Evoluzione e Sistematica

Evoluzione
e
Sistematica
Darwin e la teoria dell’evoluzione
Darwin formulò la prima spiegazione scientifica dell’evoluzione (1859)
Sostenne che gli organismi attuali derivano da una successione di organismi
antenati attraverso un processo che chiamò
Discendenza con modificazioni
Oggi lo definiremmo contributo alla
teoria dell’evoluzione
Secondo tale teoria:
• Tutti i viventi sono tra loro imparentati
• Hanno avuto origine da antenati comuni
vissuti in epoche più o meno remote
• Hanno subito modificazioni graduali
La storia della vita può essere pensata come un albero,
con tante ramificazioni, nel quale ogni biforcazione
rappresenta la nascita di un individuo con
caratteristiche nuove.
Secondo Darwin
Meccanismo dell’ Evoluzione = Selezione Naturale
Egli partì da due osservazioni:
tutti i viventi
• hanno la tendenza a produrre prole in eccesso, con un
numero di individui superiore a quello che l’ambiente
può sostenere
• variano in molte caratteristiche individuali che possono
essere ereditate (trasmesse da una generazione a quella
successiva)
disparità fra numero di individui
e
risorse disponibili =
Lotta per l’esistenza
La selezione naturale
– La sopravvivenza dipende almeno in parte dalle
caratteristiche ereditate dai genitori
– All’interno di una popolazione diversificata gli individui
dotati di tratti ereditari che permettono di adattarsi meglio
all’ambiente hanno maggiore probabilità di sopravvivere e
riprodursi
– Secondo Darwin in seguito alla selezione naturale le
caratteristiche vantaggiose saranno rappresentate sempre
più frequentemente nelle generazioni successive mentre
quelle sfavorevoli lo saranno sempre meno
La selezione artificiale
Darwin trovò prove convincenti a sostegno
delle sue teorie osservando i
.
risultati della selezione artificiale, cioè la coltivazione e l’allevamento selettivi
di piante e animali.
Incroci condotti dall’uomo
per migliaia di anni
(selezione artificiale)
Cane ancestrale (simile al lupo)
Figura 13.3A
Figura 13.3B
Le prove dell’evoluzione che consentono di
tracciare la filogenesi dei viventi sono:
a. La documentazione fossile, ossia la serie ordinata di fossili che affiorano
dagli strati di rocce sedimentarie
Molti fossili mettono in collegamento le specie attuali
con i loro antenati estinti
b. L’anatomia comparata
Somiglianze anatomiche che accomunano le specie costituiscono un indicatore di
discendenza comune.
– I biologi chiamano strutture omologhe le strutture che sono simili
perché derivano da un antenato comune
– Spesso le strutture omologhe hanno funzioni diverse
c. L’embriologia comparata
– L’embriologia comparata, lo studio delle strutture che compaiono durante lo
sviluppo dei diversi organismi, fornisce ulteriori prove delle origini comuni dei
viventi.
– Spesso, infatti, le specie strettamente imparentate presentano stadi simili nel
loro sviluppo embrionale.
d. Le relazioni filogenetiche
– La filogenesi è la storia evolutiva di un gruppo di
organismi
– La documentazione fossile consente di tracciare la
filogenesi di molti gruppi di organismi
– La ricostruzione della filogenesi è una parte della
sistematica e riguarda lo studio della diversità e della
classificazione dei viventi in categorie dette
taxa
Con l’obiettivo prioritario di distinguere tra
omologie e analogie
• Le strutture analoghe sono il risultato di adattamenti a
pressioni ambientali simili (non di una comune discendenza) e
mostrano le convergenze evolutive di organismi di linee anche
molto lontano tra loro.
Strutture analoghe o omologhe?
e. La biologia molecolare
• Un supporto alla teoria dell’evoluzione è stato fornito recentemente
dalla biologia molecolare, la disciplina che paragona sequenze di DNA e
proteine in organismi differenti.
• Le specie che risultano strettamente correlate hanno in comune
una percentuale di DNA e di proteine maggiore rispetto alle specie non
imparentate.
• Maggiore è il numero di differenze nelle
sequenze di DNA di due specie, più distante
sarà il loro antenato comune.
alberi filogenetici o cladogrammi
• rappresentano le genealogie dei viventi
• sono diagrammi con ramificazioni dicotomiche che
tracciano le relazioni evolutive nel modo più
dettagliato possibile
Gli estremi rappresentano i taxa
I rami rappresentano la
divergenza tra due gruppi da un
antenato comune:
l’evoluzione
I nodi rappresentano gli antenati
comuni
I cladogrammi sono diagrammi basati sulla presenza di caratteri
omologhi derivati condivisi tra le specie e cercano di definire dei taxa
monofiletici cioè gruppi costituiti da un antenato e da tutti i suoi
discendenti
Esempi di radiazione adattativa
Esempi di convergenza evolutiva
I caratteri condivisi possono essere:
•
primitivi se rappresentano le strutture omologhe
comuni sia all’antenato sia a tutti i discendenti
•
derivati se rappresentano le strutture nuove esclusive
di una certa linea evolutiva
Principali regole di nomenclatura
La nomenclatura scientifica usa la lingua latina.
