L’evoluzione
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The theory of Evolution to the first level of secondary schools.
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L’evoluzione
- 1. L’EVOLUZIONE la Teoria di C. Darwin Concetta Pisciella a.s. 20013/2014
- 2. FISSISMO E CREAZIONISMO Fissismo Teoria che sostiene l'invariabilità delle specie viventi Creazionismo Dottrina che ritiene le specie viventi opera della creazione divina. Michelangelo La creazione di Adamo
- 3. Carlo Linneo (1707-1778), 1751 pubblica la Philosophia botanica in cui afferma: «Si contano tante specie quante sono le forme differenti create in principio». Egli sosteneva la teoria della fissità della specie Nel suo libro SYSTEMA NATURAE aveva suddiviso tutti gli organismi fino ad allora conosciuti in tante specie. Ma si rese conto che per alcuni organismi era molto difficile stabilirne la collocazione.
- 4. La gerarchia linneiana • REGNO • PHYLUM • SUBPHYLUM • CLASSE • ORDINE • FAMIGLIA • GENERE • SPECIE • Animalia • Chordata • Vertebrata • Mammalia • Primates • Hominidae • Homo • Homo sapiens
- 5. Non sempre era facile distinguere una specie da un’altra, perché vi erano organismi con caratteristiche atipiche, che rendevano difficile la loro classificazione Non sempre le somiglianze aiutano: basta pensare a quanto un girino sia diverso dalla rana o un bruco dalla farfalla! inoltre, c’era un altro problema….
- 6. I fossili Lo studio dei fossili fu particolarmente intenso tra la fine del XVII e l’inizio del XIX secolo ed indicava chiaramente che nel passato erano vissuti organismi diversi da quelli attuali (mammut, dinosauri…)
- 7. CATASTROFISMO Georges Cuvier (1769- 1832) da una corretta interpretazione dei fossili: resti di organismi vissuti nel passato, che in alcuni casi sono simili ad organismi ancora viventi
- 8. Scoprì che a strati geologici diversi corrispondono faune differenti. La discontinuità delle faune è dovuta per Cuvier a successive ed improvvise catastrofi Gli attuali esseri viventi sono i superstiti dell’ultima catastrofe ( il Diluvio Universale)
- 9. Può darsi che con il passare del tempo specie prima esistenti si fossero “trasformate” in nuove specie? Quali sono i meccanismi che stanno alla base del processo”trasformazione”?
- 10. Si comincia a parlare di EVOLUZIONE con Jean Baptiste de Lamarck (1744-1829) Il suo modello dell’evoluzione è basato su due principi L’uso e il disuso degli organi e L’eredità dei caratteri acquisiti
- 11. EREDITARIETA’ DEI CARATTERI ACQUISITI La causa della trasformazione evolutiva èLa causa della trasformazione evolutiva è L’ADATTAMENTO ALL’AMBIENTEL’ADATTAMENTO ALL’AMBIENTE Nel tentativo di sfruttare meglio le risorse,Nel tentativo di sfruttare meglio le risorse, gli animali modificano progressivamente ilgli animali modificano progressivamente il corpo USANDO o NON USANDO certi organicorpo USANDO o NON USANDO certi organi l'impiego di un organo porta al suol'impiego di un organo porta al suo sviluppo, il non uso porta all'atrofia fino allasviluppo, il non uso porta all'atrofia fino alla sua scomparsa.sua scomparsa. Le modificazioni acquisiteLe modificazioni acquisite dai genitori diventanodai genitori diventano ereditarie e trasmesse allaereditarie e trasmesse alla prole.prole.
- 12. Charles Robert Darwin (1809-1882) 1825 Università di Edimburgo studia medicina. Abbandonata, studia teologia a Cambridge e scopre la passione per la natura e per la paleontologia. Laureato viene mandato sul Beagle come naturalista. Dopo 23 anni dal suo viaggio pubblica: “Sull’origine delle specie per selezione naturale”
- 13. A 22 anni, si imbarcò, in qualità di naturalista, in un viaggio durato 5 anni di circumnavigazione della Terra.
