Evoluzione
Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.
In biologia l'evoluzione è il fenomeno del cambiamento, non necessariamente migliorativo, del genotipo (cioè del patrimonio genetico) degli individui di una specie. La teoria dell'evoluzione delle specie è un pilastro fondamentale della biologia moderna, anche se le cause e le modalità del suo manifestarsi sono tuttora oggetto di discussione e di ricerca.
Si parla di evoluzione in senso lato e nella vulgata popolare intendendo un processo di cambiamento, spesso migliorativo, da uno stato ad un altro.
L'evoluzione delle specie non è semplicemente dovuta alla selezione naturale, ma ad una molteplicità di fattori che interagiscono e si influenzano a vicenda; è per questo che l'evoluzione ha normalmente tempi lunghissimi ed è difficile da riprodurre in laboratorio. Uno dei pochi fenomeni di evoluzione osservabili, per via della estrema brevità dei cicli vitali in gioco e quindi della rapidità con cui è possibile osservare la successione delle generazioni, è quello relativo alla progressiva resistenza agli antibiotici da parte dei batteri. È necessario utilizzare sempre nuovi antibiotici per assicurare trattamenti efficaci e ciò è dovuto al fatto che i batteri, come tutte le specie, mutano, e in un ambiente a loro ostile come un corpo umano in terapia antibiotica, sopravvivono semplicemente quegli individui le cui mutazioni determinano una maggiore resistenza a quello specifico antibiotico. L'uso diffuso degli antibiotici (sia sugli uomini che sugli animali) non fa che selezionare i ceppi batterici più resistenti, con drammatica diminuzione dell'efficacia. L'introduzione di un nuovo e più potente antibiotico non farà che riproporre lo schema già descritto: tra le infinite mutazioni ve ne saranno sempre alcune che daranno un vantaggio riproduttivo (che renderanno cioè più "adatti") agli individui che le hanno subite. Anche i virus mutano rapidamente, producendo sempre nuovi ceppi, cosa che rende ancor più difficile cercare di contrastarli. Per questo motivo è difficile riuscire a produrre vaccini definitivamente efficaci contro l'influenza, visto che i tempi di mutazione del virus sono paragonabili ai tempi necessari per mettere in commercio un vaccino.
Indice |
[modifica] Storia
Sin da prima che Charles Darwin, il "padre" del moderno concetto di evoluzione biologica, pubblicasse la prima edizione de L'origine delle specie, le posizioni degli studiosi erano divise in due grandi correnti di pensiero che vedevano, da un lato, una natura dinamica ed in continuo cambiamento, dall'altro una natura sotanzialmente immutabile (La Scala Naturae di Linneo definiva le varie specie come entità create e incapaci di modificarsi o capaci entro ben determinati limiti). Su questo tema oggi il mondo scientifico non è più diviso: le scoperte di Mendel e Morgan nel campo della Genetica, i progressi della paleontologia e della biogeografia hanno conferito validità scientifica all'evoluzione delle specie.
Il dibattito si è così spostato su un altro tema: ci si interroga sulle modalità e le dinamiche dell'evoluzione e quindi sulle teorie che la possono spiegare.
Oggi sappiamo che l'evoluzione delle specie è avvenuta in seguito a trasformazioni, selezionate poi dall'ambiente; per arrivare a questa affermazione ci sono voluti molti anni. Infatti alla fine del 1700 lo scienziato Linneo sosteneva la teoria della fissità o teoria "fissista", la teoria, cioè, dell'immutabilità delle specie.
Solo all'inizio del XIX secolo iniziarono a sorgere, negli studiosi di Scienze Naturali i primi dubbi: negli strati rocciosi più antichi infatti mancano totalmente tracce (fossili) degli esseri attualmente viventi e se ne rinvengono altre appartenenti ad organismi attualmente non esistenti. Nel 1809, il naturalista Lamarck presentò per primo una teoria evoluzionista secondo cui gli organismi viventi si modificherebbero gradualmente nel tempo adattandosi all'ambiente: l'uso o il non uso di determinati organi porterebbe con il tempo ad un loro potenziamento o ad un'atrofia. Tale ipotesi implica quello che oggi viene considerato l'errore di fondo: l'ereditabilità dei caratteri acquisiti (esempio: un culturista non avrà necessariamente figli muscolosi. La muscolosità del culturista è infatti una manifestazione fenotipica, cioè morfologica, derivante dall'interazione dello sportivo con l'ambiente -il continuo sollevare pesi-, ma il particolare sviluppo muscolare non è dettato dal suo patrimonio genetico (genotipo)).
