengono impiegati livelli gerarchici o categorie tassonomiche obbligatorie. Si tratta di concetti vuoti ed astratti, ai quali vengono assegnate determinate collocazioni nellambito di una gerarchia I taxa e la loro gerarchia, che assieme costituiscono il sistema tassonomico, devono esprimere in un certo qual modo la delimitazione e laffinità delle stirpi PRINCIPALI CATEGORIE TASSONOMICHE REGNO DIVISIONE CLASSE ORDINE FAMIGLIA GENERE SPECIE Plantae Magnoliophyta Liliopsida Orchidales Orchidaceae Ophrys Ophrys apifera Hudson

20 Classificazione e nomenclatura Lunità tassonomica di base della biologia è la SPECIE Ernst Mayr (1942) Le specie biologiche sono gruppi di popolazioni naturali attualmente interfeconde che sono riproduttivamente isolate da altri Ernst Mayr (1969, 1982) La specie è una comunità di popolazioni interfeconde, riproduttivamente isolate da altre, che occupano una specifica nicchia in natura altri Nella concezione di Mayr la specie biologica costituisce pertanto Una comunità riproduttiva Una unità genetica Una unità ecologica

21 Classificazione e nomenclatura Tentiamone alcune definizioni… Insieme di individui morfologicamente simili tra loro più di quanto non siano simili ad altri individui, per caratteri geneticamente fissati e trasmissibili alla discendenza APPROCCIO SISTEMATICO Insieme di popolazioni interfertili fra loro e isolate riproduttivamente dalle altre. Lo scambio genetico può essere attuale o potenziale APPROCCIO BIOLOGICO Insieme di individui che condividono il medesimo sistema riproduttivo ed usano segnali visivi, acustici o chimici per il mutuo riconoscimento APPROCCIO RIPRODUTTIVO Complesso di popolazioni che occupano una specifica nicchia in natura APPROCCIO ECOLOGICO Complesso di popolazioni monofiletice che evolvono in modo unitario APPROCCIO FILOGENETICO Le moderne teorie evoluzioniste sono portate a considerare la specie come un gruppo di esseri viventi in continuo sviluppo e mutazione

22 Classificazione e nomenclatura La specie non è altro che una categoria artificiale, astratta come gli altri livelli della classificazione, inventata dalluomo per schematizzare una realtà che è in continuo mutamento 0 Tempo Divergenza hirsuta L. Planta L. glabra DC. 1a2cb Tale ricchezza di forme non si manifesta come un continuum, ma con gruppi di individui affini più o meno chiaramente delimitati luno dallaltro Individuare queste discontinuità è alla base dellindividuazione dei gruppi di individui affini Questi limiti sono determinati da lacune morfologiche e, quindi, da discontinuità Sorge un problema… Come distinguo le specie tra di loro? In assenza di lunghe e laboriose prove sperimentali sulla compatibilità genetica delle popolazioni è molto difficile definire i limiti naturali di una specie biologica soprattutto nei casi in cui lincompatibilità tra le popolazioni è solo parziale oppure in quei casi in cui esiste una semidiscontinuità territoriale tra le popolazioni

23 Classificazione e nomenclatura Typha sp.pl. Infiorescenza Il concetto di specie morfologica si rivela nella maggior parte dei casi sufficientemente funzionale: la specie viene definita sulla base delle caratteristiche morfologiche che la distinguono dalle altre.

24 Classificazione e nomenclatura Definito il concetto di specie diviene necessario elaborare un sistema nomenclaturale che permetta la massima precisione nella trasmissione delle nozioni tecnico-scientifiche Trasmettere le informazioni agli altri, ad esempio, i risultati di una ricerca Nel linguaggio comune ogni pianta può essere individuata con un nome più o meno preciso: ad esempio "un albero", oppure "un'erba che si mangia", "un arbusto che fa dei fiori rosa", "un faggio ecc.,. - erba = migliaia specie appartenenti alla famiglia delle Poaceae (Graminaceae) - quercia = genere Quercus sp. pl. - erba di S. Giovanni = Achillea millefolium L., Hypericum perforatum L. - faggio = Fagus sylvatica L. Accedere a una serie di informazioni sulle caratteristiche specifiche dellentità in studio

