Evoluzionismo e biodiversità

Presentazione

Evoluzionismo e biodiversità

Procarioti, eucarioti, colonie di cellule e organismi pluricellulari sono tutti organismi imparentati, perché hanno avuto origine da un antenato comune. A dimostrarlo sono le caratteristiche condivise dagli esseri viventi, ma anche le loro enormi differenze. Il motore che ha portato a tale diversificazione è l'evoluzione, uno dei principi fondanti della biologia.Darwin accumula i dati e le prove scientifiche per scrivere una sua opera soprattutto durante il viaggio intorno al mondo a bordo del brigantino HMS Beagle, con il capitano Robert Fitzroy studiando in modo particolare la fauna dell'arcipelago delle Galapagos.

CHARLES DARWIN:

Padre del pensiero evolutivo

Le prime teorie evoluzionistiche

Per molti secoli prevalse l’idea di Aristotele: le specie erano considerate immutabili e create così come sono. Solo tra Settecento e Ottocento alcuni studiosi iniziarono a proporre idee che prepararono la teoria dell’evoluzione.

Jean-Baptiste de Lamarck fu il primo scienziato europeo a formulare una teoria sistematica dell’evoluzione. Egli sosteneva che tutte le specie derivassero da specie precedenti più semplici, seguendo una progressiva crescita della complessità degli organismi. Questa idea era ancora influenzata dalla concezione della Scala Naturae. Osservando fossili di organismi semplici nelle rocce più antiche, Lamarck elaborò una teoria basata su due principi: 1. gli organi si sviluppano o si riducono in base al loro uso o disuso; 2. i cambiamenti acquisiti durante la vita di un organismo possono essere trasmessi ai discendenti (ereditarietà dei caratteri acquisiti). Lamarck fu il primo a evidenziare il rapporto tra organismi e ambiente, ma l’idea dell’ereditarietà dei caratteri acquisiti si è rivelata scientificamente errata.

Jean-Baptiste de Lamarck

Secondo Charles Lyell il motore del continuo cambiamento del pianeta nel corso del tempo era il gradualismo, ovvero la somma dei lenti e costanti effetti prodotti dalle forze naturali.

Charles Lyell

La selezione naturale

Il processo tramite cui alcuni animali sono favoriti e diventano gli unici a sopravvivere fu chiamato da Darwin selezione naturale.

BIogeografia

FOssili

Prove a sostegno dell’evoluzione

Sttrutture omologhe

Microevoluzione

Differenze tra:

SELEZIONE NATURALE

SELEZIONE ARTIFICIALE

Selezione stabilizzante

Selezione sessuale

Tipi di selezione naturale

Selezione divergente

Selezione bilanciata

Selezione direzionale

CLADOGENESI

EVOLUZIONE DIVERGENTE

COEVOLUZIONE

tipi di evoluzione

EVOLUZIONE CONVERGENTE

SPECIAZIONE

MACROEVOLUZIONE

Definizione di specie

Secondo il biologo Ernst Mayr, una specie è un gruppo costituitoda quegli organismi capaci di riprodursi tra loro generando una prole fertile.Questo significa che non basta essere simili nell’aspetto: per appartenere alla stessa specie bisogna poter trasmettere il patrimonio genetico alle generazioni successive. Questa definizione funziona molto bene per gli animali, ma presenta limiti:

• nelle piante gli incroci sono molto più frequenti;
• nei batteri e nei procarioti non esiste una vera riproduzione sessuata come negli animali.

Gli organismi ottenuti dall’incrocio tra specie diverse sono chiamati ibridi.

CARLO LINNEO

Carl Linnaeus fu il primo a creare un sistema ordinato per classificare gli esseri viventi. Prima di lui ogni studioso usava nomi diversi e regnava molta confusione. Linneo introdusse: la classificazione gerarchica; la nomenclatura binomia. Il suo sistema è ancora oggi la base della biologia moderna.

