laboratorio evoluzione
LE DIVERSITÀ
NON SONO
TUTTE UGUALI
[S. B. Carroll, Infinite forme bellissime, Codice 2006]
Marcello Sala
3 4
Quali sono della stessa specie?
1
2
5
6
7
8
9
10
11
15
Quali sono della stessa
specie?
14
12
16
19
13
20
17
18
21
22
23
Sono della stessa specie:
1 - 6 pavone
3 – 7 - 10 colombo
2 - 9 farfalla Vanessa Atalanta
4 – 11 leopardo
15 – 18 - 22 rospo
12 – 16 farfalla Biston betularia
17 – 19 cane
Due specie?
♀
♂
Cervo wapiti
Stessa specie diverse forme
tra femmina e maschio
Quale vantaggio c’è per il maschio ad avere
forme appariscenti o strutture più potenti?
Competizione tra maschi: si riproduce chi allontana i rivali
oppure chi è favorito nella scelta da parte della femmina
(pavone: esibizione del piumaggio
altri uccelli: canto)
“selezione sessuale”
1
♀♀♀
♂
6
Fagiano
Quale vantaggio c’è per la femmina a non avere
forme appariscenti?
Mimetismo: protegge sia la femmina
sia i piccoli che stanno con essa
“Selezione naturale” (adattamento all’ambiente)
dinamica diversa dalla “selezione sessuale”
a volte vanno in senso opposto
Molti animali della stessa specie mostrano una differenza
tra piccoli e adulti
Nel caso del rospo la differenza è particolarmente forte:
in che cosa?
Vera trasformazione (metamorfosi) nell’aspetto esterno e
nella struttura funzionale
(girino respira in acqua attraverso branchie
rospo adulto in aria
attraverso polmoni)
Rospo (Bufo bufo)
18
22
15
8
Cynthia cardui
2
Vanessa atalanta
9
Quali altri animali
subiscono trasformazioni
durante la loro vita?
Molti insetti:
metamorfosi tra larva e
insetto adulto
In alcune specie di insetti
larve: vivono in acqua
respirando per branchie
adulti: in aria per trachee
Libellula
Dove vive?
17
Quali criteri per
classificare gli organismi?
Somiglianze e differenze di forma, ma
differenze rilevanti tra animali strettamente imparentati
(stessa specie diverse varietà)
19
5
Un esempio:
Come è possibile distinguere
il giaguaro dal leopardo?
)
Giaguaro (Panthera onca)
Leopardo (Panthera pardus)
4
Macchie sulla pelle:
nere al centro delle rosette
giaguaro
Distribuzione geografica:
leopardi in Africa e Asia
giaguari solo in America
Zebra di Grevy
(Equus grevyi)
Si possono distinguere
queste tre zebre?
21
Zebra di montagna
(Equus zebra)
Diversa larghezza e frequenza
delle strisce
Tre specie diverse di zebre
Zebra di Burchell
13 (Equus burchelli)
E allora perché il leopardo nero è della stessa specie
di quello “a pelle di leopardo” ?
Colore della pelle: può essere diverso tra individuo e individuo
della stessa specie
Gli individui neri dei
leopardi (e dei giaguari)
hanno le macchie
vengono nascoste da un
colorante nero (melanina)
che si diffonde nella pelle
Leopardo (Panthera pardus)
4
11
Polpo (Octopus)
Questi sono individui diversi?
Stesso individuo in due momenti diversi:
cambia colore per reazione a determinati stimoli
(irritazione, riconoscimento di un pericolo)
- adattamento se la colorazione della pelle
rende l’animale meno visibile
- segnali tra individui
Biston betularia
16
12
Una singola farfalla cambia colore?
Diverso colore della superficie del corpo
tra farfalle della stessa specie (varietà)
C’è una spiegazione per questa diversità?
Individui scuri possono nascere per caso come tra i leopardi
Queste farfalle vivono sulla
corteccia delle betulle e sono
predate da certi tipi di uccelli
Il colore ha importanza?
Individui chiari mimetici
sopravvivono di più
si riproducono di più
Se il carattere chiaro/scuro
è ereditario
nelle generazioni successive
nascono individui chiari con
frequenza sempre maggiore
riproduzione differenziale =
“selezione naturale”
Fumo delle fabbriche betulle scure
individui scuri mimetici
Nelle generazioni successive…?
Frequenze sempre maggiori di individui scuri
In quella specie
il colore dominante
attraverso le generazioni
diventa quello scuro
evoluzione per
“selezione naturale”
Ma non ci può essere differenza nella sopravvivenza
(“selezione naturale”)
se non c’è in partenza diversità tra individui
(variazione)
Zebra di Grevy
(Equus grevyi)
Questo vale anche
per le zebre?
Ambienti molto simili
difficile pensare che
la diversa larghezza e
frequenza delle strisce
sia un fattore adattativo
Ipotesi: differenze più
importanti tra le tre specie
non visibili che riguardano
l’anatomia, la fisiologia
l’etologia, l’embriologia
Zebra di
montagna
(Equus zebra)
Zebra di Burchell
(Equus burchelli)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
[S.B. Carrol, Infinite forme bellissime, Codice 2006]
Questi esemplari di
farfalle provengono
da aree geografiche
diverse:
quali sono
della stessa specie?
