Fatto 1: Potenziale crescita esponenziale delle popolazioni Fatto 2: Le popolazioni sono stabili Fatto 3: le risorse sono limitate

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1 Darwin Darwin Il fatto dell evoluzione Discendenza comune Gradualità dell evoluzione Moltiplicazione delle specie Selezione naturale Fatto 1: Potenziale crescita esponenziale delle popolazioni Fatto 2: Le popolazioni sono stabili Fatto 3: le risorse sono limitate Darwin Darwin Fatto 1: Potenziale crescita esponenziale delle popolazioni Fatto 2: Le popolazioni sono stabili Fatto 3: le risorse sono limitate Specie Mucca domestica Gabbiano Squalo bianco Vipera Ratto Cavolaia Mosca Rospo comune Aringa Sardina Figli / anno Pesce luna Fatto 1: Potenziale Fatto 1: Potenziale crescita esponenziale delle popolazioni Fatto 2: Le popolazioni sono stabili Fatto 3: le risorse sono limitate Deduzione 1: lotta per l esistenza Fatto 4: diversità del singolo individuo Fatto 5: ereditarietà di una parte della variazione individuale Fatto 6: la variazione non è direzionata crescita esponenziale delle popolazioni Fatto 2: Le popolazioni sono stabili Fatto 3: le risorse sono limitate Deduzione 1: lotta per l esistenza Fatto 4: diversità del singolo individuo Fatto 5: ereditarietà di una parte della variazione individuale Fatto 6: la variazione non è direzionata Deduzione 2: sopravvivenza differenziale (selezione naturale) Deduzione 3: successo riproduttivo differenziale per molte generazioni: la popolazione EVOLVE 1

2 Gallus bankiva, l antenato di tutti i polli domestici ed Selezione artificiale alcuni suoi discendenti! Gli allevatori sono in grado di ottenere in poche generazioni delle varietà di animali o piante domestiche Variabilità potenziale in una singola specie I primi indizi dell Evoluzione: i famosi fringuelli di Darwin 2

3 Darwin fu attratto all inizio dalla fonte di diversità e in modo più specifico dall origine delle specie attraverso diversificazione nella dimensione geografica (evoluzione orizzontale) Egli giunse alla conclusione che le popolazioni di fringuelli di ogni isola fossero specie in formazione, quindi al concetto di trasmutazione o evoluzione delle specie tramite il meccanismo della selezione naturale. Evidenze a sostegno dell Evoluzione: reperti fossili Evidenze a sostegno dell Evoluzione: reperti fossili Evidenze a sostegno dell Evoluzione: reperti fossili altri indizi: convergenza evolutiva: risultati simili partendo da materie prime molto diverse Convergenza evolutiva: placentati e marsupiali. Delfino ancestrale Rettile marino 3

4 Darwin e la selezione artificiale: i primi indizi della variabilità delle popolazioni Il cavallo di Przevalski, a confronto con alcune razze domestiche Osservazioni sulla variabilità delle diverse razze di animali domestici a confronto con i progenitori selvatici mostravano cambiamenti in atto 4

5 Evoluzione Cambiamento delle frequenze di geni in una popolazione. L individuo NON SI EVOLVE L entità che si evolve è la POPOLAZIONE. L evoluzione ha luogo come conseguenza degli scostamenti dalla legge di H-W-C dovuti alla realtà della vita. 5

6 Postulati della teoria darwiniana. Il mondo non è statico ma in evoluzione. Il processo evolutivo è di tipo graduale e continuo, cioè non presenta salti discontinui o cambiamenti bruschi. Gli organismi simili sono legati tra loro, discendendo da un antenato comune. La selezione naturale è la chiave di volta del processo evolutivo. La selezione naturale è un processo che si svolge in due fasi: La prima produce variazioni: in ogni generazione si producono un certo numero di variazioni. La seconda fase consiste nella selezione che si attua attraverso la sopravvivenza nella lotta per l esistenza. Il concetto di selezione naturale venne respinto a lungo e da quasi tutti i biologi dell epoca perché non era deterministico e pertanto minava l argomentazione a favore di un progetto tipico della teologia naturale secondo cui l esistenza di un Creatore poteva essere dedotta dall elegante progetto delle sue opere. Altri ancora lo respingevano perché sembrava loro un processo troppo casuale, cioè tendevano ad ignorare la seconda fase del progetto. Un organismo compete non soltanto con gli altri individui della stessa specie, ma anche con gli individui di specie diverse. Un nuovo adattamento, o un generale perfezionamento fisiologico, renderà quell individuo ed i suoi discendenti, competitori interspecifici più efficienti, contribuendo così alla loro diversificazione e specializzazione. La specializzazione potrà anche risultare in un vicolo cieco, oppure consentire l accesso a livelli del tutto nuovi di radiazione adattativa. Il concetto di Fitness Selezione naturale Potenzialità riproduttiva (rospo girini) Elevata mortalità giovanile (prole geneticamente eterogenea) + Dato che non tutti i nuovi nati possono sopravvivere e riprodursi, la selezione agisce da filtro che decide chi avrà un futuro e chi no. Darwin definì questo concetto con l espressione lotta per l esistenza. Fitness 6

