Il pool genico - Materiale Scienze della Formazione Primaria
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La teoria dell’evoluzione Evoluzione e filogenesi Biologia evoluzionistica • Eventi che hanno contrassegnato il percorso nel quale a partire da un antenato comune si sono evoluti tutti gli organismi presenti sulla terra. Evoluzione biologica intesa come cambiamenti delle caratteristiche dei viventi che si realizza all’interno delle popolazioni nel corso delle generazioni I cambiamenti evolutivi(genotipici e/o fenotipici) sono solo quelli ereditabili • I cambiamenti evolutivi producono modificazioni con conseguente trasformazione degli organismi creando linee evolutive “progenitore-discendente” e attraverso fenomeni di speciazione → nuove linee evolutive filogenesi • Le varie linee evolutive partono da un progenitore comune,sono interconnesse tra loro e generano quello che viene rappresentato come albero della vita • Relazioni evolutive tra le diverse linee progenitore- discendente che hanno portato all’origine dei taxa ora estinti e di quelli attuali evoluzione • Cambiamento ossia modificazione degli organismi nel tempo Fatto accertabile: 1)fossili 2)modificazioni tutt’oggi in atto • Meccanismi causa del cambiamento Teorie scientifiche che si basano su evidenze indirette e prove sperimentali Teorie pre-darwiniane • La visione della fissità della specie fu confutata da una vera e propria teoria “il trasformismo”o “teoria dell’ereditarietà dei caratteri acquisiti” solo con Lamarck (1744-1829)circa 2 secoli fa. • La teoria lamarckiana prevedeva che le linee filetiche ,originatesi per generazione spontanea,perdurassero indefinitamente senza estinguersi:una forma si trasforma in un’altra passando da uno stato semplice ad uno più complesso. Per Lamarck l’evoluzione si attua attraverso uno stretto rapporto fra organismo e ambiente. I fattori ambientali modellano l’organismo producendovi delle modificazioni (uso o disuso)che possono essere trasmesse alla discendenza(caratteri acquisiti). Perdurando le stesse condizioni ambientali la trasformazione aumenta fino a portare a grandi cambiamenti evolutivi. • Nel 1831 ,Darwin borghese appassionato di storia naturale abbandonò gli studi accademici per intraprendere un viaggio di circumnavigazione del globo che gli permise di acquisire una visione multidisciplinare della natura fondamentale per la stesura ,oltre 20 anni dopo il suo ritorno,della sua teoria sull’evoluzione delle specie per selezione naturale • Furono importanti per la sua tesi il principio dell’attualismo di Charles Lyell e la teoria dell’economista Thomas R. Malthus. • il principio dell’attualismo prevedeva che i processi che osserviamo oggi fossro gli stessi avvenuti nel passato:fenomeni geologici lenti e costanti avrebbero prodotto trasformazioni al globo terrestre con un processo lento che doveva aver operato in tempi molto lunghi • la teoria di Malthus prevedeva che la crescita esponenziale delle popolazioni umane in rapporto alla crescita lineare delle risorse avrebbe portato ad un momento in cui le risorse non sarebbero bastate più per tutti. • Quest’spinse Darwin ha valutare la lotta per le risorse e per la sopravvivenza come forte spinta evolutiva. Teorie dell’Origine delle Specie • Concetto di progenitore comune(scardinando l’idea della scala naturae:mondo organizzato per gradi successivi ed indipendenti di perfezione fino all’uomo) • Le trasformazioni avvenivano nel tempo per piccole trasformazioni graduali(gradualismo) • La specie diventava un insieme di popolazioni al cui interno gli individui possono differire l’uno dall’altro • Il principio, non unico ,responsabile dell’evoluzione era la selezione naturale Teoria Darwiniana • Nel 1859 “Origine delle specie”.Darwin introduce un nuovo principio quello della selezione naturale. Secondo Darwin l’evoluzione si verifica in quanto vengono selezionati gli individui portatori dei caratteri più adatti. Essendo questi favoriti nella lotta per l’esistenza essi possono trasmetterli