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13/11/11 Jay Phelan, Maria Cristina Pignocchino Biologia 2 2 2

L’origine e la storia della biodiversità Capitolo A6 3 13/11/11 3 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 3 3

le specie cambiano nel tempo 13/11/11 Lezione 1 L’evoluzione: le specie cambiano nel tempo 4 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 4 4

1. Da LUCA alle specie odierne 13/11/11 1. Da LUCA alle specie odierne Secondo la teoria dell’evoluzione, tutte le forme di vita derivano, per evoluzione, da un antenato comune. Per classificare le specie odierne occorre considerare la loro storia evolutiva e le relazioni con gli altri esseri viventi. 5 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 5 5

2. Biologia e geologia prima di Darwin 13/11/11 2. Biologia e geologia prima di Darwin Fino alla fine del Settecento si pensava che le specie fossero state create contemporaneamente all’inizio della storia della Terra, circa 6000 anni fa, e che fossero immutabili. Lamarck per primo introdusse l’idea che le specie cambiano nel tempo, ma proponeva meccanismi errati. 6 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 6 6

3. Darwin: la nascita di un’idea 13/11/11 3. Darwin: la nascita di un’idea Nel suo viaggio sul Beagle Darwin notò che i fossili assomigliavano, ma non erano identici, agli organismi che vivevano nella medesima area del rinvenimento. Inoltre le specie di fringuelli che popolavano isole diverse delle Galapagos differivano l’una dall’altra in modo lieve, come se avessero avuto un antenato comune. 7 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 7 7

4. La lotta per la sopravvivenza e la selezione naturale 13/11/11 4. La lotta per la sopravvivenza e la selezione naturale Darwin e Wallace elaborarono in modo indipendente l’ipotesi che l’evoluzione avvenisse per effetto della selezione naturale. Darwin fornì poi una trattazione molto più dettagliata dell’argomento nel libro l’Origine delle specie, pubblicato nel 1859. 8 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 8 8

5. Tre condizioni per la selezione naturale 13/11/11 5. Tre condizioni per la selezione naturale La selezione naturale può agire se c’è una variabilità ereditabile dei caratteri e se gli individui che possiedono un tratto vantaggioso hanno un successo riproduttivo maggiore degli individui che hanno un tratto diverso. 9 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 9 9

6. L’evoluzione non è il cambiamento di un individuo 13/11/11 6. L’evoluzione non è il cambiamento di un individuo L’evoluzione è il cambiamento nel tempo di una linea di individui, cioè di una popolazione, determinato principalmente dalla selezione naturale. Per l’evoluzione sono importanti le mutazioni, e i fattori ambientali casuali. 10 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 10 10

7. L’evoluzione produce adattamenti, non perfezione 13/11/11 7. L’evoluzione produce adattamenti, non perfezione Gli adattamenti sono caratteristiche ereditarie particolarmente diffuse in una specie perché ne facilitano la sopravvivenza e la riproduzione in un particolare ambiente. Le specie ben adattate non sempre sono in grado di sopportare drastici cambiamenti ambientali. 11 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 11 11

I fossili e la storia evolutiva Lezione 2 12 13/11/11 12 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 12 12

8. I fossili raccontano la storia della vita 13/11/11 8. I fossili raccontano la storia della vita I fossili sono resti o tracce di organismi vissuti in epoche passate e conservati nelle rocce. La scienza che studia i fossili si chiama paleontologia. 13 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 13 13

9. I fossili forniscono una testimonianza incompleta 13/11/11 9. I fossili forniscono una testimonianza incompleta I fossili non possono fornire una documentazione completa della storia della vita perché il processo di fossilizzazione, come la scoperta dei fossili, è un evento raro e interessa in modo casuale un numero limitato di individui. 14 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 14 14

10. La velocità dell’evoluzione non è costante 13/11/11 10. La velocità dell’evoluzione non è costante Grazie ai fossili sappiamo che l’evoluzione procede gradualmente o «per salti»; inoltre sono documentati alcuni importanti momenti di transizione e diverse estinzioni di massa. 15 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 15 15

11. La documentazione di un «semplice inizio» 13/11/11 11. La documentazione di un «semplice inizio» I primi organismi unicellulari procarioti compaiono circa 3,8 miliardi di anni fa, successivamente si sono evoluti procarioti fotosintetici e 2,5 miliardi di anni fa sono comparse le prime cellule eucariotiche. 16 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 16 16

La classificazione e la filogenesi 13/11/11 Lezione 3 La classificazione e la filogenesi 17 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 17 17

13/11/11 12. Che cos’è una specie? La definizione di specie si basa sull’isolamento riproduttivo, cioè sull’impossibilità di generare ibridi fertili con individui di altre specie. Le barriere riproduttive possono essere prezigotiche (prima della fecondazione) o postzigotiche (dopo la fecondazione). 18 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 18 18

13. La classificazione gerarchica delle specie 13/11/11 13. La classificazione gerarchica delle specie Il moderno sistema di classificazione è gerarchico: le specie sono riunite in gruppi di livello via via più generale secondo questa sequenza: specie, genere, famiglia, ordine, classe, phylum, regno, dominio. I domini sono tre: batteri, archei, eucarioti. 19 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 19 19