- 14. In Sudamerica (Patagonia) ritrovò fossili di giganteschi insettivori estinti,alcuni molto simili agli attuali, altri con caratteristiche diverse. Gliptodonte Armadillo
- 15. Nell’Arcipelago delle Galapagos, fu colpito dalla presenza di specie caratteristiche, nelle diverse isole che pure erano molto vicine tra di loro. La fauna di queste isole lo convinse che le specie animali sono “plastiche” e possono adattarsi all’ambiente in tempi relativamente brevi
- 16. Iguane
- 17. Tartarughe
- 18. Antenato Immigrato alle Galapagos Fringuello del cactus Fringuello terrestre Fringuello picchio L’altra esperienza che portò Darwin alla comprensione del meccanismo della selezione naturale fu l’osservazione della speciazione e dell’adattamento avvenuto dai fringuelli e da altre specie nelle isole Galapagos
- 19. Registrò la presenza di 14 specie di fringuelli, diverse per alcuni caratteri, ciascuna vivente su un’isola diversa. Inoltre questi fringuelli erano tipici delle Galapagos e assomigliavano molto ad una specie vivente sul continente.
- 20. L’idea di Darwin partiva essenzialmente dalla constatazione del modo in cui gli allevatori ottenevano le diverse razze e varietà di piante e animali domestici (selezione artificiale) L’uomo opera così una selezione, stabilendo lui quale individui far riprodurre!
- 21. La selezione artificiale La selezione è possibile solo se gli individui di partenza sono diversi tra loro
- 22. Infine Darwin fu profondamente influenzato dalle idee dell’economista Thomas Malthus il quale aveva messo in evidenza come le popolazioni animali e umane, se non limitate tendono a crescere geometricamente 50 giorni 50 giorni 50 giorni Ogni specie ha una capacità riproduttiva di gran lunga superiore alle reali possibilità di sopravvivenza per tutti gli individui nati
- 23. Nel 1859 venne pubblicato il libro intitolato “Sull’origine delle specie per selezione naturale” Nel testo veniva esposta una teoria dell’evoluzione della specie che scaturiva dall’analisi minuziosa di una grande quantità di dati raccolti dall’autore in molti anni di ricerche.
- 24. LA TEORIA DELL’ EVOLUZIONE Tutti gli organismi tendono ad accrescersi in progressione geometrica In ogni generazione, però, il numero degli individui di una specie rimane costante Quindi deve esserci una lotta per la sopravvivenza
- 25. Entro ogni specie esistono variazioni individuali (che possono essere ereditate) Alcune variazioni sono favorevoli a un organismo in un determinato ambiente e lo aiutano a sopravvivere e a riprodursi abbondantemente. Le variazioni favorevoli vengono trasmesse alla discendenza Col passare del tempo si producono differenze notevoli, alla fine nuove specie si evolvono da quelle preesistenti LA TEORIA DELL’ EVOLUZIONE
- 26. In seguito a cambiamenti climatici (o a competizione con altre specie o individui) la vegetazione è più alta da raggiungere Gli individui col collo lungo lasciano più figli Il processo si ripete La popolazione è polimorfica. Non ci sono particolari vantaggi per i colli più o meno lunghi
- 27. La selezione naturale Riflettendo sulla selezione naturale, Darwin identificò nella lotta per la sopravvivenza il meccanismo principale con cui si esercita la selezione naturale. “Nella lotta per l’esistenza la natura selezione i più adatti all’ambiente e consente solo ad essi di riprodursi e di trasmettere ai discendenti le proprie caratteristiche”
- 28. La selezione naturale Una coppia di conigli, che vive ai margini di un bosco, ha da poco dato alla luce dei coniglietti: alcuni di questi hanno il pelo bianco e altri marrone. Tutti i conigli cercano di sopravvivere utilizzando le risorse naturali presenti (acqua, aria, cibo, luce…). Ma…
- 29. In questo ambiente il falco riesce più facilmente a catturare i conigli con il pelo bianco o quelli con il pelo marrone? Sapresti dire perché?
- 30. I conigli dal pelo marrone sono meglio mimetizzati nell’ambiente! Sono cioè meglio adattati
- 31. … e in un ambiente di alta montagna con nevi perenni…?
- 32. Selezione naturale in atto Il primo caso osservato di selezione naturale in atto è quello relativo al melanismo industriale nelle farfalle della specie Biston betularia
- 33. Nel 1845 fu trovata, per la prima volta, una farfalla della stessa specie ma scura, comparsa evidentemente per una mutazione. Le farfalle nere erano generalmen te poco frequenti perchè più predate
- 34. In seguito alla rivoluzione industriale alberi e strutture dell’Inghilterra centrale vennero annerite nel 1895 le farfalle nere erano il 98% della popolazione
- 35. Attualmente, con l’abbandono del carbone come fonte energetica, le betulle hanno di nuovo i rami chiari, pertanto…
- 36. Le prove dell’evoluzione L’anatomia comparata
- 37. Le prove dell’evoluzione L’embriologia comparata Lo sviluppo embrionale ha stadi molto simili tra loro in tutti i vertebrati, dai pesci ai rettili, dai mammiferi agli uccelli.