più facilmente alla discendenza. Il meccanismo di adattamento(e quindi l’evoluzione)si basa sulla selezione della variazioni che compaiono a caso negli organismi. • Nel 1871 con la pubblicazione “dell’origine dell’uomo”Darwin applicava le sue teorie all’uomo,l’origine del quale doveva essere cercata nell’ambito dei Primati ,cioè le scimmie(contro la tradizione religiosa millenaria) • Alla fine dell’ottocento l’evoluzionismo era la concezione dominante. • Non essendo ancora noti i meccanismi dell’ereditarietà ovviamente alcuni aspetti, della teoria di Darwin,legati alle trasformazioni degli organismi e all’ereditarietà dei caratteri rimasero irrisolti • All’inizio del Novecento vennero riscoperte le leggi dell’ereditarietà di Mendel. • Dal connubio tra darwinismo e genetica nasce (1910)la teoria neo-darwiniana poi definita teoria sintetica. Il neo-darwinismo,grazie alla genetica,sposta l’interesse dagli organismi ai geni in quanto i caratteri dell’organismo ossia il fenotipo,dipendono dai geni ossia dal genotipo. • I neo-darwinisti si riferiscono a due fonti di variabilità genetica: 1)Le mutazioni 2)La ricombinazione Visto che la variabilità genetica può essere trasmessa alla discendenza,determina l’evoluzione. Infatti i caratteri dell’organismo si presentano al vaglio della selezione naturale verranno favoriti gli organismi che portano i caratteri più idonei(per sopravvivenza e fertilità) a una data situazione ambientale. Origine monofiletica della vita sulla terra • La vita si è originata da un singolo organismo o da un gruppo di organismi Ipotesi suffragata il codice genetico è universale e gli aminoacidi adoperati in natura sono sempre gli stessi Indagine filogenetica per ricostruire l’albero della vita può essere affrontata : • Paleontologia :analisi dei fossili Essa si basa prevalentemente sulla morfologia studia le varie forme degli organismi fossili cercando le omologie tra loro e con gli organismi attuali. Si occupa anche di molecole ed in particolare di quelle che rappresentano una caratteristica esclusiva di un gruppo di organismi • Neontologia :analizzando gli organismi attuali Si può ottenere un maggior numero di informazioni Approccio morfologico:omologie e apomorfie(novità evolutive) Approccio molecolare:cambiamenti molecolari Per dedurre la discendenza da un antenato comune • Similitudini di base Le similitudini :definite omologie di discendenza: • 1)omologia anatomica • 2)omologia embriologica • 3)omologia molecolare • Il riconoscimento delle omologie è quindi importante ai fini della ricostruzione filogenetica Gli arti anteriori dei mammiferi rappresentano strutture omologhe per le similitudini dei pezzi scheletrici che li compongono (omologia anatomica) e quindi omologia di discendenza ossia derivazione da un antenato comune. Convergenza evolutiva • Non tutte le somiglianze corrispondono ad omologie,infatti specie provenienti da rami evolutivi diversi(non imparentate)possono somigliarsi svolgendo ruoli ecologici simili, in tal caso le somiglianze morfologiche sono il risultato di particolari adattamenti e vengono dette omoplasie o analogie. • Ali uccelli e ali degli unsetti :stessa funzione diversa struttura ossea,analoghe I dati ottenuti • Vengono analizzati con appositi programmi si otterranno più alberi possibili,verrà operata una scelta sulla base del criterio della massima parsimonia ossia si riterrà più rappresentativo l’albero sufficientemente supportato ma anche il più semplice Quando i due approcci,morfologico e molecolare,danno lo stesso risultato il consenso dell’albero sarà maggiore Studio molecolare:cambiamenti molecolari • Alcuni loci genici sono caratterizzati da sequenze altamente conservative ossia che si modificano,nell’arco del tempo,molto raramente fornendo così un segnale dal punto di vista filogenetico per lo studio delle grandi linee evolutive Sistematica • Il risultato dell’indagine filogenetica si traduce nella sistematica ossia sulla classificazione degli organismi basata sulle loro relazioni di parentela