Sadava biologia cap_b08

Sadava et al. Biologia La scienza della vita © Zanichelli editore 2010

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L’evoluzione ei suoi meccanismi

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Il dibattito prima di Darwin

Charles Robert Darwin(1809-1882)

Fissismo: le specie viventi sono statiche e immutabili e si possono classificare secondo una scala gerarchica.

•Per il creazionismo, tutti gli organismiviventi, umani inclusi, furono creati daDio in un singolo atto di creazione.

Lamarck (1744-1829) propone la teoria dell’ereditarietà dei caratteri acquisiti.

Cuvier (1769-1832) è un sostenitore del catastrofismo.

Pag. 278 – 279 – 280 – 281 – 282 – 283 – 284 – 285 – 286 – 288 – 289 (cap. 18)

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Sylvia S. Mader Concepts of Biology © Zanichelli editore, 2012

Charles Lyell (geologo)Gradualismo geologico: I processi che modellano la Terra sono lenti e graduali; la Terra è abbastanza antica da aver potuto consentire all’evoluzione di produrre tutte le specie oggi osservabili.

Georges Cuvier (paleontologo)Catastrofismo geologico: la storia della Terra è segnata da disastri naturali che cambiano le forme di vita; nuove specie, sconosciute, si spostano nella regione colpita da una catastrofe.

Per il Lamarckismo, l'evoluzione si basa sull'abilità della progenie di ereditare tratti acquisiti dai genitori in risposta alle condizioni ambientali.

Per il Darwinismo, le nuove speciesi evolvono da quelle pre-esistenti.Il meccanismo che induce questimutamenti è la selezione naturale, perla quale gli individui che si adattanomeglio alle condizioni ambientalisopravvivono, mentre quelli adattatiin modo peggiore muoiono.


Le isole Galápagos

Il brigantino Beagle

Il viaggio di Darwin

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Durante il suo viaggio, Darwin rimane colpito dalla grande variabilità morfologica presente all’interno di ciascuna specie.

In ogni specie esiste una variabilità individuale che è preesistente all’azione dell’ambiente e non è frutto di un adattamento.

La variabilità delle specie viventi

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Darwin’s observations

Darwin's Rhea

Rheas living in South America had the same adaptations to desert as african ostriches.

Earth’s strata contain fossils

Marine fossils in the rocks of the mountains.

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Patagonia desert

Tropical rain forest

Darwin’s observations

Similar organisms living in the Patagonia desert and in tropical forests showed different characteristics.

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Marine Iguana

Darwin’s observationsGalapagos iguanas had claws and muzzle adapted to the environment.

Woodpecker finch

New species of finches on the Galàpagos had different beaks in relation to their feeding habits.

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Artificial selection mimics natural selection

wild mustard

Kohlrabi

Brussels sprout

Chinese cabbage

In agriculture humans select and maintain specific traits in certain populations.

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The natural selection

• Members of a population have inheritable variations

• Stronger individuals are more likely to reproduce

• A population is able to produce more offsprings than the environment can support

• There is always a struggle for survival

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Le popolazioni tendono a riprodursi con grande rapidità.

In natura le popolazioni si mantengono solitamente stabili.

La stabilità numerica è dovuta alla scarsità delle risorse che costringe gli individui della stessa specie a competere tra loro.

Alcuni individui sono meglio adattati di altri e per questo sopravvivono più a lungo, si riproducono di più, trasmettendo così alla progenie le proprie caratteristiche.

L’evoluzione per selezione naturale

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Prove a sostegno della teoria dell’evoluzione La paleontologia è lo studio dei fossili, forme di vita del passato La biogeografia studia la distribuzione geografica delle specie viventi L’anatomia comparata mette a confronto le somiglianze anatomiche tra le specie

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Evidences for evolutionThe fossil records indicate that life has progressed from the simplest organisms to more complex ones.

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Evidences for evolutionSome fossils (as Archaeopteryx lithographica) have intermediate characteristics between two different groups (i.e. birds and reptiles).

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Evidences for evolution


COMPARATIVE ANATOMYHomologous structures are anatomically similar among certain organisms and suggest that organisms have a common descendent.

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COMPARATIVE ANATOMYSome organisms have vestigial structures, memories of functional structures in ancestors.

Vestigial structure

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BIOGEOGRAPHYSome plants and animals evolved in particular locations. Therefore similar environments, widely separated, contain different organisms with similar adaptations.

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Molecular evidencesThe degree of similarity of DNA (or amino acid) base sequences shows a pattern of relations between organisms.

