LE PROVE DELL EVOLUZIONE

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1 LE PROVE DELL EVOLUZIONE

2 Quali sono le prove dell evoluzione? La Paleontologia Gli Organi Vestigiali e gli Atavismi La Biogeografia L Anatomia comparata L Embriologia

3 LA PALEONTOLOGIA

4 I Fossili

5 I Fossili La Fossilizzazione è un processo molto semplice e ben conosciuto che, però, richiede condizioni particolari. I resti degli animali devono cadere in acqua ed essere ricoperti dai sedimenti (fanghi, polvere, terra) prima di decomporsi ed essere attaccati da organismi «spazzini». Se vengono sepolti si trasformano: i minerali disciolti nell acqua impregnano o sostituiscono le parti dure. Resta quindi un calco dell organismo incorporato nei sedimenti che, con il tempo, si trasforma in roccia. Le parti molle invece non fossilizzano. Sono molto frequenti le ossa, i denti o le conchiglie. Gli organismi terrestri sono più rari di quelli marini. Una volta formati i fossili devono resistere ai processi di sollevamento e ripiegamento della crosta terrestre e all erosione se affiorano in superficie. Per questo sono relativamente rari.

6 L età delle rocce Per calcolare l età delle rocce viene utilizzata la radioattività. Alcuni elementi presenti nelle rocce (uranio o carbonio) con il tempo si trasformano (in linguaggio scientifico decadono) ossia diventano altri elementi. Fortunatamente questo processo è molto preciso: calcolando il rapporto tra la quantità degli elementi iniziali e quelli trasformati, è facile risalire all età delle rocce.

7 Gli organismi viventi 3,5 miliardi di anni fa compaiono i batteri unicellulari 600 milioni di anni fa organismi pluricellulari, invertebrati marini come vermi, meduse, spugne 400 milioni di anni fa le piante terrestri e i tetrapodi (animali a 4 zampe) come i pesci 350 milioni di anni fa gli anfibi 300 milioni di anni fa i rettili 250 milioni di anni fa i primi mammiferi 200 milioni di anni fa gli uccelli 7 milioni di anni fa compaiono i primi ominidi

8 L antenato dell Armadillo

9 Gliptodonte Se l evoluzione è una realtà, le specie che vivono in una certa area dovrebbero derivare dalle prime specie che sono vissute in quella stessa area. Gli Armadilli che sono gli unici mammiferi che possiedono una corazza ossea a protezione del corpo, vivono solo nelle Americhe quindi i loro antenati dovrebbero trovarsi tra i fossili di quel continente: in effetti in quell area sono stati trovati i Gliptodonti, mammiferi erbivori corazzati con l aspetto di Armadilli.

10 Armadilli e Gliptodonti Gliptodonte Armadillo

11 Anelli mancanti

12 Anelli mancanti Alcuni creazionisti ammettono che alcune variazioni nella forma e nelle dimensioni degli organismi sono possibili ma rifiutano l idea che un organismo possa essere trasformato in un altro completamente diverso. La teoria dell evoluzione ci insegna che per ogni coppia di specie, per quanto diverse, c era in passato una sola specie che rappresentava l antenato di entrambe. Questa specie viene chiamata anello mancante. Viste le difficoltà nella fossilizzazione sarà quasi impossibile trovare l anello mancante però si potranno trovare specie simili, forma di transizione. Facciamo un esempio: gli uccelli derivano da un particolare gruppo di rettili, i dinosauri. Per dimostrare la discendenza comune dei due gruppi non è necessario trovare il fossile della singola specie che corrisponde all antenato comune ma sarà sufficiente trovare fossili con caratteristiche comuni ai due gruppi. Quindi un rettile con alcuni caratteri tipici degli uccelli.

13 Dai Pesci agli Anfibi

14 Dai pesci agli anfibi Circa 390 milioni di anni fa, gli unici vertebrati presenti sulla Terra erano i pesci. In alcune rocce più giovani (30 milioni di anni in meno) sono stati trovati animali simili agli attuali anfibi: corpo e capo allineati, collo distinto, arti ben sviluppati con alcune caratteristiche ancora in comune con i «pesci dalle pinne lobate» così chiamati per le grandi pinne ossee attraverso le quali si spostavano sui fondali di laghi e corsi d acqua poco profondi. Gli scienziati hanno quindi deciso di cercare una forma di transizione all interno di rocce sedimentarie di età compresa tra i 390 e i 360 milioni di anni fa che si erano formate per la deposizione di fanghi di acqua dolce infatti sia i pesci dalle pinne lobate si i primi anfibi erano di acqua dolce. Scelsero un isola del mar glaciale artico vicino alle coste del Canada.

