Filogenesi Animale: Introduzione all'evoluzione e diversità

Filogenesi Animale: Introduzione

La filogenesi animale studia l'origine e l'evoluzione di un insieme di organismi animali. Come nel caso della biologia dello sviluppo, anche la filogenesi può essere studiata con più approcci metodologici.

• Approccio paleontologico > riguarda lo studio dei resti fossili
• Approccio anatomico
• Approccio morfologico
• Approccio molecolare
• Approccio bioinformatico > creazione delle banche dati utili allo studio e al sequenziamento del genoma

Teorie Evolutive alla Base della Filogenesi

Le teorie sull'evoluzione cominciarono a diffondersi intorno al 1700. Ovviamente, molte di esse all'inizio furono ostacolate dalla diffusa dottrina religiosa. Ma con il ritrovamento dei fossili e con gli studi più approfonditi sulla biologia dello sviluppo, esse cominciarono a diffondersi sempre di più.

1. Teoria di George Cuvier

   Egli è considerato il fondatore della paleontologia e dell'anatomia comparata (cioè lo studio dell'anatomia di un individuo per poi compararla con l'anatomia di un altro individuo di una specie differente). Cuvier formulò la teoria delle catastrofi. Secondo questa teoria, nel corso tempo, la Terra sarebbe stata interessata da eventi catastrofici che causarono l'estinzione di un gran numero di specie. In questo modo, Cuvier era in grado di dare una spiegazione all'esistenza dei fossili.

2. Teoria di J. Baptiste Lamarck

   Lamarck propose, invece, la teoria dell'ereditarietà dei caratteri acquisiti. Egli fu il primo ad introdurre il concetto di ereditarietà di determinati caratteri, sulla base del loro uso o disuso. La teoria di Lamarck si opponeva a quella proposta da Cuvier. Infatti, Lamarck affermava che le specie non si estinguevano ma evolvevano in forme sempre diverse, al fine di adattarsi al meglio e di formare specie sempre più perfette. Un esempio utilizzato da Lamarck per spiegare la sua teoria è quello della modifica del collo della giraffa. I primi fossili di giraffa ritrovati mettevano in evidenza il fatto che esse, inizialmente, avessero il collo corto. Nel corso del tempo, secondo Lamarck, il collo delle giraffe si è allungato a causa dello sforzo effettuato per raggiungere foglie su alberi più alti al fine di cibarsi. Ovviamente, un processo di questo tipo in natura non è riscontrato. Anche se le giraffe fossero riuscite nel corso della loro vita ad allungare il proprio collo, questa caratteristica non sarebbe potuta essere ereditata dalla progenie (i nuovi individui avrebbero presentato nuovamente il collo corto). Infatti, ad oggi sappiamo che il concetto introdotto da Lamarck non è del tutto corretto perché i caratteri acquisiti non possono essere ereditati. Allo stesso tempo, i caratteri persi (in disuso) non possono essere persi.

3. Teoria di Charles Darwin

   Inizialmente Darwin era un creazionista. Durante un viaggio effettuato in diverse zone della Terra egli cominciò a capire come le diverse specie fossero evolute nel tempo.Grazie al suo viaggio e alle sue osservazioni formulò la teoria sull'evoluzione basata sulla selezione naturale; ad oggi è quella universalmente riconosciuta. Egli, insieme a Wallace, fu uno dei primi a porre l'attenzione sull'origine di una nuova specie. Nonostante ciò, egli non rese pubbliche le sue considerazioni dall'inizio poiché contrastavano con il suo credo religioso. Darwin, con la sua teoria, introdusse il concetto di ereditarietà di determinati caratteri (non quelli acquisiti come affermava Lamarck). Egli affermò che gli animali presentano delle caratteristiche diverse alla nascita ed è l'ambiente a selezionare le caratteristiche migliori. Secondo Darwin l'ambiente, mediante il processo di selezione naturale, influisce sulla predilezione dei soli caratteri vantaggiosi utili a uno sviluppo migliore della specie. I caratteri vantaggiosi possono essere ereditati dalla progenie. Solo gli individui con i caratteri adeguati aumenteranno di frequenza nelle generazioni. La teoria della selezione naturale dei Darwin spiega in modo differente lo sviluppo del collo lungo nelle giraffe. Come visto dal ritrovamento dei fossili, le popolazioni iniziali di giraffe avevano il collo più corto mentre altre presentavano il collo più lungo. Le giraffe con il collo corto producevano una prole sovrabbondante, però, incapace a trovare cibo. Le giraffe con il collo lungo producevano, invece, una prole capace di cibarsi da piante più alte (mentre tutte le piante più basse venivano mangiate dalle giraffe a collo corto). Per questo motivo le giraffe a collo lungo erano le uniche ad essere adattate all'ambiente circostante, in quanto erano le uniche a poter mangiare. Esse riproducendosi, mandano avanti i caratteri favorevoli alla propria prole e dopo diverse generazioni si otterranno solo giraffe dal collo lungo, che sono state favorite dall'ambiente. Osservazioni di Darwin: -le popolazioni crescono in relazione alle risorse che sono limitate, per cui esite una lotta alla sopravvivenza; -gli individui non sono tutti uguali tra loro; -la variazione è ereditaria, Da queste osservazioni, possiamo affermare che gli individui hanno sopravvivenza e capacità riproduttive diverse che favoriscono i soli caratteri vantaggiosi al fine di procacciare cibo (processo di selezione naturale). La selezione naturale sposta tutti gli individui verso quei caratteri; quindi, alcune specie si estinguono e altre si creano.

