BIOLOGIA EVOLUTIVA
Che cosa devi ricordare
Prima di affrontare l’affascinante mondo della biologia evolutiva sarà opportuno che assieme rivediamo
alcuni concetti fondamentali che ti saranno utili per capire le varie teorie che si sono succedute fino ad
oggi e che hanno cercato di spiegare i meccanismi evolutivi con cui si sono sviluppati i diversi gruppi
sistematici dei viventi.
La materia e suoi stati
Essere viventi
Respirazione cellulare
Fotosintesi
Autotrofismo ed eterotrofismo
Ecosistema
Struttura e dinamiche della terra
Fossilizzazione
Clima
Test di inizio unità
1. Che cosa è un organismo autotrofo? ………………………………………………………………………………………………
...........................................................................................................................................................................
2. Completa lo reazione della fotosintesi clorofilliana
..................... + anidride carbonica = …………………………………… + ossigeno
3. Quali sono le differenze tra una cellula vegetale e una animale? …………………………………….………
…………………………………………………………………………………………………….................................................................................
..................................................................................................................................................................
4. Quanti e quali sono i regni in cui si dividono gli esseri viventi? ……………………………………………….
……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………...
5. Quali sono i gas che costituiscono l’aria?
…………………………………………………………………………………………………….................................................................................
..................................................................................................................................................................
6. Quando è comparsa la vita sulla terra?
1.
2.
3.
4.
500.000 anni fa
1 milione di anni fa
4 miliardi di anni fa
Quando è apparso l’uomo
7. Indica l’ordine con cui si sono succedute le ere geologiche: mesozoico, cenozoico, paleozoico e
neozoico. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………........……..
........................................................................................................................................................................................
8. Che cosa è un fossile?
a. Una roccia acida
b. Un resto o un impronta di organismo vissuto nel passato
c. Il resto di un animale vissuto in mare
d. Il resto di una pianta vissuta sulla terra emersa
9. Come si chiama la scienza che studia i fossili? ……………………………………………………………………………
10. Disponi in sequenza i seguenti gruppi sistematici in ordine di comparsa dal più antico (1) al più recente
(4): rettili, anfibi, pesci, uccelli.
………………………………………………………………………………………………………………………………………………….........................................
..............................................................................................................................................................................................
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Quando nasce la biologia
La biologia (dal greco βιολογία, composto da βίος, bìos cioè "vita" e λόγος, lògos, cioè studio,
discorso) è la scienza che studia tutto ciò che riguarda la vita e gli organismi viventi.
I primi approcci con classificazione
L’esperienza del noto zoologo ed evoluzionista tedesco del XX secolo Ernst Mayr tra le tribù dei
monti Arfak della Nuova Guinea (Indonesia) ci ha permesso di scoprire la capacità degli uomini di
tramandare oralmente da epoca preistorica nomi, caratteristiche e quindi classificare animali per
scopi relativi alla sopravvivenza.
Mayr racconta in Animal Species and Evolution (Harvard
University Press, 1963) la sua iniziale esperienza: "Circa
trentacinque anni fa passai alcuni mesi con una tribù di eccellenti
abitatori dei boschi e cacciatori nei monti Arfak della Nuova
Guinea. Il loro dialetto disponeva di centotrentasei nomi diversi
per le centotrentasette specie di uccelli presenti nella zona,
confondendo due sole specie di essi. Naturalmente, non è pura
coincidenza che quei primitivi abitatori dei boschi arrivassero
alla stessa conclusione dei tassonomisti dei musei; è invece la dimostrazione che entrambi
i gruppi di osservatori si trovano di fronte le stesse, non arbitrarie, discontinuità della
natura".
Il contributo di Aristotele
In epoca classica il filosofo e scienziato greco Aristotele
(384-322 a. C.) permette di estendere lo studio della
natura alla biologia attraverso il metodo osservativo e la
nascita della prima classificazione degli esseri viventi
che si articolava in due soli grandi raggruppamenti: il
regno degli animali (suddivisi in animali con e senza
sangue) che comprendeva gli esseri viventi che si
muovono e mangiano, e i cui corpi crescono fino a un certo
punto per poi smettere di crescere; il regno delle piante
che raggruppava gli organismi incapaci di muoversi e di
mangiare e caratterizzati da una crescita indefinita, derivati molto probabilmente da piccoli
animali. Tale classificazione è stata utilizzata senza sostanziali variazioni fino a tempi
relativamente recenti.