15 Tiktaalik roseae Nel 2004 fu trovato un fossile che sarà chiamato Tiktaalik roseae che in lingua inuit significa grande pesce di acqua dolce. Aveva ancora branche scagli e pinne ma aveva caratteristiche di un anfibio: capo appiattito come quello di una salamandra, gli occhi e le narici sulla cima del capo, aveva il collo (i pesci ne sono privi). Soprattutto aveva: Costole robuste in grado di pompare aria nei polmoni o attraverso le branchie Arti simili a quelle dei pesci lobati ma con meno ossa e più robuste che gli permettevano di camminare. Tiktaalik era ben adattato ad una vita in acque basse ma se osserviamo le sue caratteristiche possiamo capire il suo percorso evolutivo. Alcuni dei suoi discendenti avevano pinne/arti abbastanza robusti da potersi spostare tra i corsi d acqua per evitare predatori o catturare i molti insetti giganti. La possibilità di avventurarsi sulla terraferma era probabilmente un vantaggio, quindi la selezione naturale ha premiato le caratteristiche che hanno portato alla comparsa dei primi anfibi.

16 Eusthenopteron: pesce a pinne lobate

17 Tiktaalik: scheletro e ricostruzione

18 Acanthostega: tra i primi anfibi

19 Cranio e arto di Tiktaalik

20 Dai rettili agli Uccelli

21 Dai Rettili agli Uccelli A cosa serve mezza ala? Con questa domanda i creazionisti cercavano di mettere in discussione la teoria dell evoluzione: secondo loro la selezione naturale non può spiegare questa transizione perché prevede stadi intermedi in cui un animale dovrebbe possedere ali rudimentali e una «mezza ala» potrebbe essere un problema piuttosto che un vantaggio. In realtà una mezza ala potrebbe non essere utile per volare ma potrebbe essere usata per planare. La capacità di planare, infatti, è presente in molti animali come negli scoiattoli volanti che usano una membrana che si estende lungo i fianchi, tra gli arti inferiori e quelli superiori. In realtà queste ipotesi sono diventate inutili quando si sono trovati fossili di alcune forme di transizione in rocce con l età di circa 150 milioni di anni fa.

22 Archaeopteryx Una prima forma di transizione è Archaeopteryx, un animale delle dimensioni di un corvo trovato in una miniera di calcare in Germania nel Questo animale, in realtà, ha più caratteristiche di rettile: mascelle con denti, coda ossea, artigli, dita separate nelle ali e collo che si inserisce nella parte posteriore del cranio e non inferiormente. I caratteri degli uccelli sono due: grandi penne e il primo dito delle zampe opponibili.

23 Microraptor gui Fino agli novanta non essendo stato scoperto nessun altro rettile-uccello il legame tra i due gruppi è rimasto poco chiaro. Improvvisamente si scoprirono in Cina alcuni fossili con strutture filamentose che sono vere e proprie penne. Queste penne non potevano servire per volare ma probabilmente erano utili per il corteggiamento oppure per isolare il corpo e mantenere costante la temperatura del corpo.

24 Sinornithosaurus

25 ORGANI VESTIGIALI E GLI ATAVISMI

26 Gli ORGANI VESTIGIALI sono organi che non hanno più nessuna funzione oppure svolgono una funzione diversa da quella originaria e riguardano tutti gli organismi di una specie. Se, invece, si trovano solo in alcuni individui di una specie vengono chiamati ATAVISMI Cosa sono?

27 Palinsesti Nell Europa medievale, prima dell invenzione della carta, i testi venivano scritti su pergamene, sottili fogli ottenuti facendo essiccare pelli di pecora, capra o di vitello. Alcuni artigiani, a causa dell alto costo, riutilizzavano le vecchie pergamene già scritte grattando via le vecchie lettere e riscrivendo sulla pagina pulita. Questi manoscritti riciclati venivano chiamati «palinsesti» dal greco raschiato di nuovo.

