David Sadava David H Hillis H Craig Heller

David Sadava, David H. Hillis H. Craig Heller, Sally Hacker La nuova biologia. blu Seconda edizione

Capitolo B 6 L’evoluzione e l’origine delle specie viventi Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

Temi del capitolo Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

1. L’evoluzione dopo Darwin /1 La teoria dell’evoluzione per selezione naturale di Darwin esponeva in cinque punti il meccanismo attraverso cui si evolvono le specie. 1. Variabilità individuale in una popolazione 2. Solo parte della prole sopravvive 3. Scarsità delle risorse 4. Alcuni individui hanno caratteristiche li rendono più adatti a condizioni ambientali 5. I più adatti sopravvivono e si riproducono Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

1. L’evoluzione dopo Darwin /2 La teoria elaborata da Darwin lasciava alcune questioni aperte; per esempio non spiegava come venisse generata la variabilità individuale su cui agisce la selezione naturale. La principale lacuna della teoria di Darwin era la frammentarietà della documentazione fossile. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

1. L’evoluzione dopo Darwin /3 All’inizio del Novecento lo studio delle variazioni osservate in natura porta alla scoperta delle «mutazioni» . La genetica di popolazione studia la base genetica dell’evoluzione e le modalità d’azione dei meccanismi evolutivi. Con la scoperta della doppia elica del DNA si completò la teoria sintetica dell’evoluzione. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

1. L’evoluzione dopo Darwin /4 La genetica delle popolazioni si avvale di equazioni matematiche per calcolare il comportamento di un determinato pool genico. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

1. L’evoluzione dopo Darwin /5 La legge di Hardy-Weinberg descrive le condizioni teoriche in cui una popolazione non è soggetta a evoluzione e le frequenze alleliche sono costanti da una generazione all’altra. All’equilibrio, le frequenze alleliche rispettano l’equazione di Hardy-Weinberg: p 2 + 2 pq + q 2 = 1 Una deviazione dall’equilibrio di Hardy- Weinberg, fornisce informazioni su come l’evoluzione sta avvenendo in una data popolazione. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

1. L’evoluzione dopo Darwin /6 Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

Rispondi 1. Quali erano i punti di debolezza nella teoria di Darwin? 2. Che cosa afferma il modello di Hardy- Weinberg? 1. Uno dei cardini del pensiero di Darwin era la mutazione / selezione. 2. L’equilibrio di Hardy-Weinberg si applica a popolazioni non troppo piccole / grandi. Ora tocca a te Usando un programma di calcolo, crea un modello che copi la figura nella slide precedente e consenta di valutare diversi rapporti percentuali. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 ACTIVE LEARNING Scegli le parole

2. I fattori che portano all’evoluzione /1 Le mutazioni sono all’origine della variabilità genetica in quanto producono nuovi alleli che, grazie alla ricombinazione, si associano in nuove combinazioni alleliche. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

2. I fattori che portano all’evoluzione /2 Il flusso genico, cioè la migrazione di individui e lo spostamento di gameti da una popolazione all’altra, può modificare le frequenze alleliche. La deriva genetica è l’insieme dei cambiamenti casuali che avviene all’interno delle frequenze alleliche in una popolazione nel corso delle generazioni. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

2. I fattori che portano all’evoluzione /3 L’effetto collo di bottiglia è la contrazione numerica degli individui di una popolazione in seguito a un evento ambientale. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

2. I fattori che portano all’evoluzione /4 Il cambiamento di variabilità genetica dovuto a popolazioni che colonizzano nuovi ambienti si chiama effetto del fondatore. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

2. I fattori che portano all’evoluzione /5 Quando gli individui di una popolazione si accoppiano con partner dotati di genotipi particolari si ha l’accoppiamento non casuale. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

Rispondi 1. In che cosa consiste la deriva genetica? 2. Che cosa si intende con il termine «flusso genico» ? 3. Perché la scelta del partner invalida l’equilibrio di Hardy. Weinberg? 1. La varietà in una popolazione è favorita da riproduzione sessuata / asessuata. 2. La carenza di eterozigoti può essere causata da accoppiamenti non casuali / ricombinazione. Ora tocca a te Homo sapiens mostra una varietà intraspecifica sensibilmente inferiore a quella di specie comparabili. Fai una ricerca e conferma o smentisci questa affermazione. Assicurati che le fonti siano attendibili. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 ACTIVE LEARNING Scegli le parole

