L’evoluzione
La storia della Natura
a.s. 2009-10
EVOLUZIONE
processo di cambiamento e
adattamento
aumenta la diversità genetica
sviluppa nuove forme di vita.
Un tempo si credeva che ogni specie fosse stata
creata così come la vediamo.
Ma dal XVI secolo le cose cominciarono a mutare
Le grandi esplorazioni portarono alla scoperta e alla
descrizione di specie mai viste
Nel XVIII secolo confrontando le strutture anatomiche
dell’uomo e di vari mammiferi si scoprirono
sorprendenti somiglianze
Tuttavia il racconto biblico della creazione continuava
ad essere la spiegazione predominante
Linneo: tot sunt species quot ab initio creavit Infinitum
Ens
LE TEORIE EVOLUTIVE PRIMA DI DARWIN
Le specie viventi si trasformano nel tempo
Nel 1700 lo studio dei fossili dimostrava l’esistenza
di antichi organismi talvolta molto diversi da quelli
attuali, suggerendo che le specie viventi si
trasformano nel tempo.
Il naturalista Georges-Louis
Buffon (1707-1788) avanzò
l’ipotesi che i viventi si fossero
originati da un esiguo numero
di antichissimi antenati
GEORGES LOUIS LECLERC BUFFON
(1707-1788) (naturalista francese)
Buffon mise in crisi il paradigma fissista
sostenendo che era necessario reinterpretare la
Bibbia alla luce delle nuove scoperte scientifiche
Ipotizzava che le specie potevano non essere
immodificabili nel tempo e aver avuto origine
contemporaneamente in più luoghi
ERASMUS DARWIN
Il naturalista inglese Erasmus Darwin (1731-1802),
nonno di Charles Darwin, era tra coloro che
sostenevano che le specie viventi si trasformano nel
tempo e che tali cambiamenti, testimoniati dai fossili,
sono il risultato dell’interazione delle popolazioni con
l’ambiente.
L’EVOLUZIONISMO SECONDO LAMARCK
Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) formulò una teoria
sull’evoluzione coerente e sistematica, secondo la quale
le specie si evolvono tramite l’interazione con
l’ambiente.
Il punto debole della teoria
risiedeva nella convinzione che
le caratteristiche acquisite in tal
modo fossero trasmissibili alla
progenie.
TEORIA EVOLUTIVA DI LAMARCK
1744-1829
Prima teoria scientifica dell'evoluzione
La sua teoria è basata fondamentalmente su
due assunti.
•Legge dell'uso e del non uso:
gli organi che sono intensamente usati si sviluppano,
mentre quelli non utilizzati si atrofizzano
Secondo Lamarck gli organismi possono modificare i propri
caratteri durante la vita rispondendo agli stimoli ambientali; i
cambiamenti sviluppati durante la vita dell'individuo sono detti
caratteri acquisiti
•Legge dell'ereditarietà dei caratteri acquisiti:
i caratteri acquisiti durante la vita
dell'individuo possono essere trasmessi alla
progenie.
JEAN-BAPTISTE MONET DE LAMARCK (1744 -1829)
Per Lamarck, specie nuove, sempre più complesse,
si originano da specie più semplici per accumulo e
modificazione di caratteri acquisiti
Gli antenati delle giraffe erano erbivori dal collo normale
costretti a brucare le foglie di acacia nei periodi di siccità. Lo
sforzo continuo per raggiungere le foglie più alte avrebbe
causato il graduale allungamento del collo (carattere
acquisito), con la riproduzione questo carattere sarebbe stato
trasmesso alla prole
Questa teoria, smentita negli anni successivi alla sua
formulazione, conserva un'importanza storica:è stato il primo
tentativo di spiegare scientificamente il processo
dell'evoluzione, attorno al quale si svolgeva l’acceso dibattito
fra creazionisti ed evoluzionisti.
CUVIER E LE TEORIE DEL
CATASTROFISMO
Georges Cuvier (1760-1832), fondatore della degli
studi di paleontologia dei vertebrati, spiegava la
scomparsa di specie presenti un tempo sulla Terra
attraverso la teoria del catastrofismo.
