Evoluzione e selezione naturale Università degli Studi di Ferrara – SSIS VIII Ciclo Evoluzione e selezione naturale Unità didattica di Scienze della Vita – Classe A060 Silvia Saltarelli

Basi genetiche dell’evoluzione Mappa La variabilità La storia Basi genetiche dell’evoluzione Evoluzione Il fatto La selezione Le prove Misconcezioni

Il Fatto Evoluzione: processo di variazione ereditaria che si svolge nelle specie con il trascorrere del tempo. Le prove L’osservazione diretta - microevoluzione La biogeografia I fossili Anatomia comparata – le strutture analoghe ed omologhe Selezione artificiale Il caso Biston betularia Resistenza a farmaci o insetticidi

Osservazione diretta - microevoluzione La selezione artificiale: l’uomo ha sempre selezionato nelle specie che alleva i caratteri che preferisce. Dalle mucche che fanno più latte, alle pannocchie più grosse. E lo fa facendo incrociare fra loro gli individui che hanno i caratteri cercati. Selezione naturale in tempi rapidi – la farfalla Biston Betularia La resistenza acquisita: insetticidi e antibiotici che inizialmente uccidono quasi il 100% degli insetti (o dei batteri) dopo qualche tempo “smettono di funzionare”. Si sono selezionati gli individui resistenti.

Biogeografia La distribuzione delle specie sulla Terra. Esempio – I marsupiali Che senso può avere la presenza di famiglie così affini in due luoghi così lontani, senza che ve ne sia traccia da altre parti? Bisogna considerare lo spostamento delle placche continentali, a questo punto si può più agevolmente pensare ad un antenato comune. Distribuzione odierna

Fossili Fossili con forme di vita diverse dalle attuali ma con certe similitudini. Permettono di costruire alberi filogenetici e ipotizzare antenati comuni a più specie. Soprattutto rendono evidente il cambiamento nel corso del tempo

Strutture omologhe La presenza di strutture somiglianti ma aventi diversa funzione in piante ed animali suffraga l’ipotesi dell’antenato comune

Teoria dell’evoluzione di Darwin e Wallace Gli organismi generano organismi simili Il numero di individui che sopravvivono è piccolo rispetto ai nati In ogni popolazione vi sono differenze fra i singoli organismi, alcune sono ereditabili. Che individui riusciranno a riprodursi con maggior successo è determinato dalle interazioni fra questi e l’ambiente Dopo un periodo di tempo sufficientemente lungo vi è un accumulo di cambiamenti tale da differenziare gruppi di organismi. VARIABILITA’ EREDITARIETA’ SELEZIONE TEMPO V E S T

Popolazione: gruppo di organismi della stessa specie che si riproducono tra loro in un certo spazio e tempo. Pool genico: somma di tutti gli alleli di tutti i geni di tutti gli individui della popolazione. Nel tempo alcuni alleli di una popolazione possono aumentare di numero ed altri calare. L’evoluzione è l’accumulo nel tempo di questi cambiamenti Fitness: misura del successo evolutivo di un individuo si misura in base al numero di figli che si sono riprodotti.

L'equilibrio di Hardy-Weinberg Negli organismi è presente una VARIABILITA’ GENETICA non sempre visibile nei fenotipi. Il sequenziamento del DNA e altre tecniche di analisi permettono di vedere come molti caratteri sono espressi da geni differenti composti a loro volta da diversi alleli. Le diverse possibili combinazioni portano alla variabilita. L'equilibrio di Hardy-Weinberg

Fattori che modificano l'equilibrio Fornisce un modello. Grazie a questo possiamo misurare i cambiamenti delle frequenze alleliche nelle popolazioni naturali Causate da vari fattori: raggi X, ultravioletti, composti chimici, errori di trascrizione del DNA Mutazioni: cambiamenti ereditari del genotipo Forniscono la variabilità Quante? La frequenza è bassa, ma i geni di un individuo sono tanti  ogni essere umano ha circa due nuove mutazioni Sono indipendenti dal potenziale vantaggio o svantaggio per l’individuo

Flusso genico: ingresso o uscita di alleli dal gruppo per migrazione Popolazione Flusso genico: ingresso o uscita di alleli dal gruppo per migrazione Deriva genetica: in popolazioni troppo piccole, dove il caso può essere determinante Effetto del fondatore: popolazioni che si originano a partire da un piccolo gruppo. Es gli Amish di Lancaster, Pennsylvania (nanismo e polidattilia) Effetto collo di bottiglia: la popolazione viene ridotta per cause esterne, la sua variabilità genetica può calare di molto. Es la caccia che nell’800 ha quasi sterminato il leone marino (popolazione omozigote per 21 loci). Accoppiamenti non casuali: una delle spinte di selezione principale, come vedremo dopo, gli individui si accoppiano scegliendo il partner, non per caso