- 38. Le prove dell’evoluzione La paleontologia L’esame dei fossili dimostra in modo inequivocabile che gli organismi sono cambiati con il passare del tempo.
- 39. Tutti gli organismi viventi hanno la stessa fondamentale struttura cellulare Le prove dell’evoluzione
- 41. La biologia molecolare Le prove dell’evoluzione Tutte le cellule, da quelle batteriche a quelle umane, hanno nel DNA le istruzioni che regolano i processi vitali e tutte usano lo stesso insieme di regole per trasformare queste istruzioni in proteine.
- 42. TEORIA DELL’EVOLUZIONE • Darwin non seppe spiegare il meccanismo che spiegava la trasmissione dei caratteri ereditari ereditari da generazione a generazione • perché le caratteristiche genetiche non si mescolano ma scompaiono e riappaiono nelle generazioni successive • come si originano le variazioni per la selezione naturale
- 43. SINTESI NEODARWINIANA Combinazione tra teoria di Darwin con i principi della genetica mendeliana (ultimi 50 anni)
Editor's Notes
- Per oltre 2000 anni il pensiero scientifico è stato dominato da una concezione detta FISSISMO o CREAZIONISMO. Secondo questa teoria ogni specie esistente è stata creata da Dio e, col passare del tempo, è rimasta immutata, perciò ciascun organismo appartiene ad una ben precisa specie dalla sua creazione. Questa teoria aveva molti seguaci e si rifaceva alla tradizione biblica della creazione.
- IN QUESTO AMBITO si sviluppano le idee di LiNNEO che introduce per la prima volta il concetto di SPECIE. Questo concetto di specie è inteso come unità della creazione, fissa nel tempo, derivato da un’interpretazione letterale della Genesi, e fu ampiamente condiviso dal mondo scientifico del ’700. Non sempre era facile distinguere una specie da un’altra, perché vi erano organismi con caratteristiche atipiche, che rendevano difficile la loro classificazione.
- Nel Systema naturae Linneo suddivide i viventi in categorie sistematiche o taxa. Questo sistema di classificazione è tutt’ora utilizzato da zoologi e botanici per identificare gli organismi viventi. La categoria più ampia è il regno (che può essere animale o vegetale), la categoria minore è la specie, costituita da organismi tutti somiglianti tra loro e capaci di procreare figli simili ai genitori e interfecondi. Esempi di NOMENCLATURA BINOMIA: Canis familiaris, Canis lupus e Canis Latrans (cane domestico, lupo e coyote). Perché Linneo scelse il latino?
- La classificazione che effettua Linneo è basata su elementi obiettivamente riscontrabili nella forma e nella struttura degli organismi in studio.
- Secondo la teoria della fissità della specie ogni specie esistente è stata creata da Dio e, col passare del tempo, è rimasta immutata, perciò ciascun organismo appartiene ad una ben precisa specie. Questa teoria aveva molti seguaci e si rifaceva alla tradizione biblica della creazione. Ma ecco che gli scienziati si trovarono di fonte ad un nuovo problema… I fossili Già ai tempi dei Greci erano sorti dubbi sull’immutabilità della specie. Aristotele sosteneva che i resti di animali e piante pietrificate trovate erano il risultato di “forze formative” insita nelle rocce. Nel 1500 si riteneva che i crani e gli scheletri paurosi rinvenuti nelle rocce erano opera di spiriti sotterranei e malevoli, quindi “scherzi della natura” fatti per confondere la mente.
- Con Cuvier il sistema classificatorio impostato da Linneo per gli animali venne maggiormente articolato, con riferimento soprattutto all’anatomia interna . scoprì che a strati geologici diversi corrispondono faune differenti, tanto più diversificate dalle attuali quanto più gli strati sono profondi e lontani nel tempo. Ma non si distaccò dalle idee Fissiste…
- …e per spiegare in chiave fissista l’esistenza di creatura del passato diverse da quelle attuali, perfezionò la teoria della catastrofi.
- Alla fine del ’700 gli studiosi cominciarono a porsi domande …..