GEORGES L. CHRETIEN CUVIER (1769 – 1823)
Si schierò contro le idee di Lamarck in quanto non
poteva accettare l’idea stessa di evoluzione
Per spiegare l’esistenza di resti fossili di organismi
diversi da quelli attuali e quindi conciliare i dati
paleontologici con le parole della Bibbia propose
una sua teoria
Teoria delle catastrofi
Nel corso della storia della Terra alcune catastrofi
improvvise e violente avrebbero estinto le specie
di vaste regioni
Queste zone sarebbero poi state successivamente
ripopolate da altre specie provenienti da regioni
limitrofe
LE BASI DEL PENSIERO
EVOLUZIONISTICO DI DARWIN
Gli studi del geologo scozzese Charles
Lyell (1797-1875) fornirono le basi per il
pensiero evoluzionistico; infatti, Lyell nel
suo Principles of Geology
si oppose alla teoria del catastrofismo;
affermò che i lenti e costanti cambiamenti
nella storia della Terra sono causati da forze
naturali che operano in tempi molto lunghi.
CHARLES LYELL (1797 – 1875)
I suoi Principi di Geologia (1831-33) sono una pietra miliare delle Scienze
della Terra; hanno contribuito a far comprendere l’esatta età della Terra;
Ai suoi tempi prevaleva l’idea che la Terra avesse meno di 6000 anni, per cui
era difficile immaginare come le molte migliaia di specie avessero potuto
evolvere in così poco tempo;
Lyell pensava che: “… dai tempi più remoti in cui può spingersi il
nostro sguardo fino al presente hanno agito solo e senza eccezione
le cause tuttora operanti e mai con gradi di energia diversi da quelli
attuali…”;
In questo modo mise in crisi la teoria delle catastrofi, evidenziando
come,nelle rocce del passato si potessero leggere eventi atmosferici e
geologici non diversi da quelli che ancora oggi avvengono;
Se l’ipotesi di Lyell era corretta c’era stato tempo sufficiente a permettere
un’evoluzione delle specie
NEL SUO VIAGGIO INTORNO AL MONDO
DARWIN GETTÒ LE BASI DELLA SUA TEORIA
DELL’EVOLUZIONE
Charles Darwin nacque nel 1809 in Inghilterra;
iniziò gli studi di medicina e poi di teologia, ma la
sua vera passione erano le scienze naturali.
IL VIAGGIO DEL BEAGLE (I)
Nell’agosto del 1831, Henslow, insegnante di
Botanica a Cambridge e caro amico di Darwin, gli
propose di accettare un incarico come naturalista a
bordo del brigantino Beagle
Iniziò un viaggio intorno al mondo che durò cinque
anni (gran parte dei quali spesi lungo le coste del
Sudamerica)
IL VIAGGIO CON IL BEAGLE (II)
Durante il suo viaggio(1831-1836),Darwin
osservò le somiglianze tra organismi viventi e
fossili e la diversità della vita sulle isole
Galápagos.
ARMADILLI E FRINGUELLI
Tra i fossili raccolti da Darwin in Argentina vi erano
resti di animali estinti che somigliavano chiaramente
agli attuali armadilli
Darwin si chiese se in qualche modo la forma più
antica non avesse dato origine a quella attuale
Darwin cominciò a sospettare che l’isolamento
geografico avesse un ruolo nell’evoluzione e nella
diversità delle specie, perché le isole Galapagos si
trovano a circa 1000 km dalle coste dell’Ecuador
Ciascun gruppetto di isole presenta specie
particolari, tra cui differenti specie di fringuelli che
assomigliano tutte ad una specie che vive
unicamente sulla costa occidentale del Sudamerica
Come possono avvenire i cambiamenti
e lo sviluppo di nuove specie
Darwin lesse un saggio di T.Malthus sulla
Popolazione (1798)
La vita è una lotta per la sopravvivenza
Secondo Malthus ogni popolazione umana tende a crescere fino al punto di
superare le effettive disponibilità di cibo, per cui i suoi componenti sono
costretti a competere tra loro
Applicando questa teoria ai fringuelli se ne può
dedurre che una differenza in caratteri, come ad
esempio la dimensione e la forma del
becco,poteva comportare una differente capacità
nell’attingere alle risorse disponibil
Quindi individui nati con qualche carattere
favorevole, risultano avvantaggiati per quanto
riguarda la possibilità di sopravvivere e riprodursi
Dalla pratica alla teoria (I)
Le osservazioni che Darwin fece durante il suo
viaggio sul Beagle lo aiutarono a elaborare la
sua teoria sull’evoluzione.
Quando fece ritorno in Gran Bretagna, scrisse
un saggio in cui descriveva i principi della sua
teoria dell’evoluzione, parlando di
discendenza con modificazioni.
Darwin si rese conto dell’unità tra le specie,
secondo cui tutti i viventi sono correlati tra loro
attraverso un comune progenitore di qualche
specie sconosciuta, vissuto in epoca remota.