Gerarchia tassonomica

Nomenclatura binomia

Sistematica e filogenesi

La sistematica è una disciplina più moderna della tassonomia che studia la biodiversità. Non si limita a classificare ma cerca anche di capire come le specie si sono evolute. La filogenesi ricostruisce la storia evolutiva degli organismi e i loro antenati comuni. Queste relazioni vengono rappresentate con gli alberi filogenetici, simili ad alberi genealogici. Più due specie sono vicine nell’albero, più recente è il loro antenato comune. La sistematiuca ci permette quindo di ricostruire la filogenesi, cioè la storia evolutiva.

Fossili ed embriologia

I fossili permettono di conoscere organismi estinti e capire l’evoluzione. Anche lo studio degli embrioni è molto utile, embrioni di uomo, pesce e uccello nelle prime fasi sono molto simili. Queste somiglianze sono chiamate omologie, che indicano una possibile origine comune. Per esempio negli embrioni umani compaiono temporaneamente strutture simili a branchie e coda.

In passato esistevano solo regno animale e regno vegetale. Poi gli scienziati capirono che funghi, batterie protisti erano troppo diversi per essere inseriti negli stessi gruppi. Si arrivò quindi ai regni:

• Animalia;
• Plantae;
• Fungi;
• Protista;
• Monera.

Successivamente il regno Monera venne diviso ulteriormente.

L’evoluzione dei regni

I tre domini

Oggi il livello più alto di classificazione è il dominio. I tre domini sono: Archaea Procarioti adattati ad ambienti estremi come saline, vulcani o sorgenti termali. Bacteria Comprende i batteri comuni. Eukarya Comprende tutti gli eucarioti:

• protisti;
• funghi;
• piante;
• animali.

INizio storia essere umano

La storia dell’essere umano può essere fatta iniziare con la comparsa della vita sulla Terra, circa 4 miliardi di anni fa, oppure con i primi utensili in pietra creati dagli ominidi circa 2 milioni di anni fa. I primi mammiferi comparvero circa 250 milioni di anni fa insieme ai dinosauri. Erano piccoli animali insettivori che, nel tempo, si divisero in tre gruppi: monotremi, marsupiali e placentati. Dopo l’estinzione dei dinosauri, circa 65 milioni di anni fa, i mammiferi si diffusero rapidamente in molti ambienti diversi. Le scimmie appartengono all’ordine dei primati e sono adattate alla vita sugli alberi. I primati comprendono anche gibboni, oranghi, gorilla, scimpanzé, bonobo ed esseri umani. La famiglia degli ominidi include gli esseri umani, le grandi scimmie e molte specie estinte di primati bipedi. Gli scimpanzé sono i nostri parenti più vicini: studi sul DNA mostrano che il genoma umano differisce da quello degli scimpanzé solo per circa l’1,5%.

dall'australopiteco all'homo sapiens

GRAZIE PER L'ATTENZIONE

Evoluzione convergente

A volte la selezione naturale porta alla formazione di specie che, pur non essendo imparentate, si assomigliano poiché vivono in ambienti simili. Qui la selezione favorisce l'affermazione di strutture analoghe, che hanno origine evolutiva diversa, ma svolgono funzioni identiche. Tale fenomeno è l’evoluzione convergente.

Cladogenesi:

Un altro modello di evoluzione è la suddivisione di una linea evolutiva di organismi in due o più linee distinte; questo processo è chiamato cladogenesi

Selezione direzionale

La selezione direzionale agisce per aumentare la proporzione di individui con una caratteristica fenotipica peculiare ed estrema che, con il passare del tempo, si sostituirà nella popolazione ad altri caratteri

Selezione artificiale:

La selezione artificiale è un processo controllato dall’uomo dove appunto glli esseri umani scelgono quali organismi far riprodurre per ottenere caratteristiche desiderate. L’uomo seleziona individui con caratteristiche utili, ad esempio maggiore produzione, forza, velocità, aspetto estetico , e questi organismi vengono fatti riprodurre tra loro. Questo processo viene considerato da Darwin del tutto analogo a quello della selezione naturale. La selezione artificiale dimostra che: le specie possono cambiare nel tempo; la selezione delle caratteristiche modifica gli organismi generazione dopo generazione.

