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
SISTEMATICA
Individua 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 binomia
LIMITI:
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
MICROEVOLUZIONE
Darwin 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 ALLELICA
L’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 NATURALE
Si basa su due presupposti:
1.Tra gli individui si instaura una COMPETIZIONE PER LE RISORSE DISPONIBILI
2.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 microevolutivo
In 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 STABILIZZANTE
Favorisce le forme intermedie di un carattere ed elimina dalla
popolazione gli alleli delle forme estreme
SELEZIONE DIVERGENTE
Favorisce 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 GENICO
EMIGRAZIONE: 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)
Amish
Accoppiamento non casuale tra individui strettamente imparentati
Diminuzione della variabilità allelica, fissazione di geni anche nocivi
LA DERIVA GENETICA
COLLO DI BOTTIGLIA + ININCROCIO
ESTINZIONE
MACROEVOLUZIONE
Fenomeni che governano il cambiamento all’interno dell’Universo
Fenomeni 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 geografico
LA 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 ibride
LA 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
Ernst Mayr
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
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 filogenetica
Ogni 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