Evoluzione e Sistematica

Darwin e la teoria dellevoluzione

Darwin formul la prima spiegazione scientifica dellevoluzione (1859) Sostenne che gli organismi attuali derivano da una successione di organismi antenati attraverso un processo che chiam

Discendenza con modificazioni

Oggi lo definiremmo contributo alla

teoria dellevoluzione

Secondo tale teoria:

Tutti i viventi sono tra loro imparentati

Hanno avuto origine da antenati comuni vissuti in epoche pi o meno remote

Hanno subito modificazioni graduali

La storia della vita pu essere pensata come un albero, con tante ramificazioni, nel quale ogni biforcazione rappresenta la nascita di un individuo con caratteristiche nuove.

Secondo Darwin Meccanismo dell Evoluzione = Selezione Naturale

Egli part da due osservazioni:

tutti i viventi

hanno la tendenza a produrre prole in eccesso, con un numero di individui superiore a quello che lambiente pu sostenere

variano in molte caratteristiche individuali che possono essere ereditate (trasmesse da una generazione a quella successiva)

disparit fra numero di individui

e

risorse disponibili =

Lotta per lesistenza

La selezione naturale

La sopravvivenza dipende almeno in parte dalle caratteristiche ereditate dai genitori

Allinterno di una popolazione diversificata gli individui dotati di tratti ereditari che permettono di adattarsi meglio allambiente hanno maggiore probabilit di sopravvivere e riprodursi

Secondo Darwin in seguito alla selezione naturale le caratteristiche vantaggiose saranno rappresentate sempre pi frequentemente nelle generazioni successive mentre quelle sfavorevoli lo saranno sempre meno

La selezione artificiale . Darwin trov prove convincenti a sostegno delle sue teorie osservando i

risultati della selezione artificiale, cio la coltivazione e lallevamento selettivi di piante e animali.

Figura 13.3A

Incroci condotti dalluomo

per migliaia di anni

(selezione artificiale)

Cane ancestrale (simile al lupo)

Figura 13.3B

Le prove dellevoluzione che consentono di tracciare la filogenesi dei viventi sono:

a. La documentazione fossile, ossia la serie ordinata di fossili che affiorano dagli strati di rocce sedimentarie

Molti fossili mettono in collegamento le specie attuali con i loro antenati estinti

b. Lanatomia comparata Somiglianze anatomiche che accomunano le specie costituiscono un indicatore di

discendenza comune.

I biologi chiamano strutture omologhe le strutture che sono simili perch derivano da un antenato comune

Spesso le strutture omologhe hanno funzioni diverse

c. Lembriologia comparata

Lembriologia 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.

d. Le relazioni filogenetiche

La filogenesi la storia evolutiva di un gruppo di organismi

La documentazione fossile consente di tracciare la filogenesi di molti gruppi di organismi

La ricostruzione della filogenesi una parte della sistematica e riguarda lo studio della diversit e della classificazione dei viventi in categorie dette

taxa

Con lobiettivo prioritario di distinguere tra

omologie e analogie

Le strutture analoghe sono il risultato di adattamenti a pressioni ambientali simili (non di una comune discendenza) e mostrano le convergenze evolutive di organismi di linee anche molto lontano tra loro.

Strutture analoghe o omologhe?

e. La biologia molecolare Un supporto alla teoria dellevoluzione 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.

Maggiore il numero di differenze nelle

sequenze di DNA di due specie, pi distante

sar il loro antenato comune.

alberi filogenetici o cladogrammi

rappresentano le genealogie dei viventi

sono diagrammi con ramificazioni dicotomiche che tracciano le relazioni evolutive nel modo pi dettagliato possibile

Gli estremi rappresentano i taxa I rami rappresentano la divergenza tra due gruppi da un antenato comune: levoluzione I nodi rappresentano gli antenati comuni

I cladogrammi sono diagrammi basati sulla presenza di caratteri omologhi derivati condivisi tra le specie e cercano di definire dei taxa monofiletici cio gruppi costituiti da un antenato e da tutti i suoi

discendenti

Esempi di radiazione adattativa

Esempi di convergenza evolutiva

I caratteri condivisi possono essere:

primitivi se rappresentano le strutture omologhe

comuni sia allantenato sia a tutti i discendenti

derivati se rappresentano le strutture nuove esclusive di una certa linea evolutiva

Principali regole di nomenclatura

La nomenclatura scientifica usa la lingua latina.

