Darwin: 1809-2009
200 anni dalla nascita del biologo che ha cambiato la scienza
La teoria di Darwin (teoria della evoluzione
per selezione naturale) è ancora oggi il
concetto centrale della biologia moderna.
Charles Darwin (rivoluzionario riluttante),
ha modificato profondamente la nostra
visione del mondo naturale e del ruolo
dell’uomo nella natura.
L’IDEA PERICOLOSA DI DARWIN
1. le specie si trasformano nel corso del tempo
2. siamo tutti legati gli uni agli altri da una parentela
genealogica
3. l'enorme diversità di forme di vita presenti sulla
Terra deriva da processi naturali (selezione naturale)
in atto da milioni di anni, e tuttora in corso
Poche persone hanno cambiato il mondo con il potere di un’idea
PERCHE’ DARWIN E’ COSI’ IMPORTANTE?
LA SCIENZA HA BISOGNO DI TEORIE
Per capire i dati che osserviamo abbiamo bisogno di teorie
LA TEORIA DI DARWIN SPIEGA MOLTISSIMI DATI
La teoria evoluzionista permette di collocare le osservazioni
delle scienze naturali in un contesto unitario ed interpretabile
LA TEORIA DI DARWIN E’ STATA CONFERMATA
A 150 anni dalla sua pubblicazione la teoria di Darwin non
solo è ancora valida ma è via via diventata la spina dorsale
della moderna biologia
IL MONDO PRIMA DI DARWIN
COME GLI SCIENZIATI CONSIDERAVANO IL MONDO VIVENTE
 Le specie erano considerate separate e immutabili sin dalla loro creazione.
 La Terra era ritenuta troppo giovane (6.000 anni di vita) per aver permesso alle specie
di evolversi.
 Gli esseri umani erano ritenuti al di sopra e al di fuori della natura in virtù di facoltà
ritenute eccezionali e uniche.
Queste opinioni riflettevano la visione composta e senza tempo della natura dell’età
vittoriana.
CONTESTO CULTURALE
 La maggior parte degli inglesi viveva in comunità contadine.
 I viaggi lontano dal proprio luogo natio erano rari.
 La vita di tutti i giorni assomigliava a quella delle generazioni precedenti.
 Il mondo era concepito come eterno e immutabile.
La stabilità dell’ordine naturale delle cose garantiva l'ordine sociale.
CHI ERA CHARLES DARWIN?
1809Nasce a Shrewsbury
1826Il padre lo ritira da scuola per scarso rendimento
1826- 27 Facoltà di Medicina, Università di Edimburgo
1827- 31 Facoltà di Teologia, Università di Cambridge
www.aboutdarwin.com/
… senz’ombra di dubbio, il più importante evento della mia vita …
1831 Invitato a partecipare al viaggio naturalistico del Beagle
1831 Il Beagle salpa da Plymouth
LA ROTTA DEL Beagle
Il Beagle salpò per un viaggio intorno al mondo con
lo scopo di mappare le coste dell’America
meridionale.
Darwin era a bordo come naturalista della spedizione
per raccogliere informazioni sulla geologia, la vita
marina, le piante, gli animali terrestri e sui popoli che
il Beagle potesse incontrare.
Un nuovo mondo
1836
1839
1839
Il Beagle rientra a Plymouth
Nozze con Emma Wedgwood
Pubblica “Il viaggio di un naturalista intorno al mondo”
1842
Decide di non pubblicare le sue teorie sulla trasmutazione
Una vita di lavoro: Down House
Down House, nella campagna del Kent, è stata, per 40 anni, il suo rifugio, lo
studio, la serra, il laboratorio di ricerca e il nodo di una vasta rete di scambi
scientifici.
The sand walk
Down House
LO STUDIO
Gli strumenti scientifici
Lo schedario
Le lettere
MOTIVI PER NON PUBBLICARE LE PROPRIE IDEE
SULLA TRASMUTAZIONE DEI VIVENTI (1842)
1. I colleghi naturalisti non le avrebbero
accettate
2. Gli allevatori avrebbero trovato il volume
troppo noioso da leggere
3. Gli atei lo avrebbero usato per i loro
scopi malvagi
4. La chiesa l’avrebbe disprezzato
5. Non intendeva essere etichettato come
ateo
6. Avrebbe tradito la famiglia a cui doveva
così tanto
LA TEORIA DI DARWIN
(Una semplice spiegazione per la diversità della vita sulla Terra)
1. In ogni popolazione ci sono differenze tra i singoli
individui (variabilità)
2. Questa variabilità è, almeno in parte, ereditaria
3. Alcune di queste variazioni consentono agli individui di
generare più discendenti di altri, nell’ambiente in cui
vivono (selezione naturale, fertilità differenziale e
mortalità differenziale)
4. Le caratteristiche degli individui che lasciano più
discendenti si diffondono nella popolazione (adattamento)
Esiste una variabilità (in parte ereditaria)
Nel contesto ambientale in cui si trovano,
individui diversi hanno fertilità o mortalità diverse
Verdi 5/15= 33%
Nel contesto ambientale in cui si trovano,
individui diversi hanno fertilità o mortalità diverse
Verdi (si nascondono meglio)= 5/15= 33%
Le caratteristiche degli individui che lasciano più
discendenti si diffondono nella popolazione: adattamento
Verdi= 4/8= 50%
Cosa è la VARIABILITA’?