Il taxon ( o categoria) fondamentale della tassonomia è la specie.
La specie viene indicata con un binomio (due nomi), secondo l’uso introdotto
da Carlo Linneo nel 1753 (Species Plantarum)
Il primo dei due nomi è un sostantivo: esso indica il genere cui la specie
appartiene. Il nome del genere va scritto con la prima lettera a carattere
maiuscolo.
Il secondo dei due nomi è per lo più un aggettivo: esso rappresenta l’epiteto
specifico e va scritto con la prima lettera a carattere minuscolo.
SOLO LA COMBINAZIONE DI
‘’GENERE + EPITETO SPECIFICO’’
CONSENTE DI INDICARE IN MANIERA
CORRETTA E COMPLETA
UNA SPECIE
Ad esempio:
Medicago sativa L.
Avena sativa L.
Lutra lutra L.
Castanea sativa Miller
Per ulteriore completezza, al binomio che indica una specie va poi aggiunto il nome
(talora abbreviato) dell’autore che per primo ha validamente descritto quella specie
(ad esempio: L. sta proprio per Linneo).
La classificazione è gerarchica:
Che cos’è una specie o razza?
Linneo nella sua classificazione
sull’aspetto fisico
binomia si basò
e
attribuì un nome a più di 11000 specie
In alcune specie, come le allodole, gli individui
appartenenti alla stessa specie non appaiono molto
diversi
In altre, come la nostra, le differenze sono molto più
evidenti
Il solo aspetto fisico non è sufficiente a classificare
gli organismi
Figura 14.2A
Figura 14.2B
Ci sono vari modi per definire una specie:
Definizione di specie biologica
Una specie è una popolazione o un gruppo di
popolazioni in cui i membri possono
potenzialmente incrociarsi tra loro e produrre
individui fertili (ossia capaci di riprodursi a loro
volta).
Definizione di specie morfologica
Classifica gli organismi sui caratteri fenotipici
osservabili e misurabili
Definizione di specie ecologica
Identifica le specie in base alle nicchie ecologiche
che occupano, considerando il ruolo svolto dagli
organismi all’interno della comunità biologica
Definizione di specie filogenetica
Identifica un gruppo di organismi con storia genetica
comune
• Tale definizione diventa interessante perché
permette di affermare che gli esseri umani
non possono essere distinti in razze, tanto
meno in razze inferiori e superiori
• L’uguaglianza umana è un dato di fatto
biologico
Le differenze fisiche come colore degli occhi, della
pelle e dei capelli sono state da sempre considerate
elementi fondamentali per caratterizzare le razze
umane
Dopo la scoperta del DNA è stato logico credere che
le somiglianze fossero determinate da una
condivisione di geni
All’inizio degli anni ’70 furono effettuati studi sulle proteine di
17 geni
all’interno di 7 cosiddette razze:
• caucasici (gli abitanti affacciati sul Mediterraneo,
comprendendo anche i cittadini del nord
Europa);
• africani sub-sahariani (tutta l’Africa ad
esclusione degli abitanti del nord Africa);
• mongolidi;
• popolazioni del Sud-est asiatico;
• aborigeni australiani;
• popolazioni dell’Oceania (oceanici);
• nativi delle Americhe (amerindi).
I risultati evidenziarono differenze geniche :
• soltanto del 7% tra le varie razze
• circa dell’85% all’interno delle singole razze
Questo significa che:
• Tutte le razze derivano da un piccolo gruppo
di antenati ancestrali che hanno lasciato ai
discendenti una grande porzione di genoma
«di base» comune
• Solo il 7% del genoma è responsabile delle
differenze somatiche tra le etnie
E’ ragionevole ipotizzare che questi antenati:
• Siano partiti dall’Africa circa 100.000 anni fa
• Si siano spostati lungo i continenti
• Abbiano originato una discendenza di uomini
con caratteristiche diverse
• Pertanto l’idea di diversità razziale su base
genetica viene meno
Geniale intuizione di Einstein già negli anni 30
appendice
Desinenze dei principali taxa
TAXON
DESINENZE
Divisione
Sottodivisione
Classe
Sottoclasse
Ordine
Famiglia
Sottofamiglia
-ophyta
-ophytina
-opsida
-idae
-ales
-aceae
-oideae
TAXA DI RANGO INFERIORE ALLA SPECIE
Le categorie di rango inferiore alla specie sono:
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La sottospecie (abbreviata con subsp.)
La varietà (abbreviata con var.)
