Evoluzione e selezione naturale

Unità didattica di Scienze della Vita – Classe A060

Silvia Saltarelli

Università degli Studi di Ferrara – SSIS VIII Ciclo

Mappa

Evoluzione

Il fatto

Le prove

La storia

La variabilità

La selezione

Basi genetiche

dell’evoluzione

Misconcezioni

Evoluzione: processo di variazione ereditaria che si svolge nelle specie con il trascorrere del tempo.

Il Fatto

Le prove

L’osservazione diretta - microevoluzione

La biogeografia

I fossili

Anatomia comparata – le strutture analoghe ed omologhe

Selezioneartificiale

Il caso Biston betularia

Resistenza a farmaci o insetticidi

Osservazione diretta - microevoluzione

• La selezione artificiale: l’uomo ha sempre selezionato nelle specie che alleva i caratteri che preferisce. Dalle mucche che fanno più latte, alle pannocchie più grosse. E lo fa facendo incrociare fra loro gli individui che hanno i caratteri cercati.

• Selezione naturale in tempi rapidi – la farfalla Biston Betularia

• La resistenza acquisita: insetticidi e antibiotici che inizialmente uccidono quasi il 100% degli insetti (o dei batteri) dopo qualche tempo “smettono di funzionare”. Si sono selezionati gli individui resistenti.

Biogeografia

La distribuzione delle specie sulla Terra.

Esempio – I marsupialiChe senso può avere la presenza di

famiglie così affini in due luoghi così lontani, senza che ve ne sia traccia da altre parti?

Bisogna considerare lo spostamento delle placche continentali, a questo punto si può più agevolmente pensare ad un antenato comune.

Distribuzione odierna

Fossili

Fossili con forme di vita diverse dalle attuali ma con certe similitudini.Permettono di costruire alberi filogenetici e ipotizzare antenati comuni a più specie.Soprattutto rendono evidente il cambiamento nel corso del tempo

Strutture omologhe

La presenza di strutture somiglianti ma aventi diversa funzione in piante ed animali suffraga l’ipotesi dell’antenato comune

Teoria dell’evoluzione di Darwin e Wallace

•Gli organismi generano organismi simili•Il numero di individui che sopravvivono è piccolo rispetto ai nati•In ogni popolazione vi sono differenze fra i singoli organismi, alcune sono ereditabili.•Che individui riusciranno a riprodursi con maggior successo è determinato dalle interazioni fra questi e l’ambiente•Dopo un periodo di tempo sufficientemente lungo vi è un accumulo di cambiamenti tale da differenziare gruppi di organismi.

VARIABILITA’

EREDITARIETA’

SELEZIONE

TEMPO

Popolazione: gruppo di organismi della stessa specie che si riproducono tra loro in un certo spazio e tempo.

Pool genico: somma di tutti gli alleli di tutti i geni di tutti gli individui della popolazione.

Nel tempo alcuni alleli di una popolazione possono aumentare di numero ed altri calare. L’evoluzione è l’accumulo nel tempo di questi cambiamenti

Fitness: misura del successo evolutivo di un individuo si misura in base al numero di figli che si sono riprodotti.

Negli organismi è presente una VARIABILITA’ GENETICA non sempre visibile nei fenotipi.

Il sequenziamento del DNA e altre tecniche di analisi permettono di vedere come molti caratteri sono espressi da geni differenti composti a loro volta da diversi alleli.

Le diverse possibili combinazioni portano alla variabilita.

Fornisce un modello.Grazie a questo

possiamo misurare i cambiamenti delle

frequenze alleliche nelle popolazioni naturali

Mutazioni: cambiamenti ereditari del genotipo

Causate da vari fattori: raggi X, ultravioletti, composti chimici, errori di trascrizione del DNA

Quante?

La frequenza è bassa, ma i geni di un individuo sono tanti ogni essere umano ha circa due nuove mutazioni

Forniscono la

variabilità

Sono indipendenti dal potenziale vantaggio o svantaggio per l’individuo

Flusso genico: ingresso o uscita di alleli dal gruppo per migrazione Popolazione

Deriva genetica: in popolazioni troppo piccole, dove il caso può essere determinante

1. Effetto del fondatore: popolazioni che si originano a partire da un piccolo gruppo. Es gli Amish di Lancaster, Pennsylvania (nanismo e polidattilia)

2. Effetto collo di bottiglia: la popolazione viene ridotta per cause esterne, la sua variabilità genetica può calare di molto. Es la caccia che nell’800 ha quasi sterminato il leone marino (popolazione omozigote per 21 loci).