Il carattere è una caratteristica esterna, interna o comportamentale di un organismo Caratteri ereditari: sono i fattori che vengono trasmessi dai genitori ( ai figli), non sono modificabili, si manifestano fino dalla nascita (sono congeniti). Colore dei capelli e degli occhi, capacità di arrotolare la lingua, gruppo sanguigno, malattie genetiche ecc. Caratteri “intermedi”: si eredita una tendenza, che può più o meno realizzarsi nel corso della vita. Altezza, corporatura, tendenza verso alcune malattie (ad es. diabete, malattie cardiovascolari) ecc. Caratteri acquisiti: non provengono dai genitori (e non si trasmettono ai figli), si acquistano durante la vita. Abbronzatura, cultura, malattie acquisite (ad es. traumi, infezioni) ecc. Quelli che Mendel chiamava fattori ereditari oggi sono chiamati geni. Nelle coppie di cromosomi omologhi (costituiti da 2 cromosomi quasi uguali, ereditati uno dal padre e uno dalla madre) un gene per lo stesso carattere si trova nella stessa posizione su entrambi i cromosomi. per saperne di più Coppia di cromosomi omologhi Ogni gene controlla un carattere ed è rappresentato da due o più forme alternative dette alleli. Un individuo omozigote ha quindi due alleli uguali, un eterozigote ha due alleli diversi, per un dato gene. L’insieme delle caratteristiche (interne, esterne o comportamentali) di un individuo prende il nome di fenotipo dell’individuo, mentre l’insieme dei geni che determinano quelle caratteristiche prende il Gene che codifica per un nome di genotipo dell’individuo stesso. carattere CROMOSOMA MATERNO CROMOSOMA PATERNO • Un cromosoma è costituito da una molecola di DNA,regioni di essa sono i geni. • Cromosomi omologhi portano gli stessi geni,localizzati in posizioni corrispondenti sui due omologhi • Il locus indica la posizione di un dato gene sul cromosoma • Gli alleli sono forme alternative di uno stesso carattere,per cui occupano loci corrispondenti su cromosomi omologhi La selezione • È l’unico fenomeno che porta all’adattamento all’ambiente • Agisce sui vari alleli riducendo,poco o molto,la loro capacità di partecipare alla generazione successiva • La diploidia offre il vantaggio di non eliminazione immediata degli alleli svantaggiosi o letali permettendo un più alto valore di variabilità Fitness È la capacità di partecipare alla generazione successiva(contrario della selezione) Il pool genico • Il pool genico è l'insieme di tutti i geni di una specie, ognuno con tutti i suoi alleli, es: • • • gene fossetta nel mento gruppo sanguigno alleli c'è non c'è 0AB Il pool genico è suddiviso tra gli individui della specie. Il numero di individui che hanno un dato allele,ne definisce la frequenza. Il pool genico cambia in continuazione, perché gli individui nascono e muoiono. Ogni persona che nasce arricchisce il pool genico con i suoi alleli, mentre ogni persona che muore impoverisce il pool genico. Quindi il pool genico varia con la nascita e la morte delle persone. Si dice genetica delle popolazioni lo studio del pool genico e delle sue variazioni Si ha una mutazione quando i figli hanno degli alleli che nessuno dei due genitori possedeva • La frequenza allelica è la misura della frequenza relativa di un allele su un locus genetico nella popolazione. Di solito si esprime come proporzione o percentuale • Per esempio, se la frequenza di un allele è del 20% in una popolazione data, allora tra i membri della popolazione uno su cinque cromosomi porterà quell'allele. Quattro su cinque saranno occupati da altre varianti del gene microevoluzione • Tutti i fenomeni che portano alla modificazione di un pool genico di una popolazione→speciazione • Se due popolazioni,a seguito di isolamento,continuano a diversificarsi tra loro per le frequenze alleliche si arriverà al punto che diverranno tanto diverse da non potere più ibridarsi tra loro dando prole feconda Concetto biologico di specie • Capacità degli individui di una stessa specie di produrre prole feconda ↓ Fenomeno di SPECIAZIONE Speciazione • Allopatrica:due