Il taxon ( o categoria) fondamentale della tassonomia la specie.

La specie viene indicata con un binomio (due nomi), secondo luso introdotto da Carlo Linneo nel 1753 (Species Plantarum)

Il primo dei due nomi un sostantivo: esso indica il genere cui la specie appartiene. Il nome del genere va scritto con la prima lettera a carattere maiuscolo.

Il secondo dei due nomi per lo pi un aggettivo: esso rappresenta lepiteto specifico e va scritto con la prima lettera a carattere minuscolo.

SOLO LA COMBINAZIONE DI

GENERE + EPITETO SPECIFICO

CONSENTE DI INDICARE IN MANIERA

CORRETTA E COMPLETA

UNA SPECIE

Ad esempio:

Medicago sativa L.

Avena sativa L.

Lutra lutra L.

Castanea sativa Miller

Per ulteriore completezza, al binomio che indica una specie va poi aggiunto il nome (talora abbreviato) dellautore che per primo ha validamente descritto quella specie (ad esempio: L. sta proprio per Linneo).

La classificazione gerarchica:

Che cos una specie o razza?

Linneo nella sua classificazione binomia si bas sullaspetto fisico

e

attribu un nome a pi di 11000 specie

In alcune specie, come le allodole, gli individui appartenenti alla stessa specie non appaiono molto diversi In altre, come la nostra, le differenze sono molto pi evidenti Il solo aspetto fisico non sufficiente a classificare gli organismi

Figura 14.2B

Figura 14.2A

Ci sono vari modi per definire una specie:

Definizione di specie biologica

Una specie una popolazione o un gruppo di popolazioni in cui i membri possono potenzialmente incrociarsi tra loro e produrre individui fertili (ossia capaci di riprodursi a loro volta).

Definizione di specie morfologica

Classifica gli organismi sui caratteri fenotipici

osservabili e misurabili

Definizione di specie ecologica

Identifica le specie in base alle nicchie ecologiche

che occupano, considerando il ruolo svolto dagli

organismi allinterno della comunit biologica

Definizione di specie filogenetica

Identifica un gruppo di organismi con storia genetica

comune

Tale definizione diventa interessante perch permette di affermare che gli esseri umani non possono essere distinti in razze, tanto meno in razze inferiori e superiori

Luguaglianza umana un dato di fatto biologico

Le differenze fisiche come colore degli occhi, della pelle e dei capelli sono state da sempre considerate elementi fondamentali per caratterizzare le razze umane

Dopo la scoperta del DNA stato logico credere che le somiglianze fossero determinate da una condivisione di geni

Allinizio degli anni 70 furono effettuati studi sulle proteine di

17 geni

allinterno di 7 cosiddette razze: caucasici (gli abitanti affacciati sul Mediterraneo,

comprendendo anche i cittadini del nord Europa);

africani sub-sahariani (tutta lAfrica ad esclusione degli abitanti del nord Africa);

mongolidi;

popolazioni del Sud-est asiatico;

aborigeni australiani;

popolazioni dellOceania (oceanici);

nativi delle Americhe (amerindi).

I risultati evidenziarono differenze geniche :

soltanto del 7% tra le varie razze

circa dell85% allinterno delle singole razze

Questo significa che:

Tutte le razze derivano da un piccolo gruppo

di antenati ancestrali che hanno lasciato ai discendenti una grande porzione di genoma di base comune

Solo il 7% del genoma responsabile delle differenze somatiche tra le etnie

E ragionevole ipotizzare che questi antenati:

Siano partiti dallAfrica circa 100.000 anni fa

Si siano spostati lungo i continenti

Abbiano originato una discendenza di uomini con caratteristiche diverse

Pertanto lidea di diversit razziale su base genetica viene meno

Geniale intuizione di Einstein gi negli anni 30

appendice

Desinenze dei principali taxa

TAXON DESINENZE

Divisione -ophyta

Sottodivisione -ophytina

Classe -opsida

Sottoclasse -idae

Ordine -ales

Famiglia -aceae

Sottofamiglia -oideae

TAXA DI RANGO INFERIORE ALLA SPECIE

Le categorie di rango inferiore alla specie sono:

La sottospecie (abbreviata con subsp.)

La variet (abbreviata con var.)

La forma (abbreviata con f.)

La sottoforma (abbreviata con subf.)

La cultivar che deriva da cultivated variety (variet coltivata) e si abbrevia con cv

Ad esempio:

Rosa canina subsp. canina var. lutetiana f. lasiostylis (Lman) Baker

Lman rappresenta lautore che ha descritto la specie per la prima volta, Baker lautore che lha revisionata.