Lamarck trovò opposizione in Georges L. Chretien Cuvier, il quale aveva elaborato la 'teoria delle catastrofi naturali' secondo la quale la maggior parte degli organismi viventi nel passato sarebbero stati spazzati via da numerosi cataclismi e il mondo infatti sarebbe stato ripopolato dalle specie sopravvissute.
Dopo cinquant'anni Darwin formulò una nuova teoria evoluzionista; il noto naturalista, durante il suo viaggio giovanile sul brigantino Beagle, fu colpito dalla variabilità delle forme viventi che aveva avuto modo di osservare nei loro ambienti naturali intorno al mondo. Riflettendo sugli appunti di viaggio e traendo spunto dagli scritti dell'economista Thomas Malthus, Darwin si convinse che la “lotta per la vita” fosse uno dei motori principali dell'evoluzione intuendo il ruolo selettivo passivo dell'ambiente sulle specie viventi. L'ambiente, infatti, non può essere la causa primaria nel processo di evoluzione (come invece sostenuto nella teoria di Lamarck) in quanto tale ruolo è giocato dalle mutazioni genetiche, in gran parte casuali. L'ambiente entra in azione in un secondo momento, nella determinazione del vantaggio o svantaggio riproduttivo che quelle mutazioni danno alla specie mutata, in poche parole, al loro migliore o peggiore adattamento (fitness in inglese).
I principali meccanismi che partecipano in queste situazioni sono:
- meccanismi genetici
- meccanismi ecologici
[modifica] La sintesi moderna (neodarwinismo)
 |
Per approfondire, vedi la voce Neodarwinismo. |
La moderna teoria dell'evoluzione (detta anche "Sintesi moderna" o "Neodarwinismo") è basata sulla teoria di Charles Darwin, che postulava l'evoluzione delle specie attraverso la selezione naturale, combinata con la teoria di Gregor Mendel sulla ereditarietà biologica. Altre personalità che hanno contribuito in modo importante alla sviluppo della Sintesi moderna sono: Ronald Fisher, Theodosius Dobzhansky, J.B.S. Haldane, Sewall Wright, Julian Huxley, Ernst Mayr,George Gaylord Simpson e Motoo Kimura.
[modifica] Rapporti filogenetici
La maggior parte dei biologi credono nella discendenza comune: che tutta la vita presente sulla Terra discenda da un comune antenato. Questa conclusione si basa sul fatto che molte caratteristiche degli organismi viventi, come il codice genetico, in apparenza arbitrari, sono invce condivisi da tutti gli organismi anche se qualcuno ha ipotizzato origini multiple della vita.
I rapporti di discendenza comune tra specie o gruppi di ordine superiore si dicono rapporti filogenetici, e il processo di differenziazione della vita si chiama filogenesi. La paleontologia dà prove consistenti di tali processi.
Organi con strutture interne radicalmente diverse possono avere una somiglianza superficiale e servire a funzioni simili: si dicono allora analoghi. Esempi di organi analoghi sono le ali degli insetti e degli uccelli. Gli organi analoghi dimostrano che esistono molteplici modi per risolvere problemi di funzionalità. Nello stesso tempo esistono organi con struttura interna simile ma che servono a funzioni radicalmente diverse (organi omologhi).
Confrontando organi omologhi di organismi dello stesso phylum, ad esempio gli arti di diversi Tetrapodi, si nota che presentano una struttura di base comune anche quando svolgono funzioni diverse, come la mano umana, l'ala di un uccello e la zampa anteriore di una lucertola. Poiché la somiglianza strutturale non risponde a necessità funzionali, la spiegazione più ragionevole è che tali strutture derivino da quella del comune progenitore. Inoltre, considerando gli organi vestigiali, risulta difficile ammettere che siano comparsi fin dall'inizio come organi inutili, mentre se si ammette che avessero una funzione in una specie progenitrice la loro esistenza risulta comprensibile.
La mutazione (termine introdotto all'inizio del Novecento) consiste nella comparsa improvvisa, casuale ed ereditabile nelle future generazioni, di caratteristiche non possedute da antenati degli individui che le presentano. La ricombinazione genetica, causa della mutazione, può aver luogo sia durante la meiosi (riproduzione sessuata) sia per trasferimento di materiale genetico da una cellula all'altra (coniugazione o trasformazione batterica).
Con cladismo si intende la ramificazione evolutiva già figurata da Darwin nell'Origine della specie del 1856. Attualmente fonda la classificazione sulla prospettiva filogenetica. La paleontologia aiuta a comprendere con numerosi esempi come una specie madre possa dare origine a due o piu' specie figlie, per ramificazione dicotomica, utilizzando la distinzione fra caratteri primitivi e innovativi.