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La genetica di popolazione esprime e prevede il comportamento di una popolazione in termini di probabilità.

Un pool genico è la somma di tutti gli alleli presenti in una popolazione, ognuno con la propria frequenza relativa.

La genetica di popolazione Pag. 294-295 paragr. 19.1

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La legge di Hardy-Weinberg

L’equilibrio di Hardy-Weinberg descrive le condizioni necessarie perché la struttura genetica di una popolazione si mantenga invariata nel tempo:

p2 + 2pq + q2 = 1

dove p è la frequenza allelica di A mentre q è la frequenza allelica di a.

Genotipo AA Aa aaFrequenza p2 2pq q2

Pag. 298 - 299 paragr. 19.4

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Gli accoppiamenti devono essere casuali La popolazione deve essere di grandi dimensioni Non deve esserci flusso genico Non devono avvenire mutazioni La selezione naturale non deve influenzare la sopravvivenza di particolari genotipi

Le condizioni per l’equilibrio di Hardy-Weinberg


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Le popolazioni in natura non si trovano mai esattamente nelle condizioni necessarie per soddisfare l’equilibrio di Hardy-Weinberg, in tal caso è in atto l’evoluzione.

I fattori che modificano la stabilità genetica: mutazioni ricombinazione sessuale flusso genico deriva genetica (collo di bottiglia ed effetto del fondatore) accoppiamento non casuale

In natura la legge di Hardy-Weinberg di solito non è rispettata

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Le mutazioni introducono nuovi alleli nella popolazione in maniera casuale rispetto ai bisogni adattativi.

La riproduzione per via sessuata fa sì che si generino nuove combinazioni di alleli mediante ricombinazione genica.

Mutazione e ricombinazionePag. 304 – 305 – 306 – 307 paragr. 20.1

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Flusso genico e deriva genetica

Il flusso genico è causato dalla migrazione di individui e dallo spostamento di gameti da una popolazione a un’altra, introducendo così nuovi alleli nel pool genico.

La deriva genetica si verifica in popolazioni di piccole dimensioni e consiste nella riduzione casuale della frequenza di un allele, causando alterazioni nelle frequenze alleliche delle generazioni successive (per esempio, gli effetti collo di bottiglia e del fondatore).

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La diminuzione delle frequenze alleliche può avvenire mediante il meccanismo definito collo di bottiglia: in risposta a eventi casuali sopravvivono solo pochi individui della popolazione.

Deriva genetica: collo di bottiglia

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Una diminuzione della variabilità genetica può essere causata dall’effetto del fondatore: quando alcuni individui colonizzano un nuovo ambiente è improbabile che mantengano tutti gli alleli della popolazione di origine.

Deriva genetica: effetto del fondatore

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Le frequenze genotipiche possono variare quando gli individui di una popolazione scelgono partner dotati di genotipi particolari.

L’autofecondazione nelle piante e la selezione sessuale negli animali sono tipi di accoppiamento non casuale.

L’accoppiamento non casuale

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Il concetto di specie - 1Nel Settecento Linneo descrive le specie usando il concetto di specie morfologica: appartengono alla stessa specie tutti gli organismi di aspetto uguale tra loro e diverso da quello di altre specie.

Pag. 318 – 319 – 320 – 321 – 323 – 324 paragr. 21.1 e 21.2

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Il concetto di specie - 2

Nel 1940 Ernst Mayr propone il concetto di specie biologica, accettato a tutt’oggi: le specie sono gruppi di popolazioni naturali realmente o potenzialmente interfecondi e riproduttivamente isolati da altri gruppi analoghi.

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Ogni specie ha inizio con un evento di speciazione e termina con l’estinzione oppure con un nuovo episodio di speciazione.

La speciazione può essere un processo graduale.

Le specie si formano nel tempo

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Quando da un singolo antenato discende un elevato numero di specie figlie, ciascuna delle quali è adattata per occupare una specifica nicchia ecologica, si parla di radiazione adattativa.

Le radiazioni adattative

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Il processo di speciazione è graduale e viene innescato dall’isolamento riproduttivo di alcuni organismi.

La speciazione può essere:

1. allopatrica

2. simpatrica

La speciazione

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Nel tempo, una barriera fisica (come per esempio l’innalzamento del livello del mare) può dividere una popolazione in due sottopopolazioni separate.

1. La speciazione allopatrica


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In assenza di barriere fisiche, il modo più comune perché avvenga una speciazione è basato sulla poliploidia, cioè sulla produzione di individui provvisti di serie soprannumerarie di cromosomi.

2. La speciazione simpatrica

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