Materiali sull’argomento evoluzione trattato in classe LiLu2: I cl Materiali sull’argomento evoluzione trattato in classe LiLu2: I cl. (novembre 2014) Tiziano Terrani Liceo di Lugano 2, 6942 SAVOSA Evoluzione

Il padre della classificazione fu un convinto sostenitore del “fissismo” Carl von Linné (1707-1778) Svezia Carlo Linneo Evoluzione

Concezioni sull’origine della vita evoluzione delle specie fissità delle specie evoluzionismo creazionismo/fissismo oggi origine della vita creazione Evoluzione

I padri delle teorie evoluzionistiche Il concetto moderno* di evoluzione degli organismi viventi si diffonde a partire dalla fine del 1700. Il primo a proporre un vero e proprio modello scientifico dell’evoluzione fu lo zoologo francese Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829). Questa teoria, che si basava sulla trasmissione dei caratteri acquisiti, si rilevò non corretta, ma fece da apri pista alla successiva teoria dell’evoluzione formulata da Charles Darwin (1809-1882) che la espose nell’opera pubblicata nel 1859 «L’origine delle specie per selezione naturale». Indipendentemente, anche il naturalista Alfred Russel Wallace (1823-1913) giunse alle medesime conclusioni di Darwin. * In altre epoche, per esempio nell’antica Grecia, alcuni filosofi avevano una concezione della vita caratterizzata da cambiamento e trasformazione continua. Evoluzione

Caratteri innati e caratteri acquisiti Vignetta a proposito delle opposte spiegazioni date da Lamarck e da Darwin come meccanismo dell’evoluzione. L’esempio delle giraffe, attribuito a Darwin, in realtà non è presente nella sua opera “L’origine delle specie”, ma comparve per la prima volta all’inizio del ventesimo secolo in un libro di testo. Evoluzione

Il padre della teoria dell’evoluzione (per selezione naturale) Charle Darwin (1809-1882) Il brigantino Beagle Evoluzione

Il viaggio intorno al mondo (1831-1836) Evoluzione

EVOLUZIONE VARIETÀ (ereditaria) * SELEZIONE NATURALE ADATTAMENTO cause  VARIETÀ (ereditaria) * meccanismo  SELEZIONE NATURALE EVOLUZIONE effetto  ADATTAMENTO AMBIENTE CHE CAMBIA * * La varietà presente negli organismi viventi ed i grandi e piccoli cambiamenti ambientali sono dati di fatto incontestabili, osservabili e misurabili. Evoluzione

VARIETÀ È un dato di fatto che sulla terra c’è una sorprendente varietà di forme viventi (vegetali, animali, funghi, microrganismi, …): Darwin fu per esempio molto colpito da quello che vide nella foresta tropicale brasiliana, prima tappa del suo viaggio sul Beagle, attorno al mondo. Esiste anche una notevole varietà fra gli individui appartenenti alla medesima specie (varietà intraspecifica) , basti pensare alla specie umana (Homo sapiens). Anche nelle altre specie animali e in quelle vegetali si possono osservare importanti differenze fra un individuo e l’altro! Esempi di differenze (caratteri) nella specie umana che non riguardano l’aspetto (forma, dimensioni, colori, …) dell’organismo: Gruppi sanguigni Resistenza nei confronti di determinate malattie (infezioni virali e batteriche; malattie del cuore, ecc.) Differenze nell’efficienza di assorbire e assimilare il cibo Differenze caratteriali Differenze nei diversi aspetti dell’intelligenza Differenze nella capacità riproduttiva (sterilità totale o parziale, ecc.) Evoluzione

Variabilità intraspecifica: variabilità genetica all’interno della specie Helix nemoralis Evoluzione

Variabilità intraspecifica Variazione genetica all’interno di una specie vegetale: nei baccelli (frutti) di Pisum sativum Variazione genetica all’interno di una specie: Harmonia axyridis è presente con un certo numero di forme distinte che hannno differenti distribuzioni geografiche Evoluzione

