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LA TEORIA DELL’EVOLUZIONE Telmo PievaniTelmo PievaniCharles DarwinCharles Darwin
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• Ci sono tante prove che dimostrano che l’evoluzione esiste, ma…
• Come funziona l’evoluzione? In che modo ha agito e in che modo continua ad agire?
Da un antenato comune, per variazioni, selezione naturale e adattamenti si sono originati tutti gli
organismi viventi.
La teoria dell’evoluzione di Darwin
1. Potenziale riproduttivo: gli organismi generano più figli di quanti ne possano effettivamente sopravvivere
2. Lotta per la sopravvivenza: gli organismi competono per le risorse e il n° degli individui che sopravvivono è inferiore al n° degli individui che nascono
3. Variabilità di caratteri: in ogni popolazione ci sono numerose differenze tra gli individui, alcune delle quali ereditabili
4. Sopravvivenza dei più adatti: gli individui che possiedono caratteri più favorevoli all’ambiente, sopravvivono:
SELEZIONE NATURALEIl risultato della selezione naturale è l’ADATTAMENTO
La genetica delle popolazioni
• Darwin ignorava i meccanismi che sono alla base della variabilità genetica e della trasmissione dei caratteri ereditari: questo costituì un grande ostacolo per l’accettazione della sua teoria
• Lo sviluppo della genetica, da Mendel in poi, ha consentito di superare questo ostacolo
• La genetica delle popolazioni studia in che modo l’intero patrimonio genetico di una popolazione si trasmette da una generazione all’altra
• Viene quindi formulata la ‘nuova sintesi evolutiva’
L’ EVOLUZIONE È
• Cambiamento nella frequenza dei geni (alleli) da una generazione all’altra
• L'evoluzione è il risultato dell'accumulo nel tempo di questi cambiamenti (DISCENDENZA CON MODIFICAZIONI)
Teoria Sintetica dell’evoluzione
La variabilità genetica
Le variazioni tra individui presenti in ogni popolazione naturale sono il substrato di base del processo evolutivo.
Non sono prodotte né dall'ambiente, né da una forza creatrice né da un impulso inconscio dell'organismo.
In sé le variazioni non hanno né scopo né direzione, ma possono essere più o meno utili ad un organismo per la sua sopravvivenza e la sua riproduzione.
Origine della variabilità geneticaLE MUTAZIONI
Frequenza degli errori di appaiamento: meno di un nucleotide su 1 miliardo.Se le mutazioni interessano i gameti, si trasmettono alle successive generazioni, modificando il pool genico.
Incremento della variabilità geneticaLA RIPRODUZIONE SESSUATA
- Distribuzione casuale dei cromosomi omologhi alla meiosi. Nell’uomo, il numero totale di combinazioni di cromosomi nei gameti è 8x106.
- Combinazione casuale di due differenti genomi con la fecondazione. Nell’uomo le possibili combinazioni sono circa 64x1012.
- Crossing over nella meiosi e ricombinazione genetica. Nella nostra specie avvengono da 1 a 3 eventi di crossing over per coppia di omologhi.
LE PROVE DELL’EVOLUZIONE
1. Prove paleontologiche2. Somiglianze anatomiche e di sviluppo
•analogie•omologie•organi vestigiali•embriologia
3. Universalità del codice genetico4. Distribuzione geografica delle specie
Di chi è questa “mano” ?
Tartaruga
Pipistrello
Cavallo
Uomo
Organi omologhi:
organi con la stessa origine evolutiva
Di chi è questa “mano” ?
Di chi è questa “mano” ?
Suggerimenti:
Di una balena!!!
E’ un mammifero che è tornato in acqua!
La balena ha anche le ossa del bacino ed il femore
Organi vestigiali = resti di organi utilizzati nel passato dalle specie antenate e che ora non hanno più alcuna funzione.- Coccige nell’uomo- Appendice nell’uomo- Resti delle ossa del bacino e di un femore conservati nelle balene e nei serpenti
La somiglianza fra gli embrioniembrioni di diversi animali tende a decrescere con il progredire dello sviluppo ed è tanto più evidente quanto più le specie sono imparentate.
→→ Gli embrioni dei vertebrati presentano tutti delle fessure fessure branchialibranchiali che nei pesci daranno vita alle branchie vere e proprie, nei vertebrati terrestri a delle ghiandole (paratiroidi e timo).