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Il contributo di Galeno
Alcuni secoli dopo Aristotele visse il greco Galeno (129210 d. C.), uno dei maggiori scienziati e medici
dell’epoca classica, nato in Asia Minore e vissuto anche
a Roma, che introduce il concetto di rapporto tra
struttura e funzione negli esseri viventi. L’esempio
della proboscide dell’elefante utilizzata dall’animale
per respirare durante la traversata di fiumi profondi
permette un ulteriore passo in avanti della biologia evolutiva.
Linneo e la classificazione binomiale
La figura di Linneo
Carl von Linné, noto più semplicemente agli italiani
come Linneo (dalla forma latinizzata del nome, Carolus
Linnaeus)
è
stato
un
medico,
botanico e naturalista svedese vissuto nel XVIII secolo,
considerato il padre della moderna classificazione
scientifica degli organismi viventi.
Lo studioso visse e lavorò in Svezia (nelle foto la sua casa
a Stoccolma e un giardino in cui studiò) ma fece numerosi
viaggi che gli dettero la possibilità di sperimentare un
nuovo sistema di nomenclatura binomiale, basata sul
modello aristotelico di definizione mediante genere
prossimo e differenza specifica.
Con questo metodo tassonomico, tuttora usato, a ciascun
organismo sono attribuiti due nomi (di origine latina): il
primo si riferisce al
genere di appartenenza
dell'organismo stesso ed è uguale per tutte le specie che
condividono alcuni caratteri principali (nomen genericum);
il secondo termine, che è spesso descrittivo, designa
la specie propriamente detta (nome specifico).
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Il testo guida della sistematica
La figura rappresenta la copertina della prima edizione del
libro “Sistema naturae” di Linneo, il capolavoro che pose
le basi della sistematica moderna. Esso fu pubblicato nel
1735, seguirono poi molte riedizioni in cui l’autore inseriva
nuove scoperte o correzioni.
Il titolo completo della decima edizione è “Sistema della
Natura attraverso i Tre Regni della Natura, secondo
le classi, gli ordini, i generi e le specie, con caratteristiche,
differenze, sinonimi, luoghi”.
Se da un lato egli introdusse il metodo binomiale di
classificazione, tutt’oggi utilizzato, la sua classificazione
degli organismi viventi contemplò solo due regni, mentre il
terzo, che si evince dal titolo della sua opera è da riferirsi
al mondo dei minerali.
Il Creazionismo
La figura di Cuvier
“La creazione di Adamo” di Michelangelo nella
Cappella Sistina rappresenta la visione biblica della
creazione che ha regnato per secoli fino al 1700.
Questa ferma idea classica ha influenzato il lavoro
di grandi scienziati nella Francia di fine ‘700, inizio
‘800, come George Cuvier (1769-1832), fondatore
della paleontologia dei vertebrati, studioso cui Napoleone aveva affidato la riorganizzazione delle
università dell’impero. Nella foto il famoso paleontologo durante una sua lezione
La teoria del creazionismo
In quel periodo regnava la teoria del creazionismo: si credeva
cioè che l'Universo, la Terra e tutti gli organismi viventi fossero
stati originati da atti specifici di creazione divina, come
riportato nella Bibbia, e non da processi naturali come
l'evoluzione. Cuvier fu un grande esperto di anatomia, capace di
“correlare le forme” ed arrivare alla determinazione della
struttura generale di un animale a partire dalla singola parte.
Rifiutava, però, la teoria del “piano organico” di Saint-Hilaire
(1772-1884), suo collega, secondo il quale tutti gli animali
sarebbero costruiti in conformità di un unico piano fondamentale,
elemento innovativo in termini di evoluzione da antenati comuni.
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Il contributo geologico
Alla fine del 1700 e definitivamente nel 1800 si
affermarono nuove e interessanti studi di geologia
ad opera dell’inglese Smith e degli scozzesi Hutton
e Lyell. In particolare quest’ultimo, con il suo
capolavoro “Principi di geologia”, di cui vediamo il
frontespizio, pose le basi della teoria detta
attualismo. Questa teoria affermava che le forze
che plasmano il mondo sono le stesse che hanno
operato nel passato, e agiscono gradualmente ed in
modo pressoché costante su tempi molto lunghi.
Il catastrofismo
All'epoca alla teoria dell’attualismo si contrapponeva quella del catastrofismo, sostenuta
da Georges Cuvier, secondo cui la terra andava incontro periodicamente a violente trasformazioni,
intervallate da periodi di quiete. Nell’opera “Discorso sulle rivoluzioni del globo”, Cuvier arriva a
spiegare l’estinzione di specie, di cui la paleontologia portava alla luce i fossili, con catastrofi tipo
il diluvio universale.
