Teoria evolutiva di Darwin Copyright © 2006 Zanichelli editore Fissismo Aristotele, il primo grande biologo della storia, credeva che tutti gli esseri viventi potessero essere disposti in una scala gerarchica, cioè ordinata per complessità crescente. In questa gerarchia (chiamata poi Scala Naturae «scala della natura»), gli organismi più semplici occupano lo scalino più basso, l’uomo quello più alto e tutti gli altri organismi si trovano in una posizione intermedia. Fino al tardo Ottocento molti biologi credevano ancora nella validità di questa scala gerarchica naturale. Secondo questa teoria, oggi chiamata fissismo, gli organismi non hanno mai subito variazioni nel corso del tempo; Aristotele pensava che gli organismi viventi fossero sempre esistiti, senza fare però alcun riferimento alla loro origine. Copyright © 2006 Zanichelli editore Creazionismo Alcune correnti di pensiero iniziarono a sostenere (in accordo con gli insegnamenti del Vecchio Testamento) la teoria del creazionismo, ovvero che tutti gli esseri viventi sono stati creati per un atto divino così come sono oggi. Questa idea di immutabilità dei viventi presuppone che ogni forma vivente abbia iniziato la sua esistenza già con le sue caratteristiche attuali, create appositamente per potersi integrare perfettamente nel luogo in cui essa vive. Tra coloro che credevano in una creazione divina c’era Carl von Linné, grande naturalista svedese cui si deve il nostro attuale sistema di nomenclatura biologica. Il nome italiano Carlo Linneo deriva dal latino Carolus Linnaeus; a quell’epoca diversi uomini di cultura preferivano «latinizzare» il proprio nome in quanto il latino era la lingua usata nel mondo colto e religioso. Copyright © 2006 Zanichelli editore Creazionismo Nel 1753 Linneo pubblicò due voluminosi libri in cui venivano descritte tutte le specie di piante allora conosciute. Mentre Linneo lavorava a questa opera enciclopedica, gli esploratori provenienti dall’Africa e dalle Americhe ritornavano in Europa con nuove specie di piante e di animali. Linneo, pur aggiornando continuamente la sua classificazione per adattarla a queste nuove scoperte, non mutò opinione sul fatto che tutte le specie attuali fossero state create da Dio e che da allora fossero rimaste tali. Copyright © 2006 Zanichelli editore Esseri viventi nel tempo Le specie viventi si trasformano nel tempo • Nel 1700 lo studio dei fossili dimostrava l’esistenza di antichi organismi talvolta molto diversi da quelli attuali, suggerendo che le specie viventi si trasformano nel tempo. • Il naturalista Georges-Louis Buffon (1707-1788) credeva che c’era un antenato comune e i suoi discendenti erano degenerati in numerose specie. Copyright © 2006 Zanichelli editore Buffon: la degenerazione Buffon stabilisce per la prima volta una scala di tempi geologici e sviluppa l'idea di una trasformazione progressiva degli esseri viventi. Egli attribuì i cambiamenti degli organismi viventi a processi del tipo degenerativo, avanzando l'ipotesi che in aggiunta alle categorie di organismi originati da speciali atti creativi all'inizio dei mondo (specie nobili), vi fossero anche gruppi minori, "concepiti dalla natura e prodotti dal tempo", dove la degenerazione aveva implicato un'alterazione della costituzione generale. Copyright © 2006 Zanichelli editore La geología e il gradualismo Le basi della teoria evolutiva furono date dai geologi come Hutton che credeva che la terra non era immutabile ma era stata modellata da processi lenti e casuali (acqua, vento, clima). Questa è detta teoria dell’attualismo era importante per 3 ragioni: • Perché implicava che la Terra avesse una lunga storia e non i 6000 anni di cui predicava la Bibbia. • Poiché diceva che il cambiamento è normale nel corso degli eventi. Copyright © 2006 Zanichelli editore Attualismo Attualismo è il principio secondo il quale i processi naturali che hanno operato nei tempi passati sono gli stessi che possono essere osservati nel tempo presente: "Il presente è la chiave al passato" Fu enunciato da naturalisti scozzesi alla fine del XVIII secolo; viene infatti fatto risalire ai lavori del geologo James Hutton (associato al concetto di ciclicità degli eventi geologici), e soprattutto ai Principles of Geology di Charles Lyell (1830) maestro di Darwin Copyright © 2006 Zanichelli editore Hutton “l’uomo che scoprì il tempo” Il saggio racconta gli albori della geologia e di come James Hutton abbia sviluppato una teoria scientifica