- Lamarck fu il primo a convincersi dell’esistenza di una discendenza fra organismi fossili e organismi viventi e formulò un modello dell’evoluzione basato su due principi L’uso e il disuso degli organi e L’eredità dei caratteri acquisiti La sua teoria evoluzionistica anche se sbagliata è importante perché costituisce un impportante punto di rottura con il creazionismo
- EREDITARIETa’ DEI CARATTERI ACQUISITI: il classico esempio del collo della giraffa, la giraffa attuale deriverebbe da antenati a collo normale . Quando l’erba di cui si nutrivano cominciò a scarseggiare per la siccità, iniziarono a brucare le foglie deli alberi fatto che le obbligava ad allungare il collo. Ciò induceva il collo ad allungarsi ad ogni generazione successiva, tanto che le giraffe attuali hanno ereditato la somma dei numerosi allungamenti del collo verificatesi nelle generazioni precedenti. Questa ipotesi interessò molti scienziati,ma non è dimostrabile che le caratteristiche acquisite nel corso della vita sono ereditabili. (i figli degli atleti non nascono muscolosi, i cani con coda mozzata non fanno cagnolini senza coda)
- Darwin è stato il primo a formulare una teoria evolutiva suffragata da prove scientifiche. Ma analizziamo le tappe che lo hanno portato alla sua teoria.
- Durante il viaggio ebbe modo di fare osservazioni di fondamentale importanza e di raccogliere molto materiale. In Cile fu testimone di un terremoto catastrofico che modificò il paesaggio. Questo accadimento, lo convinse che la crosta del pianeta è tutt’altro che stabile.
- Fu colpito dalla somiglianza dei mammiferi fossili sud americani con i mammiferi che vivevano nella pampa e dal modo nel quale specie molto simili si sostituivano l’una all’altra, con il mutare della latitudine.
- Ognuna delle isole aveva (ha) una flora e una fauna molto particolare, diverse fra loro e anche da quelle presenti sul vicino continente sud-americano (pur mostrando una stretta parentela con questa).
- Strane lucertole si erano differenziate in due specie: una adattata alla vita acquatica ( zampe palmate atte al nuoto) l’altra, adattata alla vita terrestre a brucare le piante spinose delle isole.
- Le tartarughe giganti terrestri si sono adattate a mangiare le foglie degli arbusti e l’erba con evidenti cambiamenti morfologici del carapace. Inoltre, hanno lo scudo dorsale a forma caratteristica in ciascuna isola, tanto che vedendone una si poteva stabilire da che isola provenisse.
- Fra gli uccelli dell’arcipelago, Darwin studiò i fringuelli. Ogni specie si mostrava adattata alle condizioni ambientali.
- In isole aride con piante a semi duri i fringuelli mostravano becchi forti e robusti, in altre con piante arboree i becchi erano lunghi e sottili, in altre isole verdeggianti avevano becchi meno sottili. Gli sembrò plausibile che tutti questi fringuelli fossero discendenti di una qualche colonia venuta dal continente e che poi avessero subito modificazioni indipendenti e particolari in ogni isola, adattandosi alle diverse condizioni offerte dall’ambiente.
- D. Conosceva la pratiche con cui gli allevatori riescono a modificare le caratteristiche delle specie domestiche.
- La selezione è possibile solo se gli individui di partenza sono diversi tra loro. L’allevatore sceglie seleziona gli individui con le caratteristiche utili più sviluppate, facendoli incrociare tra loro. Ripetendo la selezione per alcune generazioni, si ottengono individui con le caratteristiche volute.!
- Da una coppia di topi che si riproducono anche 8 volte l’anno, generando in media nidiate di 6 topolini, (in grado di raggiungere la maturità sessuale e quindi la capacità di riprodursi a loro volta a 2 mesi) in un anno potrebbe discendere una popolazione di 70 000 individui! Ogni specie ha una capacità riproduttiva di gran lunga superiore alle reali possibilità di sopravvivenza per tutti gli individui nati. Le risorse naturali disponibili sono insufficienti a soddisfare le esigenze di tutti gli organismi che nascono, perciò solo alcuni di essi (una netta minoranza) riescono a sopravvivere. Darwin chiamò lotta per la sopravvivenza la continua e accanita lotta tra gli organismi per mantenersi in vita.
- segnò la sua conversione dall’ortodossia del fissismo alla consapevolezza che le specie variano nel tempo e nello spazio e nuove specie possono continuamente comparire.
- Per tornare all’esempio della giraffa, D. non prevede nessuno sforzo per tendere il collo da parte degli antenati di questo animale. Fra di loro, nascevano individui col collo di lunghezza diversa, ma solo quelli che riuscivano a raggiungere i rami ancora provvisti di fogliame da brucare potevano sopravvivere e lasciare prole, che comunque era polimorfa. Nello spazio di numerose generazioni questo meccanismo selettivo, avrebbe portato gradualmente, alle giraffe attuali con il collo lungo.
