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Tema B – Capitolo 9 – L’evoluzione della vita
1. Spiegare l’evoluzione biologica
2. La teoria di Lamarck
3. Le basi della teoria di Darwin
4. L’evoluzione procede sotto i nostri occhi
5. La teoria di Darwin in sintesi
6. Lo studio degli organismi vissuti nel passato
7. La vita durante le diverse ere geologiche
8. La scala dei tempi dell’evoluzione
Tibone, Facciamo scienze © Zanichelli editore 2011
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Tema B – Capitolo 9 – L’evoluzione della vita
Indice
Spiegare l’evoluzione biologica
A che cosa è dovuta la straordinaria diversità degli organismi
che vivono sul pianeta Terra?
le barriere coralline sono un osservatorio
ideale per apprezzare la biodiversità
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Spiegare l’evoluzione biologica
La vita, come la conosciamo oggi,
è il risultato di una evoluzione.
Come facciamo a saperlo?
Lo dimostrano:
• le scoperte della geologia
• lo studio dei fossili
Questo è un fossile di trilobite,
un animale vissuto centinaia di
milioni di anni fa e oggi estinto.
evoluzione = una serie di cambiamenti subìti nel tempo dalle specie viventi
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La teoria di Lamarck
Teoria dell’ereditarietà
dei caratteri acquisiti:
1. nell’antichità le giraffe avevano
tutte il collo corto
Perché
le giraffe
hanno
il collo così
lungo?
2. per mangiare le foglie dei rami
più alti, le giraffe si sono sforzate
e, nel corso della vita, il loro collo
si è un po’ allungato
3. i piccoli delle giraffe hanno ereditato
questo carattere e sono nati
con il collo un po’ più lungo
4. la sequenza si è ripetuta per molte
generazioni, e oggi nascono giraffe
con il collo lunghissimo.
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La teoria di Lamarck è smentita dai fatti
Com’è il collo dei bambini che
nascono dalle donne Padaung?
Secondo la teoria di Lamarck,
dovrebbero ereditare dalle madri
il carattere «collo lungo» che le
madri hanno acquisito nella vita…
Invece i bambini Padaung
continuano a nascere
con un collo del tutto normale.
In Asia i Padaung considerano il collo lungo
un segno di grande bellezza; perciò applicano
anelli al collo delle bambine per allungarlo.
La previsione di Lamarck è smentita:
non si ereditano i caratteri acquisiti.
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Spiegare l’evoluzione biologica
A metà dell’Ottocento
Charles Darwin formulò
la teoria dell’evoluzione
per selezione naturale.
Charles Darwin (1809‒1882)
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Le basi della teoria di Darwin − La variabilità intraspecifica
Gli individui di una stessa specie sono tutti un poco diversi tra loro.
L’insieme delle differenze osservate è detto variabilità intraspecifica.
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Le basi della teoria di Darwin − La variabilità intraspecifica
Il diverso aspetto degli individui
(fenotipo) è dovuto a differenze
nei loro geni (genotipo).
Che cos’è a provocare
queste differenze genetiche?
• il crossing over (rimescolamento
casuale del materiale genetico
nel corso della meiosi)
• l’accumulo di mutazioni genetiche
Ogni figlio ha soltanto la metà dei
geni in comune con ciascun genitore.
casuali durante la vita (che da un
individuo possono trasmettersi
ai discendenti).
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Le basi della teoria di Darwin − I limiti alle popolazioni
In natura gli organismi tendono a riprodursi
generare il maggior numero possibile di figli.
Per sopravvivere e potersi riprodurre, però, devono:
• competere gli uni contro gli altri per assicurarsi cibo sufficiente
• resistere alle malattie
• sfuggire ai predatori
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Le basi della teoria di Darwin − I limiti alle popolazioni
Il numero dei conigli rimane limitato a causa di vari fattori:
• la presenza dei predatori come la volpe
• la mancanza di erba sufficiente per sfamare tutti i coniglietti che nascono
• la diffusione delle malattie
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Le basi della teoria di Darwin − L’adattamento all’ambiente
La mimetizzazione di questo geco
sulle rocce lo aiuta a sfuggire ai predatori.
Gli organismi
per sopravvivere
devono essere
adattati all’ambiente
in cui vivono.
Il mimetismo è una
forma di adattamento
all’ambiente.
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Le basi della teoria di Darwin − L’adattamento all’ambiente
tonni
Gli organismi per sopravvivere
devono essere adattati
all’ambiente in cui vivono.