14. La storia della vita è rappresentata come un albero 13/11/11 14. La storia della vita è rappresentata come un albero Gli alberi filogenetici sono diagrammi che mettono in evidenza le relazioni (mediante rami) e le divergenze (mediante nodi) evolutive tra specie. L’albero filogenetico completo si chiama albero della vita. 20 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 20 20

15. Come vengono costruiti gli alberi filogenetici? 13/11/11 15. Come vengono costruiti gli alberi filogenetici? Gli alberi filogenetici vengono costruiti considerando le somiglianze anatomiche e morfologiche tra le specie, i fossili, le informazioni ricavate dallo studio dei geni e dei cromosomi e dello sviluppo embrionale. 21 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 21 21

13/11/11 16. Omologie e analogie I tratti analoghi sono caratteristiche simili in specie diverse che non derivano da una struttura ereditata da un antenato comune. Le caratteristiche ereditate da un antenato comune sono dette tratti omologhi. 22 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 22 22

La varietà e la complessità della biosfera Lezione 4 23 13/11/11 23 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 23 23

17. Dall’individuo all’ecosistema 13/11/11 17. Dall’individuo all’ecosistema Una specie è un insieme di organismi che possono riprodursi con successo; gli individui di una specie che vivono in un territorio formano una popolazione. Più popolazioni di specie diverse che abitano in un ambiente creano una comunità. Le relazioni tra comunità e ambiente formano un ecosistema. 24 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 24 24

18. Gli organismi viventi sono raggruppati in tre domini 13/11/11 18. Gli organismi viventi sono raggruppati in tre domini Gli esseri viventi possono essere raggruppati in tre domini: batteri, archei ed eucarioti. Batteri e archei sono organismi procarioti; gli eucarioti comprendono piante, animali, funghi e protisti. Batteri Archei 25 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 25 25

I procarioti Lezione 5 26 13/11/11 26 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 26 26

19. I tre domini e l’albero della vita 13/11/11 19. I tre domini e l’albero della vita I batteri attuali sono discendenti in linea diretta dei primi procarioti; gli archei si separarono dai batteri successivamente e infine si sviluppò la linea filogenetica che porta agli eucarioti. 27 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 27 27

13/11/11 20. Il dominio dei batteri Il dominio dei batteri comprende procarioti unicellulari classificati in base alle caratteristiche morfologiche e genetiche. I batteri formano colonie di aspetto e dimensioni varie, catalogate in due gruppi in base alla colorazione Gram. 28 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 28 28

21. Gli stili metabolici dei batteri 13/11/11 21. Gli stili metabolici dei batteri I batteri possono essere fotoautotrofi, chemioeterotrofi, chemioautotrofi, fotoeterotrofi. Grazie alla varietà di metabolismi ci sono specie di batteri in tutti gli ambienti. Molte di esse sono utili alle altre forme di vita. 29 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 29 29

13/11/11 22. I batteri patogeni I batteri patogeni, come il Clostridium tetani, producono endotossine o esotossine. La loro pericolosità dipende sia dalla tossicità e dalla quantità di tossine prodotte, sia dalla velocità riproduttiva dei batteri. 30 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 30 30

23. Gli archei vivono in ambienti estremi 13/11/11 23. Gli archei vivono in ambienti estremi Gli archei sono gli ultimi viventi a essere stati scoperti, ma sono forse i più diffusi. Mostrano enorme variabilità; molti possono vivere in condizioni estreme e tollerano alti livelli di pressione, temperatura, salinità e pH. 31 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 31 31

13/11/11 Lezione 6 I protisti 32 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 32 32

25. I primi organismi eucarioti erano protisti 13/11/11 25. I primi organismi eucarioti erano protisti Nucleo e organuli cellulari compaiono per la prima volta negli acritarchi, organismi unicellulari eucariotici simili ai protisti attuali. 33 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 33 33

26. I protisti non sono un gruppo uniforme 13/11/11 26. I protisti non sono un gruppo uniforme I protisti comprendono tutti gli eucarioti unicellulari e alcuni pluricellulari che non possono essere classificati tra animali, piante e funghi. I protozoi sono simili agli animali, le alghe ai vegetali, muffe e funghi mucillaginosi si nutrono per assorbimento come i funghi. 34 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 34 34

27. I protisti unicellulari 13/11/11 27. I protisti unicellulari I protisti unicellulari comprendono forme con stili di vita molto vari, alcune delle quali si muovono con flagelli, ciglia o pseudopodi. Vivono prevalentemente in acqua, in ambienti umidi o come parassiti. Alcuni sono endosimbionti. 35 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 35 35

28. Le forme pluricellulari 13/11/11 28. Le forme pluricellulari I funghi mucillaginosi hanno cellule ameboidi e formano spesso plasmodi; le muffe d’acqua si nutrono per assorbimento e si riproducono mediante spore; le alghe pluricellulari vengono classificate in base ai pigmenti fotosintetici che le caratterizzano. 36 Phelan, Pignocchino Biologia © Zanichelli editore 2017 36 36