- Ogni specie ha una capacità riproduttiva di gran lunga superiore alle reali possibilità di sopravvivenza per tutti gli individui nati. Secondo Darwin ciò è dovuto al fatto che… Le risorse naturali disponibili sono insufficienti a soddisfare le esigenze di tutti gli organismi che nascono, perciò solo alcuni di essi (una netta minoranza) riescono a sopravvivere. Ma quali sono gli organismi che sopravvivono e quali quelli che muoiono prima che possano riprodursi? Darwin chiamò lotta per la sopravvivenza la continua e accanita lotta tra gli organismi per mantenersi in vita. Per Darwin sopravvive il “più adatto” all’ambiente in cui vive, che non è necessariamente il più forte. Vediamo un esempio.
- La selezione naturale agisce continuamente ma per poter apprezzare i cambiamenti occorre molto tempo. Tuttavia, alcuni organismi, la cui vita è molto breve, si prestano meglio all’osservazione del succedersi di molte generazioni in poco tempo. L’esempio classico è quello della Biston betularia, una farfalla molto comune nelle campagne inglesi.
- tanto che nel 1895 erano il 98% della popolazione. A che cosa era dovuto questo fatto? La rivoluzione industriale aveva cambiato l’ambiente! La fuliggine delle fabbriche di carbone si era depositata sui rami di betulla rendendoli scuri e così le farfalle scure si mimetizzavano meglio.
- L’Anatomia comparata confronta strutture anatomiche appartenenti a organismi diversi; Prendiamo in esame l’arto anteriore di animali appartenenti a quattro specie diverse di mammiferi (un pipistrello, una balena, un cavallo e un uomo), non possiamo fare a meno di constatare come questo sia composto essenzialmente dalle stesse ossa (omero, ulna, radio, carpo, metacarpo e falangi), che, variamente sviluppate, si adattano perfettamente a scopi diversi: il nuoto nella balena, il volo nel pipistrello, la deambulazione nel cavallo e la prensione nell’uomo.Tutto ciò può essere spiegato presupponendo che i quattro animali presi in considerazione si siano evoluti partendo da un antenato comune i cui arti anteriori avevano tale struttura.
- l’embriologia comparata confronta dello sviluppo embrionale di organismi diversi. Se si esaminano gli embrioni di alcuni vertebrati, non si può fare a meno di notare una somiglianza che tende a decrescere con il progredire dello sviluppo e che è tanto più evidente quanto più le specie sono imparentate. Per esempio, negli stadi precoci degli embrioni mostrati nella figura, sono presenti cinque fessure branchiali che nei pesci daranno vita alle branchie vere e proprie,mentre nei vertebrati terrestri daranno origine ad altri organi come le ghiandole paratiroidi e il timo. Anche queste somiglianze sono fatte risalire dalla teoria dell’evoluzione a una comune discendenza di tutti i vertebrati da un comune antenato pisciforme.
- Le serie paleontologiche ossia la sequenza fossile, mostrano che i rappresentanti più antichi del gruppo, spesso molto diversi dagli attuali, si sono gradualmente trasformate nelle specie viventi del gruppo. La serie molto famosa dei “cavalli” fossili rapresentata in figura è relativa agli ultimi 60 milioni di anni. Gli antenati più antichi del cavallo erano gli eoippi grandi come un cane e con zampe munite di 4 dita; da essi sono nati i mesoippi poco più grandi e con zampe a tre dita; merichippi di forma più chiaramente equina e con zampe a tre dita due delle quali in via di riduzione; i pliohippi e poi i cavalli (genere Equus) con forma e dimensioni dei rappresentanti attuali, che l’uomo ha selezionato ottenendo varie razze.
- Oggi sappiamo che tutti gli organismi hanno nel DNA (alcuni nell’RNA) il codice della vita. Tutti gli organismi viventi sono costituiti fondamentalmente da proteine che, a loro volta, sono formate da circa 20 aminoacidi. Gli elementi essenziali per la vita: carbonio, ossigeno, azoto, fosforo e zolfo, sono comuni a tutti gli esseri viventi. Ciò che Darwin aveva sostenuto, ovvero che tutte le forme di vita sono legate fra loro in quanto discendenti da “una qualche forma primordiale”, ha trovato una ulteriore conferma nell’universalità del DNA e del codice genetico. Tutte le cellule, infatti, da quelle batteriche a quelle umane, hanno inscritto nel DNA le istruzioni che regolano i loro processi vitali e tutte usano lo stesso insieme di regole per trasformare queste istruzioni in proteine.