Varietà e adattamento: i fringuelli delle Galapagos Evoluzione

Cause della varietà (ereditaria) Al tempo di Darwin: non erano note! Termini come geni, cromosomi, DNA (con i relativi concetti) sarebbero comparsi nel linguaggio scientifico solo molto dopo. Oggi: sappiamo che il motore della varietà (o variabilità genetica) sono le mutazioni genetiche casuali del DNA! Infatti ogni qualvolta che la molecola del DNA si duplica nell’ambito della riproduzione cellulare, avvengono degli errori che possono trasformarsi in mutazioni stabili. Le mutazioni dell’informazione genetica possono dare origine a dei cambiamenti, (variazioni) nelle caratteristiche degli organismi. Evoluzione

Errori di copiatura casuali del DNA e mutazioni MUTAZIONE Doppia elica del DNA alla successiva duplicazione del DNA 5’ 3’ ERRORE Duplicazione del DNA Evoluzione 14

L’ambiente che cambia Cambiamenti a livello planetario: dovuti a fattori astronomici, allo spostamento dei continenti … Esempi: - su vasta scala: la deriva dei continenti i cambiamenti climatici: della temperatura media, delle precipitazioni, … le glaciazioni i cambiamenti nella composizione dell’atmosfera l’avanzata o il ritiro dei deserti le variazioni del livello degli oceani - su piccola scala: evaporazione di bacini di acqua, cambiamenti nella composizione del suolo, cambiamenti nella qualità delle acque lacustri, cambiamenti della vegetazione a seguito di cambiamenti climatici … i terremoti i fenomeni di erosione dovuti all’azione dell’acqua (precipitazioni, correnti) e dell’aria (venti) tempeste, tornado, cicloni le eruzioni vulcaniche ecc. Evoluzione

Ricostruzione di un ambiente terrestre agli albori della storia del nostro pianeta Evoluzione

La deriva dei continenti Evoluzione

Evoluzione della concentrazione di O2 nell’atmosfera terrestre

Meccanismo del sollevamento delle catene montuose Evoluzione

Erosione Evoluzione 20

Avanzata e ritiro dei ghiacciai Evoluzione

Durante l’ultima glaciazione (fino a ca Durante l’ultima glaciazione (fino a ca. 12’000 anni fa) solo poche cime emergevano dalla distesa di ghiaccio spessa oltre 1000 m Evoluzione

La selezione naturale Popolazione di organismi che godono di una colorazione mimetica che li protegge dai predatori. ambiente organismi (M) dotati di mimetismo più efficace organismi (m) dotati di mimetismo meno efficace Evoluzione

La selezione naturale variazione ambientale ora il mimetismo degli organismi (M) risulta meno efficace ... al contrario di quello degli organismi (m) Evoluzione

La selezione naturale dopo alcune generazioni ... ... la frequenza degli organismi (m) è molto superiore ... mentre si è ridotta quella degli organismi (M) Evoluzione

dopo diverse generazioni Microevoluzione MM mm Mm MM mm mm Mm Mm Mm mm mm MM MM dopo diverse generazioni Mm MM Mm MM Mm mm mm Mm Mm mm Mm mm Mm Mm mm Mm mm mm mm MM MM mm Mm Mm MM mm mm mm mm individui individui popolazione (specie) La composizione genetica nella popolazione (specie) è cambiata: in questo caso la frequenza degli alleli del gene “emme” è passata da una prevalenza di M ad una prevalenza di m: è avvenuta una microevoluzione!

individui melanici, piuttosto rari La Biston betularia sui tronchi di ambienti non inquinati individui melanici, piuttosto rari sui tronchi di ambienti inquinati nella popolazione di Biston betularia diventano rari gli individui chiari Evoluzione

Evoluzione in atto: comparsa della resistenza agli insetticidi negli insetti Applicazione del pesticida Individuo resistente Gene per la resistenza al pesticida lo stesso pesticida sarà sempre meno efficace e il numero di individui resistenti aumenterà progressivamente Figura 13.6B Evoluzione

