Selezione Naturale e Speciazione: evoluzione e meccanismi

L'Evoluzione

Per evoluzione si intende una modificazione nel tempo delle caratteristiche fisiche, genetiche e biologiche di una specie.

Molluschi Squali moderni RaLle Amthi moderni Zebre Malas colacane Vermi segmentati Nonna Rettile $ Primi cavalli Primi Anfibi Pipistrelli Primi mammiferi Marsupiali Leoni Serpenti Cani Tartarughe 2 lucertole Nonna ma ifero Camaleonti Coccodrila Primi Carneepel Scimmie del vecchio monde Primi dinosauri Prised Gorilla Saurischi Nonna scimmia Roditori Primi uccelli Betanti moderne Papere Gatibors Oranghi Neandertal Pinguini Questo albero genealogico traccia l'evolu- zione della vita sulla Terra. Si concentra sulle «Nonne-, ma l'albero intero è molto più grande. Metti il dito su un punto qualsiasi lungo un ramo qualsiasi di questo albero: quel punto rap- presenta una popolazione di esseri viventi che si riproducono. Tutti gli organismi che si trova- no più avanti su quel ramo sono discendenti di quella popolazione, compresi tutti i rami che si dipartono da esso.

enealogico dell'evoluzione Cervi Balene moderne Carali moderni Prime balene Nonna Pesce Primi squas Pesci a pinne lobate Velmi pesci · pinne tagplate Odestoml Anguille > Echinodermi Pesci rossi Pesci spada Salmoni Funghi Tutta la vita sulla Terra è collegata eri cantorink Scimmie del Mesbasauri Sfenacodonti

Le Teorie dell'Evoluzione

Jean-Baptiste de Lamarck

TRASFORMISMO - i caratteri acquisiti durante lo sviluppo individuale sarebbero ereditabili

Charles R. Darwin e la Selezione Naturale

SELEZIONE NATURALE - secondo cui solo alcuni individui di una popolazione contribuiscono in maniera consistente alla generazione della prole, mentre gli altri individui contribuiscono meno o per niente.

Ground Finch (seed eater) Tree Finch (leaf, flower, fruit eater) Woodpecker Finch (insect eater) Warbler Finch (insect eater)

Selezione Naturale

Successo (di sopravvivenza e riproduzione) differenziale degli individui in una popolazione, dipendente dall'interazione con l'ambiente.

Si basa su due principi:
· La presenza di una certa variabilità di caratteri all'interno della popolazione che possano essere ereditabili
· Il fatto che questi caratteri diano dei vantaggi di qualche tipo nella sopravvivenza o riproduzione in un determinato ambiente.
Solo alcuni individui si riproducono lasciando una prole più abbondante

Principi della Selezione Naturale

Ipotizzata da Darwin, si basa su due principi:
· La presenza di una certa variabilità di caratteri all'interno della popolazione che possano essere ereditabili
I geni sono alla base dell'ereditarietà

I Geni e il DNA

I geni sono unità discrete del DNA e contengono l'informazione per la 'codifica' di determinati caratteri fisici o strutture cellulari Ogni gene può avere forme alternative dette alleli. Questi sono alla base della variabilità che esiste tra gli individui di una popolazione.

allele per il colore rosso coppia di cromosomi omologhi locus per il gene colore del fiore allele per il colore bianco

Genoma e Cromosomi

L'insieme del DNA contenuto in una cellula è detto genoma. Gli organismi superiori sono dotati di cromosomi (filamenti distinti di DNA) in duplice copia.

La trasmissione del DNA

Nella riproduzione vegetativa tutto il DNA del genitore è trasmesso al figlio (clone). Nella riproduzione sessuata il figlio riceve metà del genoma paterno e metà del genoma materno.

Gli Alleli, Omozigote ed Eterozigote

Gli Alleli possono essere uguali (e in quel caso l'individuo è omozigote per quel gene) oppure diversi (eterozigote)

Omozigote Eterozigote Omozigote

Fenotipo e Genotipo

L'apparenza esterna di un organismo per un determinato carattere è il suo fenotipo. Il fenotipo è l'espressione visibile del genotipo. Il fenotipo espresso dipende dalle relazioni di dominanza/ recessività degli alleli Il fenotipo può esprimere caratteri qualitativi o quantitativi

Definizioni di Fenotipo e Genotipo

Fenotipo: Rappresenta la manifestazione di caratteristiche fisiche e comportamentali Genotipo: insieme dei geni che compongono il genoma di un organismo che controlla la produzione di proteine e altre molecole fondamentali che determinano il suo fenotipo.

FENOTIPO D D AA aa Aa ALA a a A a GENOTIPO

Fenotipo e Ambiente

L'espresssione del fenotipo può essere influenzata dall'ambiente. La capacità di un genotipo di determinare fenotipi diversi in funzione di condizioni ambientali diverse è detta plasticità fenotipica. Non si tratta di genotipi che si adattano alle condizioni ambientali, ma di genotipi la cui espressione fenotipica può variare in funzione di fattori ambientali

Plasticità Fenotipica

Alcune piante possono modificare la proporzione tra foglie (e le loro dimensioni) e rami in funzione della luce disponibile Questa variabilità una volta che la pianta è adulta rimane permanente anche se le condizioni cambiano. In altri casi (come nell'acclimatizzazione) le risposte alla plasticità fenotipica sono reversibili

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La variabilità genetica nelle Popolazioni

La proporzione dei vari alleli dei geni è variabile a livello di popolazione (all'interno di subpopolazioni e tra subpopolazioni diverse) e viene detta pool genetico. L'evoluzione (insieme dei cambiamenti nei caratteri di una specie) determina questo pool genetico.

