Identificazione e classificazione dei viventi

ARISTOTELE

La classificazione degli esseri rispecchiava l’armonia della natura

Dalle forme più semplici a quelle più complesse

In Storia degli Animali suddivide gli esseri con criteri empirici e non logici

Distinse gli animali in base alle loro affinità con le proprietà degli elementi : il sangue è caldo e umido e gli animali con sangue sono razionali e hanno un’anima

In base all’habitat, alla loro struttura fisica, alla modalità riproduttiva

Identificazione e classificazione dei viventi

I LIMITI

TASSONOMIA Si occupa di IDENTIFICARE e DENOMINARE le specie

SISTEMATICAIndividua criteri e regole per CLASSIFICARE gli organismi viventi e fossili

QUALI CRITERI USARE?TEOFRASTO ( 371-287 a.C.) : un discepolo di Aristotele

In Storia delle piante classifica oltre 500 piante e per la prima volta si affronta la classificazione di droghe e medicinali con il loro valore terapeutico

DISCORIDE:

trecento anni dopo, scrisse un trattato sulle sostanze con effetti benefici sulla salute, il “De Materia Medica”

La scuola tedesca rinascimentale

Le sue opere di botanica sono un vero progresso rispetto alle precedenti.

Riscoprì i testi di Aristotele e di Teofrasto e censì circa 260 piante

Un italiano: Andrea Cisalpino

•meglio CESALPINO (1509-1603) nel suo De Plantis recuperò i criteri LOGICI di Aristotele

•Adottò la suddivisione del genere in due specie: ogni organismo può appartenere a una o all’altra specie

•Tra l’altro fu lui a capire che il cuore (e non il fegato) è il centro del movimento del sangue e il punto di partenza di arterie e vene

Linneo la nomenclatura binomiaLIMITI: classificazione basata sull’apparato riproduttore

Darwin applica la discendenza comune ai criteri di classificazione

Le specie non vanno ordinate per il grado di somiglianza ma in base alla loro parentela filogenetica.

Con Darwin comincia la nuova

TASSONOMIA EVOLUZIONISTICA

I membri di un determinato taxon sono simili perché discendono da un comune antenato

Le apparenze ingannano, attenzione alle

CONVERGENZE EVOLUTIVE

Classificazione in REGNI e DOMINI

Nel 1969 l’ecologo Robert Whittaker ha proposto una classificazione a CINQUE REGNI basata su differenze nelle•Modalità di nutrizione•Struttura cellulare•Morfologia e modalità di sviluppo

Ma i batteri meritano due REGNI

Più della metà dei geni era del tutto sconosciuta e alcuni erano più vicini a certi geni umani che non a quelli degli Eubatteri

MICROEVOLUZIONEDarwin aveva fatto notare che non sono gli individui che evolvono ma una POPOLAZIONE

IN OGNI POPOLAZIONE C’E’ UN DETERMINATO POOL GENICO

Polimorfismo: variabilità di caratteri qualitativi. Presenza di più di un ALLELE per un certo locus genico con frequenza superiore all’1%

Il tipo di ALLELE di un gamete dipende da

•Mutazione genica

•Ricombinazione (crossing-over) durante la meiosi

•Assortimento indipendente dei cromosomi nella meiosi

•Fecondazione tra gameti geneticamente diversi

•Mutazioni del numero e della struttura dei cromosomi

MA SOLO LA MUTAZIONE GENICA PORTA NUOVI ALLELI

(gli altri mischiano solamente le carte)

FREQUENZA ALLELICAL’abbondanza di ciascun allele nella popolazione

Se in una popolazione la frequenza allelica di un gene rimane invariata nel tempo si parla di

EQUILIBRIO GENETICO

La frequenza di un allele in una popolazione in condizioni di equlibrio genetico è espressa dalla Legge di Hardy-Weinberg .

Rispetto a quel gene LA POPOLAZIONE NON EVOLVE

Le proporzioni tra i diversi alleli di un determinato gene rimangono invariate anche nelle future generazioni

Condizioni per avere

EQUILIBRIO GENETICO

•Nessuna Mutazione genica

•Una popolazione molto ampia

•Una popolazione isolata dalle altre

•Gli accoppiamenti sono casuali

•Assenza di fattori come la selezione naturale, il flusso genico, la deriva genetica

MICROEVOLUZIONE

•Mutazioni geniche

•Selezione naturale

•Flusso genico

•Deriva genetica

Portano alla VARIAZIONE delle FREQUENZE ALLELICHE nel pool genico della popolazione , cioè portano alla MICROEVOLUZIONE: la popolazione cambia

