L’origine delle specie:L’origine delle specie:

teorie eteorie e meccanismimeccanismi

In questa lezione:

• La teoria moderna dell’evoluzione

• La selezione naturale e l’evoluzione

• La variabilità genetica

• I meccanismi di speciazione

Sviluppo della teoria dell’evoluzione

• Charles Darwin (1809-1882) e Alfred Wallace (1823-1913), due naturalisti inglesi, furono i primi a proporre alcuni dei meccanismi fondamentali che sono alla base dei processi evolutivi.

C. Darwin A. Wallace

• Una delle idee prevalenti in Europa nei secoli precedenti a Darwin, tratta dalla narrazione biblica della Genesi, era che tutte le specie fossero immutabili e fossero state create da Dio, nei sei giorni biblici, circa 6.000 anni fa, e da allora erano rimasti immutati.

• Tuttavia, nel XVIII secolo erano emersi parecchi fatti e concetti che facilitarono il sostegno alle intuizioni di Darwin e Wallace.

• Infatti molti naturalisti avevano cominciato a mettere in discussione il racconto biblico, mettere in discussione il racconto biblico, sulla base della scoperta di molti gruppi di sulla base della scoperta di molti gruppi di animali fossilianimali fossili, che non trovavano rappresentati negli organismi viventi.

• Le somiglianze tra i fossili e gli animali viventi suggerirono ad Erasmus Darwin (il nonno di Charles) che le specie avevano subito variazioni nel tempo.

• In altri termini, i fossili confermavano che le specie non erano immutabili, ma capaci di evolvere in nuove specie nel corso del tempo.

• Verso la fine del XVIII secolo, il naturalista francese Jean Baptiste Lamark (1744 -1829) ipotizzò che gli animali evolvessero in conseguenza dell’interazione con l’ambiente.

• Darwin diede molto credito a Lamark come primo sostenitore dell’evoluzione delle specie.

J. B. Lamark

• Purtroppo Lamark è ricordato soprattutto per le sue idee erronee sull’evoluzione.

• Egli ipotizzò, in particolare, che le specie si evolvevano quando i caratteri acquisiti da un individuo, attraverso l’uso o il non uso di parti del corpo, venivano trasmessi alla prole.

Nel 1831Nel 1831, all’età di 22 anni, Darwin si imbarcò sul brigantino Beagle in qualità di naturalista, per un viaggio di cinque anniviaggio di cinque anni intorno al mondo. Il viaggio permise a Darwin di osservare le differenze nella vita vegetale e animale sui principali continenti dell’emisfero meridionale e su isole oceaniche, nonché di raccogliere fossili.

Galàpagos

Falkland

Ascension Cocos

C. BuonaSperanza

TasmaniaN. Zelanda

• Una lettura che impressionò sia Darwin che Wallace fu An Essay on the Principle of Population scritto, nel 1799, dall’economista inglese Thomas Maltus.

• Egli intuì che le specie avevano una capacità intrinseca di moltiplicarsi tanto rapida che, senza controlli naturali sull’accrescimento delle popolazioni, esse avrebbero superato le disponibilità alimentari nell’arco di qualche generazione.

L’origine delle specie

• Nel 1859 Darwin pubblica il volume On the Origin of Species by Means of Natural Selection, or the Preservation of Races in the Struggle for Life, nel quale detta i concetti fondamentali del processo evolutivo.

• Nel 1866 Mendel pubblica i risultati delle sue ricerche effettuate sulle piante di piselli, che apriranno la strada alla genetica moderna, e ne invia una copia a Darwin, che non la leggerà mai.

La selezione naturale

• Ad ogni generazione vengono messi al mondo più individui di quanti l’ambiente possa sostentare e solo alcuni sopravvivono.

• Sono le differenze presenti negli individui che li rendono più o meno adatti a competere con altri individui e a sopravvivere nell’ambiente in cui si trovano.

Selezione stabilizzante Selezione direttiva Selezione divergente

ColorazioneN

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selezioneselezione

L’irradiazione adattativa

• Darwin intuì anche che gli organismi viventi negli ambienti variabili della Terra tendono a diventare altamente diversi, poiché caratteri ereditari diversi sono vantaggiosi in ambienti diversi.

