Mario Iacob ISIS C.Percoto UD Daniela Novel - ISIS A.Malignani UD. Attività L albero dei tetrapodi

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1 Mario Iacob ISIS C.Percoto UD Daniela Novel - ISIS A.Malignani UD Attività L albero dei tetrapodi

2 Parlando di evoluzione sulla Terra, nella Vita, tutto è transitorio

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4 Il primo albero genealogico è stato rappresentato nel 1859 in On the Origin of Species da Charles Darwin. Sono rappresentate ramificazioni ed estinzioni nel tempo. Tratto da

5 Durante il 19 secolo ci sono stati molti tentativi di rappresentare relazioni evolutive attraverso diagrammi ad albero.questi si basavano soprattutto sull aspetto, la forma e la struttura degli organismi Tratto da treeoflife/tol.html

6 L idea centrale dell evoluzione è che la vita ha una storia che si modifica nel tempo e che specie attualmente diverse, derivano da un antenato comune. I cambiamenti evolutivi e le parentele possono essere rappresentate da alberi filogenetici che prendono quindi non tanto le caratteristiche esteriori, ma le parentele evolutive

7 Gli alberi filogenetici sono costruiti sulla base di parentele, pertanto è opportuno comprendere quali organismi appartengano allo stesso clade (clade: raggruppamento che include un antenato comune e tutti i discendenti -vivi ed estinti- di tale antenato)

8 Come proseguirà l evoluzione? Non si sa, ma sono noti i meccanismi che portano ad un aumento della variabilità Mutazioni Migrazioni Deriva genetica Selezione naturale Foto tratta da:

9 Perché studiare l albero della vita?

10 Perché studiare l albero della vita? L evoluzione, i progressi in ambito informatico e la biologia molecolare stanno aprendo la strada per ricostruire l intero albero della vita. Questo collegamento sta rivoluzionando il nostro posto e la nostra comprensione della natura e sta aprendo nuove prospettive scientifiche ed applicative

11 Ci permette di capire che la forma di un tonno e di un delfino sono simili per evoluzione convergente eoflife/tol.html

12 Ci permette anche di capire che le piante succulente non sono imparentate, ma sono simili per evoluzione convergente eoflife/tol.html

13 Ci permette di capire l evoluzione dell HIV eoflife/tol.html

14 Ci permette di capire la diffusione della rabbia eoflife/tol.html

15 Una prospettiva filogenetica ci permette di Comprendere l albero della vita permette di fare delle inferenze sui dati mancanti, discutere sui comuni antenati e tracciare l evoluzione dei caratteri Comprendere l apporto scientifico sotteso alle analisi comparate, inclusi gli organismi modello e molte tecniche di bioinformatica Una visione più sofisticata dei punti di forza e di debolezza di diversi approcci della classificazione biologica Comprendere le basi della filogenesi, i tipi di dati che la supportano (omologia, analogia, radiazione ecc.) e come possano essere risolti i conflitti Superare misconoscenze a livello di macroevoluzione (ad esempio che l uomo deriva dalla scimmia)

16 Attività: l albero dei tetrapodi Prima parte Consegnare agli studenti, suddivisi in gruppi, una premessa all attività, volta a fornire le basi necessarie allo svolgimento della stessa

17 Attività: l albero dei tetrapodi Prima parte Discussione su quanto elaborato dagli studenti (idea chiave: gli alberi filogenetici sono costruiti sulla base di omologie)

18 Attività: l albero dei tetrapodi Seconda parte Un coccodrillo è più simile ad una lucertola o ad un uccello? Quali tra questi animali sono più strettamente imparentati? Rif, Baum.D., Offner S. (2008) Philogenesis e treethinking. The American Biology Teacher, Volume 70, n. 4, April 2008

19 Facciamo qualche considerazione sugli aspetti fondamentali sottesi a questa attività

20 È ancora attuale la classificazione a scatole di Linneo? La classificazione usata da Linneo, che assegna a ogni organismo un regno, phylum, classe, ordine, famiglia, genere e specie è artificiale. È stata proposta PRIMA che gli scienziati comprendessero il filo conduttore dell evoluzione

21 La classificazione basata sulla filogenesi si basa su cladi (gruppo di organismi che discendono tutti da un antenato comune). Tratto da

22 In un sistema di classificazione basato sulla filogenesi, possiamo denominare ogni clade di questo albero. Es. Testuggini, squamati, Arcosauri e coccodrillomorfi formano tutti dei cladi Tratto da

23 Tuttavia, i rettili non formano un clade, come mostrato nel cladogramma. Ciò significa che rettili non è un raggruppamento valido filogeneticamente o dobbiamo iniziare a pensare agli uccelli come a dei rettili Tratto da

24 Un altro aspetto interessante della filogenesi è che implica che i dinosauri non siano del tutto estinti. Gli uccelli sono, di fatto, dinosauri (appartengono al clade Dinosauria) Tratto da

25 Tutto questo grazie alle omologie La maggior parte dei paleontologi concorda nell ammettere che gli amnioti si siano originati a partire da un gruppo di tetrapodi simili agli anfibi che si sono poi separati in tre gruppi principali: Anapsidi (cranio privo di finestre temporali dietro le orbite) Diapsidi (cranio con due finestre temporali (un paio posto in basso sulle guance e un secondo paio posto sopra il primo, separate da un arcata osse) Sinapsidi (cranio con un solo paio di finestre temporali poste in basso)

26 Tratto da

27 Da numerosi studi e analisi di omologie ed analogie si è riusciti a comprendere La conoscenza delle caratteristiche dei gruppi di vertebrati non è significativamente cambiata con il miglioramento della comprensione delle origini evolutive di tali caratteristiche. Nonostante uccelli e mammiferi siano entrambi endotermi con il cuore con quattro cavità e la pelle ricoperta (da penne o pelo, entrambi costituiti da cheratina), uccelli e mammiferi non sono strettamente imparentati.