Può significare una discendenza comune di tutti i vertebrati da un medesimo antenato.
• E’ una delle prove più importanti a favore della teoria evoluzionistica
• La teoria della discendenza comune da ‘una qualche forma primordiale’ trova conferma nell’universalità del DNA e del codice genetico.
• Alcuni geni vengono utilizzati come ‘orologi evoluzionistici’ perché misurano la distanza ‘temporale’ tra una specie e l’altra
FATTORI CHE ALTERANO LE FREQUENZE ALLELICHE
• Selezione naturale• Selezione sessuale
LA SELEZIONE NATURALE
Una variazione casuale che dà ad un organismo un vantaggio, per quanto lieve, lo rende più idoneo a lasciare una progenie in grado di sopravvivere più facilmente e di trasmettere quello stesso vantaggio ai propri discendenti.
La selezione naturale è l'interazione tra i singoli individui e il loro ambiente e nel corso di parecchie generazioni fornisce una direzione (?) direzione (?) all'evoluzione.
DIREZIONALITÀ? Evoluzione convergente
LA SELEZIONE SESSUALEPer trasmettere i propri geni alla generazione successiva è necessario anche essere sufficientemente forti e/o attraenti per trovare partner disponibili ad accoppiarsi.
- La lotta per il successo riproduttivo ha quasi sempre a che fare con i maschi che entrano in competizione tra loro per fecondare il maggior numero di femmine. - Tuttavia è la scelta operata dalle femmine determina un aumento degli alleli dei maschi ‘favoriti’.
• Nella maggior parte delle specie animali i maschi sono di piccole dimensioni, per spostarsi rapidamente.
• Altre volte, devono difendere il territorio dai rivali → ARMAMENTI (palco dei cervi, collo della giraffa).
• Molto spesso è proprio la bellezza a sedurre una femmina→ ORNAMENTI (folta criniera del leone, piumaggio colorato degli uccelli, lunga coda del pavone)
LA SELEZIONE SESSUALE
Il conflitto sessuale genera caratteristiche che sembrano in netto contrasto con il vantaggio e gli interessi degli individui che le esibiscono, limitandone ad esempio i movimenti e la fuga dai predatori.
PERCHE’ LE MALATTIE GENETICHE?Anemia falciforme
Gli eterozigoti hanno sia emoglobina normale che emoglobina S. In condizioni di normale ossigenazione l’emoglobina S non produce la forma a falce quindi non dà i sintomi della malattia.Quando diminuisce l'ossigeno tuttavia, l'emoglobina S fa assumere ai globuli rossi la forma a falce anche nell'eterozigote.
Omozigote HbS – HbS… non sopravvive
Eterozigote Hb - HbS→
PERCHE’ LE MALATTIE GENETICHE?Anemia falciforme e Malaria
Distribuzione della malaria Distribuzione dell’allele HbS
Vantaggio dell’eterozigote: ha causato l’espansione dell’anemia falciforme nelle zone in cui la malaria è endemica
PERCHE’ LE MALATTIE GENETICHE?Le mutazioni
Alcune mutazioni che interessano i gameti sono negative e generano effetti svantaggiosi per l’individuo, ma …
L’evoluzione non …
L’ EVOLUZIONE NON…
… NON spiega l’origine dell’Universo e della vita
… NON si interessa del trascendente, di “dei” vari
L’individuo “meglio adattato” è tale in un preciso ambiente e in un preciso momento.
Tale strategia produce una maggiore probabilità di riprodursi, ma non stabilisce una graduatoria in base alla quale si viene selezionati.
L’EVOLUZIONE NON E’ LA LEGGE DEL PIU’ FORTE
Lotta non è combattimento, ma insieme di strategie per il successo riproduttivo.
L’EVOLUZIONE NON E’ IL CASO
In evoluzione si parla di “caso”, ma...- “caso” non significa “assenza di regole”- vedremo vari significati di “caso” in evoluzione
L’evoluzione non è casuale e non ha nulla a che fare col caos. Se la storia naturale fosse assegnata al caos generalizzato non troveremo né regolarità né schemi ripetuti di eventi, ma un brusio indifferenziato di accadimenti senza senso.