Australopiteco:

Nel 1925 il paleoantropologo australiano Raymond Dart scoprì in Sudafrica il cranio fossile di un bambino appartenente agli Australopitechi, chiamato Australopithecus (“scimmia dell’emisfero australe”). Dart capì che apparteneva agli ominidi grazie alla forma del cranio, ai denti, al cervello e alla posizione del foro occipitale, che indicava la capacità di camminare in posizione eretta. Il bipedismo comparve in Africa circa 4 milioni di anni fa, favorito dai cambiamenti climatici e dalla formazione della Rift Valley. Successivamente furono trovati molti altri fossili di specie simili. Alcune diedero origine al genere Paranthropus, robusto e vegetariano, altre al genere Homo.

Selezione bilanciata

La selezione bilanciata spiega come è possibile mantenere la variabilità dei caratteri all'interno della popolazione.Nel corso delle generazioni può creare un polimorfismo, dove nella popolazione coesistono più forme fenotipiche

Strutture Omologhe

Le strutture omologhe sono parti del corpo di organismi diversi, ma che hanno un’origine comune e mostrano una certa somiglianza, anche se svolgono funzioni differenti.Indicano anche loro l’esistenza di un antenato comune.

Homo Neanderthal:

Rispetto all'homo Sapiens l'homo di Neanderthal era più robusto e più muscoloso e aveva una capacità cranica simile. Inoltre, Homo neanderthalensis fabbricava utensili in pietra più sofisticati di quelli dell'Homo erectus; sembra che alcuni di questi utensili fossero usati per raschiare le pelli degli animali e farne indumenti. I neandertaliani seppellivano i propri morti, spesso insieme a cibo e armi; ciò fa pensare che credessero in una vita dopo la morte.

Biogeografia

Scienza che studia la distribuzione delle piante e degli animali nelle diverse regioni del mondo.Darwin e Wallace, durante i loro studi, notarono che ambienti con clima e territorio simili ospitano spesso specie molto diverse, un fatto difficile da spiegare con il creazionismo, secondo cui ogni specie era stata creata appositamente per il proprio ambiente.

L'origine delle Specie

Il naturalista inglese Charles Darwin il 24 novembre 1859 (nascita dell’evoluzionismo), pubblica la prima edizione de L'origine delle specie.In quest’opera Darwin propone che le specie viventi non siano immutabili, ma cambino nel tempo attraverso un processo chiamato selezione naturale.

Selezione divergente

La selezione divergente favorisce l'aumento delle caratteristiche estreme in una popolazione a spese degli individui con forme intermedie

James Hutton

Formula un’ipotesi secondo cui La Terra cambia lentamente attraverso processi lenti e graduali, e non eventi improvvisi. Questa teoria è detta attualismo ed è importante perchè implica che: 1. La Terra è molto più antica di 6000 anni. 2. I cambiamenti avvengono gradualmente. 3. La Bibbia non doveva essere interpretata solo alla lettera.

Evoluzione divergente:

L’evoluzione divergente è quando una popolazione intraprende un percorso evolutivo separato, dando origine a una nuova specie, è favorita l'affermazione di strutture omologhe, inizialmente identiche ma con funzioni diverse.

Macroevoluzione

I processi evolutivi che avvengono su larga scala, in tempi lunghi e che portano a nuove ramificazioni dell'albero della vita prendono il nome di macroevoluzione.

L'origine della specie:

1. il processo di riproduzione è stabile 2. Il numero di individui che sopravvivono e si riproducono è piccolo rispetto al totale di organismi nati; 3. in ogni popolazione possono comparire differenze tra i singoli organismi; 4. E’ la selezione naturale, che determina quali individui riusciranno a sopravvivere e a riprodursi e quali no; 5. Dopo tempo, la selezione naturale porta all'evoluzione della popolazione

William Smith

Dimostrò che la Terra è molto antica, scoprendo che ogni strato contiene fossili caratteristici, detti fossili guida, e collegò la storia della Terra alla storia degli esseri viventi.

Gli ibridi spesso sono sterili perché i cromosomi delle due specie non si combinano correttamente durante la formazione delle cellule riproduttive. Questo è importante perché la fertilità è uno dei criteri principali per distinguere una specie da un’altra.

