Darwin, Charles - Teoria dell'evoluzione

Qual è l'importanza della teoria dell'evoluzione?

La teoria dell’evoluzione è la teoria unificante della biologia, insieme alla teoria cellulare: non ci sono prove che dicano che questa teoria sia errata.
È una teoria così importante perché, così come l’ha proposta Darwin, risolve due problemi fondamentali della biologia:

1) Il paradosso dell’adattamento e disegno apparente: il fatto che ad ogni livello di organizzazione biologica, le cose sembrano essere state “disegnate apposta”.

2) La variazione e la diversità biologica: l’incredibile e caotica esistenza di una così vasta varietà di organismi. Esistono 5-100 milioni di specie viventi sulla terra, di cui solamente 1.7 milioni sono state descritte e denominate; tra queste 1 milione sono insetti e 600.000 sono scarafaggi.

Es. Esistono 183 specie di pigliamosche della Colombia (famiglia Tyrannidae), uccelli tutti molto simili tra di loro ma che hanno sviluppato caratteristiche distintive e non si possono incrociare tra di loro.

Osservazioni di Darwin

Charles Darwin nel suo libro “On the Origin of Species by means of Natural Selection” (1859), e nei successivi “Sexual Selection and the Descent of Man” (1871) e “The Expression of Emotions in Man and Animals” (1872) dice che:

1. Il disegno apparente si spiega tramite il processo della selezione naturale.

2. La diversità biologica si spiega grazie al processo di speciazione.

Darwin a 21 anni (1831) ha iniziato a viaggiare in dall’Inghilterra al Sud America, alle Isole Galapagos, in Sud Africa e in Australia; durante questi viaggi ha osservato e ha dedotto la teoria dell’evoluzione dall’osservazione delle varie specie di piante e animali. Quando tornò dal suo viaggio aveva già in mente la teoria dell’evoluzione che poi sviluppa per altri 25 anni.

Ha osservato, ad esempio, che piante che vivono nello stesso clima in Sud America, in Africa e in Australia appartengono a specie diverse ma sono simili tra loro. Inoltre, studiando i vari strati della terra, si rende conto di quanto sono lontane nel tempo le sue origini (molto più di 10.000 anni come si pensava all’epoca!).

Principi della selezione naturale

Partendo da dei presupposti è arrivato a delle conseguenze:

• Le popolazioni naturali hanno un potenziale riproduttivo illimitato, ma le risorse sono limitate (non tutti mangiano a sufficienza, ci sono i predatori, non tutti arrivano all’età riproduttiva…)

• La lotta per l’esistenza (competizione, opportunità per la selezione) e la variazione su base genetica (in tratti che influenzano la sopravvivenza e la riproduzione) fanno sì che abbiano successo quegli individui che presentano caratteristiche genetiche che permettono loro di sopravvivere meglio e riprodursi di più.

La logica dell’evoluzione si basa sulla selezione naturale: variazione, eredità e riproduzione differenziale.

La chiave della selezione naturale è il successo riproduttivo differenziale a causa di variazioni ereditarie; tutti hanno antenati, ma non tutti lasciano discendenti (es. i dinosauri).

Selezione sessuale e riproduzione

Darwin si chiese però “come ha fatto il pavone a selezionarsi?” La coda del pavone infatti è visibile ai predatori, è faticosa da portarsi dietro, richiede numerosi sforzi energetici, non ha alcun vantaggio apparente per la sopravvivenza: in realtà il pavone sviluppa queste piume perché gli garantisce maggiore probabilità di essere scelto da parte delle femmine e quindi di lasciare più figli --> selezione sessuale: “maschi focosi” e “femmine schizzinose”. Questo perché normalmente i maschi competono e le femmine scelgono (almeno negli animali).

Es. alcuni maschi animali hanno le corna mentre le femmine no perché devono competere (non servono alla sopravvivenza). Lo stesso per il pavone.

Il motivo per cui il maschio deve essere “focoso” e la femmina invece è “schizzinosa” è legato al fatto che il maschio, per definizione, produce gameti piccoli, mobili, numerosi ed energicamente meno dispendiosi, mentre la femmina produce pochi gameti grandi, sessili, ed energicamente molto dispendiosi  chi investe meno compete, chi investe di più sceglie.

In alcune specie i maschi si occupano della prole, quindi le femmine sono più grandi e più forti.

La selezione naturale è lenta mentre la selezione sessuale è rapida.

Mutazioni e variabilità genetica

La comparsa di mutazioni nel DNA determina un cambiamento di genotipo che a sua volta si riflette in un cambiamento a livello fenotipico. Questi cambiamenti fenotipici stanno alla base della variabilità nelle popolazioni e degli adattamenti; le pressioni selettive e il fatto che gli individui più adatti trasmettano i loro geni alle generazioni successive fanno sì che si abbiano dei cambiamenti nelle frequenze alleliche nel pool genico: dopo molte generazioni e ulteriori pressioni selettive nascono nuove specie le quali possono portare all’evoluzione oppure non sopravvivere ed arrivare all’estinzione.

Secondo l’ipotesi darwiniana, il mutamento è continuo e graduale e le nuove specie appaiono per l’accumulo continuo di variazione l’interposizione di barriere riproduttive.

Normalmente i cambiamenti che portano all’affermazione di nuove specie sono lenti e graduali, ma talvolta possono anche essere improvvisi.

Evoluzione e alberi filogenetici

Oggi il metodo più utilizzato per costruire gli alberi filogenetici è l’analisi del DNA genomico; la datazione esatta però può essere imperfetta (es. se si usa il DNA mitocondriale o il DNA genomico si possono ottenere risultati diversi).

Il risultato della comparazione genomica, fatta nel 2009, porterebbe a datare la separazione degli ominidi dagli scimpanzè a 6 milioni di anni fa, anche se i fossili portano a datarla molto più indietro (8 milioni).

Differenze nelle sequenze nucleotidiche del DNA come prova delle relazioni filogenetiche, come prova delle relazioni filogenetiche:

- Tra uomo e scimpanzè c’è

- Tra uomo e topo c’è

Conservazione genetica tra primati

Vi è una sorprendente conservazione dei geni tra le varie specie di primati, ma questo ci dice che il gene non è tutto --> è l’espressione del gene a determinare la differenza.

Il cariotipo dello scimpanzè è infatti molto simile a quello umano, con una differenza numerica di 2 cromosomi (46 nell’uomo vs 48 nello scimpanzè).