7 Il caso di Biston betularia Dal darwinismo alla sintesi moderna La teoria evolutiva esposta da Charles Darwin, incentrata sull evoluzione attraverso selezione naturale, chiarì concetti quali cambiamenti evolutivi e adattamento. Tuttavia, sebbene i contemporanei di Darwin avessero accettato, in gran parte, il suo concetto di evoluzione, non compresero le dinamiche di evoluzione tramite selezione naturale. Ciò che mancò a Darwin fu in sostanza- una teoria dell ereditarietà. Selezione naturale Gli agenti principali dell evoluzione sono la sopravvivenza differenziale e la diversa capacità riproduttiva di individui che differiscono l uno dall altro per uno o più aspetti. Le dinamiche della selezione. Selezione stabilizzante: Selezione che penalizza i caratteri devianti, favorendo e stabilizzando quelli che aumentano la fitness, ossia agisce sul valor medio della curva che descrive l insieme dei caratteri di una popolazione. Questo tipo di selezione opera su tutti i caratteri di un organismo. Selezione direzionale: Selezione che favorisce un estremo della curva a scapito dell altro. Il risultato è un avanzamento costante del valore medio della curva, cioè forza un determinato carattere verso una condizione estrema. Selezione dirompente (o diversificante): Selezione che favorisce entrambi gli estremi della curva a scapito della media: il risultato è una curva con due mode (bimodale), come succede in specie mimetiche o con altre forme di polimorfismo. L evoluzione dopo Darwin Cambiamenti evolutivi nelle popolazioni Macroevoluzione e speciazione I.D.: l evoluzione del creazionismo La storia evolutiva dell uomo La selezione naturale cambia le frequenze alleliche in modo da aumentarne l adattamento 7

8 Dal darwinismo alla sintesi evoluzionistica Quando le leggi dell ereditarietà vennero (ri)scoperte (Mendel, 1900), non ne venne immediatamente compresa la potenzialità in sostegno delle teorie evolutive. La teoria darwiniana dovette attendere l intuizione di Haldane, Fisher e Wright, che, indipendentemente gli uni dagli altri, dimostrarono che la selezione naturale avrebbe potuto operare tramite meccanismi genetici mendeliani. Con la pubblicazione della sintesi tra le teorie darwiniane e le leggi mendeliane dell ereditarietà nacque ufficialmente la sintesi evoluzionistica (J.Huxley 1942). L antica disputa tra genetisti ed evoluzionisti era conclusa. La teoria darwiniana possedeva ora solide radici nella teoria dell ereditarietà. Il principio di Hardy-Weinberg Una popolazione le cui frequenze geniche e alleliche non cambiano da una generazione all altra si dice in equilibrio genetico Il principio di Hardy Weinberg dice che in popolazioni di grandi dimensioni il processo dell ereditarietà non causa di per sé i cambiamenti delle frequenze alleliche purché: accoppiamento casuale; assenza di mutazioni; popolazioni di grandi dimensioni; assenza di migrazione; assenza di selezione naturale. Accoppiamenti non casuali Avvengono quando gli individui selezionano i partner sulla base del fenotipo. Popolazioni di piccole dimensioni In popolazioni di piccole dimensioni mutazioni casuali possono cambiare le frequenze alleliche (deriva genetica). Quando pochi fondatori stabiliscono una colonia si verifica l effetto del fondatore La variabilità genetica può essere mantenuta dal vantaggio dell eterozigote 8