[modifica] Sopravvivenza differenziata delle caratteristiche
Con questo termine si intende quali caratteristiche sono presenti in una popolazione e se la frequenza di presenza aumenta o diminuisce (anche fino alla totale scomparsa). Due processi fondamentali determinano la sopravvivenza di caratteristiche: la selezione naturale e la deriva genetica.
[modifica] Selezione naturale
|
Per approfondire, vedi la voce Selezione naturale. |
La selezione naturale, è il fenomeno per cui organismi della stessa specie con caratteristiche differenti determinano, in un dato ambiente, un diverso successo riproduttivo, e quindi le caratteristiche che tendono ad "avvantaggiare" la riproduzione diventano più frequenti di generazione in generazione. Si ha selezione perché gli individui hanno diversa capacità di utilizzare le risorse dell'ambiente e di sfuggire a pericoli presenti (come predatori e avversità climatiche); infatti le risorse a disposizione sono limitate, e ogni popolazione tende ad incrementare la sua consistenza in progressione geometrica, per cui i cospecifici competono per le risorse (non solo alimentari).
È importante notare che mutazione e selezione, prese singolarmente, non possono produrre un'evoluzione significativa.
La prima, infatti, non farebbe che rendere le popolazioni sempre più eterogenee. Inoltre, per il suo carattere casuale, nella maggior parte dei casi essa è neutrale, oppure nociva, per la capacità dell'individuo che la esibisce di sopravvivere e/o riprodursi. La selezione, dal canto suo, non può introdurre nella popolazione nessuna nuova caratteristica: tende anzi ad uniformare le proprietà della specie.
Solo grazie a sempre nuove mutazioni la selezione ha la possibilità di eliminare quelle dannose e propagare quelle (poche) vantaggiose. L'evoluzione è quindi il risultato dell'azione della selezione naturale sulla variabilità genetica creata dalle mutazioni. L'azione della selezione naturale e delle mutazioni viene analizzata quantitativamente dalla Genetica delle popolazioni.
È anche importante sottolineare che la selezione è controllata dall'ambiente, che varia nello spazio e nel tempo e comprende anche gli altri organismi. Le mutazioni forniscono perciò il meccanismo che permette alla vita di perpetuarsi. Infatti gli ambienti sono in continuo cambiamento e le specie scomparirebbero se non fossero in grado di sviluppare adattamenti che permettono di sopravvivere e riprodursi nell'ambiente cambiato.
[modifica] Deriva genetica
|
Per approfondire, vedi la voce Deriva genetica. |
La "deriva genetica" è la variazione, dovuta al caso, delle frequenze geniche in una piccola popolazione. Nelle piccole popolazioni derivanti da una più vasta è anche importante l'effetto del fondatore, per cui esse possono avere casualmente frequenze geniche significativamente diverse da quelle della popolazione originaria. Grazie a questi due fenomeni piccole popolazioni possono "sperimentare" combinazioni genetiche improbabili in quelle grandi.
[modifica] La speciazione
Affinché specie oggi distinte possano discendere da un progenitore comune è necessario che le specie in qualche modo "si riproducano". Ciò richiede che una parte della specie subisca un'evoluzione divergente dal resto, in modo che ad un certo punto si siano accumulate tante variazioni da poterla considerare una specie distinta.
Ogni specie (a meno che non sia in via di estinzione o residuale) è formata da più popolazioni mendeliane. Esse non coincidono con le popolazioni ecologiche e sono definite come parti della specie al cui interno si ha un'ampia possibilità di incrocio. La speciazione è possibile quando tra popolazioni o gruppi di popolazioni si instaura un isolamento riproduttivo, ossia vi è uno scambio genetico pressoché nullo.
Se si realizza l'isolamento per un tempo abbastanza lungo, è impossibile che per puro caso si abbia la stessa evoluzione nelle due parti della specie. La divergenza evolutiva è ancor più marcata se i due gruppi vivono in ambienti diversi poiché la selezione agisce su di loro in modo diverso.
[modifica] Speciazione allopatrica
La speciazione allopatrica avviene quando l'evoluzione di parti diverse della specie madre avviene in territori diversi. È necessario che l'areale della specie sia discontinuo, ossia che sia diviso in porzioni disgiunte, separate da zone in cui la specie non può vivere. Si ha quindi un isolamento geografico. Più che l'isolamento geografico, il meccanismo di speciazione allopatrica sembra principalmente legato all' isolamento periferico: in seno ad una piccola subpopolazione, vivente ai margini dell'areale di distribuzione della specie in condizioni non ottimali, avviene la rapida differenziazione evolutiva e segregazione di una nuova specie in seguito al limitato scambio genetico con la popolazione principale.