Osserva S. J. Gould (1980): “Quando le monarchie caddero ed il 1700 si concluse in un’era di
rivoluzioni, gli scienziati cominciarono a vedere il cambiamento come parte normale dell’ordine
universale, non più come qualcosa di aberrante ed eccezionale. Gli eruditi allora trasferirono alla
natura il programma liberale di cambiamento lento e ordinato che invocavano per le trasformazioni
sociali. A molti scienziati i cataclismi naturali sembravano minacciosi come il regno del terrore di cui
era stato vittima il grande collega Lavoisier”.
La teoria del fissismo
Tuttavia i catastrofisti non riuscivano bene a spiegare il ripopolamento dopo ciascuna catastrofe.
Il loro modo di pensare era riassumibile con il principio del fissismo, la teoria biologica secondo la
quale le specie vegetali ed animali sono destinate a rimanere sempre uguali a loro stesse. Scoperte
come la presenza di fossili di invertebrati marini in cima alle montagne richiedevano meccanismi
più complessi che fossero in grado di spiegare tale complessità.
Riflessione di attualità
Si riporta a fianco un grafico che illustra i
risultati di un sondaggio effettuato in America
del Nord in cui si evidenzia come circa il 42% di
persone creda ancora che l’uomo sia stato creato
da Dio 10000 mila anni fa. Per questo l’attenzione
con cui lo studente dovrà studiare questi temi
dovrà essere massima, cercando di sviluppare un
pensiero critico in cui il concetto del disegno
intelligente di Dio possa convivere con le
scoperte scientifiche che oggettivamente
dimostrano come il processo evolutivo, anche per il genere umano, sia più che una certezza.
7
Il lamarckismo
La figura di Lamark
Il lamarckismo fu la prima teoria evoluzionistica e fu elaborata
dal naturalista francese Jean-Baptiste de Lamarck (17441829). Nella sua opera Philosophie zoologique (1809), Lamarck
avanzò la sua teoria sull'evoluzione, che suscitò critiche da
parte dei contemporanei. In quest'opera Lamarck giunse alla
conclusione che gli organismi, così come si presentavano,
fossero il risultato di un processo graduale di modificazione
che avveniva sotto la pressione delle condizioni ambientali.
La teoria
Lamarck formulò l'ipotesi che in tutti gli esseri viventi sia
sempre presente una spinta interna al cambiamento che sarebbe prodotta da due forze: la capacità
degli organismi di percepire i propri bisogni, e la loro interazione con l'ambiente in funzione di un
migliore adattamento. La teoria di Lamarck può essere riassunta in due leggi, collegate tra loro:
1. "Legge dell'uso e del non uso" (disuso): un organo si sviluppa quanto più è utilizzato e regredisce
quanto meno è sollecitato.
2. "Legge dell'ereditarietà dei caratteri acquisiti": il carattere acquisito dall'animale durante la
sua vita viene trasmesso alla progenie.
Il caso delle giraffe
In un ambiente di foresta esistevano solo giraffe con il collo corto che si cibavano di foglie basse.
L’esaurimento di foglie facilmente raggiungibili in conseguenza della modificazione dell’ambiente
vegetazionale in savana costrinse gli
animali ad allungare il collo per
raggiungere i rami più alti. Questo
sforzo avrebbe sviluppato collo e
zampe anteriori e quindi le giraffe
avrebbero acquisito nel tempo
organi adatti alle circostanze. Tutte
queste
parti
del
corpo,
di
conseguenza, sarebbero diventate
progressivamente un poco più lunghe
e sarebbero state trasmesse alla
generazione successiva. La nuova
generazione avrebbe avuto in
partenza parti del corpo più lunghe
e
le
avrebbe
allungate
ulteriormente, poco per volta.
8
In questo modo i vari adattamenti, accumulandosi e trasmettendosi attraverso le generazioni,
avrebbero dato luogo a nuovi individui, diversi da quelli originari per effetto del costante adattamento
all'ambiente. Secondo Lamarck questi due principi fornivano la spiegazione più plausibile dell'esistenza
di fossili di giraffe a collo corto e giraffe a collo lungo. In generale ogni specie sarebbe il risultato di
una continua ed incessante trasformazione ed è proprio questo concetto il fondamento delle teorie
evolutive.