Dalla pratica alla teoria (II)
Prevedendo le polemiche che le sue idee avrebbero potuto
suscitare, Darwin preferì ritardare la pubblicazione del suo
libro.
Alfred Wallace, un altro naturalista inglese, concepì una
teoria identica a quella di Darwin, che venne presentata nel
1858, citando il precedente saggio di Darwin.
Darwin nel 1859 pubblicò il volume Sull’origine delle specie
mediante selezione naturale, che divenne un caposaldo
delle scienze naturali.
La selezione naturale (I)
Secondo Darwin la selezione naturale è alla
base dei meccanismi dell’evoluzione
Darwin osservò che gli organismi di tutte le specie:
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).
La selezione naturale (II)
Darwin osservò che 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 naturale (III)
Secondo Darwin le diverse forme di vita si sono
originate, attraverso successive modificazioni, da
un antenato comune.
Il meccanismo che ha portato alla formazione
delle diverse specie è stato la selezione naturale.
Licaone
Coyote
Lupo
Volpe
Selezione naturale
avvenuta
nel corso di milioni di anni
Canide ancestrale
Sciacallo
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)
TEORIA EVOLUTIVA DI DARWIN
1809-1882
1859: Charles Darwin pubblica
L'origine delle specie,
libro nel quale espone la sua teoria dell'evoluzione
Fondamenti del Darwinismo
1.
STABILITA’ DEL PROCESSO RIPRODUTTIVO
Gli organismi generano organismi simili: il processo di riproduzione è stabile
2.
DIMENSIONI DELLA POPOLAZIONE COSTANTI NEL TEMPO.
Nella maggior parte delle specie il numero di individui che sopravvivono e si
riproducono è piccolo in confronto al numero di organismi nati
3.
EREDITARIETA’ DELLE VARIAZIONI.
In ogni popolazione sci sono differenze tra i singoli organismi, queste non
sono prodotte dall’ambiente, e alcune sono ereditabili
4.
SELEZIONE NATURALE.
Quali individui sopravviveranno e si riprodurranno e quali non vi riusciranno è
determinato dalle interazioni tra variazioni e ambiente. La selezione naturale
interviene per premiare gli individui che presentano caratteristiche favorevoli
all’ambiente che di conseguenza aumentano di frequenza da una generazione
all’altra
5.
POPOLAZIONE DIFFERENZIATA
Dopo un periodo di tempo sufficientemente lungo la selezione naturale porta a
un tale accumulo di cambiamenti da differenziare i gruppi di organismi
Confronto Lamarck - Darwin
Lamarck
le variazioni sono
indirizzate esclusivamente
verso adattamenti
favorevoli;
Darwin
la variabilità dei caratteri è
casuale: esistono caratteri
favorevoli, neutrali e
sfavorevoli; è l'ambiente a
selezionare e far sopravvivere
più a lungo gli individui con i
caratteri più favorevoli.
Per Darwin, gli antenati delle
giraffe attuali dovevano
avere colli di varia
lunghezza, quando l'erba
della savana cominciò a
scarseggiare, il collo lungo,
che consentiva di
raggiungere le foglie sui rami
degli alberi di acacia, risultò
essere un carattere
favorevole. Gli individui col
collo lungo, più adatti
all'ambiente, risultarono
avvantaggiati nella
competizione e furono quindi
selezionati a spese di quelli
con il collo corto.
Ruolo dell'ambiente nei processi evolutivi:
Lamarck
l'ambiente ha un ruolo
diretto nell'evoluzione
determinando lo sviluppo
dei caratteri acquisiti
Darwin
l'ambiente ha un ruolo
molto più indiretto:non
provoca la comparsa di
caratteri nuovi, ma fa sì
che gli individui dotati di
caratteri che in quel
determinato ambiente
risultano “favorevoli“
sopravvivano meglio e si
riproducano di più degli
individui in possesso di
caratteri meno adatti.
PROVE DELL 'EVOLUZIONE
Provengono da diverse discipline, tra cui
la paleontologia,
l'anatomia comparata,
l'embriologia comparata,
la biologia molecolare,
la biogeografia
PROVE PALEONTOLOGICHE (I)
• Lo studio dei resti fossili, è particolarmente
importante per studiare l'evoluzione.
• La paleontologia ha dimostrato
che:
- non tutte le specie oggi
esistenti sulla Terra erano
presenti anche in passato
- molte specie un tempo
esistenti sono oggi scomparse
• Tramite tecniche di datazione
radioattiva, si può stabilire l'età
dei fossili e la successione
cronologica ed evolutiva delle
specie presenti nei resti fossili.