[modifica] Speciazione simpatrica
Si ha speciazione simpatrica quando due popolazioni si evolvono separatamente pur vivendo nello stesso territorio. L'isolamento riproduttivo senza separazione geografica si può avere in due modi.
- L'isolamento ecologico è dovuto al fatto che le popolazioni occupano nicchie ecologiche differenti. Un esempio classico sono i fringuelli delle Galápagos, che han dato origine a specie diverse per alimentazione. Questo esempio non è ritenuto corretto dalla totalità degli ambienti scientifici, infatti, si potrebbe obiettare che la distanza tra le isole è una sorta di separazione geografica (quindi rientrerebbe nella categoria della speciazione allopatrica).
- L'isolamento genetico è causato da riarrangiamenti cromosomici stabilizzatisi in un piccolo gruppo, che non si può più incrociare con i cospecifici pur avendo inizialmente lo stesso fenotipo (criptospecie).
[modifica] Prove
Oggi l'evoluzione è considerata, dalla stragrande maggioranza dei biologi, un "fatto" supportato da una mole impressionante di prove di varia natura. Si tratta, perlomeno sino ad oggi, della migliore spiegazione razionale (quindi criticabile e modificabile) della diversità dei viventi.
[modifica] Prove paleontologiche
I dati della Paleontologia mostrano non solo che gli organismi fossili erano diversi da quelli attuali, ma anche che man mano che andiamo indietro nel tempo le differenze con gli organismi viventi sono maggiori.
Ad esempio, fossili abbastanza recenti possono essere attribuiti generalmente a generi attuali, mentre quelli man mano più antichi sono sempre più diversi e sono attribuibili ad altri generi; permangono talora caratteristiche di base, per cui possono essere spesso attribuiti agli stessi gruppi tassonomici di ordine elevato attuali. Ciò si accorda bene con l'ipotesi generale, che, arretrando nel tempo, ci avviciniamo alla radice dell'albero filogenetico.
La paleontologia mostra prove concrete dell'evoluzione, quando i fossili sono trovati nelle successioni stratigrafiche sedimentarie in abbondanza, laddove è rispettato il principio fondamentale geologico della sovrapposizione; una testimonianza significativa è quella degli ammoniti Hildoceratidi del Lias superiore (Giurassico) nell'Appennino umbro - marchigiano, che mostra passaggi tra genere e genere.
Qui, all'interno dell'unità litostratigrafica di origine marina del Rosso Ammonitico, è stata studiata una serie fossile raccogliendo varie centinaia di campioni, strato per strato, dimostrando che si è avuto un adattamento funzionale verso una sempre maggiore idrodinamicità, e giustificando l'idea darwiniana della selezione naturale. Questa evoluzione è da considerare simpatrica perché i suoi documenti sono presenti esclusivamente nell'area tetidea mediterranea. Per altro esiste una grande variabilità all'interno dei vari generi qui figurati; dal basso Praemercaticeras, più antico, poi Pseudomercaticeras, Mercaticeras e Merlaites.
Naturalmente sono conosciute serie evolutive fossili di altri organismi animali, vertebrati e invertebrati. I fossili dentro le rocce sedimentarie marine sono diffusi in tutte le parte del mondo e permettono indagini stratigrafiche molto dettagliate.
[modifica] Prove biogeografiche
La distribuzione geografica delle specie viventi, anche alla luce delle conoscenze sulla deriva dei continenti, ben si accorda con l'evoluzione organica.
L'enorme varietà di adattamenti dei Marsupiali australiani, ad esempio, può essere spiegata col fatto che la separazione dell'Australia dagli altri continenti precede la comparsa degli Euteri, per cui i Marsupiali terrestri australiani hanno potuto adattarsi a nicchie ecologiche per cui non dovevano competere con altri ordini di Mammiferi.
Anche la presenza di grossi Uccelli non volatori in grandi isole porta alle medesime conclusioni. Infatti, visto che esse erano già separate dai continenti alla comparsa degli omeotermi, solo gli Uccelli hanno potuto raggiungerle ed occupare nicchie terrestri solitamente occupate da Mammiferi.