Il darwinismo
La figura di Darwin
Charles Robert Darwin (1809-1882) è stato un biologo, naturalista,
celebre
per
aver
formulato
la
teoria
dell'evoluzione delle specie animali e vegetali per selezione naturale.
Da scolaro lesse il libro The Natural History and Antiquities of
Selborne, testo diffuso in quel tempo, contenente le osservazioni di
campagna scritte dal naturalista Gilbert White, considerato uno dei
padri fondatori della storia naturale. Darwin ne restò affascinato ed
iniziò a collezionare insetti, rocce e minerali, ad osservare gli uccelli
dei dintorni del paese e a praticare la caccia.
Nel 1825 fu iscritto dal padre all'università di Edimburgo, presso la
facoltà di Medicina. La rozzezza della chirurgia del tempo ed il suo disgusto per la dissezione (si
narra che, su due interventi chirurgici cui assistette, in entrambi i casi si sentì male) lo portarono
ad abbandonare la Scuola
di Medicina nel 1827,
senza laurearsi. Il padre,
deluso degli insuccessi
negli studi di medicina e
preoccupato per il suo
futuro,
lo
mandò
nel 1828 nel Christ's
College a Cambridge,
sperando in una sua
carriera
ecclesiastica.
Anche lì, tuttavia, il
giovane Charles ebbe l'impressione di sprecare il suo tempo. Tuttavia, proprio a Cambridge,
Darwin fu fortemente influenzato da personalità scientifiche che si occupavano di botanica ed
entomologia. Nella foto è ritratto dal suo amico Albert Way durante il periodo di Cambridge.
Durante questo periodo riuscì a laurearsi in teologia ma la sua vera passione fu il naturalismo che
lo portò a studiare i lavori di grandi scienziati e a visitare varie regioni della Gran Bretragna.
9
Il viaggio sul brigantino Beagle
Proprio quando il ventiduenne Darwin era appena
rientrato da una di queste spedizioni in Galles,
l'Ammiragliato britannico aveva messo a punto una
spedizione intorno al mondo della nave Beagle, al
comando del capitano Robert Fitzroy. Come
naturalista di bordo era già stato proposto il
reverendo Leonard Jenyns, stimato entomologo, ma
questi si era ritirato all'ultimo momento, ragion per
cui il famoso botanico John Henslow, il 24 agosto
1831, scrisse a Darwin una lettera in cui gli
proponeva di prendere il suo posto con queste parole:
"Ho assicurato che tu sei la persona più adatta che
io conosca, e questo non perché ti creda un naturalista rifinito, bensì perché ti ritengo altamente
qualificato per raccogliere, osservare, descrivere tutto ciò che andrà descritto in materia di
storia naturale. (...) Inoltre, il capitano Fitzroy non accoglierebbe a bordo nessuno, per quanto
ottimo scienziato, che non gli venga raccomandato anche come gentleman."
Darwin riuscì a partire per questo lungo viaggio nonostante
l’idea contraria del padre. Prese parte a questa spedizione,
per la quale il capitano Fitzroy si proponeva in realtà anche
lo scopo di rinvenire prove scientifiche degli avvenimenti
descritti nella Bibbia, con particolare riferimento
alla Genesi.
Nel lungo periodo trascorso tra mari e terre, egli ebbe
modo di sviluppare quelle capacità osservative e analitiche
che gli hanno reso possibile la formulazione del principio
biologico
rivoluzionario
della
selezione
naturale,
apparentemente contro intuitivo, ma che doveva rivelarsi
l'unico modo veramente scientifico di interpretare le
dislocazioni e le varietà delle specie viventi nei differenti
contesti. La possibilità di lavorare durante la spedizione
direttamente sul campo d'indagine gli permise di studiare
di prima mano sia le caratteristiche geologiche di continenti ed isole, sia un gran numero di
organismi viventi e fossili. Egli raccolse metodicamente un gran numero di campioni sconosciuti
alla scienza: tali campioni, conferiti al British Museum, erano già di per sé un notevole ed
ineguagliato contributo scientifico.
Nel suo viaggio visitò le isole di Capo Verde, le Isole Falkland, la costa del Sud America, le Isole
Galápagos e l'Australia. Di ritorno a Falmouth nel 1836, Darwin analizzò campioni di specie animali
e vegetali, che aveva raccolto, e notò somiglianze tra fossili e specie viventi della stessa area
geografica. In particolare, notò che ogni isola dell'arcipelago delle Galápagos aveva proprie forme
di tartarughe e specie di uccelli differenti per aspetto, dieta, eccetera, ma per altri versi simili.