Accoppiamenti non casuali: una delle spinte di selezione principale, come vedremo dopo, gli individui si accoppiano scegliendo il partner, non per caso

La riproduzione sessuata

Assortimento indipendente dei cromosomi durante la meiosi

Crossing over e ricombinazione genetica

Combinazione di due differenti genomi parentali

La riproduzione asessuata

Cloni con sporadiche mutazioniAiutata

dall’esincrocio

Diploidia ed eterozigosi

Permette la “sopravvivenza” di alleli recessivi letali (e quindi la variabilità)

In eterozigosi infatti gli alleli letali non si esprimono e l’individuo può arrivare alla riproduzione

Inoltre in diversi casi l’eterozigote presenta qualche vantaggio adattativo rispetto all’omozigote dominante

Ad es. nell’anemia falciforme gli individui eterozigoti sono più resistenti alla malaria

Collegamento col territorio ed educazione alla salute, le valli di Comacchio erano zona malarica.

Beta-talassemia e anemia mediterranea

La selezioneCosa viene selezionato? L’intero FENOTIPO

che comprende:

Caratteristiche fisiche

comportamentali

fisiologiche

Ed è determinato

Dall’interazione di diversi geni

Dall’interazione fra i geni e l’ambiente

Come può essere la selezione?Selezione stabilizzante: viene preferito il carattere medio agli estremi.

Es. Storni – n° medio uova 5

Selezione divergente: vengono preferiti i caratteri estremi al medio

Salmoni argentei del Pacifico :

I maschi possono essere sessualmente maturi a 2 anni (Jack) o 3 (Hooknose)

Selezione direzionale: viene preferito uno dei due estremiL’esempio già visto della Biston betularia

Selezione frequenza dipendente: contribuisce a mantenere equilibrati due fenotipi

Il fenotipo più numeroso subisce maggiormente la pressione selettiva

Es. interazioni preda-predatore;oppure una delle selezioni che interagiscono nei salmoni visti prima

Aiuta il polimorfis

mo

Selezione sessuale Nella riproduzione le femmine sono una delle risorse limitanti i maschi lottano quindi fra loro (in maniera diretta o indiretta) e successivamente le femmine scelgono

È così che si selezionano (molto velocemente) determinati caratteri, alcuni altrimenti poco adatti all’ambiente circostante

Adattamento

Cos’è alla fine

l’adattamento?

Diversi significati:

•Sintonia con l’ambiente

•Una particolare caratteristica (ad es l’occhio) che aiuta a integrare ambiente e organismo

•Processo evolutivo che produce organismi sempre più in sintonia con l’ambente

Attenzione il processo di selezione avviene sul “materiale” a disposizione.

Es. se avessi dovuto “progettare” una giraffa probabilmente avrei fatto un’organizzazione corporea diversa, ma anche la giraffa deriva dall’antenato comune di tutti i mammiferi (e ha solo 7 vertebre cervicali).

Errori e misconcezioniParlando di evoluzione spesso si hanno idee erronee su diversi aspetti. Vediamo i principali

L’evoluzione quindi è una

teoria sull’origine della

vita?

No, di come si è evoluta DOPO

essere cominciata, non si occupa dell’origine.

Quindi l’evoluzione è

come una scala, gli organismi diventano

sempre meglio

NO, non meglio, adatti abbastanza all’ambiente del momento, che può cambiare, e ciò che è adatto oggi può non essere adatto domani.Non importa essere perfetti

basta essere abbastanza adatti

Ma quindi gli organismi si sono evoluti per CASO?

No il caso dà la variabilità, su cui poi la selezione

agisce. E la selezione NON è

casuale.

…gli organismi CERCANO

di adattarsi

…

Attenzione! Evoluzione vuol dire selezione dei

geni più adatti, ma non si possono

ottenere i geni adatti SFORZANDOSI

La selezione naturale dà

agli organismi ciò di cui

hanno bisogno…

No, può solo selezionare fra la variabilità ESISTENTE. Se il gene che “serve” in una popolazione non c’è non può venir “creato” dalla selezione

Tanto è solo una teoria…

Dal dizionario.

Teoria:

1) Modo di pensare, idee, ipotesi

2) Nella scienza una spiegazione di qualche aspetto del mondo naturale argomentata e basata su fatti e prove.

L’evoluzione è una teoria in

crisi, nemmeno gli scienziati

sono d’accordo e ci credono

ormai!

Gli scienziati non dibattono del SE

l’evoluzione esista, questo è certo, ma

del COME avvenga.

Mancano le forme fossili intermedie,

questo smentisce

l’evoluzione

Il fatto che non ci siano TUTTI i fossili di transizione, non implica che l’evoluzione non abbia avuto luogo.

La fossilizzazione è un processo molto raro, è difficile che un organismo si conservi.

In ogni caso molti fossili di transizione sono stati trovati.

Bibliografia e sitografia

• Curtis – Barnes “invito alla Biologia”, Zanichelli, 2003

• Mitchell et alii “Zoologia”, Zanichelli, 1991

• Russell “genetica”, Edises, 1998• http://evolution.berkeley.edu/