2 specie:
Heliconius
melpomene
Heliconius
erato
5 zone
geografiche
Come si spiegano dal punto di vista evolutivo
queste forme così simili?
Ipotesi: risultato di adattamento all’ambiente
specie diverse hanno forme simili
nello stesso ambiente
(convergenza adattativa)
In che modo queste forme potrebbero essere
più “adatte” all’ambiente?
Ipotesi adattative:
a) si mimetizzano su elementi ambientali (fiori)
presenti in modo differenziato nei diversi ambienti
b) sono riconoscibili ai predatori come non commestibili
prima di essere mangiate
Ma perché in tutti gli ambienti
anche una seconda specie
ha proprio quella forma?
Ipotesi: per la seconda specie l’adattamento
sta nella imitazione di una specie
che si è evoluta con la segnalazione
di non commestibilità
individui che ereditano forme che
imitano la specie già adattata
hanno un vantaggio e si riproducono in modo differenziale
ma anche (poiché sono specie strettamente imparentate):
la variazione è limitata dalle dinamiche dello sviluppo
evoluzione verso forme simili in condizioni simili
(canalizzazioni epigenetiche)
1
5
9
7
12
Darwin a proposito dei colombi:
La diversità [...] di questi animali è veramente strabiliante.
Basta confrontare [...] la straordinaria differenza dei loro becchi...
Il giacobino ha le penne della parte dorsale del collo rovesciate
in modo da formare un cappuccio [12] ... Il pavoncello ha trenta o
perfino quaranta timoniere, invece delle tredici o quattordici che
rappresentano il numero normale [1] [...], e queste penne stanno in
posizione così allargata ed eretta che [...] la testa e la coda si toccano.
Il capitombolante comune ha la singolare abitudine di volare a grande
altezza in stormi compatti e di fare le capriole in aria...”
Si tratta di varietà dello stesso genere Colombo:
“Un ornitologo certamente non vorrebbe porre il messaggero
inglese, il giratore a faccia corta, il colombo romano, il barbo [9],
il gozzuto [5] , il colombo pavone [1] nello stesso genere:
tanto più che gli si potrebbero mostrare in tutte queste razze
parecchie sotto-varietà di discendenza pura, cioè di specie,
com’egli senza dubbio le chiamerebbe.
Benché le differenze fra le razze dei colombi siano grandi,
io tengo pienamente l’opinione comune dei naturalisti che reputano
siano tutti discesi dal colombo torraiolo (Columba livia) [7]”
Ma allora i diversi tipi di colombi
sono varietà di una specie o specie di un genere?
Qual è la differenza tra le due cose?
Concetto di specie biologica (Mayr): unità naturale
riproduttivamente isolata
ossia costituita da individui che si accoppiano tra di loro
generando figli che a loro volta possono generare figli
(asini generano prole con cavalli = muli,
che però non possono generare figli
asini e cavalli non sono della stessa specie)
Dominio: Eucarioti (cellule)
Regno: Animali
Sottoregno: Eumetazoi (tessuti)
Phylum: Cordati (corda)
Phylum: Vertebrati
Subphylum:
Vertebrati
Infraphylum: Gnatostomi (mascelle)
Superclasse: Tetrapodi (terrestri)
Classe: Mammiferi
Sottoclasse: Theria (parto)
Infraclasse: Placentati
Ordine: Perissodattili (dita dispari)
Sottordine: Ippomorfi (un solo dito)
Famiglia: Equidi (anche specie antenate estinte)
Genere e Specie: Equus caballus
Prima di Darwin
Le specie sono dei tipi ideali (Platone)
costituiscono un campionario di forme perfette
mentre le diversità individuali sono
imperfette realizzazioni materiali del modello
o risultati di processi di adattamento a
contesti ambientali diversi
Per Darwin
La diversità individuale è la realtà naturale delle specie
ed è la condizione della possibilità di
adattamenti differenziati e quindi di
una sopravvivenza e riproduzione differenziale
se sono ereditarie, le caratteristiche più vantaggiose
saranno più frequenti negli individui
della generazione successiva
Variabilità tra individui di 6 generazioni successive di
Hyperolius marmoratus
Zimmermann & Zimmermann Zeitschr. Koelner Zoo, 30, 61-71, 1987
DIVERSITÀ
tra…
causata da…
limitata da…
evolutiva
varietà e
popolazionale poi specie
selezione adattativa
che opera sulla
diversità individuale
leggi generali
fisiche o
ecologiche
variazionale
individuale
individui
della stessa
popolazione
variazione genetica
(mutazione
ricombinazione)
che modifica
la struttura organica
compatibilità
genetica
interfecondazione
organica
cellule del
singolo
organismo
differenziazione
cellulare nello
sviluppo embrionale
interconnessioni
strutturali
“correlazione
dello sviluppo”
I bruchi della Biston betularia
con ali scure
hanno un tasso di sopravvivenza
leggermente superiore a
quelli della varietà con ali chiare:
che cosa può significare ciò?
Oltre al colore delle ali
ci possono essere altri tratti che
danno vantaggi alla sopravvivenza
A sopravvivere sono gli organismi
interi