10
Nella primavera del 1837 ornitologi
del British Museum informarono
Darwin che le numerose e piuttosto
differenti specie che egli aveva
raccolto
alle
Galápagos
appartenevano tutte a un gruppo di
specie
all'interno
della
famiglia
Fringillidae,
cui
appartengono
anche
i
comuni fringuelli.
Il caso dei fringuelli di Darwin
Le Galápagos sono un arcipelago di tredici isole vulcaniche (sette maggiori e sei minori) situate
nell'Oceano Pacifico, a circa 1.000 kilometri dalla costa occidentale dell'America del Sud. L'arcipelago
appartiene all'Ecuador. Le isole sono distribuite a nord e a sud dell'equatore, che attraversa la parte
settentrionale dell'isola più grande, Isabela. Le più vecchie datano circa 4 milioni di anni, mentre le più
giovani sono ancora in via di formazione. L'arcipelago è infatti considerato una delle zone vulcanicamente
più attive della Terra.
Dal continente sudamericano antenati delle attuali specie sarebbero arrivate per mare attraverso
zattere naturali. Il relativo isolamento dovuto alla distanza dal continente e l'ampia varietà di climi e
di habitat dovuta alle correnti marine della zona hanno portato all'evoluzione di
numerose
specie endemiche di animali e vegetali, dalla cui osservazione Charles Darwin ha tratto ispirazione per
la formulazione della teoria dell'evoluzione.
Nella figura sono illustrate alcune specie di
fringuelli che si differenziano per la forma
del
becco.
Come
successivamente
confermato da studi scientifici le particolari
condizioni climatiche e vegetazionali delle
varie isole avrebbero selezionato quegli
uccelli che meglio si adattavano alle fonti di
cibo presenti. Gli esemplari con becco tozzo
e potente sono più avvantaggiati a nutrirsi di
semi duri mentre quelli con becco più lungo e
affilato sino più adatti a trovare insetti
nascosti sotto terra o nelle cortecce degli
alberi.
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Il contributo delle teorie economiche
Dopo il suo ritorno in Gran Bretagna Darwin passò molti
anni a studiare i suoi reperti e riordinare gli appunti di
viaggio. Particolare importanza per lui ebbe la lettura
de “Il Saggio sul principio di popolazione” del 1798 del
reverendo Thomas Robert Malthus, economista e
demografo inglese. In questo saggio si sostiene che
l'incremento demografico spingerebbe a coltivare
terre sempre meno fertili, con conseguente penuria di
generi di sussistenza per giungere all'arresto dello
sviluppo economico, poiché la popolazione tenderebbe a
crescere in progressione geometrica, quindi più
velocemente della disponibilità di alimenti, che
crescerebbero invece in progressione aritmetica Le
sue osservazioni partono dallo studio delle colonie
inglesi del New England, dove la disponibilità "illimitata" di nuova terra fertile ha permesso uno sviluppo
"naturale" della popolazione con una progressione quadratica mentre, dove ciò non è possibile, si
verificano periodiche carestie con conseguenti epidemie.
Osservazione: Per capire la differenza con cui crescono popolazione e risorse basta pensare ad una
figura come il quadrato. Quando il lato (risorse) raddoppia l’area (popolazione) diventa quattro volte
maggiore.
Gli allevatori e la selezione artificiale
Darwin dedicò lunghi anni ed immensa attenzione
anche alla selezione artificiale dei vegetali coltivati e
degli animali domestici, tra i quali gli organismi
riproduttori non sono scelti dalla prevalenza del più
adatto, che regola la riproduzione allo stato selvaggio,
ma per scelta dell'uomo che preferisce un
riproduttore ad un altro sulla base del vantaggio
economico, come avviene per bovini e suini, o per mere
considerazioni estetiche, come accade per cani e
colombi. Si può ricordare che nelle campagne inglesi
era in corso, da alcuni decenni, la selezione in senso
moderno delle razze di fondamentale interesse
economico. Siccome, nella propria selezione, l'uomo altera radicalmente i meccanismi naturali, e produce
esseri viventi dai caratteri spesso opposti a quelli che avrebbe conservato la selezione naturale, lo
scienziato britannico concepì i propri studi sugli effetti della domesticazione come il complemento logico
essenziale delle indagini sulla selezione naturale.