28 Gli organismi sono palinsesti della storia Come questi testi antichi anche gli organismi sono palinsesti della storia o meglio della loro storia evolutiva. Le piante o gli animali (compreso l uomo) possiedono alcune caratteristiche che hanno un senso se sono considerati avanzi di caratteri un tempo utili ai loro antenati. Questi organi si chiamano vestigiali se compaiono in tutti gli individui di una specie oppure atavismi (dal latino «atavus» lontano antenato) se compaiono sporadicamente solo in alcuni individui.

29 Le ali Le ali dello struzzo, come quelle di altri uccelli non volatori, non svolgono più la funzione per cui si era evoluto. In realtà non sono inutili ma vengono utilizzate dall animale per rimanere in equilibrio quando corre. Gli uccelli non volatori vivono principalmente sulle isole dove il numero dei mammiferi e dei rettili ossia dei loro predatori è abbastanza basso. Gli altri come lo struzzo o il kiwi vivono nell emisfero meridionale dove il numero di mammiferi è inferiore rispetto a quelli dell emisfero settentrionale. Il volo è molto dispendioso, serve molta energia, se un animale vive in una zona con pochi predatori le ali servono a poco e allora gli uccelli nati con ali ridotte hanno avuto un vantaggio evolutivo.

30 La Talpa Le Talpe vivono sottoterra dove gli occhi possono essere un fastidio se non servono: richiedono energia per formarsi e si possono danneggiare facilmente. Una mutazione che causa la riduzione degli occhi presenta un vantaggio per l animale. La Talpa ha solo due organi vestigiali che si osservano spostando il pelo dal viso dell animale.

31 La Balena Osservando lo scheletro completo di una balena si possono osservare minuscoli arti posteriori e ossa del bacino scollegate dal resto dello scheletro. Queste ossa dimostrano la discendenza dei cetacei da antenati che vivevano sulla Terra.

32 L appendice L appendice ciecale è un sottile cilindro di tessuto che rappresenta la parte terminale dell intestino cieco. Negli erbivori come i Koala e i Conigli l intestino cieco e la sua appendice sono molto sviluppati perché contengono batteri che aiutano l animale a digerire la cellulosa che si trova nelle cellule dei vegetali. Nei primati come l Orangutan che consuma meno foglie l appendice è ridotta. Nell uomo è piccolissima. In pratica è l avanzo di un organo che era di grande importanza per i nostri antenati mammiferi che si nutrivano di vegetali. Questo organo tende ad infettarsi e, se non curato, può portare alla morte perché buca l intestino. Fino alla fine del 1800 la mortalità per questo motivo era molto alta quindi la selezione naturale eliminava gli individui con l appendice più lunga. Con le nuove tecniche chirurgiche la mortalità è diminuita per questo motivo, probabilmente, non è scomparsa del tutto.

33 La membrana nittitante La membrana nittitante dal latino «nictare» (sbattere le palpebre) è una terza palpebra trasparente che si trova in alcune specie animali e che può essere calata sopra l'occhio per proteggerlo ed idratarlo mantenendo comunque la visibilità. Vari rettili, uccelli e squali hanno una vera e propria membrana nittitante, mentre in molti mammiferi (e tra questi anche l'uomo) c'è solo un piccolo residuo vestigiale all'angolo dell'occhio. Esiste tuttavia qualche mammifero (come l'orso polare, le foche e l'oritteropo) che presenta una vera membrana nittitante.

34 Tubercolo di Darwin Il tubercolo (o lobulo) di Darwin è un ispessimento dell'orecchio. L'ispessimento del tubercolo di Darwin può essere o verso l'esterno o verso l'interno. Questo nodulo cartilagineo è posizionato sul bordo esterno del padiglione ed è un residuo dell'articolazione che permetteva ai nostri progenitori e a molti animali viventi di muovere e orientare le orecchie quindi di essere di grande aiuto per proteggersi dai predatori. Sotto il cuoio cappelluto abbiamo tre muscoli che si uniscono alle orecchie. Nella maggior parte degli individui non sono utilizzati invece alcune persone possono usarli per muovere le orecchie.