Selezione naturale:

Charles Darwin e Alfred Russel Wallace arrivarono indipendentemente alla stessa conclusione che le specie evolvono attraverso la selezione naturale. Wallace studiò soprattutto la distribuzione degli animali e le differenze tra specie in Asia e Australia. Le sue osservazioni confermarono le idee di Darwin sull’evoluzione. Con la selezione naturale la popolazione cambia ed evolve nel tempo: In una popolazione esistono differenze tra individui, alcune caratteristiche sono vantaggiose. Gli individui più adatti sopravvivono, si riproducono di più e i caratteri vantaggiosi vengono trasmessi ai discendenti. La selezione naturale è fatta dall’ambiente, favorisce gli organismi più adatti e spiega l’evoluzione delle specie.

Selezione stabilizzante

La selezione stabilizzante comporta l'eliminazione degli individui che presentano caratteri estremi, i cui valori si discostano dalla media e sono presenti soltanto in un piccolo gruppo popolazione

Homo Erectus:

Di Homo erectus sono stati rinvenuti numerosi fossili risalenti a un periodo che va da circa 1,5 milioni a 250000 anni fa. Questo ominide aveva un corpo di dimensioni simili a quello di H. ergaster, ma meno massiccio; si può dire, inoltre, che avesse una struttura scheletrica molto simile alla nostra e un cervello decisamente più sviluppato di quello dei suoi predecessori

Nomenclatura binomia

Secondo il sistema binomio, il nome di un organismo è composto da due parole: una indica il genere e una la specie all'interno di quel genere. Il genere è un grupo di specie strettamente affini che derivano da un antenato comune.Esempio: Panthera tigris = tigre; Panthera leo = leone. Entrambi appartengono al genere Panthera, quindi hanno un antenato comune relativamente vicino Regole principali:

• il genere si scrive con iniziale maiuscola;
• la specie in minuscolo;
• tutto in corsivo;
• Il nome del genere viene abbreviato dopo la prima citazione.

Questo sistema evita confusioni tra lingue diverse.

Selezione sessuale

La selezione sessuale è la lotta tra membri dello stesso sesso, generalmente maschile, per la conquista dell'altro sesso. Si pensa che sia la causa principale del dimorfismo sessuale, cioè l'insieme di differenze tra maschi e femmine di una specie.

Un esempio della sua teoria è quello delle giraffe, che avrebbero allungato il collo per raggiungere le foglie più alte, oppure delle zampe degli uccelli, adattate al nuoto o alla caccia in base all’uso.

I Fossili

I fossili sono resti di organismi vissuti nel passato che ci rivelano i cambiamenti delle specie nel tempo dimostrandoci quindi che gli organismi più semplici dal punto di vista evolutivo comparvero prima di quelli più complessi.I fossili sono quindi una prova dell’evoluzione graduale dei viventi.

Thomas Maltus

Nel suo libro Malthus prevedeva che se la popolazione avesse continuato ad aumentare così rapidamente presto ci sarebbe stato impossibile sfamare tutti gli abitanti della terra. Darwin riteneva che le conclusioni di Malthus, ossia che il cibo e altri fattori ambientali limitino lo sviluppo delle popolazioni, si potessero estendere a tutte le specie di viventi.

Homo Sapiens:

lTutti i fossili di ominidi degli ultimi 30000 anni appartengono agli esseri umani anatomicamente moderni, cioè alla specie Homo sapiens, l'unica so-pravvissuta. I più antichi fossili attribuiti ai nostri antenati Avevano un'evidente superiorità tecnologica rispetto ai Neanderthal

Georges Cuvier

Studiava fossili di vertebrati e anatomia comparata e ricostruiva animali completi da pochi frammenti ossei. Elaborò così la teoria del catastrofismo: 1. la Terra sarebbe stata colpita da grandi catastrofi naturali; 2. queste avrebbero causato estinzioni (dimostra l’esistenza delle estinzioni); 3. dopo ogni catastrofe ci sarebbe stato un ripopolamento. 4. é il contrario dell’evoluzionismo

Homo Habilis:

Nel 1962, il paleontologo britannico Louis Leakey annunciò il ritrovamento a Olduvai, in Tanzania, di un ominide vissuto circa 1,75 milioni di anni fa. Per la maggiore capacità cranica, Leakey lo assegnò al genere Homo e, per il possibile collegamento con i primi utensili in pietra risalenti allo stesso periodo, lo chiamò Homo habilis («uomo dotato di manualità»).

