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

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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. 500.000 anni fa

2. 1 milione di anni fa

3. 4 miliardi di anni fa

4. 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.

………………………………………………………………………………………………………………………………………………….........................................

..............................................................................................................................................................................................

3

4

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 (129-

210 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.

7

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.

8

Il lamarckismo

La figura di Lamark

Il lamarckismo fu la prima teoria evoluzionistica e fu elaborata

dal naturalista francese Jean-Baptiste de Lamarck (1744-

1829). 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.

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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.

10

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.

11

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.

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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.

14

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.

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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.

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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 Possibile spiegazione

secondo Lamarck

Possibile spiegazione

secondo Darwin

Riflessione sui reali meccanismi

evolutivi

ESEMPIO

Passaggio da polidattilia a

monodattilia con sviluppo del

dito mediano e scomparsa

delle altre dita

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

ESEMPIO

Gli indiviui con più dita non erano

competitivi sulla corsa rispetto

alla condizione di monodattilia

più efficace e si estinsero

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.