Biodiversità

Biodiversità: la vita si presenta sotto aspetti diversi

Per questo parliamo di biodiversità. Essa è frutto dell'evoluzione, ovvero un cambiamento che è un processo irreversibile. L'evoluzione è avvenuta nel corso delle ere e continua tutt'oggi. Dalla materia inorganica si è passati a quella organica, dai procarioti agli eucarioti unicellulari e pluricellulari. Con evoluzione parliamo sia di cambiamenti morfologici (micro e macroscopici) sia di cambiamenti comportamentali. Il cambiamento è frutto di mutazioni, queste sono stimolate da fattori esterni fisici e chimici, possono riguardare l'intero genoma, un cromosoma, o anche un tratto di cromosoma. Le mutazioni modificando il genotipo, agiscono modificando il fenotipo. Tali cambiamenti sono responsabili delle variazioni di un modello animale di base, a questo punto subentra la selezione naturale. Se la mutazione è favorevole e compatibile con la vita, essa viene trasmessa geneticamente e si mantiene nel corso della filogenesi; in caso contrario, la mutazione può essere causa di gravi problemi. Gli organismi più resistenti all'ambiente sopravvivono mentre i più deboli soccombono.

Speciazione allopatrica

La speciazione è un processo evolutivo grazie al quale si formano nuove specie da quelle preesistenti. Il fenomeno opposto è l'estinzione. Il concetto di speciazione è stato essenzialmente sviluppato da Ernst Mayr. Le diverse modalità di speciazione possono essere classificate in due ampie categorie: la divergenza adattiva, che consiste nello sviluppo graduale e in tempi lunghi di individui isolati sotto la spinta della selezione naturale, e la speciazione improvvisa, che avviene bruscamente e riguarda in massima parte la nascita di individui (di solito vegetali) con corredo cromosomico poliploide.

La speciazione allopatrica prevede l'esistenza di barriere geografiche che separando due popolazioni di individui della stessa specie in due territori differenti (definiti isole), interrompono il flusso genico della popolazione iniziale portando alla diversificazione di due specie differenti. L'isolamento geografico può essere legato alla presenza di barriere naturali preesistenti quali montagne, deserti, mari, etc. oppure essere il risultato di una modificazione ambientale (innalzamento del livello del mare, deviazione di un corso d'acqua, costruzione di barriere artificiali, etc.). Quando due popolazioni di individui della stessa specie si trovano in condizioni di isolamento, le nuove condizioni ambientali favoriscono per selezione ulteriori cambiamenti genetici, per cui, se l'isolamento persiste per un periodo sufficiente, la neo-specie non sarà più in grado di incrociarsi con la popolazione di origine. L'esempio classico, da cui prende origine questa teoria, è quello dei "fringuelli di Darwin", osservati da Charles Darwin sulle isole Galapagos.

Lo studio della biodiversità

Lo studio della biodiversità dipende da tre materie: la tassonomia, la sistematica e la filogenesi. La filogenesi studia la storia evolutiva, studia le relazioni evolutive tra entità biologiche che condividono lo stesso antenato e mette in evidenza i caratteri, distinguendoli in ancestrali (plesiomorfi) ereditati dal comune antenato, derivati (apomorfi) conseguenza di adattamenti. La sistematica evoluzionistica è una scienza che attraverso uno studio morfo-anatomico e funzionale mette a confronto gli animali tra loro: analizza ed elabora le somiglianze e stabilisce relazioni di parentela, distingue gli organismi meno evoluti dai più evoluti. La sistematica conferisce grande importanza al grado di adattamento per stabilire le classificazioni.

• Discontinuità morfologica: Se due taxa sono molto diversi, si classificano in gruppi differenti.
• Nicchia adattiva: Una zona adattativa eccezionale giustifica un rango gerarchico più elevato nella classificazione.
• Ricchezza di specie: Un gruppo che contenga molte specie avrà un rango più elevato di un altro in cui esse scarseggiano.
• Monofilia minima: I gruppi devono discendere da uno stesso progenitore, ma non contenere forzosamente tutti i discendenti dello stesso.