che, staccandosi dalla ortodossia cattolica, assegnava alla Terra un'età molto superiore ai canonici 6000 anni definiti dei libri del Vecchio Testamento. La teoria di Hutton partiva dal presupposto che la terra sia costantemente in mutamento per via dei fenomeni di erosione e che questi fossero compensati da lentissimi ma costanti innalzamenti della terra. Copyright © 2006 Zanichelli editore Hutton “l’uomo che scoprì il tempo” Una teoria che non richiedeva l'intervento di cataclismi per modellare i profili dei continenti e spiegare la presenza di fossili marini sulle cime delle montagne. Copyright © 2006 Zanichelli editore Catastrofismo Georges Cuvier (1760-1832), fondatore della degli studi di paleontologia dei vertebrati, spiegava la scomparsa di specie presenti un tempo sulla Terra attraverso la teoria del catastrofismo. Copyright © 2006 Zanichelli editore Cuvier e il catastrofismo Il catastrofismo è una teoria, detta anche "dei cataclismi”. Dio avrebbe creato un numero di specie superiore a quelle attualmente viventi; catastrofi naturali, quali inondazioni, terremoti, eruzioni vulcaniche, ecc. avrebbero periodicamente distrutto gli esseri viventi di una regione che sarebbe stata poi ripopolata dalle specie provenienti dalle aree geografiche circostanti. Cuvier riteneva che l'ultima delle catastrofi fosse il Diluvio Universale, il cui ricordo si è tramandato grazie alla Bibbia Copyright © 2006 Zanichelli editore Cuvier e l’estinzione Egli fu un fissista e spiegava l’estinzione delle specie per vie di catastrofi come il diluvio universale(catastrofismo). Copyright © 2006 Zanichelli editore Lyell,il gradualismo Gli studi del geologo scozzese Charles Lyell (1797-1875) fornirono le basi per il pensiero evoluzionistico; infatti, Lyell nel suo Principles of Geology • si oppose alla teoria del catastrofismo; • affermò che i lenti e costanti cambiamenti nella storia della Terra sono causati da forze naturali che operano in tempi molto lunghi Copyright © 2006 Zanichelli editore Lamarck e Couvier Lamarck fu il primo grande evoluzionista, purtroppo la sua carriera di biologo fu ostacolata da Cuvier, che essendo fissista (il contrario dell’evoluzionista) non condivideva le teorie di Lamarck. Copyright © 2006 Zanichelli editore Lamarck • Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) formulò una teoria sull’evoluzione coerente e sistematica, secondo la quale le specie si evolvono tramite l’interazione con l’ambiente. L'evoluzione delle specie sarebbe il prodotto della seguente sequenza di fatti: - I cambiamenti ambientali generano nuove necessità, - Le necessità,i bisognid eterminano l'uso o il disuso di uno o più organi. - gli organi si sviluppano o si atrofizzano - I caratteri così acquisiti sono ereditari. Copyright © 2006 Zanichelli editore Lamarck PAROLA CHIAVE : ADATTAMENTO Gli organi si sviluppano a seconda dell’uso di essi. Un muscolo molto usato si sviluppa di più di un altro meno usato. Uso e Disuso degli organi, questa prima parte è esatta. Questi cambiamenti vengono trasmessi alle generazioni successive. Seconda parte sbagliata perché il codice genetico da trasmettere alle generazioni successive rimane uguale dalla nascita alla morte. Copyright © 2006 Zanichelli editore Lamarck La teoria di Lamarck viene normalmente riassunta con la frase: la funzione crea l'organo e l'ereditarietà fissa il cambiamento nella discendenza. L'esempio tipico apportato per spiegare la teoria di Lamarck è l'evoluzione del collo della giraffa, risultato degli sforzi per mangiare foglie d'alberi. Copyright © 2006 Zanichelli editore Lamarck Copyright © 2006 Zanichelli editore Il viaggio di Charles Darwin Charles Darwin nacque nel 1809 in Inghilterra; iniziò gli studi di medicina e poi di teologia, ma la sua vera passione erano le scienze naturali. Nel 1831 salpò sul brigantino Beagle per una spedizione cartografica di cinque anni attorno alle coste del Sud America. Darwin soffriva il mal di mare Copyright © 2006 Zanichelli editore Il viaggio di Charles Darwin Il lavoro di Darwin durante la spedizione gli permise di studiare sia le caratteristiche geologiche di continenti ed isole, sia un gran numero di organismi viventi e fossili. Egli raccolse metodicamente un gran numero di campioni sconosciuti alla scienza. Copyright © 2006 Zanichelli editore Il viaggio di Charles Darwin Quando Darwin visitò le isole Galapagos oltre a numerose osservazioni vide che esistevano su di esse tredici specie di fringuelli. Queste