Trasmissione dei Caratteri Ereditari

Nella sua teoria, Darwin aveva capito che alcuni caratteri venivano ereditati al fine di preservare e adattare la specie, anche se ancora non comprendeva come questo fosse possibile. Solo dopo gli studi di Mendel si comprese in che modo funzionasse l'ereditarietà dei caratteri. Mendel effettuò degli studi sulle piante di piselli per capire come si trasmettessero i caratteri fenotipici. Incrociando dei piselli gialli lisci con dei piselli verdi rugosi, ottenne nella prima generazione piselli tutti gialli e lisci. Incrociando questi ultimi, nella seconda generazione ottenne piselli gialli e verdi lisci e gialli e verdi rugosi. Da questi esperimenti, Mendel riuscì a capire che i caratteri si trasmettevano alla progenie e che essi potevano essere dominanti o recessivi in base alla frequenza con la quale comparivano.

Neo-Darwinismo

Anche la teoria Darwinista con il tempo ha subito delle modifiche e si è adattata alle numerose scoperte e ricerche effettuate nel corso del tempo. Ad oggi parliamo, infatti, di teoria neo-darwiniana ideata da Julian Huxley. Essa si basa su cinque punti fondamentali.

• Tutti gli organismi discendono da un unico capostipite;
• Nascono più individui di quanti ne possano sopravvivere;
• La variabilità individuale è frutto di numerose mutazione geniche, responsabili della variabilità genetica;
• L'evoluzione agisce su intere popolazioni e opera sull'intero patrimonio genetico;
• La selezione naturale preserva le mutazioni vantaggiose, i cui portatori aumenteranno di frequenza (al contrario saranno eliminati)

Origine della Vita sulla Terra

La nascita della Terra la si fa risalire a circa 4550 milioni di anni fa. La comparsa dell'uomo è datata a 2,5 milioni di anni fa. Tutto il periodo che va dalla formazione della Terra fino ad oggi è stato diviso in eoni ed ere.

• Adeano Archeano
• Proterozoico
• Paleozoico > da qui comincia il fanerozoico
• Mesozoico . Cenozoico

Il periodo che precede il fanerozoico è detto pre-cambriano. In questo periodo la Terra era caratterizzata da un'unica massa circondata dall'acqua, detta Pangea. Nelle acque cominciavano a diffondersi organismi procarioti. Durante il fanerozoico (circa 500 maf) avvengono numerosi cambiamenti: compaiono organismi fotosintetici, cambia l'atmosfera, cominciano a svilupparsi gli eucarioti ecc. Questo lungo periodo, detto eone, comprende quattro ere.

1. Era paleozoica (590 maf) > trilobiti, era dell'esplosione del Cambriano
2. Era mesozoica (250 maf) > dinosauri e rettili
3. Era cenozoica (65 maf) > mammiferi
4. Era neozoica (attuale, 2 maf) > era dell'uomo

La comparsa dei vertebrati corrisponde al periodo del Cambriano. I primi vertebrati compaiono nell'Ordoviciano. Da un unico cordato si sono evoluti i diversi vertebrati nel corso del tempo. Durante le diverse ere, ovviamente, si sono susseguiti eventi diversi talvolta anche catastrofici. Uno dei primi eventi risale al Permiano (era paleozoica) durante il quale si verificò un'estinzione del 90% della specie. Un altro evento catastrofico ci fu nel Cretaceo (mesozoico) durante il quale si verificò un'estinzione di massa molto probabilmente a causa di un asteroide. In generale, durante il mesozoico sono avvenute numerose modifiche a livello della Pangea che ha cominciato a dividersi (formazione di Laurasia e Gondwana). Quindi, a partire dal mesozoico la Pangea è entrata in uno stato di progressiva modificazione, che continua ancora oggi, che ha causato la formazione di diverse zone che oggi conosciamo come continenti. (Africa, Eurasia, Nord America, Sud America, Antartide, Australia, India ecc.)

Laurasia e Gondwana

Laurasia Gondawaną b) nord America, Eurasia Africa sud America India Austrália Antartide c)

Classificazione degli Organismi

Il processo di classificazione degli animali è abbastanza complesso. Dal punto di vista anatomico è molto difficile classificare la grande varietà di animali esistente. Molto spesso presentano caratteristiche anatomiche simili dovute a: -Convergenza di progetto > in base all'habitat adattano le loro strutture. Quindi, anche specie differenti possono risultar anatomicamente simili in habitat simili, poiché soggette alle pressioni ambientali. -Ruolo biologico delle strutture anatomiche > spesso strutture uguali possono svolgere funzioni diverse. Ad esempio le penne degli uccelli possono essere utili alla termoregolazione e al volo, oppure possono essere utilizzate nella fase del corteggiamento. Ad esempio, se consideriamo un delfino, un tonno e uno squalo essi sono molto simili strutturalmente e condividono anche lo stesso habitat. Nonostante ciò, i delfini sono mammiferi placentati, i tonni sono osteitti e gli squali sono condroitti. Inoltre, possiamo distinguere strutture analoghe e omologhe.

• Strutture omologhe

  Hanno la stessa origine embrionale ma si sviluppano e modificano in maniera differente in base alle esigenze. Es. braccio di un uomo e ali di uccello. Lo stilopodio resta sempre formato da un solo osso, lo zeugopodio resta sempre formato da due ossa, l'autopodio si modifica in base alla specie.

• Strutture analoghe

  Non hanno la stessa origine embrionale e condividono solo la stessa funzione. Es. ali uccello e ali di insetto.