popolazioni viventi in territori tra loro distanti es.isolamento geografico • Peripratica:un piccolo numero di individui ,tanto piccolo da subire gli effetti della casualità sulle frequenze alleliche,si separa dalla popolazione madre dando origine ad una nuova popolazione con caratteristiche riguardanti solo gli organismi che l’hanno prodotta • Simpatrica:individui che popolano uno stesso territorio si diversificano fino a non essere più in grado di incrociarsi (barriere riproduttive)es.maturazione dei gameti in tempi diversi • Parapatrica:non completo isolamento geografico,ristretta zona di contatto ,meccanismi che sfavoriscono l’ibridazione come ad es. inversioni di tratti di cromosomi che in eterozigosi a seguito di incroci tra individui delle due popolazioni non consentono la produzione di gameti fertili macroevoluzione si intende invece l’evoluzione su grande scala che, nel corso di circa quattro miliardi di anni, ha portato, dalle cellule primordiali, fino alla biodiversità attuale. In termini temporali • Prima ,1,2 miliardi di anni, l’origine delle Piante ( fossili di Alghe pluricellulari) • Funghi • Animali:Metazoi (animali pluricellulari) Storia della vita sulla terra • Progenitore comune degli animali sembrerebbe si sia originato da colonie di protisti flagellati • I poriferi possiedono cellule simili ai coanoflagellati e risultano essere la linea più antica rispetto a tutti gli altri Metazoi Protisti:eucarioti unicellulari (alghe unicellulari e protozoi) • Le prime tracce fossili di Metazoi risalgono a 640 milioni di anni fa,si tratta di animali marini con relazioni evolutive che almeno per alcuni di loro sarebbero riconducibili agli attuali Cnidari ed Anellidi Era PALEOZOICA • All’inizio dell’era paleozoica durante il Cambriano( 570505 Ma) ci fù la cosiddetta “esplosione del cambriano” ossia in soli 40 milioni di anni diverse linee evolutive si sarebbero diversificate. Una così veloce diversificazione potrebbe essere stata favorita sia dalla liberazione o conquista di nuove nicchie ecologiche sia dalla repentina evoluzione di geni regolatori(geni Hox) che avrebbero creato nuovi organismi da sottoporre al vaglio della selazione naturale. Era PALEOZOICA • Durante tutto il Paleozoico si è avuto un grande aumento del numero di taxa e di abbondanza di individui. • Ordoviciano(505-438 Ma)le prime piante colonizzano l’ambiente terrestre e compaiono i primi vertebrati pisciformi,Agnati. Nei successivi 200 milioni di anni le piante si diversificano fino alle forme arboree,i primi Artropodi(mirapodi ed insetti atteri)compaiono Era PALEOZOICA • Devoniano (408-360 Ma)agli Agnati seguono i Gnatostomi a scheletro sempre cartilagineo da cui successivamente presero origine i Pesci ossei: • Attinopterigi:con pinne dotate di raggi da cui i Telostei • Sarcopterigi:con pinne carnose da cui i primi tetrapodi terrestri,gli Anfibi Era PALEOZOICA • Carbonifero (360-286Ma) Piante:sviluppano intorno all’embrione una protezione e tessuto nutritivo. Si originano i primi insetti alati e si diversificano gli Anfibi Si originano gli amnioti e si diversificano in due linee evolutive: • -classe sinapsidi di cui deriva l’ordine dei terapsidi antenati dei mammiferi • - classe diapsidi → rettili e uccelli • Anapsidi,privo di aperture temporali,cheloni. • Sinapsidi, una apertura temporale per lato mammiferi. • Diapsidi,due aperture temporali per lato rettili attuali e arcosauri(coccodrilli e alligatori). • Gli arcosauri hanno dato origine agli uccelli e a forme estinte come i dinosauri. Ultimo periodo dell’era Paleozoica • Permiano (286-245 Ma) diversificazione dei diapsidi con le linee evolutive che hanno portato ai Rettili attuali e ai Dinosauri • Glaciazione estinzione di massa Era MESOZOICA • DINOSAURI E MAMMIFERI UCCELLI • Cretaceo,ultimo periodo dell’era mesozoica,66 Ma grande estinzione di massa scompaiono molti invertebrati marini e i Dinosauri liberando parecchie nicchie ecologiche che vennero successivamente occupate dai Mammiferi Era Cenozoica • Quaternario :Uomo