specie non si trovavano in altri luoghi del mondo. I fringuelli sono uccelli piccoli e dalla colorazione poco attraente. Copyright © 2006 Zanichelli editore I fringuelli delle Galapagos Questa diversità tra le specie poteva derivare da: tutte le specie venivano da fuori le Galapagos o un solo fringuello era venuto da fuori e si era specializzato e differenziato. Questa seconda ipotesi era la più accreditata. Questi fringuelli si erano specializzati nella nutrizione, ovvero avevano tutti un becco diverso a seconda di quale era il loro cibo. Copyright © 2006 Zanichelli editore I fringuelli delle Galapagos Darwin riferì che ciascuna specie presentava un becco con una morfologia diversa. Così il fringuello terrestre dal becco grande (Geospiza magnirostris) si alimenta di semi grandi e duri. Il fringuello arboreo grande (Comarhynchus psittacula) mangia insetti grandi. Il fringuello gorgheggiatore (Certhidea divacea) è adattato per alimentarsi di insetti piccoli. Il fringuello terrestre piccolo (Geospiza fuligginosa) mangia semi piccoli e duri. Copyright © 2006 Zanichelli editore Le riflessioni di Charles Darwin • Le osservazioni che Darwin fece durante il suo viaggio sul Beagle lo aiutarono a elaborare la sua teoria sull’evoluzione. • Quando fece ritorno in Gran Bretagna, scrisse un saggio in cui descriveva i principi della sua teoria dell’evoluzione, parlando di discendenza con modificazioni. • Non utilizzó il termine evoluzione • Darwin si rese conto dell’unità tra le specie, secondo cui tutti i viventi sono correlati tra loro attraverso un comune progenitore di qualche specie sconosciuta, vissuto in epoca remota (antenato comune). Copyright © 2006 Zanichelli editore L’antenato comune Secondo Darwin le diverse forme di vita si sono originate, attraverso successive modificazioni, da un antenato comune. Licaone Coyote Lupo Volpe Selezione naturale avvenuta nel corso di milioni di anni Canide ancestrale Copyright © 2006 Zanichelli editore Sciacallo Le riflessioni di Charles Darwin Darwin era rimasto colpito non solo dalla varietá tra le specie,ma anche dalla grande variabilitá individuale presente all’interno di ciascuna specie: i figli non sono identici ne tra loro ne a chi li ha generati. La sorte dunque dipende dalle caratteristiche di ognuno. L’ambiente seleziona chi sopravviverá e chi potrá riprodursi. In tutte le specie il numero di individui che sopravvivono é di gran lunga inferiore al numero individui che nascono. Da una coppia di elefanti in 500 anni dovrebbero derivarare 15 milioni di elefanti…….I nuovi nati sono troppo numerosi per le risorse disponibili. Ma le popolazioni si mantengono stabili nel tempo.Come? Esiste una lotta allá sopravvivenza tra gli individui della stessa popolazione. Copyright © 2006 Zanichelli editore Le riflessioni di Charles Darwin Per Darwin coloro che possedevano determinate caratteristiche vantaggiose, ricavate da una mutazione, avevano una maggiore probabilità di riproduzione e di trasmissione dei geni, selezione naturale. Perciò gli esseri con il vantaggio trasmettevano questo vantaggio ai figli e gli esseri con quel vantaggio aumentavano, mentre gli esseri che non lo avevano diminuivano. Alla fine rimangono solo esseri con quella caratteristica. Copyright © 2006 Zanichelli editore Le riflessioni di Charles Darwin Nel caso delle giraffe quelle col collo lungo hanno più probabilità di trasmettere questa caratteristica ai figli mentre le altre hanno meno possibilità. Col tempo la popolazione delle giraffe sarà tutta a collo lungo. Questi processi avvengono lentamente. L’EVOLUZIONE,CIOE’ LA MODIFICAZIONE DELLE SPECIE VIVENTI NEL CORSO DI GENERAZIONI SUCCESSIVE,RICHIEDE TEMPI LUNGHISSIMI,NELL’ORDINE DI MILIONI DI ANNI Copyright © 2006 Zanichelli editore Le riflessioni di Charles Darwin Dopo un periodo di tempo lungo la selezione naturale porta ad un cambiamento tale da differenziare i gruppi di organismi e porta alla formazione di nuove specie. Questa teoria di Darwin rivoluzionò il mondo scientifico. Copyright © 2006 Zanichelli editore Origine delle specie per selezione naturale Il 1 luglio 1858, Darwin diede la propria comunicazione (riguardo all'Origine delle specie per mezzo della selezione naturale) alla Linneian Society; tanto era l'interesse suscitato dalla sua opera che la prima edizione (in 1250 copie) andò esaurita in due giorni. Copyright © 2006 Zanichelli editore Attraverso numerose generazioni si ha l’evoluzione Copyright © 2006 Zanichelli editore