La forma idrodinamica del corpo
dei pesci e dei cetacei è una forma
di adattamento all’ambiente.
delfini
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Le basi della teoria di Darwin − La selezione naturale
• Quando l’habitat cambia,
un organismo prima ben
adattato può non esserlo più.
• A volte una mutazione
risulta vantaggiosa
nel nuovo ambiente naturale.
• Gli individui mutati allora
saranno meglio adattati,
perciò sopravvivranno e si
riprodurranno più degli altri.
Questo è il meccanismo
della selezione naturale.
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Le basi della teoria di Darwin − La selezione naturale
Esempio:
• in passato queste farfalle
erano in maggioranza chiare
• nella loro variabilità
intraspecifica comparivano
anche alcuni individui scuri
• con l’avvento delle industrie,
Due esemplari di Biston betularia.
l’habitat è cambiato: il fumo
ha reso i tronchi più scuri
Risultato: le farfalle scure oggi sono meglio adattate all’ambiente,
e per selezione naturale sono diventate più numerose di quelle chiare.
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Le basi della teoria di Darwin − La selezione naturale
Perché le macchie sulle ali
costituiscono un vantaggio
evolutivo per questa farfalla?
Le macchie sono comparse
per caso nella naturale
variabilità intraspecifica.
Siccome spaventano i predatori,
hanno aiutato le farfalle che
ne erano dotate a sopravvivere
fino alla riproduzione.
Così dopo molte generazioni
il nuovo carattere si è affermato
e oggi le farfalle «occhiute»
sono prevalenti nella loro specie.
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Le basi della teoria di Darwin − La nascita di nuove specie
Al passare del tempo le specie si modificano e nascono nuove specie con
adattamenti diversi: questa è l’evoluzione delle specie per selezione naturale.
Esempio:
nelle diverse isole
dell’arcipelago delle
Galápagos vivono
fringuelli di specie diverse
il loro becco ha una forma
adattata al cibo che è
disponibile su ciascuna isola
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Le basi della teoria di Darwin − L’estinzione delle specie
Se l’ambiente cambia e una popolazione
risulta inadatta a sopravvivere nel nuovo
habitat, la specie si estingue.
Il rischio di estinzione è maggiore
se la popolazione è molto specializzata.
I panda mangiano soltanto germogli di bambù.
Se le piante di bambù fossero uccise
da una malattia, i panda si estinguerebbero.
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L’evoluzione sotto i nostri occhi
L’evoluzione
degli insetti
costringe gli agricoltori
a cambiare spesso
il tipo di insetticida.
Nelle popolazioni
di insetti c’è sempre
un gruppo di individui
resistenti a un dato
insetticida.
Essi perciò sopravvivono
e si riproducono finché
nell’habitat non appare
un nuovo insetticida.
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L’evoluzione sotto i nostri occhi
L’evoluzione dei batteri costringe i medici a creare nuovi antibiotici.
Quando si usa un antibiotico,
non si eliminano mai tutti i batteri.
Alcuni batteri sopravvivono,
si moltiplicano e generano
una popolazione resistente
a quell’antibiotico.
Perciò per avere la meglio sui batteri
si è costretti a produrre nuovi farmaci.
il batterio
che provoca
la tubercolosi
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La teoria di Darwin in sintesi
LA TEORIA DARWINIANA DELL’EVOLUZIONE PER SELEZIONE NATURALE
1. variabilità intraspecifica: gli individui
di ciascuna specie differiscono tra loro
2. lotta per l’esistenza: le risorse di cui
gli organismi hanno bisogno per vivere
e riprodursi sono limitate,
perciò gli esseri viventi
entrano in competizione tra loro
4. selezione naturale: soltanto gli individui
meglio adattati all’ambiente
sopravvivono abbastanza da riprodursi
e passare ai figli le proprie caratteristiche
5. nascita di nuove specie: l’accumulo
di mutazioni vantaggiose fa comparire
caratteri nuovi: le generazioni successive
differiscono sempre più dalla popolazione
di partenza, tanto che può avere origine
una nuova specie
3. sopravvivenza dei più adatti:
alcuni individui hanno caratteristiche
(ereditate dai genitori o acquisite
casualmente a causa di mutazioni
6.
genetiche) che li rendono competitori
più abili, cioè meglio adattati all’ambiente:
perciò essi hanno il sopravvento
nella lotta per l’esistenza
estinzione di specie: quando le condizioni
ambientali cambiano una specie può
scomparire, se non è abbastanza numerosa
o se non c’è tempo sufficiente perché
si sviluppino adattamenti al nuovo habitat
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Come si spiega allora il lungo collo delle giraffe?
l’ipotesi
di Lamarck
Ogni giraffa si sforza di raggiungere i
rami più alti; perciò, sosteneva Lamarck,
nell’arco della vita della giraffa il suo
collo finirà per allungarsi un po’.
