IL RUOLO DEL CASO NELL'EVOLUZIONE
Docenti: Francesca Del Santo Maria Elena Rossi
Discipline: Scienze Sociali Matematica
Scuola: Liceo “G. Mazzini” La Spezia
Classe: II A Liceo delle Scienze Sociali
Finalità
Conoscere le teorie di Darwin e comprendere come possono essere conciliate con le attuali teorie
genetiche.
Simulare il meccanismo dell'evoluzione, creando un gioco che ne imiti le proprietà e che concentri
in poco tempo il passaggio di molte generazioni.
Sperimentare un metodo di previsione dell'andamento di un fenomeno basato sul caso.
Introdurre il Calcolo delle Probabilità.
Accostare la verifica per simulazione e la verifica per esperimento naturale o quasi-esperimento
della Biston Betularia.
Descrizione dell'attività
Costruzione di un gioco di simulazione per verificare l’ipotesi evoluzionistica,
che fa da cornice alle scienze della natura.
Tale ipotesi si presenta come una sintesi tra la classica teoria evoluzionistica
darwiniana e le conoscenze acquisite in campo genetico:
sintesi neo-darwiniana
Svolgimento dell'attività
Introduzione teorica
Fase1: simulazione “deriva genetica”
Fase 2: simulazione “deriva genetica con selezione naturale”
Confronto tra i risultati
Introduzione teorica
Evoluzionismo darwiniano
Esposta da Charles Darwin (1809-1882) ne L'origine della specie (1859), l'ipotesi evoluzionista prende
forma nel corso di un lungo viaggio (1831-1836) intorno al mondo compiuto dal grande naturalista inglese
sul brigantino Beagle .
Decisiva è l'osservazione della varietà di forme del becco di una stessa specie di fringuelli presenti in
diverse isole dell'arcipelago delle Galapagos; da qui il nucleo della sua teoria evoluzionistica basata su due
principi fondamentali:
Comparsa casuale di micro-variazioni ad ogni nuova generazione di una stessa specie
Selezione naturale che provvede a far scomparire le micro-variazioni svantaggiose e ad estendere
quelle vantaggiose in rapporto all'ambiente, adattando così la specie ovvero promuovendone
l'evoluzione.
Particolare interesse riveste il primo punto: è la casualità delle micro-variazioni, infatti, a rendere la
teoria darwiniana conciliabile con le nostre attuali conoscenze genetiche, facendola definitivamente
prevalere su una precedente teoria evoluzionistica proposta da Jean Baptiste Lamarck (1744-1829).
DERIVA GENETICA E METODO DI MONTECARLO
Ammesso da Darwin solo per spiegare la comparsa delle micro-variazioni, il caso diventa dominatore indiscusso della evoluzione
nell' ipotesi della “deriva genetica”, la quale concepisce casuale non solo la comparsa ma anche la trasmissione
delle micro-variazioni.
Prende il via da qui una simulazione, in cui la trasmissione di un carattere da una generazione all'altra è affidata a un evento
puramente aleatorio come il lancio di un dado.
MODELLO MATEMATICO
popolazione di soli 6 individui (tanti quanti le facce del dado)
Ipotesi semplificative:
ogni individuo si riproduce in modo autonomo, senza scambi di corredo genetico
la numerosità della popolazione non varia da una generazione all'altra
SVILUPPO DEL GIOCO
Prendiamo in considerazione un solo carattere per individuo:
Sensibilità S o resistenza R ad una certa malattia, in ipotesi la malaria
Esempio: se vogliamo indicare una popolazione costituita da 6 individui tutti sensibili, scriviamo così:
SSSSSS
123456
I numeri indicano gli individui
Supponiamo che ci sia una mutazione S
R
La mutazione è un fenomeno raro e quindi pensiamo che ne avvenga una sola.
Supponiamo che la mutazione sia avvenuta nel secondo individuo, quindi nella prima generazione dopo la mutazione
la situazione è la seguente: S R S S S S
EFFETTO DEL CASO ATTRAVERSO LE GENERAZIONI
123456
SRSSSS
Lanciando un dado facciamo nascere un figlio: il numero che esce corrisponde all’individuo che ha avuto il figlio.
Faremo 6 lanci; immaginiamo di ottenere la sequenza:
522643
La nuova generazione sarà (scrivendo i figli nell’ordine di nascita):
SRRSSS
perché 2 ha il carattere R.
Possiamo continuare lanciando di nuovo il dado
Estratto dalla simulazione fase 1: deriva genetica
Risultati simulazione deriva genetica
DERIVA GENETICA CON SELEZIONE NATURALE
Nella seconda fase si tiene conto della selezione naturale; si ipotizza che l'individuo n. 2 (R) sia
resistente alla malaria e come tale in grado di sopravvivere più a lungo rispetto agli individui S.
Quando esce il numero corrispondente a un individuo S si effettua allora un secondo lancio per stabilire
se muore o sopravvive:
supponendo pari al 50% le probabilità di sopravvivenza degli S, si conviene che:
l'individuo non sopravvive se esce un numero minore o pari a 3,
sopravvive se esce un numero maggiore di 3.
Se invece esce un numero corrispondente a un individuo R, lo si iscrive automaticamente alla
generazione successiva.
Contrariamente alla prima fase, nella seconda il numero di lanci necessari per ricostituire una
generazione di 6 individui vivi non è prevedibile.
Sempre ricorrendo a eventi aleatori, si è così costruito un modello matematico in grado di simulare gli
effetti della selezione naturale.
Estratto dalla simulazione fase 2: deriva genetica con selezione naturale
Fase 1: simulazione deriva genetica
Fase 2: simulazione deriva genetica con selezione
naturale
Testi di riferimento
Luca e Francesco Cavalli- Sforza, Ada Piazza
“Razza o pregiudizio”
Einaudi Scuola, Torino 1996
Theodosius Dobzhansky
"L'evoluzione della specie umana"
Trad. it. Luciana Pecchioli
Einaudi, Torino 1965
Guido Barbujani - Pietro Cheli
"Sono razzista, ma sto cercando di smettere"
Laterza, Roma - Bari 2009
Edoardo Boncinelli
"I nostri geni"
Einaudi, Torino 1998
Jacques Monod
"Il caso e la necessità"
Trad.it. Anna Busi
Mondadori, Milano 1970
