laboratorio evoluzione Marcello Sala VESTIGIA [Richard Dawkins, Il più grande Spettacolo della Terra, Mondadori 2010]

Questo animale è adattato alla vita in acqua? Perché? Forma idroidinamica – pinne – respirazione acquatica

Differenze…? Branchie/polmoni Orientamento della coda verticale/orizzontale

Come fa il delfino a vivere in acqua se non può ricavare ossigeno dall’acqua? Esce dall’acqua per respirare con i polmoni (narice  sfiatatoio) Lo sfiatatoio è largo per far entrare aria a sufficienza: quando è sotto non entra acqua? Lo sfiatatoio funziona come valvola grazie a un complesso sistema muscolare (adattamento)

Che funzione ha la coda in pesci e delfini? Dà spinta al corpo Perché il delfino ha la coda orizzontale? È un vantaggio per il movimento di uscita dall’acqua Un pesce con polmoni potrebbe modificare il proprio movimento nello stesso senso? La struttura della colonna vertebrale gli consente solo un movimento laterale Perché allora è possibile nei delfini? I delfini hanno una colonna vertebrale da mammiferi

pesce anfibio Colonna vertebrale di mammifero (canide) vista dal dorso vista dal fianco

Perché i delfini hanno colonna vertebrale da mammiferi polmoni come tutti i mammiferi e… allattano come i mammiferi? Sono mammiferi hanno con gli altri mammiferi un antenato comune più recente (220 Ma) che con i pesci (500 Ma) I delfini come gli altri cetacei e i sirenidi sono mammiferi che si sono evoluti in forme adatte all’ambiente acquatico a partire da 55 Ma fa Vacca di mare (sirenide) ricostruzione di Basilosaurus (35-40 Ma fa)

Gli adattamenti più recenti dei cetacei come il sistema valvolare dello sfiatatoio o la coda orizzontale sono esito della selezione naturale necessari per superare i vincoli posti da strutture più profonde e basilari (polmoni, colonna vertebrale) ereditate dagli antenati mammiferi

Il nervo laringeo ricorrente per raggiungere la laringe segue il nervo vago nella giraffa scendendo per oltre 2 m e poi risalendo: è un adattamento?

Gli embrioni di tutti i vertebrati hanno archi branchiali Nei pesci si sviluppano come organi di sostegno delle branchie Elementi seriali ciascuno collegato a elementi muscolari nervosi e vasali

Negli altri vertebrati i moduli branchiali si sviluppano in strutture diverse non più seriali che assumono collocazioni diverse I nervi si sviluppano mantenendo il collegamento tra sistema nervoso centrale e organi periferici  il laringeo passa dietro il dotto arterioso e mantiene questa collocazione mentre il collo si sviluppa allungato

La maggiore lunghezza del collo della giraffa è un adattamento recente (< 50 Ma) esito della selezione naturale Le strutture più profonde e basilari come lo schema di sviluppo seriale e quindi il percorso del nervo vago sono ereditate dall’antenato comune di tutti i vertebrati (500 Ma) In definitiva perché il nervo laringeo della giraffa fa quel percorso “costoso”? Le forme attuali sono risultato di interazione tra vincoli dell’eredità e adattamenti frutto del processo di selezione naturale

“… tutti gli organismi si sono formati in seguito a due leggi: unità del tipo e condizioni di esistenza. Con ‘unità del tipo’ si intende quella fondamentale affinità strutturale che osserviamo negli organismi appartenenti a una stessa classe e che è del tutto indipendente dalle abitudini di vita. Secondo la mia teoria, l'unità del tipo si spiega con l'unità di origine. […] Infatti la selezione naturale opera adattando le varie parti di un vivente alle sue condizioni di vita organiche e inorganiche, oppure avendole adattate in epoche molto remote: in qualche caso gli adattamenti sono facilitati dall'uso e dal disuso, mentre subiscono scarsamente l'azione diretta delle condizioni esterne di vita e, in tutti i casi, sono soggetti alle diverse leggi dello sviluppo.” Charles Darwin, L’origine delle specie, 1859

Teoria della selezione naturale di Darwin: la modificazione delle forme viventi attraverso le generazioni è effetto del processo di “selezione naturale”: accentuarsi progressivo e graduale delle caratteristiche che costituiscono vantaggi adattativi L’obiezione di Mivart: Mentre un collo di poco più lungo è già un vantaggio per un animale che si nutre di foglie di alberi un piccolo passo iniziale verso la formazione di un’ala non potrebbe migliorare la sopravvivenza dell’organismo (non si vola con il 2% di un’ala) Certi organi complessi (ali, occhi) dovrebbero comparire per intero attraverso una grande modificazione di forma  la “selezione naturale” non può spiegare l’emergere di parti del corpo come le ali

… non sarebbe stata molto più “economica” e quindi più probabile una deviazione del nervo? 1. Le mutazioni sono casuali e questa semplicemente non è avvenuta 2. Una correzione nella disposizione reciproca degli organi molto precoce nello sviluppo embrionale richiede una mutazione di vasta portata (geni di più alto livello nella organizzazione) molto più pericolosa e quindi improbabile come mutazione vantaggiosa L’aumento di lunghezza del nervo a ogni generazione invece è piccolo  “costo” minimo

Le formiche sono insetti con le ali? Maschi e regine hanno le ali Le regine le perdono o se le staccano dopo il volo nuziale Avere le ali è un carattere genetico? Le regine diventano tali per stimoli esterni  tutte hanno i geni per le ali ma la loro espressione dipende un’interazione con l’ambiente Avere le ali è un vantaggio? Nella vita sotterranea è uno svantaggio

Le formiche sono strettamente imparentate con le vespe che sono però di origine più antica (analisi molecolare e paleontologia) Le formiche sono insetti che hanno perso le ali o che hanno acquisito la possibilità di sviluppare le ali? Acquisire non solo i geni per le ali ma anche quelli che ne controllano l’espressione è complesso e improbabile Più semplice la modifica nel processo di sviluppo che costituisce un vantaggio per la vita sotterranea (“selezione naturale” a favore)

Ma per la vita sotterranea non è inutile una presenza parziale delle ali? La presenza delle ali e il loro utilizzo nell’accoppiamento non sono caratteristiche adattative sono vestigia dell’antenato comune con le vespe

Perché le imperfezioni rispetto all’adattamento e gli “errori” rispetto a un “progetto” ideale di massima efficienza ed economia sono prove dell’evoluzione? Proprio perché non rispondono a un progetto di una mente esterna bensì documentano una contingenza storica Sono imperfezioni rispetto alla vita dell’individuo che le porta ma sono punti di passaggio delle modificazioni che avvengono nella catena delle generazioni per le dinamiche naturali dell’evoluzione