Biologia molecolare

Oggi il DNA è uno degli strumenti più importanti per classificare gli organismi. Confrontando le sequenze genetiche: poche differenze → parentela stretta; molte differenze → parentela lontana. Queste tecniche hanno rivoluzionato la classificazione. Per esempio il panda gigante è stato classificato come orso e alcuni uccelli apparentemente simili si sono rivelati poco imparentati.

Speciazione

Se una popolazione resta isolata, comincerà a evolvere indipendentemente e potrà sviluppare cambiamenti da trasformarla in una nuova specie. Questo processo è la speciazione,

La Microevoluzione

I fenomeni evolutivi che si svolgono su scala ridotta e si concludono in tempi relativamente brevi sono detti microevoluzioni.Questo dimostra che le specie possono modificarsi e adattarsi all’ambiente. Degli esempi sono le falese Biston betularia, i batteri resistenti agli antibiotici o gli insetti resistenti agli insetticidi.

Tassonomia

La tassonomia è la disciplina biologica che si occupa di classificare, descrivere e dare un nome agli organismi viventi. Gli studiosi confrontano:caratteristiche fisiche;

• anatomia;
• comportamento;
• genetica.

Gli organismi vengono raggruppati in unità tassonomiche in base alle somiglianze. La tassonomia serve a:

• organizzare la biodiversità;
• facilitare lo studio degli organismi;
• capire le relazioni evolutive.

Coevoluzione

Quando le popolazioni di più specie interagiscono strettamente, si possono verificare adattamenti simultanei che innescano la coevoluzione.

La classificazione biologica è organizzata “a scatole”. Dal gruppo più piccolo al più grande:

• specie
• genere
• famiglia
• ordine
• classe
• phylum
• regno
• dominio

Tassonomia

La tassonomia è la disciplina biologica che si occupa di classificare, descrivere e dare un nome agli organismi viventi. Gli studiosi confrontano:

• caratteristiche fisiche;
• anatomia;
• comportamento;
• genetica.

Gli organismi vengono raggruppati in unità tassonomiche in base alle somiglianze. La tassonomia serve a:

• organizzare la biodiversità;
• facilitare lo studio degli organismi;
• capire le relazioni evolutive.

Georges-Louis Leclerc de Buffon

Sosteneva che gli organismi originari erano stati creati perfetti da Dio e le specie attuali derivano dalla “degenerazione” di quelle iniziali, per esempio, i felini moderni deriverebbero da un felino ideale originario.Fu uno dei primi a mettere in dubbio l’immutabilita e cercò di spiegare la biodiversità affermando che le specie possono cambiare nel tempo.

Homo Ergaster:

H. ergaster sapeva dominare il fuoco e utilizzarlo per cuocere sia la carne sia alcuni vegetali, aumentando così la varietà della sua dieta. Da H. ergaster, discendono diverse linee evolutive, una delle quali ha portato a Homo erectus, diffuso in Asia, e a Homo heidelber-gensis. Quest'ultimo ha colonizzato soprattutto il continente europeo tra i 600000 e i 100000 anni fa e ha dato probabilmente origine a Homo neanderthalensis.

Cladogenesi:

Un altro modello di evoluzione è la suddivisione di una linea evolutiva di organismi in due o più linee distinte; questo processo è chiamato cladogenesi

VIRUS

I domini e i regni comprendono tutti gli organismi tranne i virus.I virus non sono considerati organismi viventi completi perché non possiedono cellule, non svolgono autonomamente le funzioni vitali e si riproducono solo dentro cellule ospiti. Sono costituiti da materiale genetico e rivestimento proteico e presentano una struttura subcellulare Per questo vengono definiti parassiti obbligati.