Alle prove biogeografiche si possono aggiungere quelle paleobiogeografiche. la paleobiogeografia si occupa della posizione paleogeografica dei fossili, a partire da quella geografica attuale. L'argomento ha enorme importanza quando i fossili sono molto antichi (per es. quelli del Paleozoico e del Mesozoico), e talora danno indizi di speciazione allopatrica per migrazione. Tali studi, ancora poco sviluppati, devono essere eseguiti con il concorso della Biostratigrafia; in tal caso possono dare risultati eccezionali. un caso diverso è quello della presenza degli stessi fossili in aree oggi separate; Sudamerica e Africa infatti presentano in successioni rocciose simili, di origine continentale, fossili di rettili Sinapsidi simili del Permiano, 250 milioni di anni fa, a testimoniare che i due continenti erano uniti nel supercontinente Gondwana in quel lontano periodo.
[modifica] Prove matematico/informatiche
Gli algoritmi genetici sono delle metaeuristiche per la ricerca della soluzione ottima di un problema basate sulla logica del modello evoluzionistico. Studiando questo metodo si è visto come, partendo dalle ipotesi del modello evoluzionistico, si può arrivare all'evoluzione di più specie. Sono stati realizzati molti programmi per computer che simulano un ecosistema per diversi scopi (divertimento, studio dei meccanismi evolutivi naturali, studio degli algoritmi genetici). Anche questi hanno dimostrato la plausibilità del modello evoluzionistico.
Come si è detto chiaramente, né la matematica né l'informatica provano che sia andata così ma solamente che è possibile che sia andata così, ovvero che il modello evoluzionistico non contiene difetti logici.
[modifica] Critiche e alternative (Antievoluzionismo)
|
Per approfondire, vedi la voce Antievoluzionismo. |
Il concetto di Evoluzionismo ha ricevuto diverse critiche sia per motivi strettamente religiosi (Creazionismo biblico, professato dall'Ebraismo ortodosso e da alcune Chiese protestanti americane, ma non dalla Chiesa Cattolica), ma anche per opinioni riguardanti l'adeguatezza del meccanismo esplicativo neodarwiniano, o riguardanti la presunta insufficienza di prove della teoria di Darwin. Malgrado queste opinioni siano decisamente minoritarie nella comunità scientifica, e spesso non tengano conto di quanto la teoria originale di Darwin sia evoluta nel tempo, è giusto ricordare alcune di queste teorie alternative. Tra esse vi sono il Disegno Intelligente e il Devoluzionismo del biologo italiano Giuseppe Sermonti. La teoria di Darwin è anche avversata dal fisico italiano Antonino Zichichi, che ne nega la solidità matematica e ne attacca le prove biologiche e paleontologiche. D'altra parte Zichichi ha criticato la teoria di Darwin solo su pubblicazioni divulgative e non su riviste scientifiche sottostanti al meccanismo del peer review.
[modifica] Bibliografia
- Fracisco Ayala "Le ragioni dell'evoluzione", Di Renzo Editore, Roma, 2005
[modifica] Prove paleontologiche
- Venturi F. e Ferri R. (2001) - Ammoniti Liassici dell'Appennino Centrale. Volume unico. Stampa TIBERGRAPH di Città di Castello.
- Venturi F. e Rossi S. (2003) - Subasio, origine e vicende di un monte Appenninico. Volume unico. Porzi edit.. Stampa TIPOLITO PROPERZIO ASSISI.
- Stephen J. Gould, Bravo Brontosauro, Feltrinelli, 1993
- Stephen J. Gould, Quando i cavalli avevano le dita, Feltrinelli, 1999
- Stephen J. Gould, Il pollice del panda, Il Saggiatore, 2001
[modifica] Voci correlate
- Charles Darwin
- Stephen Jay Gould
- Richard Dawkins
- Genetica
- Paleontologia
- Antievoluzionismo
- Disegno intelligente
[modifica] Collegamenti esterni
[modifica] Evoluzionismo
- "L'orologiaio cieco" di Richard Dawkins (dal sito UAAR)
- Dai Dinosauri agli Uccelli
- Pikaia, il portale dell'evoluzione
- (EN) Gli scritti di Charles Darwin (in Inglese)
- (EN) Evolution News from Genome News Network
- (EN) National Academy Press: Teaching About Evolution and the Nature of Science
- (EN) Evolution for beginners
- (EN) RMCybernetics - AI Evolution can create emergent behavior in a computer program]
- (EN) "Evolution: Fact and Theory" di Richard E. Lenski
- (EN) "Neo-Darwinism: The Current Paradigm"
- (EN) "Convergent evolution of antifreeze glycoproteins in Antarctic notothenioid fish and Arctic cod"
[modifica] Simulatori di sistemi evolutivi
- (EN) Le specie isolate evolvono in modo da interagire in modo più efficiente con il loro ambiente (applet java)
- (EN) L'evoluzione in un sistema preda-predatore (applet java)
- (EN) L'orologiaio cieco (applet java)
it:Evoluzione