35 Un Atavismo: la Coda umana Gli embrioni umani presentano una coda da pesce di dimensioni notevoli che incomincia a scomparire dopo 7 settimane. In alcuni rari casi la struttura non regredisce del tutto e così il bambino nasce con una coda che spunta dalla base della colonna vertebrale. La coda contiene le vertebre che normalmente sono fuse insieme nel coccige. Contiene vasi sanguigni, nervi e muscoli, può addirittura muoversi. Fortunatamente può essere facilmente rimossa con un intervento chirurgico.

36 Il disegno imperfetto Anche se gli organismi sembrano progettati per adattarsi agli ambienti naturali in cui vivono l idea che il progetto di partenza sia perfetto è una pia illusione. Un disegno perfetto sarebbe il segno dell esistenza di un progettista abile e intelligente. In realtà il progetto non è perfetto, gli organi vestigiali che abbiamo visto sono quindi una conseguenza delle trasformazioni evolutive.

37 LA BIOGEOGRAFIA Distribuzione degli organismi viventi nel mondo

38 Le domande Perché organismi viventi di specie diverse ma simili di aspetto si trovano in zone della Terra che hanno lo stesso clima? Perché organismi della stessa specie vivono in zone della Terra molto distanti tra loro? Come possono aver avuto un antenato comune? Perché gli organismi che abitano le isole oceaniche sono diversi da quelli che abitano le isole continentali?

39 Convergenza evolutiva Perché organismi viventi di specie diverse ma simili di aspetto si trovano in zone della Terra che hanno lo stesso clima?

40 Confronto tra piante America: Cactus Australia: Euforbia

41 I Continenti Molte piante del deserto presentano alcuni adattamenti: grossi fusti per trattenere l acqua e foglie piccole o addirittura trasformate in spine per ridurre l evaporazione. Però, mentre nei deserti americani osserviamo delle cactacee, in quelli africani, australiani ed asiatici non ci sono cactus ma euforbie. Le prime hanno nel fusto un liquido limpido e acquoso mentre le seconde hanno un liquido lattiginoso. Sono piante di specie completamente diversa. Perché dovrebbero essere state create piante differenti ma di aspetto simile in zone del mondo lontane tra loro ma con lo stesso clima?

42 Marsupiali e Placentati Marsupiali: mirmecobio Placentati: formichiere

43 Marsupiali e Placentati Marsupiali: Petauro Placentati: Scoiattolo volante

44 Marsupiali e Placentati Marsupiali: talpa Placentati: talpa

45 Marsupiali e Placentati Gli animali confrontati appartengono ai marsupiali che vivono solo in Australia e ai placentati che vivono in tutto il resto del mondo. I gruppi presentano differenze nel sistema riproduttivo: mentre nei marsupiali i piccoli completano lo sviluppo nel marsupio che è una tasca esterna, i cuccioli dei placentati completano lo sviluppo nella placenta all interno dell utero della mamma. Nonostante queste differenze sembrano assolutamente uguali. L evoluzione spiega questa somiglianza con la CONVERGENZA EVOLUTIVA: le specie che vivono in ambienti simili sono sottoposti alla stessa pressione selettiva e sviluppano adattamenti simili (chiamate convergenze) assumendo un aspetto simile anche se non sono imparentate come il colore bianco dell orso polare e della volpe artica.

46 Distribuzione degli organismi Perché organismi della stessa specie vivono in zone della Terra molto distanti tra loro? Come possono aver avuto un antenato comune?

47 Glossopteris Glossopteris è una conifera fossile che si trova in America del sud, in Africa del sud, in Antardide, in India e in Australia. Visto che i suoi semi non potevano attraversare gli oceani può essere considerata una prova della creazione di questa pianta nei diversi continenti? Assolutamente no: quando si sono formati questi fossili America, Africa, Antartide, India e Australia erano unite nella Pangea. I semi non hanno attraversato gli oceani perché questi continenti erano uniti

48 Isole oceaniche Perché gli organismi che abitano le isole oceaniche sono diversi da quelli che abitano le isole continentali?