LA CULTIVAR E un particolare genotipo, ottenuto per miglioramento genetico in condizione di coltivazione, caratterizzato da un insieme di specifici caratteri morfologici, fisiologici, agronomici e merceologici di particolare interesse, trasmissibili sia per riproduzione sessuata (seme) sia per propagazione vegetativa (per parti di pianta).

Da un punto di vista pratico la cultivar analoga alla razza di una specie animale, ottenuta con la domesticazione e la selezione (selezione artificiale).

In agronomia si usa spesso, impropriamente, il termine di variet al posto di cultivar.

Il termine variet va invece utilizzato per indicare entit di rango sottospecifico con riferimento a specie selvatiche, non coltivate.

GLOSSARIO

ADATTAMENTI: caratteri ereditari vantaggiosi, che aumentano le probabilit di un individuo di sopravvivere e riprodursi in un dato ambiente.

ANALOGIA: riferibile a strutture che mostrano la stessa funzione ma non la stessa derivazione embrionale e pertanto non sono omologhe. Esempi: pinna di pesce e pinna di delfino, denti di teleostei e dentelli cornei di ciclostomi, timo dei mammiferi e la borsa di Fabrizio degli uccelli.

AUTOPOMORFIA: un tratto derivato che unico per ogni gruppo terminale.

CONVERGENZA ADATTATIVA: la risposta allambiente la stessa in organismi differenti.

DICOTOMIA: dal gr. divisione in due parti.

ESTINZIONE: evento che comporta lirreversibile perdita di una o pi specie.

FOSSILI VIVENTI Termine coniato da Darwin per indicare quegli organismi che mostrano caratteri primitivi propri del gruppo a cui appartengono, soggetti ad un processo evolutivo molto lento, il cui gruppo di appartenenza pu essersi comunque altamente differenziato (Es Amia, Sfenodonte).

GENERALIZZATO: si riferisce a strutture che possono anche subire degli adattamenti. Es arto chiridio che pu trasformarsi in ala, o in pinna di una foca.

MONOFILETICO: gruppo costituito da un antenato e da tutti i suoi discendenti.

NICCHIA ECOLOGICA: ruolo svolto dallorganismo allinterno di un ecosistema.

OMOLOGIA: di strutture che hanno la stessa derivazione embrionale e che si trovano in un progenitore e nei suoi discendenti; le strutture omologhe possono essere pi o meno simili nella struttura e nella funzione. Esempi: pinna di delfino e arto di lucertola, iomandibolare di pesce e staffa di mammifero, le vene cardinali dei pesci e le vene cave dei mammiferi.

OMOPLASIA: caratteri simili che si sono presentati nei diversi taxa in modo indipendente attraverso convergenza evolutiva, radiazione adattativa, ecc

PARAFILETICO: gruppo costituito da un antenato e da una parte dei suoi discendenti.

PLESIOMORFIA: carattere primitivo comune a pi cladi correlati.

PRIMITIVO si riferisce a strutture (es. corda dorsale) o organismi molto antichi (es. Labirintodonti) da cui si sono evolute nuove strutture o nuovi organismi.

SPECIALIZZATO: indica un cambiamento adattativo che limita la possibilit di ulteriori modificazioni adattative (es. il becco degli uccelli, la bocca dei ciclostomi, lo stomaco dei ruminanti).

RUDIMENTALE: indica una struttura che nella filogenesi e/o nellontogenesi ha una potenzialit morfologica e funzionale (es. dotto di Muller).

SINAPOMORFIA: carattere nuovo condiviso .

SISTEMATICA: diversit degli organismi viventi, la loro classificazione e filogenesi.

TASSONOMIA: metodi e procedure di classificazione, la parte pratica della sistematica.

VESTIGIALE: indica una struttura di scarso rilievo in un organismo che per era molto ben rappresentata in un suo progenitore (es. il cinto pelvico delle balene, il sacco del tuorlo dei mammiferi).

Sitografia http://www.anisn.it/ http://www.museocalimera.it www.//hetemeel.com http://www.iiscastelnovonemonti.gov.it www.sapere.it

zoropsis.wordpress.com Bibliografia Alters & Alters, Biologia in evoluzione. Le Monnier GC Kent Anatomia Comparata dei Vertebrati. PICCIN Campbell, 2006. Zanichelli editore

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