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Biologia.blu B - Le basi molecolari della vita e dellevoluzione David Sadava, H. Craig Heller, Gordon H. Orians, William K. Purves, David M. Hillis 1.

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1 Biologia.blu B - Le basi molecolari della vita e dellevoluzione David Sadava, H. Craig Heller, Gordon H. Orians, William K. Purves, David M. Hillis 1

2 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, Levoluzione e i suoi meccanismi

3 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Le isole Galápagos Il brigantino Beagle Il viaggio di Charles Darwin

4 4 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Durante il suo viaggio, Darwin nota la grande variabilità morfologica presente allinterno di ciascuna specie. In ogni specie esiste una variabilità individuale che non dipende dallambiente né dalladattamento. Le popolazioni tendono a riprodursi con grande rapidità. In natura le popolazioni si mantengono solitamente stabili. La stabilità numerica è dovuta alla scarsità delle risorse che porta individui della stessa specie a competere tra loro. Alcuni individui sono meglio adattati di altri e per questo sopravvivono più a lungo, si riproducono di più, trasmettendo così alla progenie le proprie caratteristiche. Levoluzione per selezione naturale

5 5 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 La genetica di popolazione esprime e prevede il comportamento di una popolazione in termini di probabilità. Un pool genico è la somma di tutti gli alleli presenti in una popolazione, ognuno con la propria frequenza relativa. La genetica di popolazione

6 6 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 La legge di Hardy-Weinberg Lequilibrio di Hardy-Weinberg descrive le condizioni necessarie perché la struttura genetica di una popolazione si mantenga invariata nel tempo: p 2 + 2pq + q 2 = 1 dove p è la frequenza allelica di A mentre q è la frequenza allelica di a. GenotipoAAAaaa Frequenzap 2 2pqq 2

7 7 Gli accoppiamenti devono essere casuali. La popolazione deve essere di grandi dimensioni. Non deve esserci flusso genico. Non devono avvenire mutazioni. La selezione naturale non deve influenzare la sopravvivenza di particolari genotipi. Le condizioni per lequilibrio di Hardy-Weinberg Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012

8 8 Le popolazioni in natura non si trovano mai esattamente nelle condizioni necessarie per soddisfare lequilibrio di Hardy-Weinberg, in tal caso è in atto levoluzione. I fattori che modificano la stabilità genetica: mutazioni; ricombinazione sessuale; flusso genico; deriva genetica (per esempio, collo di bottiglia ed effetto del fondatore); accoppiamento non casuale. In natura la legge di Hardy-Weinberg di solito non è rispettata

9 9 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Le mutazioni introducono nuovi alleli nella popolazione in maniera casuale rispetto ai bisogni adattativi. La riproduzione per via sessuata fa sì che si generino nuove combinazioni di alleli mediante ricombinazione genica. Mutazione e ricombinazione

10 10 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Flusso genico e deriva genetica Il flusso genico è causato dalla migrazione di individui e dallo spostamento di gameti da una popolazione a unaltra, introducendo così nuovi alleli nel pool genico. La deriva genetica si verifica in popolazioni di piccole dimensioni e consiste nella riduzione casuale della frequenza di un allele, causando alterazioni nelle frequenze alleliche delle generazioni successive (effetti collo di bottiglia e del fondatore).

11 11 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 La diminuzione delle frequenze alleliche può avvenire mediante il meccanismo definito collo di bottiglia: in risposta a eventi casuali sopravvivono solo pochi individui della popolazione. Deriva genetica: collo di bottiglia

12 12 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Una diminuzione della variabilità genetica può essere causata dalleffetto del fondatore: quando alcuni individui colonizzano un nuovo ambiente è improbabile che mantengano tutti gli alleli della popolazione di origine. Deriva genetica: effetto del fondatore

13 13 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Le frequenze genotipiche possono variare quando gli individui di una popolazione scelgono partner dotati di genotipi particolari. Lautofecondazione nelle piante e la selezione sessuale negli animali sono tipi di accoppiamento non casuale. Laccoppiamento non casuale

14 14 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 La selezione naturale produce ladattamento, e può essere stabilizzante, direzionale o divergente. (A) Selezione stabilizzante (B) Selezione direzionale La selezione naturale

15 15 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 La selezione sessuale è un tipo particolare di selezione naturale che agisce sulle caratteristiche determinanti per il successo riproduttivo. La fitness misura la capacità di un fenotipo di essere trasmesso alla generazione successiva. La selezione sessuale

16 16 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Gli alleli neutrali La ricombinazione sessuale La selezione dipendente dalla frequenza La variabilità geografica nelle sottopopolazioni Linstabilità ambientale I vincoli imposti dai processi di sviluppo I fattori che influiscono sulla selezione naturale

17 17 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Nelle popolazioni si accumulano mutazioni neutrali: un allele neutrale, così ottenuto, non è migliore o peggiore degli alleli alternativi per lo stesso locus genico. Non influenzando la fitness dellorganismo, esso non è sottoposto a selezione naturale. La ricombinazione sessuale amplifica il numero dei genotipi possibili, essa deriva dalla ricombinazione genica che si accompagna alla riproduzione sessuata. Questo meccanismo genera una varietà enorme di combinazioni genotipiche. Alleli neutrali e ricombinazione

18 18 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Cè selezione dipendente dalla frequenza se la fitness di un fenotipo dipende dalla sua frequenza nella popolazione. In sottopopolazioni geograficamente distinte cè molta variabilità genetica. Frequenza e variabilità geografica

19 19 Sadava et al. Biologia.blu © Zanichelli editore, 2012 Linstabilità delle condizioni ambientali favorisce la variabilità genetica. La selezione sottosta ai vincoli imposti dai processi di sviluppo. Ambiente e sviluppo


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