49 Le isole continentali (isole Brittaniche, Giappone, Madagascar) sono quelle che in passato erano unite ad un continente e poi si sono separate o per l innalzamento dei mari o per lo spostamento delle placche. Le isole oceaniche non sono mai state unite ad un continente (Haway, Galapagos)

50 Osservate la tabella a sinistra: nelle isole oceaniche mancano quasi completamente alcuni importanti gruppi di organismi. Nelle isole continentali gli organismi, invece, sono simili a quelli dei continenti. Perché? In realtà quando vengono introdotti dall uomo sopravvivono benissimo anzi diventano dominanti e rimpiazzano le specie native Organismi presenti Piante Insetti e altri artropodi Uccelli Alcuni rettili e alcuni mammiferi marini Organismi mancanti Anfibi Rettili Mammiferi di terraferma Pesci di acqua dolce

51 Radiazione adattativa Sulle isole non solo mancano i rappresentanti dei principali gruppi di animali ma i gruppi presenti comprendono specie molto simili. Ad esempio sono presenti alle Galapagos, delle isole nell oceano pacifico al largo dell Ecuador, 14 specie di fringuelli adattati a nutrirsi di cibi diversi come insetti, semi o bacche. Esiste addirittura un fringuello che utilizza una spina di un cactus per estrarre gli insetti dalla corteccia degli alberi

52 Fiori arborei Alcuni fiori che, sul continente, hanno piccole dimensioni su alcune isole oceaniche possono avere forma arborea perché non devono competere con alberi o arbusti

53 Allora perché nelle isole oceaniche mancano alcuni gruppi di animali? Una piccola riflessione ci permette di trovare la risposta: le specie che si trovano sulle isole oceaniche sono in grado di spostarsi su lunghe distanze. Gli uccelli possono volare sul mare portando con loro i semi delle piante che hanno mangiato e piccoli insetti o parassiti sul fango delle loro zampe. I semi di alcune piante, inoltre, possono raggiungere le isole galleggiando. I mammiferi terrestri non possono nuotare per lungo tempo e la maggior parte degli anfibi e i pesci di acqua dolce non possono sopravvivere nell acqua salata. I mammiferi acquatici, come la foca monaca, possono invece arrivare alle isole attraversando il mare. E i rettili? Sulle isole Galapagos sono presenti le iguane. Nel 1995 alcuni tronchi e degli ammassi vegetali alla deriva a causa di un ciclone tropicale hanno «dato un passaggio» a 15 iguane sull isola caraibica di Anguilla. Tronchi di alberi originari del Nord America sono stati trovati alle Haway. In realtà, come aveva osservato Darwin, alcune specie di Chirotteri (mammiferi terrestri) sono presenti sulle isole. Le specie presenti sulle isole sono molto simili a quelle dei continenti vicini e, trovando molte nicchie ecologiche libere e pochi predatori, riescono a formare specie diverse (radiazione adattativa) come i fringuelli delle Galapagos. Le isole continentali, invece, hanno organismi simili a quelli dei continenti. Solo le isole come il Madagascar o la Nuova Zelanda che si sono separate molto tempo prima che alcune specie come le piante moderne e alcuni primati si evolvessero, presentano una flora e una fauna leggermente sbilanciata (ossia senza alcuni gruppi di animali) e hanno caratteristiche biogeografiche intermedie tra le isole continentali e quelle oceaniche

54 ANATOMIA COMPARATA

55 Organi omologhi L anatomia comparata è la scienza che studia le differenze anatomiche tra i vari gruppi di animali. Negli arti dei vertebrati della figura sono state evidenziate con gli stessi colori le ossa corrispondenti: si possono verificare le somiglianze fondamentali, nella struttura e nell organizzazione, anche confrontandole con l arto dell antenato ormai estinto. Vengono chiamati OMOLOGHI gli organi che hanno la stessa derivazione embrionale. Il fatto che organi che hanno funzioni completamente diverse come gli arti dei vertebrati siano costituiti dalle stesse strutture è una prova dell evoluzione: che senso avrebbe, infatti, creare organi come la pinna della balena e l arto di un uomo che hanno funzioni molto diverse, utilizzando le stesse ossa?

56 Arti dei vertebrati

57 EMBRIOLOGIA

58 Embriologia L embriologia è la scienza che studia è lo studio dei processi tramite i quali gli organismi crescono e si sviluppano prima della nascita. Il fatto che gli embrioni alla nascita siano molto simili è una prova che tutti i vertebrati hanno un antenato in comune.

59 Evoluzione embrionale