Copyright © 2006 Zanichelli editore Prove dell’evoluzione • La testimonianza dei fossili: il loro studio rivela una graduale successione di forme che variano nel tempo, dalle più semplici alle più complesse: gli strati rocciosi più superficiali e quindi più recenti contengono organismi più simili a quelli attuali; quelli più profondi, e più antichi, forme con maggiori differenze Copyright © 2006 Zanichelli editore Prove dell’evoluzione (Anatomia comparata) • Analogia delle strutture: molte specie non imparentate che vivono nello stesso ambiente mostrano strutture simili nella morfologia esterna, ma di diversa origine anatomica; per esempio, le pinne delle foche (mammiferi) e dei pinguini (uccelli). Questa convergenza evolutiva dimostra che la selezione naturale ha favorito in organismi diversi, presenti in uno stesso ambiente, adattamenti simili. Stessa funzione, diversa struttura. Copyright © 2006 Zanichelli editore Prove dell’evoluzione (Anatomia comparata) • L'omologia fra strutture diverse: in molte specie adattate ad ambienti diversi si osservano strutture morfologiche diverse, ma con una struttura di base simile; questo confermerebbe la derivazione da un comune antenato (per esempio, l'arto dei tetrapodi è formato dalle stesse ossa, modificate dall'adattamento nel corso dell'evoluzione in ali o pinne).Stessa struttura ma diversa funzione. Copyright © 2006 Zanichelli editore Copyright © 2006 Zanichelli editore Prove dell’evoluzione • Presenza di strutture vestigiali, o residuali: in alcune specie si riconoscono organi molto ridotti, non più funzionali, ben sviluppati invece in altre specie. Anche in questo caso sarebbero resti di una comune struttura ancestrale non più utile all'adattamento (per esempio, nell'uomo le ossa del coccige sarebbero "avanzi" della coda dei mammiferi). Copyright © 2006 Zanichelli editore Prove dell’evoluzione (Embriologia comparata) • La somiglianza degli stadi embrionali precoci di animali di gruppi diversi si spiega ammettendo un lontano antenato comune Copyright © 2006 Zanichelli editore Prove dell’evoluzione(Biogeografia) • La distribuzione geografica dei viventi: alcune specie si trovano solo in una regione isolata o in un dato continente. Questo può essere spiegato dalla differente storia evolutiva delle singole specie, avvenuta dopo che sono state separate geograficamente da eventi geologici. Copyright © 2006 Zanichelli editore Prove dell’evoluzione • L'evoluzione in atto: a conferma della continuità del processo evolutivo basterebbero alcuni esempi di modificazioni di specie osservati in brevi intervalli di tempo. Per esempio, la rivoluzione industriale ha favorito le specie che si sono adattate a un nuovo ambiente, più ricco di fumi inquinanti (melanismo industriale); l'uso dei pesticidi ha favorito gli insetti resistenti; l'uso degli antibiotici la resistenza di alcuni ceppi batterici Copyright © 2006 Zanichelli editore Prima del 1845 queste farfalle erano chiare perché vivevano sui rami di betulla anch’essi chiari. In tali ambienti riuscivano a mimetizzarsi molto bene. Nel 1845 fu trovata, per la prima volta, una farfalla della stessa specie ma scura, comparsa evidentemente per una mutazione. Copyright © 2006 Zanichelli editore A partire dal 1845 le farfalle scure aumentarono progressivamente tanto che nel 1895 erano il 98% della popolazione. A che cosa era dovuto questo fatto? La rivoluzione industriale aveva cambiato l’ambiente! La fuliggine delle fabbriche di carbone si era depositata sui rami di betulla rendendoli scuri e così le farfalle scure si mimetizzavano meglio. Copyright © 2006 Zanichelli editore Attualmente, con l’abbandono del carbone come fonte energetica, le betulle hanno di nuovo i rami chiari, pertanto… Copyright © 2006 Zanichelli editore Spesso l’evoluzione è un processo lento ma alcune volte ci sono stati dei cambiamenti in modo rapido detti microevoluzione. Un caso è quello della selezione artificiale che viene fatta dall’uomo incrociando varie specie dello stesso organismo e creando specie sempre più varie e strane Gli è possibile scegliere tori e mucche che producono più carne; li usa come riproduttori, e poiché questa caratteristica (la produzione di carne) è ereditabile, i discendenti la presentano più accentuata. Copyright © 2006 Zanichelli editore Prove dell’evoluzione (Biologia molecolare) • Un supporto alla teoria dell’evoluzione è 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. Copyright © 2006 Zanichelli editore