L’EVOLUZIONE NON E’ DETERMINISMO
Se nel procedere della storia naturale fossero in azione principi e leggi così stringenti da rendere lo scorrimento perfettamente calcolabile e prevedibile, non vi sarebbe alcun margine di manovra: date certe condizioni iniziali, l’esito sarebbe già scritto fin dal principio. Questo ideale ha conquistato schiere di scienziati … e anche di filosofi.
L’EVOLUZIONE NON E’ LA SELEZIONE NATURALE
La selezione naturale rappresenta un quadro di riferimento importante per spiegare la storia del cambiamento evolutivo …
… i suoi principi non devono essere considerati come le cause determinanti dell'effettivo corso degli eventi evolutivi.
Le catene e le reti di eventi sono così complesse, piene di elementi fortuiti, irripetibili nel loro includere una moltitudine di oggetti unici, che la selezione in parecchi casi viene messa in ombra da altre forze.
L’EVOLUZIONE NON E’ LA SELEZIONE NATURALE
IL CASO E LA NECESSITA’Come scriveva Darwin… deve essere in azione una qualche interazione fra il dominio del caso e il dominio delle leggi o, preferendo i termini di Jacques Monod, fra il regno del caso e quello della necessità.
Stabilire però dove si posiziona l’asticella di separazione fra le inflessibilità della natura e le singolarità storiche è assai arduo.
CASUALE IN CHE SENSO?
1. Le mutazioni genetiche sono definite “casuali” non perché non abbiano cause e ragioni, ma perché dal punto di vista della spiegazione evoluzionistica non è di alcuna utilità, oltre che essere pressoché impossibile, rincorrere la causa specifica: succedono, per qualche ragione che non conosciamo o che non ci interessa sapere.
2. Le mutazioni sono “casuali” perché le cause della loro comparsa sono del tutto indipendenti dagli effetti – positivi, negativi o neutrali – che esse avranno sui loro portatori.
In generale non è l’ambiente esterno che dirige o indirizza o influenza la comparsa di una mutazione.
La pressione selettiva è l’effetto “casuale” di dinamiche ecologiche che non dipendono dal maggior o minor grado di adattamento degli organismi.
CASUALE IN CHE SENSO?
3. C’è una prima catena di cause che porta alla costante insorgenza di variazioni genetiche all’interno delle popolazioni.
C’è una seconda catena di cause che a partire dalle mutevoli condizioni ambientali, cioè dalle pressioni selettive, produce una sopravvivenza differenziale degli organismi portatori di certe varianti anziché di altre.
Quando queste due catene causali indipendenti si incontrano producono un evento “casualecasuale”: alcuni se la cavano meglio, raggiungono con maggior probabilità l’età riproduttiva e avranno più chance di avere una prole e di diffondere le loro varianti se ereditarie.
CASUALE IN CHE SENSO?
Molteplici catene causali vengono a incontrarsi rendendo possibili esiti che alle nostre menti apparivano del tutto improbabili. L’intromissione dell’inaspettato si trasforma, secondo il nostro modo di ragionare, nella faccia spietata del caso amaro. Ci concentriamo sul numero di coincidenze che hanno agito per far sì che accadesse ciò che è accaduto e ci diciamo che non può essere stato un caso, che c’è un disegno sotto.
È uno schema di ragionamento tipicamente umano che fa sì che ciò che ci appare molto improbabile ci sembri anche impossibile e che come tale debba allora essere spiegato attraverso un disegno, un piano, l’intenzione di qualcuno.
IMPROBABILE, MA POSSIBILE
UNO SOLO FRA I MOLTI, MA NON INFINITI PERCORSI POSSIBILI
Il singolo evento non è una coincidenza che si tramuta in destino, ma un fenomeno con le sue ragioni che incontrando le ragioni di altri fenomeni ha il potere di influire sul fatto che l’evoluzione segua uno solo fra i molti, ma non infiniti, percorsi possibili. Ogni storia evolutiva è irreversibile e potenzialmente unica, proiettata nell’esplorazione di uno spazio di possibilità così ampio da non poter essere prevedibile su larga scala.
GLI INGREDIENTI DELLA CASUALITÀ1. Mutazioni e ricombinazioni genetiche immettono
incessantemente variazioni nelle popolazioni, rifornendo di carburante i motori della selezione naturale.
2. Derive genetiche (effetto del fondatore, colli di bottiglia) determinano un campionamento casuale della variazione genetica della popolazione madre che è necessariamente ridotta rispetto ad essa e sbilanciata.