12
Il libro “L’origine delle specie”
Nella primavera del 1856, il geologo e amico di Darwin, Charles Lyell, portò all'attenzione del naturalista
uno scritto introduttivo sulle specie del gallese Alfred Russel Wallace (1823 – 1913), un naturalista
che lavorava nel Borneo considerato a tutti gli effetti coautore della teoria della selezione naturale, e
tentò di convincerlo a pubblicare il suo lavoro per anticipare Wallace. Darwin scelse di aspettare e
realizzare un vero e proprio trattato tecnico completo sulle specie.
Proprio durante il suo massimo impegno nello scrivere il libro sulla
"Selezione naturale", ricevette da Wallace una ventina di pagine in cui
era descritto un meccanismo evolutivo, un'inaspettata risposta ai
recenti incoraggiamenti che Darwin stesso gli aveva dato. Darwin
rimase entusiasta. Il 1º luglio 1858 furono presentati alla Società
Linneana i lavori di Wallace e Darwin. La reazione del pubblico fu
sorprendentemente tiepida.
Darwin a questo punto lavorò intensamente ad un "riassunto" della sua
"Selezione naturale". Lyell si accordò con l'editore John Murray, che
accettò di pubblicare il manoscritto senza averlo visto, e di pagare a
Darwin i due terzi del guadagno netto. Darwin aveva deciso di intitolare
il libro Riassunto del saggio sull'origine delle specie e varietà per
mezzo della selezione naturale, ma dietro suggerimento di Murray lo
abbreviò nel più agile Sull'origine delle specie per mezzo della
Selezione naturale (On the Origin of Species through Natural
Selection).
L'origine fu pubblicata la prima volta il 24 novembre 1859, al prezzo di 15 scellini ed andò
immediatamente esaurita, tutte le 1250 copie furono richieste dai librai lo stesso giorno. In seguito
l’opera fu migliorata ed uscirono varie edizioni.
La teoria evoluzionistica di Darwin
Con la sua teoria Darwin dimostrò che l'evoluzione è l'elemento comune, il filo conduttore
della diversità della vita. Secondo una visione evolutiva della biologia, i membri dello stesso gruppo si
assomigliano perché si sono evoluti da un antenato comune. Secondo questo modello le specie sono
originate in un processo di “discendenza con variazione”. Fatto ancora più importante, nel suo trattato
sull'origine delle specie, Darwin propose la selezione naturale come meccanismo principale con cui la
variazione porta alla speciazione e dunque all'evoluzione di nuove specie.
13
La teoria evoluzionistica di Darwin si basa su tre presupposti
fondamentali:
1.
Riproduzione: tutti gli organismi viventi si riproducono con un
ritmo tale che, in breve tempo, il numero di individui di ogni specie
potrebbe non essere più in equilibrio con le risorse alimentari e
l'ambiente messo loro a disposizione.
2.
Variazioni: tra gli individui della stessa specie esiste un'ampia
variabilità dei caratteri; ve ne sono di più lenti e di più veloci, più forti
e più deboli e così via.
3.
Selezione: esiste una lotta continua per la sopravvivenza tra
gli individui all'interno della stessa specie e anche con le altre specie.
Nella lotta sopravvivono gli individui più adatti, cioè quelli che meglio
sfruttano le risorse dell'ambiente e generano una prole più numerosa.
Darwin affermò che l'evoluzione di nuove specie avviene attraverso
un accumulo graduale di piccoli cambiamenti casuali. Quelli positivi, cioè favorevoli alla sopravvivenza
dell'individuo che ne è portatore, fanno sì che quell'individuo possa riprodursi più facilmente e quindi
trasmettere le proprie caratteristiche ai discendenti. Ciascuna specie presenta un proprio adattamento
all'ambiente evolutosi mediante la selezione naturale; comprendere in che modo gli adattamenti si sono
evoluti per selezione naturale è il compito della biologia evoluzionistica.
La teoria dell'evoluzione delle specie è uno dei pilastri della biologia moderna. Nelle sue linee essenziali,
è riconducibile all'opera di Charles Darwin, che vide nella selezione naturale il motore fondamentale
dell'evoluzione della vita sulla Terra. Ha trovato un primo riscontro nelle leggi
di Mendel sull'ereditarietà dei caratteri nel secolo XIX, e poi, nel XX, con la scoperta del DNA e della
sua variabilità.