LE MUTAZIONI

L’unica fonte di NUOVI ALLELI

Le mutazioni che causano morte sono dette MUTAZIONI LETALI

Una MUTAZIONE NEUTRA non è né favorevole né dannosa, la selezione naturale non vi incide

Una MUTAZIONE VANTAGGIOSA , anche le MUTAZIONI NEUTRE POSSONO DIVENTARE VANTAGGIOSE se cambiano le condizioni ambientali

Le mutazioni sono eventi rari e non hanno effetti immediati sulle frequenze alleliche di una popolazione , ma quelle vantaggiose e quelle neutre si sono accumulate per milioni di anni nelle generazioni successive e per tutto questo tempo sono state la MATERIA SU CUI HA AGITO IL PROCESSO EVOLUTIVO

LA SELEZIONE NATURALESi basa su due presupposti:

1.Tra gli individui si instaura una COMPETIZIONE PER LE RISORSE DISPONIBILI2.Alcuni fenotipi hanno un VALORE ADATTATIVO MAGGIORE maggiore di altri (vantaggio per la sopravvivenza e riproduzione: aumento della FITNESS)

NELLA POPOLAZIONE LA FREQUENZA DEGLI ALLELI VANTAGGIOSI TENDE AD AUMENTARE

L’ ADATTAMENTO è uno dei risultati del processo microevolutivoIn base agli EFFETTI classifichiamo i diversi tipi di selezione in:

LA SELEZIONE DIREZIONALE

Sposta le frequenze alleliche in un determinato senso in risposta alle condizioni presenti in un NUOVO ambiente

Un carattere poco frequente diventa più comune

SELEZIONE STABILIZZANTEFavorisce le forme intermedie di un carattere ed elimina dalla popolazione gli alleli delle forme estreme

SELEZIONE DIVERGENTEFavorisce le forme estreme e penalizza quelle intermedie

Pyrenestes ostrinus : un uccello granivoro del Camerun . Ha il becco o grosso o sottile iu

SELEZIONE SESSUALE

La esercitano le FEMMINE SCEGLIENDO I MASCHI CON I QUALI ACCOPPIARSI

IL FLUSSO GENICOEMIGRAZIONE: fa perdere alleli

IMMIGRAZIONE: fa acquistare alleli

Permette la circolazione degli alleli tra popolazioni vicine , tende a ridurre le differenze genetiche indotte dalla mutazione , dalla selezione naturale e dalla deriva genetica e contribuisce a mantenere geneticamente simili le popolazioni isolate

LA DERIVA GENETICA

Variazione casuale delle frequenze alleliche per eventi del tutto fortuiti

Influisce molto nelle popolazioni PICCOLE

Porta alla diminuzione della variabilità allelica (fissazione di un gene, solo omozigoti)

LA DERIVA GENETICA

EFFETTO COLLO DI BOTTIGLIA

Malattia contagiosa, catastrofe naturale

LA DERIVA GENETICA

EFFETTO DEL FONDATORE

Pochi individui lasciano la popolazione e ne stabiliscono altrove UNA NUOVA

LA DERIVA GENETICA

ININCROCIO (inbreeding)

Accoppiamento non casuale tra individui strettamente imparentatiDiminuzione della variabilità allelica, fissazione di geni anche nocivi

Amish

LA DERIVA GENETICA

COLLO DI BOTTIGLIA + ININCROCIO

ESTINZIONE

MACROEVOLUZIONEFenomeni che governano il cambiamento all’interno dell’UniversoFenomeni che hanno portato alla BIODIVERSITA’

LA SPECIAZIONE

Concetto di SPECIE: non bastano i criteri morfologici, individui della stessa specie possono avere anche aspetto diverso per condizioni ambientali diverse ad esempio

Sagittaria sagittifolia

LA SPECIAZIONE

Nel concetto di SPECIE BIOLOGICA è la RIPRODUZIONE la funzione essenziale condivisa dai membri della stessa specie e differente dalle altre

Sagittaria sagittifolia

SPECIE

Ernst Mayr: “le specie sono gruppi di popolazioni naturali interfeconde e isolate riproduttivamente da altri gruppi simili”

Non rientrano i batteri che si riproducono asessualmente

Bisogna raggiungere un isolamento riproduttivo favorito dalla variabilità genetica seguita da ISOLAMENTO

ISOLAMENTO RIPRODUTTIVO PREZIGOTICO

•Isolamento temporale: gli individui raggiungono la maturità sessuale in tempi diversi o preferiscono ore diverse per riprodursi

•Isolamento meccanico: differenze strutturali negli organi riproduttivi

•Isolamento comportamentale: gli individui di specie diverse non riconoscono i reciproci rituali sessuali