Gli alberi evolutivi ottenuti applicando questi criteri ricevono il nome di filogrammi. La tassonomia è l'aspetto pratico della classificazione, dal greco taxon che significa "mettere in ordine". Riunisce gli organismi che hanno caratteristiche comuni in taxon, questo è inserito in un livello gerarchico chiamato categoria. La tassonomia fornisce metodi per identificare gli organismi in base alle loro caratteristiche, denominarli ovvero nomenclare e collocarli in un sistema astratto costituito da categorie tassonomiche di taxa ordinate in serie gerarchiche. La specie è l'unità di base della tassonomia. La specie viene inserita in un insieme che prende il nome di genere poi nella scala gerarchica troviamo la famiglia, l'ordine, le classi, il tipo o phylum, il regno, e infine il dominio. Abbiamo tre domini: dominio Archea, Batteria ed Eucaria. I primi due sono formati da organismi procarioti e contengono organismi formati all'origine della Terra. Mentre l'ultimo è formato da organismi eucarioti. Gli organismi dello stesso phylum hanno un bauplan cioè un piano strutturale comune ma non necessariamente evidente dalla morfologia esterna. Ad esempio il phylum dei Cordata presenta: una coda dorsale, un sistema nervoso, un intestino un cuore ventrale e una coda, prolungamento del tronco.

Metodologia di studio

• Nome del phylum ed etimologia
• Morfologia (forma, dimensioni)
• Habitat
• Bauplan
• Condizioni di simmetria
• Classificazione
• Sensibilità e movimento
• Nutrizione
• Riproduzione
• Rapporti interspecifici/intraspecifici
• Importanza per l'uomo

Come si identifica una specie?

L'identificazione avviene attraverso la valutazione e l'esame di caratteristiche: morfo-anatomiche, strutturali e funzionali, cariologiche ovvero studio del cariotipo, biochimiche studio delle sequenze amminoacidiche e/o nucleotidiche, ecologiche, molecolari. L'esame morfo-anatomico definisce il concetto morfologico di specie. Si basa sulla forma, colore ecc. quindi sull'aspetto esteriore, ma ha i suoi limiti perché due individui possono essere morfologicamente quasi identici pur appartenendo a due specie diverse e geneticamente incompatibili. La specie non è un'entità fissa ma mutabile nel tempo in base a fattori interni ed esterni.

Diritto di proprietà

Chi descrive una nuova specie ha il diritto di porre il proprio cognome, dopo quello della specie seguito da una virgola e dalla data in cui è avvenuta l'identificazione, es. Musca domestica Linneus, 1758. Il campione di riferimento (olotipo) viene opportunamente conservato ed etichettato e viene custodito in luoghi come musei. Il nome dell'autore è indicato tra parentesi se è avvenuta una revisione sullo status di una specie (correzioni dopo un'iniziale descrizione), es. Varanus niloticus (Linneo, 1766), perché originariamente la specie era stata denominata Lacerta nilotica dallo stesso Linneo.

Codice internazionale di nomenclatura zoologica (CINZ)

Il nome scientifico deve essere scritto con caratteri tipografici diversi dal testo, Musca domestica, precisamente in corsivo se in un dattiloscritto, sottolineato se in un manoscritto Musca domestica. Il genere va scritto con la lettera maiuscola, l'epiteto riferito alla specie con la lettera minuscola. Il genere si può indicare con l'iniziale abbreviata ma mai omesso (M. domestica). Il nome scientifico (riconosciuto a livello internazionale) si accompagna ad un nome comune che varia a livello regionale. Il nome della specie non può essere usato da solo, non si può mai scrivere solo melanogaster. Specie di generi differenti possono avere lo stesso nome: es. Drosophila melanogaster (moscerino) Tamnophis melanogaster (serpente acquatico). Il nome della specie non si può abbreviare, la specie non ben identificata si indica con “sp”.

Concetti biologici di specie

(1942) La specie indica popolazioni naturali di individui interfecundi che danno vita a prole fertile e che sono riproduttivamente isolate da altri. (1969-1982) La specie è una comunità di popolazioni interfeconde che occupano una specifica nicchia in natura e sono riproduttivamente isolate da altre. Queste due definizioni sono state date da Ernst Mayr. Prima di Darwin quindi quando esisteva solo il creazionismo si riteneva che la specie fosse frutto di un ente creatore e fosse fissa e immutabile. Quindi si definiscono appartenenti alla stessa specie individui che hanno caratteri morfo-anatomici e strutturali simili ad un esemplare tipo che è etichettato e depositato in un museo. Gli organismi che presentano le stesse caratteristiche dell'esemplare tipo vengono assegnati alla specie che esso rappresenta.