Fattori che contribuiscono a mantenere la variabilità La riproduzione sessuata Assortimento indipendente dei cromosomi durante la meiosi Combinazione di due differenti genomi parentali Crossing over e ricombinazione genetica VS Cloni con sporadiche mutazioni Aiutata dall’esincrocio La riproduzione asessuata

Diploidia ed eterozigosi Permette la “sopravvivenza” di alleli recessivi letali (e quindi la variabilità) In eterozigosi infatti gli alleli letali non si esprimono e l’individuo può arrivare alla riproduzione Inoltre in diversi casi l’eterozigote presenta qualche vantaggio adattativo rispetto all’omozigote dominante Ad es. nell’anemia falciforme gli individui eterozigoti sono più resistenti alla malaria Collegamento col territorio ed educazione alla salute, le valli di Comacchio erano zona malarica. Beta-talassemia e anemia mediterranea

La selezione L’intero FENOTIPO che comprende: Cosa viene selezionato? Caratteristiche fisiche comportamentali fisiologiche Ed è determinato Dall’interazione di diversi geni Dall’interazione fra i geni e l’ambiente

Come può essere la selezione? Selezione stabilizzante: viene preferito il carattere medio agli estremi. Es. Storni – n° medio uova 5 Selezione divergente: vengono preferiti i caratteri estremi al medio Selezione direzionale: viene preferito uno dei due estremi Salmoni argentei del Pacifico : I maschi possono essere sessualmente maturi a 2 anni (Jack) o 3 (Hooknose) L’esempio già visto della Biston betularia

Selezione frequenza dipendente: contribuisce a mantenere equilibrati due fenotipi Il fenotipo più numeroso subisce maggiormente la pressione selettiva Aiuta il polimorfismo Es. interazioni preda-predatore; oppure una delle selezioni che interagiscono nei salmoni visti prima Selezione sessuale Nella riproduzione le femmine sono una delle risorse limitanti  i maschi lottano quindi fra loro (in maniera diretta o indiretta) e successivamente le femmine scelgono È così che si selezionano (molto velocemente) determinati caratteri, alcuni altrimenti poco adatti all’ambiente circostante

Cos’è alla fine l’adattamento? Diversi significati: Sintonia con l’ambiente Una particolare caratteristica (ad es l’occhio) che aiuta a integrare ambiente e organismo Processo evolutivo che produce organismi sempre più in sintonia con l’ambente Attenzione il processo di selezione avviene sul “materiale” a disposizione. Es. se avessi dovuto “progettare” una giraffa probabilmente avrei fatto un’organizzazione corporea diversa, ma anche la giraffa deriva dall’antenato comune di tutti i mammiferi (e ha solo 7 vertebre cervicali).

Errori e misconcezioni Parlando di evoluzione spesso si hanno idee erronee su diversi aspetti. Vediamo i principali No, di come si è evoluta DOPO essere cominciata, non si occupa dell’origine. L’evoluzione quindi è una teoria sull’origine della vita?

Non importa essere perfetti basta essere abbastanza adatti NO, non meglio, adatti abbastanza all’ambiente del momento, che può cambiare, e ciò che è adatto oggi può non essere adatto domani. Non importa essere perfetti basta essere abbastanza adatti Quindi l’evoluzione è come una scala, gli organismi diventano sempre meglio

Ma quindi gli organismi si sono evoluti per CASO? No il caso dà la variabilità, su cui poi la selezione agisce. E la selezione NON è casuale. Ma quindi gli organismi si sono evoluti per CASO?

…gli organismi CERCANO di adattarsi… Attenzione! Evoluzione vuol dire selezione dei geni più adatti, ma non si possono ottenere i geni adatti SFORZANDOSI

La selezione naturale dà agli organismi ciò di cui hanno bisogno… No, può solo selezionare fra la variabilità ESISTENTE. Se il gene che “serve” in una popolazione non c’è non può venir “creato” dalla selezione La selezione naturale dà agli organismi ciò di cui hanno bisogno…

Tanto è solo una teoria… Dal dizionario. Teoria: Modo di pensare, idee, ipotesi Nella scienza una spiegazione di qualche aspetto del mondo naturale argomentata e basata su fatti e prove. Tanto è solo una teoria…

Gli scienziati non dibattono del SE l’evoluzione esista, questo è certo, ma del COME avvenga. L’evoluzione è una teoria in crisi, nemmeno gli scienziati sono d’accordo e ci credono ormai!

Mancano le forme fossili intermedie, questo smentisce l’evoluzione Il fatto che non ci siano TUTTI i fossili di transizione, non implica che l’evoluzione non abbia avuto luogo. La fossilizzazione è un processo molto raro, è difficile che un organismo si conservi. In ogni caso molti fossili di transizione sono stati trovati. Mancano le forme fossili intermedie, questo smentisce l’evoluzione

Bibliografia e sitografia Curtis – Barnes “invito alla Biologia”, Zanichelli, 2003 Mitchell et alii “Zoologia”, Zanichelli, 1991 Russell “genetica”, Edises, 1998 http://evolution.berkeley.edu/