I fringuelli di Darwin

Sud America(Equador)

specie ancestrale

Tempo

divergenza

estinzione

specie discendenti multiple

L’evoluzione divergenteL’evoluzione divergente

Il processo di speciazione può procedere in modo graduale o “a salti”

Da:

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In generale, le barriere favoriscono i processi di speciazione separando ripdroduttivamente le popolazioni

Da:

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I processi di speciazione che avvengono in seno ad una popolazione e senza l’intervento di barriere, sono di tipo simpatrico

Da:

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Un esempio di selezione naturaleUn esempio di selezione naturale

Colonia battericamista

Aggiunta diantibiotico

Batteriresistenti

Evoluzione di batteri resistenti agli antibiotici

Un altro esempio:Biston betularia

50 anni

Qual’è l’origine della variabilità degli organismi?

• La selezione naturale tende a ridurre la ridurre la variabilità geneticavariabilità genetica di una popolazione di individui, eliminando i meno adattieliminando i meno adatti.

• Tra i fattori che mantengonofattori che mantengono un sufficiente livello di variabilità genetica nelle popolazioni vi sono la ricombinazionericombinazione geneticagenetica, la riproduzione sessualeriproduzione sessuale e le mutazionimutazioni.

La riproduzione sessuale

Nuovo genoma

Da:

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Conseguenze dell’assortimento Conseguenze dell’assortimento indipendente dei cromosomiindipendente dei cromosomi

• In ogni specie, il numero totale di combinazioni cromosomiche possibili è 22nn, con nn uguale al corredo aploide.

• Nell’uomo (n = 23n = 23) ci sono quindi 222323 (8 milioni) possibili combinazioni cromosomiche.

• Dal momento che spermi e uova si fondono a caso, è perciò possibile la formazione di

64 miliardi di zigoti diversi64 miliardi di zigoti diversi.

La ricombinazione geneticaLa ricombinazione genetica(crossing over)(crossing over)

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Nuova combinazionedi geni

Il processo del crossing-crossing-overover, che avviene durante la profase meiotica, aumenta notevolmente la variabilità genetica dei gameti che si formeranno, riassortendo i geni di origine paterna e materna dei cromosomi omologhi.

Da: Campbell-Reece “L’essenziale di biologia”, Zanichelli Ed.

Le mutazioni

Mutazionepuntiforme

Mutazionestrutturale

Mutazionenumerica

Tra le cause scatenanti di moltissimi tumori ci sono mutazioni di uno o più geni regolatori della crescita cellulare

Da:

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Mutazioni puntiformi

Molte mutazioni interessano la struttura dei cromosomi

Da:

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delezione traslocazione

Altre interessano il numero dei cromosomi e sono causate da difetti del processo meiotico

Da: Campbell-Reece “L’essenziale di biologia”, Zanichelli Ed.

Le mutazioni numeriche dei cromosomi possono dare origine a varie sindromi

Da: Campbell-Reece “L’essenziale di biologia”, Zanichelli Ed.

In molti casi di mutazioni numeriche dei cromosomi l’embrione non sopravvive.Nei casi in cui si abbia sopravvivenza, queste mutazioni determinano quasi sempre effetti deleteri nell’individuo adulto.

Da: Campbell-Reece “L’essenziale di biologia”, Zanichelli Ed.

Tipicamente, la frequenza delle mutazioni caratterizzate da un numero anomalo di cromosomi sono direttamente correlate all’età dell’individuo riproduttore (maschio e/o femmina)

Da:

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(2.000/min)

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La diagnosi precoce di anomalie cromosomiche nel feto è possibile a partire dalla 10a settimana di gravidanza

Da: Campbell-Reece “L’essenziale di biologia”, Zanichelli Ed.

Altre fonti note di mutazioni sono rappresentate da inserzioni, naturali o artificiali, di DNA esogeno nel corredo cromosomico di un individuo

Il virus dell’influenza

Da: Campbell-Reece “L’essenziale di biologia”, Zanichelli Ed.

I virus sono aggregati altamente organizzati di DNA o RNA, proteine e lipidi, capaci di replicarsi solo all’interno di cellule batteriche o eucariotiche

Da:

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Al pari dei virus, anche l’uomo è oggi in grado di inserire materiale genetico selezionato nel corredo cromosomico normale di batteri, piante e animali, creando organismi geneticamente modificatiorganismi geneticamente modificati (OGMOGM)

Da: Campbell-Reece “L’essenziale di biologia”, Zanichelli Ed.

Una coltivazione di mais transgenico “BT-11”, resistente agli insetti

Da:

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E per concludere:

• L’evoluzione, il processo di variazione ereditaria che si svolge nelle specie con il trascorrere del tempo, costituisce la base di interpretazione e unificazione di tutti i campi della biologia.

• Molto probabilmente ci sarà sempre un vivace dibattito scientifico sui meccanismi dell’evoluzione, naturale o artificiale, ma ormai non ci si chiede più se gli organismi si evolvano.