3. La selezione naturale e sessuale /1 Un adattamento è una caratteristica di una specie che ne migliori le capacità di sopravvivenza in un determinato ambiente. La fitness è rappresentata dal contributo riproduttivo di un fenotipo (ovvero la capacità di generare il maggior numero di discendenti) in relazione a quello degli altri fenotipi. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La selezione naturale e sessuale /2 La selezione naturale agisce sui caratteri a variabilità quantitativa operando in diversi modi, tramite: • la selezione stabilizzante; • la selezione direzionale; • la selezione divergente. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La selezione naturale e sessuale /3 La selezione stabilizzante riduce la variabilità di un carattere all’interno di una popolazione. Questo tipo di selezione, infatti, favorisce la fitness degli individui con valori intermedi. Un esempio è il peso dei neonati. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La selezione naturale e sessuale /4 Nella selezione direzionale sono favoriti gli individui con una fitness che si discosta in una direzione o nell’altra dalla media. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La selezione naturale e sessuale /5 Nella selezione divergente sono favoriti gli individui con una fitness che si discosta in entrambe le direzioni dalla media, così da mantenere una distribuzione bimodale del carattere che li differenzia. Un esempio è la dimensione del becco di un piccolo uccello dell’Africa occidentale. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

3. La selezione naturale e sessuale /6 La selezione sessuale è un tipo di selezione naturale che agisce sulle caratteristiche determinano il successo riproduttivo. Un esempio di carattere legato alla selezione sessuale è l’enorme coda del maschio dell’uccello vedova. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

Rispondi 1. Come si definisce la fitness? 2. Con quali modalità si può realizzare la selezione naturale? 3. Che cosa distingue la selezione sessuale da quella naturale? 1. La media del valore fenotipico in una popolazione cambia a seguito di selezione …. . . . 2. Il combattimento tra trichechi è un caso di selezione intrasessuale / intersessuale. Ora tocca a te Il premio Nobel Jaques Monod, parlando dell’adattamento, lo definì un bricolage evolutivo. Chiarisci il senso di questa definizione e trova qualche caso che la esemplifichi. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 ACTIVE LEARNING Scegli le parole

4. I fattori che influiscono sulla selezione naturale /1 Alcune mutazioni non alterano la funzionalità delle proteine codificate, sono quindi neutrali. Le mutazioni neutrali non subiscono la selezione naturale, per cui tendono ad accumularsi aumentando la variabilità genetica. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

4. I fattori che influiscono sulla selezione naturale /2 La ricombinazione genetica che avviene con la riproduzione sessuata prende il nome di ricombinazione sessuale. La ricombinazione sessuale genera una grande varietà di combinazioni genotipiche, accrescendo il potenziale evolutivo delle popolazioni. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

4. I fattori che influiscono sulla selezione naturale /3 Quando la fitness di un fenotipo dipende dalla sua frequenza, un polimorfismo può essere mantenuto dalla selezione dipendente dalla frequenza. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

4. I fattori che influiscono sulla selezione naturale /4 La variabilità genetica all’interno di una specie è mantenuta anche dall’esistenza di popolazioni geograficamente separate, o sottopopolazioni, che sono soggette a fattori ambientali selettivi differenti. Quando le condizioni ambientali sono molto variabili, possono indurre il polimorfismo di determinati geni in una popolazione. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

4. I fattori che influiscono sulla selezione naturale /5 Tutte le innovazioni evolutive sono modificazioni di strutture preesistenti che si adattano all’ambiente. La complessità dei fattori che intervengono nei meccanismi dell’evoluzione ha generato un dibattito su come proceda l’evoluzione. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

Rispondi 1. Quali mutazioni sono definite come neutrali? 2. Che cosa si intende con «cline» in ambito evolutivo? 3. Quale aspetto della vita impone vincoli maggiori al processo evolutivo e per quali motivi? 1. La selezione dipendente dalla frequenza comporta la conservazione del …. . . . . 2. Una varietà locale di una data specie costituisce un ecotipo / cline. 3. La riproduzione sessuale aumenta di molto la variabilità / fertilità. Ora tocca a te In quanti modi diversi gli organismi hanno imparato a volare o a muoversi nell’aria? Batteri, funghi, piante e animali: le «ali» non sono tutte uguali! Raccogli informazioni sulla varietà delle strutture utilizzate per questa funzione e organizzale in un poster o in una presentazione multimediale. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 ACTIVE LEARNING Scegli le parole