•Isolamento ecologico: gli individui di specie diverse vivono in ambienti differenti e non si incontrano

•

AVVIENE L’INCROCIO MA…

•Mortalità gametica: le cellule riproduttive si incontrano ma non avviene la fecondazione

ISOLAMENTO POSTZIGOTICO

• Scarsa vitalità degli ibridi: gli embrioni ibridi muoiono precocemente oppure i nuovi individui muoiono prima che possano riprodursi

•Sterilità degli ibridi: gli individui ibridi o la loro prole non producono gameti funzionali

MODELLI DI SPECIAZIONE

Non sempre la speciazione avviene lentamente per DIVERGENZA genetica, in alcuni gruppi può avvenire PIU’ VELOCEMENTE per la modificazione del numero cromosomico

Varia la speciazione anche a seconda del tipo di interazione tra le popolazioni

L’isolamento geografico

LA SPECIAZIONE ALLOPATRICA

Il FLUSSO GENICO è impedito da una barriera fisica . Si accumulano differenze genetiche tali che , se le due popolazioni si incontrassero di nuovo, non sarebbero più in grado di generare una discendenza fertile

Cause: deviazione di un fiume, frana, formazione di un istmo, barriere artificiali, montagne

L’isolamento non geograficoLA SPECIAZIONE SIMPATRICA

Avviene nella stessa area. Insorgono mutazioni che provocano ISOLAMENTO RIPRODUTTIVO Può cominciare con un isolamento ecologico: abitudini alimentari differenti ad esempio , per poi finire con l’isolamento riproduttivo tipico della speciazione

Organismi poliploidi: si incrociano solo tra loro

Le zone ibrideLA SPECIAZIONE PARAPATRICA

Isolamento non totale, in popolazioni che abitano zone adiacenti e che sono in contatto tra loro in zone di confine, le zone ibride

MODELLI EVOLUZIONISTICI

Cladogenesi: la linea evolutiva si biforca nel punto in cui le popolazioni cominciano a presentare isolamento genetico

Anagenesi: le variazioni delle frequenze alleliche si accumulano in una linea evolutiva che non si ramifica, Il flusso genico è continuo. Nel tempo la morfologia e le frequenze alleliche si modifica no al punto che i discendenti delle popolazioni sono membri di una nuova specie

ALBERI EVOLUTIVI DELLA SPECIE

Ogni punto di ramificazione indica l’insorgere di una nuova specie

I diagrammi indicano anche la VELOCITA’ di cambiamento

TEORIA DEL GRADUALISMO

Cambiamento lento e continuo degli organismi (Darwin), alcune testimonianze fossili mostrano questo

Ma non tutti i casi…

TEORIA DEGLI EQUILIBRI PUNTEGGIATI

La maggior parte dei cambiamenti avvengono in un breve periodo di tempo (centinaia o migliaia di anni) durante il quale le popolazioni hanno iniziato a divergere.

Questo per effetto di colli di bottiglia, effetti del fondatore, selezione fortemente direzionale o per effetti combinati di questi fattori in PICCOLE POPOLAZIONI

Seguono poi periodi di stasi

Ernst Mayr

EX-ATTAMENTO

Una struttura che in passato aveva una funzione o non ne possedeva nessuna viene riciclata per assumere una funzione nuova

Le piume di alcuni dinosauri avevano funzione di termoregolazione, non di volo

COEVOLUZIONE

Due specie evolvono parallelamente per interazioni reciproche. Ciascuna specie si adatta ai cambiamenti che si verificano nell’altra fino a arrivare a dipendere l’una dall’altra

RADIAZIONE ADATTATIVA

E’ una esplosione di divergenze genetiche che partono da una stessa linea filogeneticaOgni specie occupa una ZONA ADATTATIVA LIBERA, cioè un nuovo habitat.

Può farlo perché può avere successo su tre livelli:

•Accesso fisico: una specie colonizza un nuovo habitat o una nuova regione geografica. Esempio mammiferi una volta in un unico continente tropicale

•Accesso evoluzionistico: in una specie si sviluppa un0innovazione chiave che permette all’individuo di sfruttare meglio o in modo nuovo un certo ambiente. Esempio ALI

•Accesso ecologico: una specie invade una zona adattativa non occupata o vince la competizione con la specie che già la occupa, sostituendola

ESTINZIONE

Irrimediabile perdita di una specie

Più di 20 estinzioni di massa

Il 95% delle specie conosciute si estinse contemporaneamente in tutte le regioni della Terra circa 250 milioni di anni fa

Cause: meteoriti, variazioni temperatura, piccole popolazioni