9 La variabilità genetica può essere mantenuta dalla selezione dipendente dalla frequenza Popolazioni di diverse aree geografiche spesso mostrano adattamenti genetici agli ambienti locali Isolamento riproduttivo In biologia evoluzionistica parlando di meccanismi di isolamento ci si riferisce alle caratteristiche biologiche intrinseche e, almeno in parte, ereditabili degli individui, che impediscono il flusso genico tra popolazioni effettivamente o potenzialmente simpatriche. Meccanismi di isolamento riproduttivo Meccanismi di isolamento precopula Isolamento ecologico: due o più specie sono presenti nella stessa area ma non si incontrano perché vivono in ambienti diversi. Isolamento temporale: specie che convivono nella stessa area, ma raggiungono la maturità sessuale in periodi differenti. Isolamento etologico: maschi e femmine di specie diverse, sessualmente maturi, non rispondono ai rispettivi stimoli in modo adeguato. Isolamento meccanico: negli animali a scheletro esterno differenze nella forma e nella dimensione dei genitali,che sono sclerificati, possono rendere difficile o impossibile l accoppiamento. Meccanismi di isolamento riproduttivo Meccanismi di isolamento postcopula Isolamento gametico: attrazione assente tra i gameti, incapacità degli spermatozoi a sopravvivere nell apparato riproduttivo femminile, incapacità degli spematozoi a penetrare e fecondare l ovulo, mancata formazione del tubo pollinico. Mortalità zigotica ed embrionale. Non vitalità degli ibridi. Sterilità degli ibridi. Isolamento etologico degli ibridi: ibridi interspecifici, vitali e fertili, con uova e spermatozoi normali, non sono in grado di riprodursi perché incapaci di un efficiente comportamento riproduttivo. Insuccesso degli ibridi: alcuni ibridi interspecifici sono completamente o parzialmente fertili, ma la progenie o è sterile o poco vitale. Isolamento temporale: specie che convivono nella stessa area, ma raggiungono la maturità sessuale in periodi differenti. 9

10 Isolamento etologico: maschi e femmine di specie diverse, sessualmente maturi, non rispondono ai rispettivi stimoli in modo adeguato. Isolamento meccanico: negli animali a scheletro esterno differenze nella forma e nella dimensione dei genitali,che sono sclerificati, possono rendere difficile o impossibile l accoppiamento. Principali meccanismi di speciazione Speciazione allopatrica: il differenziamento genetico e, spesso anche l isolamento riproduttivo, vengono acquisiti in condizioni di isolamento geografico. 10

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12 Intelligent design I.D. sostiene che la vita è stata creata e progettata. Chi sostiene l I.D. afferma che questa è una prospettiva di lavoro scientifica, e in quanto tale deve essere insegnata nelle aule di scienza assieme all evoluzionismo darwiniano quale spiegazione alternativa. Il movimento dell I.D. nasce negli Stati Uniti, dove fin dall inizio del XX secolo numerosi movimenti, legati alle sette evangeliche, chiedono di bandire Darwin dalle scuole, Intelligent design I.D. sostiene che la vita è stata creata e progettata. Non viene più proposta una interpretazione letterale della Bibbia come fonte di verità scientifica. Si afferma che gli organismi viventi sono un fenomeno troppo complesso per essere spiegati dalla casualità dell evoluzione darwiniana Si afferma che un evento estremamente improbabile non può avvenire per caso Negli anni 80 questi movimenti hanno un ruolo determinante nel decidere gli equilibri politici del paese e questo dato di fatto contribuisce ad accrescere forza contrattuale del movimento. Oggi questo movimento è arrivato in Europa 12

13 Intelligent design I.D. E una scienza? Non ha mai generato un progetto di ricerca; non eistono esperimenti finalizzati a dimostrare l esistenza di un progettista; Le argomentazioni logiche sono coerenti e veritiere? NO i.e. un evento estremamente improbabile non può avvenire per caso (ogni settimana un avvenimento estremamente improbabile (la vincita al lotto) avviene su basi assolutamente casuali; Le argomentazioni usate sono esattamente le stesse di quelle degli avversari di Darwin ai suoi tempi Ci sono incongruenze nell operato del designer IN CONCLUSIONE: I.D. NON È UNA SCIENZA (e come tale deve stare al di fuori delle aule scientifiche) La scienza dell evoluzione non ha nulla da dire sulle filosofie personali di ciascuno di noi 13