Laboratorio evoluzione Marcello Sala IL MISTERO DEL CERION [S J. Gould, “Opera 100”, in: Il sorriso del fenicottero, Feltrinelli 1987]

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1 laboratorio evoluzione Marcello Sala IL MISTERO DEL CERION [S J. Gould, “Opera 100”, in: Il sorriso del fenicottero, Feltrinelli 1987]

2 Queste conchiglie vi appaiono molto simili o molto diverse?

3 Chiocciole dello stesso Genere di mollusco gasteropodo terrestre, il Cerion Dai naturalisti classificate 600 specie di Cerion, ma la maggior parte interfeconde (possono ibridarsi): sono specie diverse? Non sono specie “specie biologiche” (Mayr) distinte ma solo varietà della stesa specie Facilità di ibridazione  scarsa variazione genetica: perché allora tale diversità di forme e dimensioni?

4 Forme simili vivono su isole diverse dello stesso arcipelago: dal momento che si tratta di chiocciole terrestri come si spiega questa distribuzione? Quale ipotesi è più plausibile? A) Distribuzione accidentale: uragani hanno trasportato sulle diverse isole chiocciole della stessa varietà B) Frammentazione: una stessa varietà distribuita su un territorio esteso a molte isole le popolazioni intermedie si sono poi estinte C) Evoluzione convergente: una stessa varietà distribuita su un territorio esteso a molte isole colonie separate si sono modificate nella stessa direzione

5 Le isole Bahamas sporgono da piattaforme sommerse che, durante la glaciazione, (livello-mare più basso) erano emerse e collegavano le isole [nero: terre emerse, grigio: piattaforme sommerse]

6 Coste esterne verso l’oceano aperto: si immergono subito profondamente selvagge e ventose lungo di esse si formano dune che si consolidano in rocce conchiglie costolate (costolature marcate) pareti spesse Coste interne verso le piattaforme: lambite da acque poco profonde e calme niente dune copertura vegetale conchiglie variegate (a chiazze) pareti sottili costolature poco rilevate Dove le coste esterne incontrano quelle interne conchiglie con forme ibride

7 Come si potrebbe spiegare questa corrispondenza tenendo conto che...?

8 le differenze tra le due forme coinvolgono diversi elementi della forma che variano in modo indipendente le forme ibride non mostrano una gradazione, ma un miscuglio con una distribuzione di caratteri tipica dell’incrocio genetico tra due entità diverse conchiglie variegate sono poco visibili nella vegetazione (sole che filtra a chiazze tra le foglie), mentre conchiglie di colore chiaro non risaltano sullo sfondo delle dune conchiglie spesse e costolate resistono meglio agli urti su coste ventose e rocciose In base a questi dati come si può spiegare la differenziazione delle due forme di chiocciole? Adattamento evolutivo alle condizioni ambientali Ipotesi: le variegate si sono evolute in ambienti interni e si sono venute a trovare sulle coste interne quando le piattaforme vennero sommerse

9 Differenziazione tra conchiglie costolate e variegate sia sulle isole di Little Bahama Bank sia su quelle di Great Bahama Bank questo dato che cosa ci dice riguardo alle parentele tra le quattro forme? Ipotesi: le chiocciole costolate su entrambe le piattaforme potrebbero appartenere a un unico ceppo e così le variegate Ma…

10 Studi di anatomia degli organi genitali (in queste specie fondamentali per determinare le parentele filogenetiche): le forme costolate e variegate della Little Bank hanno anatomia comune tra loro diversa da quella comune alle costolate e variegate della Great Bank che cosa si può concludere allora sulle somiglianze tra queste forme? Due diversi significati evolutivi: anatomia dei genitali  rapporti di parentela più antichi forma delle conchiglie  convergenza : forme simili si possono ritrovare come adattamenti evolutivi in condizioni ambientali simili

11 convergenza (analogia) Macroglossum stellarum è una falena (insetto lepidottero) per nutrirsi di nettare usa la spiritromba (modificazione delle appendici del capo) Il colibrì è un uccello (vertebrato) per nutrirsi di nettare usa il becco (ossa delle mascelle ricoperte di tessuto corneo derivato dalla cute) In entrambi i casi il vantaggio per l’animale è il nutrimento per il fiore è l’impollinazione

12 la forma della conchiglia si può evolvere indipendentemente più volte per adattamento a condizioni simili la forma della conchiglia è il risultato di un insieme complesso di caratteri geneticamente indipendenti ciascuno dei caratteri di per sé non è adattativo mentre lo è la forma risultante ogni carattere è determinato dal genotipo la selezione naturale può agire sul fenotipo Come possono evolvere forme complesse se l’ereditarietà riguarda geni singoli e quindi la selezione può agire solo sulle loro singole espressioni? 

13 Mutazioni omeotiche (parti ben formate in posti sbagliati)  presenza di qualche “interruttore” che regola i geni di un complesso che determina lo sviluppo di intere parti dell’organismo  sistemi gerarchici nella espressione del genotipo durante lo sviluppo del fenotipo Nel caso del Cerion? Ipotesi: 1. configurazioni gerarchiche di geni nel Cerion costituiscono vie alternative di sviluppo corrispondenti alle diverse forme (costolata/variegata) 2. un “interruttore genico” nel programma di sviluppo di Cerion, a seconda degli stimoli dell’ambiente, indirizza in una delle direzioni alternative (costolata/variegata)