I membri di una qualunque specie raramente sono identici gli uni
agli altri sia all’esterno che al loro interno.
Gli organismi di una popolazione variano per dimensioni, colore,
capacità di resistere alle malattie, ecc.
Queste differenze sono spesso il risultato di mutazioni casuali o
errori di copia che insorgono quando le cellule si dividono e gli
organismi si sviluppano.
Quando un organismo si riproduce, questo trasferisce il proprio
DNA (l’insieme di istruzioni) alla progenie.
Poichè molte caratteristiche sono codificate nel DNA, la progenie
eredita anche le variazioni (mutazioni di caratteri) dai loro genitori.
SELEZIONE: Sopravvivenza e Riproduzione
L’ambiente non riesce a sostenere una crescita illimitata delle
popolazioni.
Poichè le risorse sono limitate, sopravvivono meno individui di
quelli che vengono al mondo.
Gli individui più efficienti nel trovare il cibo, nell’accoppiarsi
con un partner, e nell’evitare i predatori avranno maggiori
probabilità di sopravvivere e trasmettere i loro geni (DNA) ai
discendenti.
Video: Guarda la selezione naturale all’opera.
Sperimenta da solo come funziona l’evoluzione.
Le fasi della teoria della evoluzione per selezione naturale
applicata a una popolazione di topi
La prole è
sovrabbondante
rispetto alle risorse
Ogni popolazione
presenta un certo
grado di variabilità.
La variabilità è
dovuta al caso e si
eredita
La lotta per la
sopravvivenza
provoca una
diminuzione della
popolazione
La lotta per la
sopravvivenza
seleziona i più
adatti
I più adatti all’ambiente sono quelli che riescono a sfruttare meglio le caratteristiche di
quell’ambiente e non quelli migliori o più forti
La SELEZIONE NATURALE
 Soltanto una piccola frazione degli individui che teoricamente
potrebbero vivere in un dato ambiente in realtà nasce e riesce a
sopravvivere.
Darwin chiama la selezione naturale il processo di “sopravvivenza
dei favoriti (più adatti all’ambiente).
La selezione naturale è il processo grazie al quale l’ambiente
premia gli individui meglio adattati con la sopravvivenza e un
maggiore successo riproduttivo generando molti discendenti
ugualmente bene adattati all’ambiente.
 Dopo diverse generazioni gli individui meglio adattati a quel
particolare ambiente predominano, la natura ha eliminato gli
individui più svantaggiati e la popolazione si è evoluta (modificata).
 La selezione naturale è il meccanismo che fa sì che le popolazioni
di organismi viventi si evolvano con il tempo.
ADATTAMENTO
Adattamento: caratteristica che contribuisce all’integrazione
dell’organismo con l’ambiente.
L’adattamento è il risultato della selezione naturale.
ESEMPI DI ADATTAMENTO
Piccole variazioni possono influenzare la probabilità di
sopravvivenza e di riproduzione di un individuo.
Es: differenze nel colore aiutano gli insetti a mimetizzarsi e
nascondersi ai predatori.
Es: una vista più acuta aiuta un predatore ad avvistare la
preda.
Es: una colorazione brillante del piumaggio aumenta le
probabilità di un pavone maschio di attrarre una partner.
Adattamento: caratteristica fisica o comportamento che rende l’organismo
più idoneo a vivere nel suo ambiente
1. Il lepidottero notturno Biston betularia, la farfalla delle betulle, ha l’abitudine di sostare
di giorno sul tronco di questi alberi.
2. Di questa farfalla esistono due varianti, una chiara e una scura.
3. Prima della rivoluzione industriale il 99% delle Biston era chiara, alla fine dell’Ottocento
divennero prevalenti le farfalle di colore scuro.
4. Mentre la Biston chiara si mimetizza, sfuggendo ai predatori, sulla corteccia chiara, la
Biston nera si mimetizza meglio sulle cortecce scure
Variante scura
Variante chiara
Biston betularia
SU QUALI PROVE SI BASA LA TEORIA DI DARWIN?