Specie endemiche e cosmopolite

Facciamo una distinzione tra specie endemiche e cosmopolite. Le endemiche o autoctone vivono in specifiche aree geografiche limitate. L'endemisimo è infatti il fenomeno per cui alcune specie animali o vegetali sono esclusive di un dato territorio. Anche se, tecnicamente, il termine endemismo si può applicare anche a territori vastissimi, come interi continenti (per esempio gli armadilli sono endemici dell'America). Esistono due categorie principali di endemismo: paleoendemismo, utilizzato per indicare specie anticamente diffuse in areali ampi, ma per qualche motivo sparite in gran parte dell'areale originario, così che oggi le si può trovare solo in ambienti ristretti. Neoendemismo, utilizzato in riferimento a specie di comparsa relativamente recente in determinati ambienti, ad esempio in seguito ad ibridazione ancestrale con altre specie. Si parla invece di endemismo puntiforme quando l'areale della specie è limitato ad un ambiente di piccole dimensioni senza che vi sia la possibilità di espansione naturale dello stesso; esempio di endemismo puntiforme in Italia è il carpione del Garda. Spesso gli endemismi puntiformi corrono seri rischi di estinzione. Gli endemismi sono particolarmente diffusi nelle isole, dove sono favoriti dalle barriere geografiche che evitano la dispersione zoologica. Le cosmopolite hanno quasi una distribuzione mondiale. La mosca ad esempio è un insetto cosmopolita. Infine oltre questi due tipi di specie ne esistono alcune dette aliene o alloctone che colonizzano un areale diverso da quello in cui sono nate. Una specie aliena che si inserisce in un nuovo habitat può essere non adatta o non in grado di adattarsi e quindi estinguersi nel nuovo areale o mantenere livelli di popolazione molto bassi, magari solo per un breve periodo di tempo. Esistono molti casi in cui, però, una specie aliena riesce ad adattarsi e a sopravvivere in un habitat nuovo. In questi casi la specie può prosperare nel nuovo ambiente, riproducendosi anche in grandi numeri e per lunghi periodi di tempo. Una specie aliena che si adatta a un nuovo habitat ne altera l'equilibrio, ad esempio entrando in competizione con una o più specie autoctone. In alcuni casi, la specie alloctona prende il sopravvento su una o più specie originarie, portando le popolazioni autoctone persino all'estinzione. La diffusione delle specie aliene è sempre legata a fattori antropici. Tra le vie di introduzione note ci sono le acque di zavorra delle navi, ad esempio caricate in paesi tropicali e scaricate nei porti europei piene di larve (ad esempio molte specie di meduse, di molluschi). Negli ultimi anni, inoltre, sta avendo luogo una vera e propria migrazione di specie aliene di pesci dal Mar Rosso al Mar Mediterraneo, in seguito all'apertura del Canale di Suez. Queste specie sono definite lessepsiane, da Ferdinando di Lesseps che progettò e realizzò il canale.

Prove dell'evoluzione

Come abbiamo detto l'evoluzione è un processo lento, irreversibile che non ha una fine. Uno dei più importanti eventi della storia della vita sulla Terra è l'esplosione cambriana ovvero l'evento paleontologico consistente nella nascita in un tempo phyla molto ristretto su scala geologica della maggioranza dei di animali complessi, avvenuta circa 530 milioni di anni fa, nel Cambriano. I resti fossili di questo periodo segnano una netta differenza tra gli organismi semplici precedenti, unicellulari che vivevano isolatamente oppure occasionalmente organizzati in piccole colonie, e gli organismi pluricellulari successivi.