La forma (abbreviata con f.)
La sottoforma (abbreviata con subf.)
La cultivar che deriva da cultivated variety (varietà
coltivata) e si abbrevia con cv
Ad esempio:
Rosa canina subsp. canina var. lutetiana f. lasiostylis (Léman) Baker
Léman rappresenta l’autore che ha descritto la specie per la prima volta, Baker l’autore che l’ha revisionata.
LA CULTIVAR
E’ un particolare genotipo, ottenuto per miglioramento genetico in
condizione di coltivazione, caratterizzato da un insieme di specifici
caratteri morfologici, fisiologici, agronomici e merceologici di particolare
interesse, trasmissibili sia per riproduzione sessuata (seme) sia per
propagazione vegetativa (per parti di pianta).
Da un punto di vista pratico la cultivar è analoga alla razza di una specie
animale, ottenuta con la domesticazione e la selezione (selezione
artificiale).
In agronomia si usa spesso, impropriamente, il termine di varietà al
posto di cultivar.
Il termine varietà va invece utilizzato per indicare entità di rango
sottospecifico con riferimento a specie selvatiche, non coltivate.
GLOSSARIO
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ADATTAMENTI: caratteri ereditari vantaggiosi, che aumentano le probabilità di un individuo di sopravvivere e riprodursi in un dato ambiente.
ANALOGIA: è riferibile a strutture che mostrano la stessa funzione ma non la stessa derivazione embrionale e pertanto non sono omologhe. Esempi:
pinna di pesce e pinna di delfino, denti di teleostei e dentelli cornei di ciclostomi, timo dei mammiferi e la borsa di Fabrizio degli uccelli.
AUTOPOMORFIA: un tratto derivato che è unico per ogni gruppo terminale.
CONVERGENZA ADATTATIVA: la risposta all’ambiente è la stessa in organismi differenti.
DICOTOMIA: dal gr. διχοτομία «divisione in due parti».
ESTINZIONE: evento che comporta l’irreversibile perdita di una o più specie.
FOSSILI VIVENTI Termine coniato da Darwin per indicare quegli organismi che mostrano caratteri primitivi propri del gruppo a cui appartengono,
soggetti ad un processo evolutivo molto lento, il cui gruppo di appartenenza può essersi comunque altamente differenziato (Es Amia, Sfenodonte).
GENERALIZZATO: si riferisce a strutture che possono anche subire degli adattamenti. Es arto chiridio che può trasformarsi in ala, o in pinna di una foca.
MONOFILETICO: gruppo costituito da un antenato e da tutti i suoi discendenti.
NICCHIA ECOLOGICA: ruolo svolto dall’organismo all’interno di un ecosistema.
OMOLOGIA: è di strutture che hanno la stessa derivazione embrionale e che si trovano in un progenitore e nei suoi discendenti; le strutture omologhe
possono essere più o meno simili nella struttura e nella funzione. Esempi: pinna di delfino e arto di lucertola, iomandibolare di pesce e staffa di
mammifero, le vene cardinali dei pesci e le vene cave dei mammiferi.
OMOPLASIA: caratteri simili che si sono presentati nei diversi taxa in modo indipendente attraverso convergenza evolutiva, radiazione adattativa, ecc
PARAFILETICO: gruppo costituito da un antenato e da una parte dei suoi discendenti.
PLESIOMORFIA: carattere primitivo comune a più cladi correlati.
PRIMITIVO si riferisce a strutture (es. corda dorsale) o organismi molto “antichi” (es. Labirintodonti) da cui si sono evolute nuove strutture o nuovi
organismi.
SPECIALIZZATO: indica un cambiamento adattativo che limita la possibilità di ulteriori modificazioni adattative (es. il becco degli uccelli, la bocca dei
ciclostomi, lo stomaco dei ruminanti).
RUDIMENTALE: indica una struttura che nella filogenesi e/o nell’ontogenesi ha una potenzialità morfologica e funzionale (es. dotto di Muller).
SINAPOMORFIA: carattere nuovo condiviso .
SISTEMATICA: diversità degli organismi viventi, la loro classificazione e filogenesi.
TASSONOMIA: metodi e procedure di classificazione, la parte pratica della sistematica.
VESTIGIALE: indica una struttura di scarso rilievo in un organismo che però era molto ben rappresentata in un suo progenitore (es. il cinto pelvico delle
balene, il sacco del tuorlo dei mammiferi).
Sitografia
• http://www.anisn.it/
• http://www.museocalimera.it
• www.//hetemeel.com
• http://www.iiscastelnovonemonti.gov.it
• www.sapere.it
zoropsis.wordpress.com
Bibliografia
• Alters & Alters, Biologia in evoluzione. Le Monnier
• GC Kent Anatomia Comparata dei Vertebrati. PICCIN
• Campbell, 2006. Zanichelli editore