L’esempio della Biston Betularia
La Biston betularia è una farfalla, insetto lepidottero appartenente alla famiglia Geometridae,
diffuso in Eurasia e America Settentrionale. Esiste in diverse cromie, tra le quali la forma chiara
(definita "normale") e quella scura carbonaria (definita "melanica"). Deve il nome di "betularia"
all'abitudine a posarsi sui tronchi delle betulle, alberi dalla corteccia chiara; grazie ad una
maggiore adattabilità mimetica, la forma predominante è quella chiara, per via di una più semplice
elusione dei predatori.
La storia della ricerca su questa farfalla delle betulle risale agli anni Cinquanta del secolo scorso,
quando un naturalista inglese, Bernard Kettlewell, studiò le dinamiche evolutive delle due forme
di questo lepidottero. La sua ricerca, durata alcuni anni, era volta a chiarire perché in alcune zone
la farfalla chiara era molto più diffusa di quella nera, mentre il contrario accadeva altrove.
14
Scoprì così che, in condizioni naturali, la prima si mimetizzava sui tronchi degli alberi coperti di
licheni bianchi, mentre la seconda - nera - sullo stesso sfondo era ben visibile e perciò facile preda
degli uccelli. Kettlewell chiarì che la forma nera era più frequente di quella bianca proprio nelle
zone inquinate. Nell'Ottocento, per esempio, la Rivoluzione Industriale aveva in alcune zone
dell’Inghilterra ucciso i licheni e coperto i tronchi di fuliggine. Proprio qui le farfalle scure
sopravvivevano perché erano meno visibili ai predatori. Il naturalista dimostrò quindi come un
agente della selezione naturale (gli uccelli insettivori) potevano cambiare rapidamente l’aspetto
di una specie animale e quindi farlo evolvere.
15
Lamarckismo e darwinismo a confronto
Gli Equidi (ordine della classe dei mammiferi) si sono sviluppati in modo costante durante tutto il
terziario, quindi negli ultimi 40 milioni di anni, dal genere Eohippus a quello di Equus (attuale).
Durante questo intervallo di tempo si è avuto un processo di sviluppo corporeo in risposta ai
cambiamenti climatici e ambientali che ha portato:
aumento del segmento distale e degli arti
passaggio da polidattilia a monodattilia con sviluppo del dito mediano
trasformazione della dentatura con la molarizzazione dei premolari
aumento delle dimensioni del cervello
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Basandosi sulla conoscenza del pensiero di Lamarck e Darwin cerca di compilare la scheda
seguente spiegando quali potrebbero essere per i due scienziati i motivi che hanno portato nel
tempo ad una trasformazione dei caratteri del cavallo.
Caratteri
ESEMPIO
Passaggio da polidattilia a
monodattilia con sviluppo del
dito mediano e scomparsa
delle altre dita
Possibile spiegazione
secondo Lamarck
ESEMPIO
Sviluppo del dito medio
perché solo questo veniva
appoggiato sul suolo durante
la
corsa
veloce,
atrofizzazione delle dita che
non venivano utilizzate perché
non vi era più la necessità di
muoversi tra arbusti in
condizioni
precarie
di
equilibrio
Possibile spiegazione
secondo Darwin
ESEMPIO
Gli indiviui con più dita non erano
competitivi sulla corsa rispetto
alla condizione di monodattilia
più efficace e si estinsero
Riflessione sui reali meccanismi
evolutivi
ESEMPIO
Non era l’uso del dito medio o il disuso
delle dita laterali a generare i
cambiamenti negli individui e nei loro
figli.
Al contrario le variazioni casuali nello
sviluppo delle dita hanno consentito ad
alcuni esemplari di essere più veloci,
sopravvivere e riprodursi dando vita a
figli competitivi
Aumento del volume
del cranio
Aumento delle dimensioni
corporee
Molarizzazione dei
premolari
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La teoria della biosfera
La biosfera è definita in biologia come l'insieme delle zone della Terra in cui le condizioni
ambientali permettono lo sviluppo della vita. Fino agli anni ’70 del secolo scorso si pensava che
l’evoluzione degli esseri viventi fosse determinata da fattori come dinamiche della crosta
terrestre, degli oceani, dell’aria o della temperatura. Nel 1979 uno scienziato inglese James
Lovelock in "Gaia. A New Look at Life on Earth", formulò l’ipotesi che tutte le componenti
geofisiche del pianeta terra si mantengono in condizioni idonee alla presenza della vita proprio
grazie al comportamento e all'azione degli organismi viventi, vegetali e animali. Gaia sarebbe il
nome del pianeta vivente (derivato da quello dell'omonima divinità femminile greca, nota anche col
nome di Gea).