ARTO ANTERIORE MAMMIFERI
balena
cavallo
pipistrello
uomo
omero
radio
ulna
ossa del carpo
ossa del metacarpo
falangi
L’osservazione che gli arti anteriori di questi quattro mammiferi
presentano la stessa architettura di base, si spiega con l’esistenza
di un antenato comune da cui tutti discendono.
STADI SUCCESSIVI DELLO SVILUPPO EMBRIONALE DI ALCUNI VERTEBRATI
pesce anfibio
maiale
uomo
Le somiglianze decrescono col progredire dello sviluppo
I FOSSILI
• Resti di organismi vissuti nel lontano passato
(conchiglie, ossa)
• Tracce o impronte conservatesi in rocce sedimentarie
(impronte di conchiglie)
GEOLOGIA
strati rocciosi più superficiali sono più recenti
strati rocciosi più profondi sono più antichi
PALEONTOLOGIA
I fossili presenti negli strati rocciosi più superficiali sono più
simili agli organismi attualmente viventi sul pianeta di quelli
contenuti negli strati rocciosi più profondi.
felce arborea
450-300maf
ammonite
400-65maf
T. rex
250-65maf
PROCESSI DI FOSSILIZZAZIONE
•
•
•
•
•
Mummificazione
Carbonificazione
Mineralizzazione
Inclusione
Impronta
FOSSILIZZAZIONE PER INCLUSIONE
inclusione in ambra
inclusione in ambra
Inclusione in ghiaccio- permafrost
FOSSILIZZAZIONE PER MUMMIFICAZIONE
(disidratazione)
dromedario (vivo)
dromedario sepolto nella sabbia (mummificato)
FOSSILIZZAZIONE PER CARBONIZZAZIONE
(resti vegetali)
Piante carbonificate
DAI PESCI AGLI ANFIBI
L’EUSTHENOPTERON aveva una forma molto simile a quella di un
pesce moderno, ma nelle sue pinne già esistevano le ossa precursori
del braccio e delle zampe dei futuri animali a 4 zampe.
Il TIKTAALIK fece un altro passo verso le forme terrestri di vita con
ossa del polso e delle dita che gli consentirono di tirarsi su e far
affiorare il capo dalle pozze di acqua bassa, in cui preferiva vivere. Lo
scheletro indica che probabilmente respirava sia attraversi branchie,
come l’Eusthenopteron, e attraverso una struttura simile al polmone,
come il successivo Ichthyostega e gli anfibi moderni.
L’ICHTYOSTEGA sviluppò delle zampe ancora più forti con cui poteva
manovrare attraverso la fitta vegetazione nel suo habitat paludoso.
Tutti i viventi hanno qualcosa in comune
Tutti gli organismi conosciuti traducono allo stesso
modo, nelle proteine, l’informazione contenuta nei loro
acidi nucleici.
L’Origine delle specie per selezione naturale
(1859)
…. questo è senza dubbio il lavoro più importante della mia vita.
Fin da principio ebbe un grande successo. Le 1250 copie della prima
edizione furono vendute tutte nel primo giorno della pubblicazione….
Darwin
Wilberforce
1859
1860
1871
1882
Pubblica “L’origine delle specie”
Dibattito ad Oxford (Darwin non interviene)
Pubblica “L’origine dell’uomo”
Muore a Down House
Huxley
L’EVOLUZIONE E’ UN FATTO
Un fatto è un’osservazione ripetutamente confermata.
Che i viventi si siano evoluti da antenati comuni e continuino ad evolversi
è un fatto, non una teoria.
Esempi di evoluzione in azione:
•Parassiti resistenti al DDT
•Biston betularia
•Batteri e antibiotici (TBC)
•Influenza aviaria
Evoluzione in azione: l’influenza aviaria
Avian
Human
Avian H5N1
Avian H5N1
Evoluzione in azione: l’influenza aviaria
L‘ influenza aviaria è una malattia respiratoria causata da un virus (H5N1)
che colpisce uccelli selvatici (anatre, cigni, trampolieri, gabbiani) e domestici
(polli, tacchini, anatre).
In genere i virus aviari non colpiscono l'uomo, eccetto alcune varianti virali
(variabilità) tra cui il più recente è proprio H5N1.
Il virus H5N1 infetta l’uomo che vive a stretto contatto con uccelli infetti, ma
non si trasmette ancora da uomo ad uomo. Pertanto, così com'è oggi, non
può causare una pandemia (diffusione mondiale della malattia nell'uomo).
Il virus H5N1 potrebbe causare una pandemia se si modificasse
(evoluzione) e acquisisse la capacità di trasmettersi velocemente da uomo
ad uomo, come succede per il virus influenzale umano stagionale.
Questo è un evento possibile ma imprevedibile (casuale), cioè allo
stato delle cose, non sappiamo se avverrà, né come o quando avverrà.