28 Da numerosi studi e analisi di omologie ed analogie si è riusciti a comprendere Infatti, come potete capire dall albero, uccelli e mammiferi sono più strettamente collegati ad organismi ectotermi che tra di loro. Questo è maggiormente ovvio nel caso degli uccelli perché sono strettamente correlati a specie ectotermiche viventi (coccodrilli, lucertole, serpenti ). Tuttavia, le specie fossili estinte sono maggiormente vicine ai mammiferi che agli uccelli e si suppone che siano state ectotermiche (es. Pelycosaurus). Pertanto, le somiglianze tra uccelli e mammiferi aumentate indipendentemente, sono esempi di evoluzione convergente.

29 Immagine fornita da Fabio Dalla Vecchia Researcher Institut Català de Paleontologia "M. Crusafont" SPAIN

30 Immagine fornita da Fabio Dalla Vecchia Researcher Institut Català de Paleontologia "M. Crusafont" SPAIN

31 Gli uccelli sono dinosauri!

32 La storia di come si siano originati specifici gruppi è sempre affascinante. Per esempio l evoluzione degli uccelli da dinosauri terrestri affascina sempre gli studenti di tutte le età. Nello specifico, è diventato chiaro che gli uccelli moderni sono parte di un clade che includeva un numero di dinosauri corridori veloci, bipedi e carnivori come Tyrannosaurus e Velociraptor. Questi dinosauri avevano piume e si pensa siano stati omeotermici. L alto metabolismo richiesto da questi animali probabilmente spiega il fatto che le loro superfici respiratorie (come quelle degli uccelli) si estendono dentro le cavità delle ossa cave. Questo a sua volta comporta ossa leggere che probabilmente hanno fornito un vantaggio per la corsa veloce.

33 Lavorando con questi esempi gli studenti non solo imparano di più sugli uccelli, ma vengono anche ad apprezzare come gli scienziati ricostruiscono e verificano le ipotesi adattative.. Per esempio gli studenti potrebbe essere sgomenti nell apprendere che il T.rex aveva le piume, ponendo l origine delle penne ben prima dell origine del volo. Altre questioni possono riguardare quando siano comparse l omeotermia e la determinazione del sesso ZW negli uccelli antichi. Per ora non siamo in grado di rispondere a queste domande Rif, Baum.D., Offner S. (2008) Philogenesis e tree-thinking. The American Biology Teacher, Volume 70, n. 4, April 2008

34 Quali riflessioni?

35 Quali riflessioni? Punti di forza Non è possibile rispondere a certe domande (come questa) se non sulla base di un albero genealogico Le omologie che vengono individuate non sempre sono individuabili dal profano, è quindi necessario fidarsi di quello che dice la scienza e riferirsi agli aspetti teorici che questa cita (natura non definitiva della conoscenza scientifica) Attraverso attività sull albero genealogico è possibile riflettere con gli studenti sull evoluzione dei viventi nello spazio e nel tempo, che è uno dei nuclei fondanti della biologia Criticità Gli studenti devono essere sostenuti e guidati dall insegnante nella maturazione di ipotesi

36 Scegliere quali nuclei fondanti tra i seguenti sono sottesi all attività (Colombo, D Alfonso, Pinotti Curricoli per la scuola dell autonomia, La Nuova Italia, 2001 Clementina Todaro Angelillo anisn La ridefinizione del curricolo di Scienze della Natura per competenze e nuclei fondanti: modelli per la costruzione di un curricolo delle scienze sperimentali ) Disciplinari I sistemi biologici ed i loro livelli di scala e organizzazione Unicità e varietà degli esseri viventi La natura delle relazioni nei viventi e la loro complessità L evoluzione nello spazio e nel tempo Procedurali (generali delle scienze della natura) Osservazione, misurazione, comparazione Regole, generalizzazioni in modelli concettuali e di natura probabilistica, modelli, leggi Olismo e riduzionismo Epistemologici (generali delle scienze della natura) Sistema (come organizzazione) Interazione Equilibrio (omeostasi) Flusso di materia, energia, informazione Trasformazione/evoluzione

37 Nuclei fondanti sottesi all attività Disciplinari L evoluzione nello spazio e nel tempo Procedurali (generali delle scienze della natura) comparazione generalizzazioni in modelli concettuali Epistemologici (generali delle scienze della natura) Trasformazione/evoluzione

38 Bibliografia e sitografia Rif, Baum.D., Offner S. (2008) Philogenesis e tree-thinking. The American Biology Teacher, Volume 70, n. 4, April 2008 Colombo, D Alfonso, Pinotti Curricoli per la scuola dell autonomia, La Nuova Italia, 2001 Clementina Todaro Angelillo anisn La ridefinizione del curricolo di Scienze della Natura per competenze e nuclei fondanti: modelli per la costruzione di un curricolo delle scienze sperimentali Hickman, Roberts e Larson (2004) Diversità animale McGraw-Hill Lio P. (2001) DNA e la ricerca delle parentele tra specie Le Scienze, n.390 febbraio 2001 Purves W., Sadava D., Orians G., Heller C. (2001) L ecologia e la biogeografia ed. Zanichelli Fava G. Scienze della natura, aspetti di didattica, ed Aracne (2005)