Il carattere così acquisito è ereditario:
tutte le giraffe delle generazioni successive
nascono con il collo un po’ più lungo, e poi
durante la propria vita lo allungano ancora.
A ogni generazione il collo si allunga un po’
e questo carattere viene trasmesso ai figli;
così, dopo moltissime generazioni, si è arrivati
alle giraffe che osserviamo oggi.
Le giraffe dal collo più lungo ottenevano
più cibo raggiungendo i rami più alti degli
alberi; perciò erano avvantaggiate rispetto
alle giraffe dal collo più corto e dunque
hanno generato più figli, ai quali hanno
trasmesso il carattere «collo lungo».
Così dopo moltissime generazioni, a causa
della selezione naturale, nella specie
delle giraffe sono diventati predominanti
gli individui con il collo lungo, che sono
meglio adattati al loro habitat.
l’ipotesi
di Darwin
Secondo Darwin nella naturale variabilità
intraspecifica delle antiche giraffe esistevano
individui dal collo un po’ più lungo
e individui dal collo un po’ più corto
(proprio come tra noi oggi esistono
persone più alte e persone meno alte).
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Lo studio degli organismi del passato
Un fossile è ciò che resta
di un organismo quando, dopo
la morte e la decomposizione,
è ricoperto da sedimenti
e gradualmente
si trasforma in roccia.
la ricostruzione
dello scheletro
di un tirannosauro
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Lo studio degli organismi del passato
Questo paleontologo sta lavorando
al recupero del fossile di un grande
vertebrato.
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Lo studio degli organismi del passato
Se si trova un fossile in uno strato sedimentario più profondo, significa che è
più antico.
Questo è il metodo chiamato cronologia relativa per la datazione dei fossili.
Questo è il fossile di un grande fiore, la
Florissantia, che risale a 49 milioni di anni
fa (periodo Eocene dell’era Cenozoica).
Questi strani organismi sono vissuti
su un fondale marino più di 200 milioni
di anni fa.
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Lo studio degli organismi del passato
La cronologia assoluta per la datazione dei fossili
si basa sul fenomeno della radioattività.
isotopo radioattivo
atomo stabile
tempo
di dimezzamento
In un tempo di dimezzamento
metà degli isotopi radioattivi
presenti in un campione
decade, formando atomi stabili.
Misurando la frazione
di isotopi radioattivi
si può capire
quanto tempo è passato
dall’inizio del fenomeno.
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Lo studio degli organismi del passato
Come funziona la cronologia assoluta basata sul carbonio-14?
• parte del carbonio nella CO2
atmosferica è carbonio-14 (C14),
un isotopo instabile
• il C14 decade a carbonio «normale»
(C12) con tempo di dimezzamento
pari a circa 5700 anni
• gli organismi viventi assumono C14;
quando muoiono, il C14 nei loro resti
inizia a diminuire
• misurando la concentrazione di C14
che si trova oggi nei loro resti,
si può datare la loro morte
Nelle mummie egiziane di 5000 anni fa
la concentrazione del carbonio-14 è la metà
di quella tipica degli organismi viventi oggi.
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Lo studio degli organismi del passato
Il decadimento del carbonio-14 nei resti organici del passato
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
oggi
contenuto di C14
tipico degli
esseri viventi
in un organismo morto 20 000
anni fa il contenuto di C14
si è ridotto al 6%
10 000
anni fa
20 000
anni fa
30 000
anni fa
40 000
anni fa
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La vita durante le diverse ere geologiche
formazione della Terra
4600
3500
ERA
ARCHEOZOICA
prime forme di vita
prime cellule eucariotiche
1500
primi pluricellulari
tempo
570
230
65
2
milioni di
anni fa
ERA
ERA
ERA
MESOZOICA
PALEOZOICA
CENOZOICA
700
Cambriano
Ordoviciano
Siluriano
Devoniano
Carbonifero
Permiano
Triassico
Giurassico
Cretaceo
Paleocene
Eocene
Oligocene
Miocene
Pliocene
trilobiti
Latimeria
felci
arboree
scorpione
Ginko
biloba
dinosauri
Araucaria
estinzione
di massa
Archæopteryx
grandi mammiferi
estinzione
di massa
primi ominidi
ERA NEOZOICA
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La vita durante l’Archeozoico (o Precambriano)
I fossili più antichi
risalgono a circa
3,3 miliardi di anni fa.