Selezione artificiale La selezione artificiale operata dall’uomo, che impone quali incroci fra individui della medesima specie devono avere luogo, genera una varietà intraspecifica molto più accentuata rispetto a quella che avviene in condizioni naturali (selezione naturale). Incroci condotti dall’uomo per migliaia di anni (selezione artificiale) Cane ancestrale (simile al lupo) Ne sono un eloquente esempio le razze canine e le varietà di vegetali come i cavoli o i pomodori. Evoluzione

L’adattamento Le specie sono di regola sufficientemente ben adattate all’ambiente in cui vivono: gli organismi sopportano le temperature, trovano risorse alimentari, hanno luoghi di nidificazione, luoghi dove nascondersi dai predatori, ecc. Se l’ambiente in cui gli individui di una popolazione vivono cambia (basta che si modifichi anche uno solo dei vari aspetti che costituiscono l’ambiente), ecco che l’adattamento prima sufficiente potrebbe non esserlo più. Nei casi peggiori la popolazione potrebbe andare incontro all’estinzione. Poiché la vita sulla terra continua a manifestarsi da ca. 3,7 miliardi di anni, deve esserci un meccanismo che consente alle forme viventi di adeguarsi costantemente ai cambiamenti ambientali, in modo da risultare sufficientemente adattate alle nuove condizioni di vita. Il meccanismo si chiama selezione naturale e si basa su due realtà: La varietà dei viventi intra- ed interspecifica L’enorme potenzialità riproduttiva degli organismi: nascono molti più organismi di quanti le risorse ambientali possano sostenere: di conseguenza si assiste ad una competizione per la sopravvivenza Evoluzione

Competizione e adattamento Immaginiamo 1000 fringuelli (per esempio di una specie delle isole Galapagos) che si nutrono di semi piuttosto voluminosi e duri. Supponiamo che la quantità di semi presenti nell’isola è sufficiente per nutrire solo 300 fringuelli. Di conseguenza ci sarà competizione per il cibo fra questi uccelli. A causa della varietà ( variabilità genetica) presente in ogni specie, fra i mille fringuelli ci saranno quelli con un becco più sottile e debole e quelli con un becco più adatto a rompere i semi. Quelli che riescono a nutrirsi con più facilità avranno anche più probabilità di diventare adulti e di riprodursi, trasmettendo ai loro discendenti le informazioni genetiche (geni) più favorevoli per quell’ambiente.  Selezione (scelta) dei più adatti! NB: in realtà la selezione agisce su più caratteristiche contemporaneamente: il mimetismo, la capacità di resistere ai parassiti, la prolificità, la velocità nel volo, l’efficienza nell’assorbimento e nell’assimilazione del cibo, … Evoluzione

La velocità dell’evoluzione/Micro e macroevoluzione L’evoluzione non riguarda il singolo individuo ma una popolazione (specie) di individui. L’evoluzione agisce al passaggio da una generazione di organismi all’altra. La velocità di un processo evolutivo dipende quindi dal tempo di generazione di una determinata specie: nella specie umana il tempo di generazione è ca. 25 anni, per un insetto da qualche mese a qualche giorno, per un batterio di ca. 15 minuti! Se il tempo di generazione di una specie è lungo rispetto alla durata della vita dell’uomo, si ha l’impressione di immutabilità delle specie. MICROEVOLUZIONE: l’evoluzione porta a variazioni nelle percentuali di determinati caratteri all’interno della specie (es. Biston betularia) MACROEVOLUZIONE: l’evoluzione porta alla comparsa di specie nuove Evoluzione

I fossili I fossili: da “scherzi della natura” a incontestabili evidenze di un passato popolato da organismi anche completamente diversi da quelli attuali. Evoluzione

La fauna del Cambriano Ricostruzioni di ipotetici ambienti marini del Cambriano sulla base di numerosi giacimentidi fossili. Fossile di organismo del Cambriano attorno a 500 milioni di anni fa Evoluzione

Competizione e selezione naturale competizione e selezione naturale (filmato)