5. Il concetto di specie e le modalità di speciazione /1 Il concetto di specie biologica definisce gruppi di popolazioni naturali realmente o potenzialmente interfecondi e isolati dal punto di vista riproduttivo. Questa definizione si allontana dal concetto di specie morfologica usato da Linneo. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

5. Il concetto di specie e le modalità di speciazione /2 La speciazione è il processo attraverso il quale una specie si suddivide in due o più rami che si evolvono secondo linee distinte. Per il processo di speciazione è fondamentale l’instaurarsi dell’isolamento riproduttivo. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

5. Il concetto di specie e le modalità di speciazione /3 La speciazione allopatrica è la modalità più diffusa tra gli organismi. Avviene quando una barriera fisica divide una popolazione in due sottopopolazioni distinte. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

5. Il concetto di specie e le modalità di speciazione /4 La speciazione simpatrica avviene in assenza di isolamento geografico. Può avvenire per diversificazione degli habitat e per selezione sessuale. Il metodo più comune è basato sulla poliploidia, cioè sulla produzione di individui provvisti di serie soprannumerarie di cromosomi. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

5. Il concetto di specie e le modalità di speciazione /5 L’isolamento riproduttivo può insorgere in seguito a barriere riproduttive prezigotiche o postzigotiche. Le barriere riproduttive prezigotiche impediscono l’incrocio tra individui di specie diverse prima della fecondazione. Includono: • isolamento ambientale; • isolamento temporale; • isolamento meccanico; • isolamento gametico; • isolamento comportamentale. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

5. Il concetto di specie e le modalità di speciazione /6 Le barriere riproduttive postzigotiche impediscono l’incrocio tra individui di specie diverse agendo dopo la fecondazione. Includono: • riduzione della vitalità dello zigote; • riduzione della vitalità dell’adulto; • sterilità degli ibridi. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

Rispondi 1. Che cosa si intende per «specie biologica» ? 2. Come si può spiegare la scarsa resa di un raccolto derivante da semi ottenuti ibridando due diverse specie di vegetali? 1. L’evento chiave per la speciazione è l’…. . 2. Il comportamento riproduttivo è uno dei possibili fattori di isolamento prezigotico / postzigotico. Ora tocca a te Cerca in Rete che animali sono la «ligre» e il «tigone» e utilizza le informazioni che trovi per una breve esposizione orale di 5 minuti. Concentrati sugli aspetti che possono interessare il processo evolutivo. DATI IN AGENDA Caldo pinguino Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 ACTIVE LEARNING Scegli le parole

6. Studiare l’evoluzione per proteggere biodiversità e salute /1 La filogenesi molecolare consente di studiare la biodiversità attuale, le caratteristiche di organismi estinti e la propagazione di malattie. Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 SOSTENIBILIÀ L’evo-devo è una branca dell’evoluzione che studia in modo comparato i processi di sviluppo in differenti animali.

6. Studiare l’evoluzione per proteggere biodiversità e salute /2 Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 SOSTENIBILIÀ Gli alberi filogenetici possono avere una scala temporale che consente di capire quando sono avvenute le principali diramazioni evolutive.

6. Studiare l’evoluzione per proteggere biodiversità e salute /3 SOSTENIBILIÀ Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020

Rispondi 1. Che cos’è e di che cosa si occupa la disciplina dell’evo-devo? 2. Qual è il campo di studio della filogenesi molecolare? 1. Il gene Pax-6 è coinvolto nello sviluppo embrionale di arti / occhi. 2. In un albero filogenetico, gli eventi di speciazione corrispondono a nodi / rami. Ora tocca a te Cerca informazioni in Rete che ti consentano di costruire l’albero filogenetico dei vertebrati e realizza un poster. Fai attenzione a dove collochi le ramificazioni. DIMMI LA TUA! Dodo e mammuth Sadava et al, La nuova biologia. blu – © Zanichelli 2020 ACTIVE LEARNING Scegli le parole