E D C A a A c b BE B b P a A C D C E C Db B d A 3 E e e B c ed

Adattamento

Complesso di modificazioni morfologiche, fisiologiche o comportamentali di un'organismo volte a migliorare la possibilitá di sopravvivere in determinate condizioni ambientali Gli adattamenti sono il risultato della Selezione Naturale

Principi della Selezione Naturale e Adattamento

Ipotizzata da Darwin, si basa su due principi:
· La presenza di una certa variabilità di caratteri all'interno della popolazione che possono essere ereditabili
• Il fatto che questi caratteri diano dei vantaggi di qualche tipo nella sopravvivenza o riproduzione in un determinato ambiente.
La selezione naturale agisce sui fenotipi ma influenza anche i genotipi

Modificazioni della Distribuzione dei Caratteri

La seIezione naturale può portare a modificare la distribuzione di alcuni caratteri (e quindi fenotipi) all'interno di una popolazione

Selezione Direzionale

Selezione Direzionale: Favorisce gli individui che presentano una caratteristica posta ad uno dei due estremi dell'intervallo di distribuzione quantitativa di un dato carattere.

1 1 1 1 c: selezione direzionale

Selezione Stabilizzante

Selezione Stabilizzante: Favorisce gli individui che presentano una caratteristica posta al valore medio dell'intervallo di distribuzione quantitativa di un dato carattere

1 1 b: selezione stabilizzatrice

Selezione Dirompente

Selezione Dirompente: Favorisce gli individui che presentano una caratteristica posta agli estremi dell'intervallo di distribuzione quantitativa di un dato carattere. Si formano quindi due picchi distinti di individui con caratteri opposti.

1 d: selezione disruttiva

Oltre la Selezione Naturale

Altri fattori possono modificare il pool genico:
• Mutazioni
· Deriva genica
· Spostamento di individui tra popolazioni
La selezione naturale però è l'unico processo che determina adattamenti

Deriva genetica: Collo di bottiglia

Variazione delle frequenze geniche di una popolazione, dovuta unicamente al caso.

Aa Aa AA aa AA Aa AA Aa aa Aa AA Aa Aa aa Población ascendente Frecuencia de A = p = 17/28 = 0,61 Frecuencia de a = p = 11/28 = 0,39 Población fundadora P = 2/6 = 0,33 q = 4/6 = 0,67 popolazione riduzione drastica originale degli individui sopravvissuti generazione finale

Speciazione

Evento di diversificazione lungo una linea evolutiva che da' origine a specie diverse Alla base della biodiversità tassonomica E' spesso il risultato di selezione naturale Poiche' due specie sono diverse se hanno meccanismi di isolamento riproduttivo ... la speciazione e' l'evoluzione di tali meccanismi, cioe' di barriere al flusso genico tra popolazioni

Concetto Biologico di Specie

CONCETTO BIOLOGICO DI SPECIE le specie sono gruppi di individui realmente o potenzialmente e illimitatamente interfecondi, separati riproduttivamente da altri gruppi simili (Mayr & Dobzansky).

Meccanismo di Speciazione

I meccanismi di speciazione sono lenti e non sono facilmente osservabili, si possono pero ipotizzare

Meccanismi Di Isolamento Riproduttivo 50 1 Isolamento spaziale MECCANISMI PREZIGOTICI Isolamento temporale Isolamento anatomico Isolamento gametico 190 200 Zigote ibrido anomalo MECCANISMI POSTZIGOTICI Ibridi infertili 210

Speciazione allopatrica

Speciazione allopatrica: tra popolazioni separate geograficamente Speciazione parapatrica: quando esiste contatto tra due popolazioni, ma si cominciano ad instaurare specializzazioni di qualche tipo Speciazione simpatrica: all'interno di una stessa popolazione, si ha una specializzazione di qualche tipo

Barriere di tipo geografico (es. monti, fiumi) Nel corso del tempo, non essendoci contatti né incroci, le due popolazioni cominceranno a divergere.

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Speciazione parapatrica

La nuova specie può evolversi in zone contigue, adiacenti rispetto alla specie ancestrale. Il primo passo della speciazione parapatrica, a confine tra due popolazioni, e' la formazione di una zona dove sono presenti degli ibridi delle due popolazioni Se gli ibridi sono svantaggiati, le due popolazioni rimarranno semplicemente due varianti geografiche della stessa specie collegate da un flusso genico che impedisce la speciazione Puo' tuttavia avvenire che gli ibridi vengano eliminati dalla selezione naturale. In questo caso le due popolazioni tenderanno all'isolamento riproduttivo, completando il processo di speciazione parapatrica.

(a) Anagenesis (b) Cladogenesis Copyright & Pearson Education, Inc., publishing as Benjamin Cummings.

Speciazione simpatrica

A partire da una singola popolazione, le due specie si evolvono nella medesima area geografica. In una popolazione ci siano delle varianti: La dimensione del becco determina il tipo di cibo che possono assumere La selezione naturale favorira' gli incroci che daranno una progenie in grado di cibarsi meglio e cosi' puo' avvenire che uccelli a becco grande comincino a segliere partner simili a loro. SI potranno cosi' formare meccanismi di isolamento riporduttivo tra le due varianti e alla fine si potra' assistere alla nascita di una nuova specie.

Certhidea olivacea Geospiza scandens Cactospiza pallidus Geospiza difficilis Fringuello canoro Camarhynchus parvulus Geospiza fuliginosa Becco a sonda Mangiatori di cactus Fringuelli terricoli Camarhynchus psittacula Fringuelli arboricoli Becco per afferrare Insettivori Becco per frantumare Granivori Platyspiza crassirostris Becco da pappagallo Frugivori Geospiza magnirostris Geospiza fortis