PROVE PALEONTOLOGICHE (II)
Il numero delle specie
Organismi diversi sono vissuti in epoche diverse
Organismi del passato, sono diversi da quelli
attuali
I fossili ritrovati in strati vicini sono più simili tra
loro di quelli ritrovati in strati distanti
Organismi dalle caratteristiche intermedie (anelli
di congiunzione)
In genere le rocce più antiche contengono forme
di vita meno complesse
ANATOMIA COMPARATA (I)
Un altro supporto alla teoria dell’evoluzione è
fornito dall’anatomia comparata, la
disciplina che mette a confronto le strutture
corporee di specie diverse.
Somiglianze anatomiche che accomunano le
specie costituiscono un indicatore di
discendenza comune.
ANATOMIA COMPARATA (II)
Strutture omologhe (stessa struttura, diversa funzione)
I biologi chiamano strutture omologhe le
strutture che sono simili perché derivano da un
antenato comune.
Spesso le strutture omologhe hanno funzioni
diverse.
Specie umana
Gatto
Balena
Pipistrello
ANATOMIA COMPARATA (III)
L’anatomia comparata dimostra che gli organismi
appartenenti a uno stesso gruppo presentano
sempre molte somiglianze strutturali.
Le zampe di un gatto e di un cavallo (entrambi Mammiferi)
hanno la stessa struttura di base, diversa, per esempio, da
quella della zampa di una mosca (un Insetto)
Questo indica che un gatto ed un cavallo sono
più vicini tra loro dal punto di vista evolutivo,
che non ciascuno di loro ad un insetto
Si parla di divergenza quando una o più strutture
omologhe si sono discostate dalla forma ancestrale per
quanto riguarda l’aspetto, la funzione o entrambi
ANATOMIA COMPARATA (IV)
Caso particolare di omologia: gli organi vestigiali
Strutture in via di riduzione con limitata o nessuna
funzionalità
Strutture rudimentali, non più usate, con forte somiglianza
con strutture omologhe
Si spiegano se inquadrate nel piano di organizzazione
generale del gruppo sistematico cui appartiene la specie che
le porta
Esempi:
- Le ossa delle vertebre coccigee umane sono il rudimento
dello scheletro della coda
- L’appendice cecale nell’uomo
- Bacino e femore nei serpenti e nelle balene, che non
svolgono più alcuna funzione motoria
ANATOMIA COMPARATA (V)
Strutture analoghe (stessa funzione e/o diversa struttura)
Quando una struttura compare, con funzioni simili, in due o
più organismi non direttamente inseriti lungo la stessa linea
evolutiva si parla di strutture analoghe.
Quelle strutture che , pur non avendo origine embrionale
comune, svolgono nell’adulto la medesima funzione.
Esempi:
- le ali degli insetti e dei vertebrati (uccelli)
- le branchie dei pesci e i polmoni dei vertebrati terrestri
Si parla di evoluzione convergente quando compaiono, in
organismi evolutivamente distanti, ma che vivono in un
medesimo ambiente, di strutture morfologiche o anatomiche
simili
L’EMBRIOLOGIA COMPARATA (I)
Nel 1868 Haeckel formulò l’enunciato della
LEGGE BIOGENETICA FONDAMENTALE
“L’ontogenesi ricapitola la filogenesi”
ovvero lo sviluppo individuale è una
breve e rapida sintesi dello sviluppo del
gruppo corrispondente
L’EMBRIOLOGIA COMPARATA (II)
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.
Tale somiglianza appare tanto maggiore
quanto più precoce è lo stadio embrionale
considerato
L’EMBRIOLOGIA COMPARATA (III)
Molti vertebrati hanno strutture
omologhe nei loro embrioni.
Tasche
branchiali
Coda
Embrione di pollo
Embrione umano
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.
L’universalità del codice genetico
costituisce una prova importante
delle correlazioni esistenti tra tutte
le forme viventi
LA BIOGEOGRAFIA
La biogeografia, la distribuzione geografica delle
specie, suggerì per prima a Darwin che gli
organismi si evolvono da antenati comuni.
Darwin osservò che alcune specie trovate su una
delle isole Galapagos, sembravano più simili a
specie presenti sul continente vicino che non ad
altre specie presenti sulle altre isole Galapagos.
La biogeografia delle isole gli suggerì che alcune
specie potevano essere migrate dal continente
alle isole vicine dove, isolate le une dalle altre, si
sarebbero evolute,adattandosi ad ambienti
diversi, fino a originare specie diverse