Sono questi
stromatoliti,
residui di organismi
unicellulari procarioti.
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La vita durante l’Archeozoico (o Precambriano)
I primi pluricellulari
eucarioti fossili sono
stati trovati sulle colline
di Ediacara, in Australia.
Risalgono a
590 milioni di anni fa.
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La vita durante il Paleozoico (o Era primaria)
Circa 540 milioni di anni fa
esistevano già quasi tutti i phyla
animali che conosciamo oggi,
tra cui artropodi, molluschi
e cordati.
Lo testimonia
la fauna di Burgess,
così chiamata
dalla località del Canada
in cui sono stati scoperti
i fossili di questi animali.
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La vita durante il Paleozoico (o Era primaria)
Il fossile di un pesce
del Paleozoico.
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La vita durante il Paleozoico (o Era primaria)
Il fossile chiamato
Tiktaalik, scoperto
in Canada nel 2004,
risale a 375 milioni
di anni fa.
Era un progenitore
degli anfibi,
intermedio tra i pesci
e i vertebrati terrestri.
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La vita durante il Paleozoico (o Era primaria)
Il supercontinente Pangea
come doveva essere circa
250 milioni di anni fa.
In quell’epoca,
alla fine del Paleozoico,
c’è stata la più grande
estinzione di massa
mai avvenuta
sul nostro pianeta.
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La vita durante il Mesozoico (o Secondario)
Durante il Mesozoico
la Pangea si smembra
e si forma l’oceano Atlantico.
Tra i vertebrati ora sono
i dinosauri a occupare
la maggior parte
delle nicchie ecologiche.
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La vita durante il Mesozoico (o Secondario)
Molti rettili svilupparono adattamenti alla vita acquatica, come questo ittiosauro.
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La vita durante il Mesozoico (o Secondario)
Dai dinosauri carnivori
hanno poi avuto origine
gli uccelli.
La più famosa forma
intermedia – o «anello
di congiunzione» –
è Archæopteryx.
Alla fine del Mesozoico,
circa 65 milioni di anni fa,
si ha una nuova grande
estinzione di massa.
l’anello di congiunzione
tra i dinosauri e gli uccelli
Insieme a tanti altri animali,
si estinguono tutte
le specie di dinosauri.
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La vita durante il Cenozoico (o Terziario)
Dopo l’estinzione dei grandi rettili predominano i mammiferi placentali.
Lo scheletro e una ricostruzione del Baluchiterium, il più grande mammifero
terrestre conosciuto, ritrovato in Pakistan nel 1999.
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La vita durante il Cenozoico (o Terziario)
In quest’epoca anche gli uccelli e i pesci ossei
si diffondono enormemente in tutto il pianeta.
Un pesce osseo del Cenozoico
trovato nel giacimento di Bolca,
vicino a Verona.
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La vita durante il Neozoico (o Quaternario)
Le ripetute, intense glaciazioni hanno favorito
gli organismi adattati alla vita in un clima freddo.
l’Europa durante
l’ultima glaciazione
In questo periodo è apparso anche Homo sapiens:
dall’Africa i nostri antenati sono migrati in tutti i continenti.
12 000 anni fa il clima è diventato più mite e sono sorti gli ecosistemi attuali.
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La storia della Terra condensata in un anno
formazione
del pianeta
Terra
primi vertebrati
con mandibole
e mascelle
primi
insetti
comparsa dei primi
cianobatteri
1
GENNAIO
l’atmosfera è
ricca di ossigeno
fauna di Burgess (artropodi,
molluschi e cordati)
primi
anfibi
su Pangea
inizia l’era
dei dinosauri
fauna di Ediacara
(animali simili
ai celenterati)
compare
l’Archæopteryx
diffusione delle
piante con fiori
si estinguono i dinosauri
e inizia l’era dei mammiferi
i primi cetacei si
diffondono nei mari
i rettili
mammaliani
dominano
il mondo
la più
imponente
estinzione
di massa
31
le ultime 4 ore contengno i due milioni di anni di evoluzione
del genere Homo, le glaciazioni neozoiche, l’estinzione
del mammuth, la nascita di tante civiltà, le conquiste
tecnologiche, le guerre e le produzioni artistiche umane
DICEMBRE
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