Daisylandia, il pianeta delle margherite
Nel 1983 Lovelock lanciò l’idea di daisylandia, un
pianeta modello con cui cercò di spiegare la sua
teoria di un super organismo vivente. Il pianeta
avrebbe le stesse dimensioni della Terra e
orbiterebbe intorno ad una stella che si trova alla
stessa distanza che separa il sole dalla terra. Su
Daysilandia vivono due sole specie: margherite
bianche, che si adattano bene ai climi caldi, in
quanto con il loro colore chiaro riflettono in parte
la luce solare; margherite nere, ben adattate ai
climi freddi, in quanto con il loro colore scuro
trattengono gran parte dei raggi solari. Il pianeta
e le sue margherite formano un ecosistema (come
Gaia) in grado di autoregolarsi per resistere a
limitate variazioni del calore emesso dalla stella (il
sole).
Le margherite nere vivono ad una temperatura minima di 5°C. All’aumentare dell’intensità luminosa
della stella la temperatura del pianeta dovrebbe aumentare fino a rendere impossibile la vita alle
margherite. E' la fine della vita? No, proprio per effetto della struttura del supersistema.
Gradualmente le margherite nere muoiono, per la
loro impossibilità di liberarsi dell’energia assorbita.
Negli spazi lasciati liberi dai fiori neri, cominciano a
prosperare le margherite bianche, che riflettono
parte delle onde luminose. Daysilandia si ricopre di
un tappeto bianco di fiori. Questo processo
contribuisce a mantenere la temperatura su valori
adatti alla vita delle margherite, che come si vede è
di 22,5°C.
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Il modello dimostrerebbe come il sistema Gaia sia costituito da elementi che interagiscono tra
loro in modo complesso, quasi un super organismo che funziona come un unico sistema
autoregolante. In questo caso gli elementi coinvolti sarebbero: luce, temperatura e piante.
Sistema di classificazione moderno
In biologia, la classificazione è un concetto che si riferisce alle modalità con le quali i biologi
raggruppano, sistemano e categorizzano le varie entità al cui fondamento si trovano
le specie di organismi viventi e fossili. Classificare gli oggetti vuol dire riunirli in categorie in base
a quello che hanno in comune.
A partire dal sistema di Linneo, istituito con la pubblicazione del Systema naturae con il quale si
cercò di riunire le specie in base alle caratteristiche morfologiche condivise, questi
raggruppamenti furono ininterrottamente riesaminati e rimaneggiati perfezionandoli, fino a
quando essi furono riletti secondo le teorie evoluzioniste di discendenza filogenetica proposte
da Charles Darwin.
Teoria della ricapitalizzazione
A tal riguardo si riporta il contributo di Ernst Heinrich Haeckel (1834 - 1919) che è stato
un biologo e zoologo tedesco. Egli ha scoperto, descritto e denominato migliaia di nuove specie,
mappato un albero genealogico relativo a tutte le forme di vita, e coniato molti termini in biologia
come ecologia, phylum, filogenesi, cellule staminali, e regno dei protisti.
Haeckel ha promosso e reso popolare l'opera di Charles
Darwin in Germania e ha sviluppato la teoria della
ricapitolazione esponendola in forma scientifica:
l'ontogenesi ricapitola la filogenesi, in cui si sosteneva
che lo sviluppo di un singolo organismo biologico
ontogenesi, possiede parallelismi e riassume lo sviluppo
evolutivo della propria specie, filogenesi.
Nella foto sono rappresentati gli stadi di sviluppo di
esemplari appartenenti a gruppi sistematici animali.
Nelle prime fasi di formazione gli organismi si
assomigliano moltissimo. Questo induce a pensare che
tutti questi animali abbiano un’origine comune.
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Classificazione moderna
L'approccio generale che Linneo scelse per classificare le specie e molti dei suoi raggruppamenti
tassonomici rimase, per quasi due secoli, uno standard nella biologia. Oggi viene generalmente
accettato che la classificazione debba riflettere, mediante il principio darwiniano di discendenza
comune, la filogenesi, ossia la storia evolutiva dei vari taxa (gruppi) in modo tale che ognuno di essi
includa una singola sezione dell'albero filogenetico.
Esistono vari modelli di classificazione delle specie ma tutti si basano sulla divisione in categorie
tassonomiche. Si riporta un esempio di classificazione dell’uomo.
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