Ci sono varie prove dell'evoluzione: dalla paleontologia, la ricostruzione storica della diversità animale e può essere fatta attraverso i fossili. Questi dimostrano come la forma degli animali sia cambiata nel tempo geologico: confronto tra nuovi organismi e organismi estinti. L'esame del bauplan permette il confronto tra animali con organizzazione semplice e animali ad organizzazione più complessa. Le forme intermedie spiegano importanti passaggi evolutivi. Embriologia comparata: durante lo sviluppo embrionale vengono ripercorse le tappe dell'evoluzione. Una sola cellula (zigote = protozoi), più cellule (morula blastula = poriferi), due foglietti (ectoderma endoderma = cnidari), tre foglietti (ecto, endo mesoderma = platelminti). Un'altra prova è l'anatomia comparata, a dare certezza di processi evolutivi in un determinato gruppo animale è lo studio delle omologie in termini ad esempio di organi omologhi. Strutture omologhe hanno stessa origine embrionale ma funzione diversa. Ad esempio l'arto anteriore in tutti i tetrapodi ha la stessa origine embrionale, risulta costituito da omero, ulna, radio, ossa carpali e metacarpali tuttavia presenta diverse funzioni in anfibi, rettili, uccelli e mammiferi e ciò è causa dell'influenza esercitata dall'ambiente. Le strutture vestigiali sono un'altra prova. Sono considerate vestigia quegli elementi di un organismo (ad esempio l'uomo) che in esso persistono, ma che hanno perso del tutto la funzionalità che invece avevano in un antenato o nell'embrione. Si possono individuare due tipi di vestigia: filogenetico e ontogenetico. Nel primo caso un esempio classico è l'appendice vermiforme, residuo intestinale erbivoro, nel secondo l'ombelico. Un'altra struttura vestigia sono le ossa coccigee nell'uomo residuo della coda, e il sacco del tuorlo negli stadi precoci dello sviluppo embrionale dei mammiferi. Uniformità del ciclo vitale e della struttura dei gameti: a partire dagli organismi pluricellulari, tutti seguono lo stesso ciclo riproduttivo (meiosi per ridurre il numero di cromosomi e ricostituzione dello stesso nello zigote). I gameti differenti per aspetto hanno le stesse caratteristiche dai poriferi all'uomo.

Organismi primitivi: Archea e Batteri

Gli Archea sono degli esseri molto primitivi che hanno un'organizzazione cellulare procariota, dove la parete cellulare non contiene peptido-glicano a differenza del dominio batteria. Sebbene siano presenti in ambienti più ospitali, come il plancton, gli Archei sono gli abitatori degli ambienti più estremi e inospitali della Terra. I termofili possono svilupparsi a temperature ben superiori ai 100 °C, gli psicrofili a quelle inferiori a -10 °C, mentre gli acidofili e gli alcalofili crescono rispettivamente in ambienti estremamente acidi o alcalini, infine gli alofili prediligono ambienti a elevatissima salinità. Date le condizioni estreme in cui possono svilupparsi, gli Archei presentano una composizione biochimica unica delle loro strutture di rivestimento, che conferisce loro una notevole impermeabilità e che li differenzia sia dai batteri che dagli eucarioti. La parete cellulare degli Archea è composta da proteine e polisaccaridi.

I batteri sono microrganismi unicellulari, procarioti, in precedenza chiamati anche schizomiceti, si dividono in gran positivi e gran negativi, i positivi siccome hanno una parete cellulare contenente peptidolegato riescono a trattenere meglio il colorante mentre i negativi avendo una parete sottile non riescono a trattenerlo e il colorante si diffonde. I batteri possono assumere varie forme e vengono distinti per il loro comportamento. Quelli aerobì vivono in presenza di ossigeno, quelli anaerobi in mancanza di ossigeno. Ci sono batteri utili e dannosi. Quelli utili sono gli azotofissatori come i cianobatteri che vivono in un ambiente acquatico poi abbiamo gli Azotobacter e Rhizobium che vivono all'interno dei noduli radicali delle piante appartenenti alla famiglia delle leguminose. Ci sono anche i batteri decompositori che degradano le sostanze organiche assicurando così il riciclo di elementi chimici indispensabili per gli esseri viventi. Molte piante non possono assorbire l'azoto direttamente per questo i batteri trasformano l'azoto in sostanze assimilabili dalle piante. La stessa cosa succede con gli erbivori che non possono assimilare direttamente i vegetali, ma ciò è possibile grazie ai batteri che si trovano nel loro organismo. Quelli dannosi sono il Clostridium botulinum che si trova nelle riserve, il Clostridium tetani e il Mycobacterium tuberculosis.

Il dominio Eucaria

Tra il dominio Eucaria troviamo il regno Protista, le piante, i funghi e gli animali. Nel regno Protista ci sono organismi eucarioti unicellulari con metabolismo autotrofo e eterotrofo: comprendono specie che possono essere considerate ai confini tra i regni delle piante, degli animali e dei funghi. Si riproducono per lo più asessualmente, per divisione cellulare, e talvolta sessualmente. Secondo il modo di procurarsi il nutrimento, i protisti si possono distinguere in tre grandi raggruppamenti: protisti autotrofi, fotosintetici, assimilabili alle piante; protisti eterotrofi o protozoi, assimilabili agli animali; protisti fungini.