25 Classificazione e nomenclatura Ogni specie è designata da un BINOMIO LATINO Il binomio è composto da un sostantivo che designa il GENERE e da un epiteto che indica la SPECIE Il nome generico è unico: ad ogni nome corrisponde uno ed un solo genere Lepiteto specifico può essere utilizzato per piante diverse Di conseguenza ogni specie deve essere sempre indicata con lintero binomio latino e non con il solo epiteto specifico Hibiscus palustris L. Genere Epiteto specifico Autore Lettera maiuscola!!!

26 Classificazione e nomenclatura E accaduto che la stessa specie fosse descritta da due autori diversi con nomi diversi diversi autori utilizzassero lo stesso binomio per indicare specie diverse Per ovviare a questo inconveniente è stato adottato il principio di priorità in base al quale per ogni specie è valido solo il primo nome attribuito e, parallelamente, per ogni nome è valido solo il primo uso che ne è stato fatto Per ovviare a confusioni ogni volta che si cita un binomio latino è bene accompagnarlo con il nome dellautore da cui è stato introdotto Intesa nel senso che a questo binomio ha dato Linneo Hibiscus palustris L.

27 Classificazione e nomenclatura Generalità sui sistemi di classificazione Chiamiamo sistema una struttura logica di cui ci serviamo per organizzare in classi un qualsiasi insieme di oggetti Nel sistema di classificazione delle piante gli individui sono riuniti in specie, le specie in generi, i generi in famiglie ecc. Si dice taxon ogni gruppo sistematico, indipendentemente dal suo rango I sistemi di classificazione usati comunemente nella biologia moderna sono sistemi gerarchici Con questo termine si intende dire che in tali sistemi i taxa sono stratificati, da un livello elementare a livelli via via più alti e più comprensivi

28 Classificazione e nomenclatura Dato un insieme di specie esistono infiniti modi di organizzarle in un sistema La struttura del sistema dipende in primo luogo dalla logica seguita, ma dipende anche dallo scopo che il sistema si prefigge Definiremo SISTEMI ARTIFICIALI quei sistemi che riuniscono le piante seguendo un criterio di comodo, scelto arbitrariamente dal classificatore per uno scopo applicativo Definiremo SISTEMA NATURALE ogni sistema che si prefigga di individuare rapporti di affinità intrinseca tra le specie

29 Classificazione e nomenclatura Verso la metà del Settecento una pietra miliare fu posta dal naturalista svedese Carl von Linné ( ), che fu il primo teorico della biologia sistematica Linneo considerava il sistema soprattutto come uno strumento per giungere alla identificazione degli organismi. Nella Philosophia botanica (1770) egli scriveva Il filo di Arianna della botanica è il sistema, senza il quale la conoscenza delle piante cade nel caos Il sistema di classificazione linneano trova la sua definitiva codifica nellopera Species plantarum (1753) E allinterno di questa opera che troviamo la prima codifica del nome scientifico NOMENCLATURA BINOMIA

30 Classificazione e nomenclatura DIVISIONE CLASSE ORDINE FAMIGLIA Magnoli - ophyta Lili - opsida Orchid - ales Orchid - aceae SOTTODIVISIONE Magnoli - ophytina I nomi dei taxa superiori al genere vengono derivati dal nome di un genere che vi è compreso, apponendo un suffisso appropriato, secondo lo schema seguente, costruito sullesempio del genere ORCHIS

31 Classificazione e nomenclatura Linneo, che codificò per primo anche luso della categorie FAMIGLIA e CLASSE, riconobbe che la caratteristica principale della specie consiste nel mantenersi uguale a se stessa nel tempo Mentre dal punto di vista biologico il concetto di specie è cambiato radicalmente, dal punto di vista nomenclaturale e formale la struttura linneana viene mantenuta ancora oggi, in virtù della sua efficienza e praticità ? Cosa è cambiato Fissità delle specie Filogenesi Sistematica Finalità del sistema


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