3. Fenomeni ecologici su larga scala interferiscono con i gioco della trasmissione genetica.
HOMO SAPIENSHomo sapiens non comparve sulla Terra, appena un «secondo» fa in senso geologico, perché la teoria evoluzionistica prevede questo risultato in base al principio di un progressivo aumento della complessità del sistema nervoso.
La comparsa degli esseri umani fu la conseguenza fortuita e contingente di migliaia di eventi collegati, uno qualsiasi dei quali avrebbe potuto svolgersi in maniera diversa, dirottando la storia su un percorso alternativo che non avrebbe condotto all'intelligenza di tipo umano.
HOMO SAPIENS
1) Dei fragili antenati dei vertebrati sopravvissero al Cambriano, circa 530 milioni di anni fa
2) Un piccolo gruppo di pesci sviluppò pinne lobate con uno scheletro osseo dotato di un robusto asse centrale
3) Una grande meteorite colpì la Terra estinguendo i dinosauri, ma lasciando sopravvivere i mammiferi
4) Nelle savane africane alcuni primati acquisirono la postura eretta
L’UOMO NON È NATO DALLA SCIMMIA
PROGRESSO ?
L’EVOLUZIONE TENDE AD UN AUMENTO DELLA COMPLESSITÀ?
È proprio dell’uomo il desiderio di vedere la storia della vita come una progressione e gli esseri umani come organismi destinati al predominio
Ciò ha distorto grossolanamente la nostra interpretazione, inducendoci a porre in posizione privilegiata un fenomeno di importanza relativamente secondaria
L’EVOLUZIONE TENDE AD UN AUMENTO DELLA COMPLESSITÀ?
L’albero evolutivo della vita. Le piante, gli animali e i funghi sono piccoli ramoscelli a un estremo del dominio degli eucarioti.
• Forse l’albero della vita aveva il massimo numero di rami subito dopo l’inizio dei pluricellulari, Cambriano.
• La storia successiva è stata in gran parte un processo di eliminazione più che di fioritura continua, di progresso o di espansione.
ESTINZIONI
I MAMMIFERI SOPRAVVISSERO PER UN REALE SUPERIORITÀ SUI DINOSAURI?
Piccola mole e scarsa specializzazione ecologica:perenne incapacità di competere efficacemente con i dinosauri (carattere negativo)
Piccola mole e scarsa specializzazione ecologica:maggiore resistenza all’estinzione e maggiori possibilità di nascondersi (carattere positivo)
ESTINZIONE DEI DINOSAURI
L’evoluzione non è un processo progressivo, dal più semplice al più complesso, dal “peggiore” al “migliore”.
Si può individuare la tendenza a un graduale aumento del livello di complessità degli organismi, ma questo non la tendenza prevalente né la sola.
L’evoluzione non tende ad un fine, né conduce necessariamente a forme di vita superiori.
L’evoluzione non è semplice frutto del caso: il cambiamento degli esseri viventi è un effetto di mutazioni genetiche, di deriva genetica e di fatti ecologici sottoposti all’azione della selezione naturale.
Nel mondo prevalgono gli animali “semplici” adattati al loro ambiente quanto lo siamo noi al nostro e molto più facilmente adattabili.
CONCLUDENDO …
Fu il filosofo H. Spencer a diffondere i termini “evoluzione” e “sopravvivenza del più adatto”; Darwin aveva usato una espressione più neutrale: “discendenza con modificazioni”.
“Anche se l'umanità razionale accetta l'evoluzione come un fatto, la maggior parte di noi ancora non è disposta ad abbandonare la confortante idea che evoluzione significhi (o perlomeno non possa avvenire senza) progresso, il che rende la comparsa di qualcosa come la coscienza umana pressoché inevitabile, o perlomeno prevedibile.
La rivoluzione darwiniana non sarà completa fino a quando non abbandoneremo, come principi fondamentali, il progresso e lo sviluppo di una complessità sempre maggiore, e cominceremo a tenere in considerazione la possibilità tutt'altro che remota che Homo sapiens sia solamente un minuscolo ramoscello tardivo di quell'enorme cespuglio arborescente che è la vita: una piccola gemma che, quasi certamente, non riuscirebbe a comparire una seconda volta se si potesse ripiantare il cespuglio partendo dal seme e lasciarlo crescere di nuovo”. S.J.Gould
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