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Transcript

Agustina Manfredi

Alessia Bocci

Luca Gamerro

Martina Calocero

Sara Mattana

L'evoluzione e l'origine delle specie viventi

Bibliografia

Libro di testo:

La nuova biologia.blu plus

L'evoluzione dopo Darwin

La teoria dell’evoluzione si basava sulla teoria dell’evoluzione per selezione naturale di Darwin.

I meccanismi su cui agisce l’evoluzione in 5 punti:

  • La variabilità degli individui
  • La sovrabbondanza della prole
  • La competizione tra individui
  • La sopravvivenza del più adatto
  • La riproduzione che porta all’evoluzione

L'evoluzione dopo darwin

Questioni lasciate aperte da Darwin

La teoria di Darwin aveva molti punti a suo favore ma anche delle difficoltà:

  • Accettazione del gradualismo
  • incapacità di spiegare la variabilità individuale
  • documentazione fossile frammentata

Questioni lasciate aperte da Darwin

  • Mancanza di documentazione di tutte le specie vissute sulla terra
  • Scarsa possibilità di lasciare i fossili e che vengano ritrovati
  • Processo di fossilizzazione è casuale
  • Scarsità di fossili di transizione → il passaggio da una specie all’altra è rapido e non lascia fossili

Genetica delle popolazioni

Studia la base genetica dell’evoluzione e le modalità d’azione dei meccanismi evolutivi

Gli individui non si evolvono, le popolazioni si

Con la scoperta della doppia elica DNA si completa la teoria sintetica dell’evoluzione

Genetica delle popolazioni

Si avvale di equazioni matematiche per calcolare il pool genico

insieme di tutti gli alleli, con la propria frequenza relativa, presenti in una popolazione

  • Fine dell'800 → eclissi del Darwinismo
  • Nel 900 riscoperta Mendel → comprese le basi dell’ereditarietà
  • I Mutazionisti → mutazioni alla base della selezione naturale
  • Anni Venti e Trenta → vengono posti i principi fondamentali della genetica di popolazione

Genetica delle popolazioni

Legge di Hardy-Weinberg

La legge non è quasi mai rispettata, una deviazione da essa fornisce informazioni su come l’evoluzione sta avvenendo in una data popolazione

La legge descrive una situazione modello:

  • Frequenze alleliche costanti da una generazione all’altra
  • Frequenze genotipiche sono ricavabili dalle alleliche

Legge di Hardy-Weinberg

Le condizioni che devono essere soddisfatte per raggiungere l’equilibrio sono:

  • Accoppiamenti casuali
  • Popolazione di grandi dimensioni
  • No flusso genico
  • No mutazioni
  • La selezione naturale non deve influenzare la sopravvivenza di particolari genotipi

Formule della legge di Hardy-Weinberg

L'equilibrio di Hardy-Weinberg descrive le condizioni necessarie perché la struttura genetica di una popolazione si mantenga invariata nel tempo:

p2 + 2 pq + q2 = 1

Formule

p = frequenza allelica di A

q = frequenza allelica di A

Fattori che portano all'evoluzione

La variabilità genetica deriva dalle mutazioni che possono essere dannose, ininfluenti o vantaggiose se cambiano le condizioni ambientali.

Le mutazioni avvengono con un tasso molto basso, ma visto il grande numero di individui possono ugualmente portare a enorme variabilità.

Fattori che portano all'evoluzione

Questi processi favoriscono la riconbinazione, nuove associazioni tra alleli esistenti.

Deriva genetica

La deriva genica sono i cambiamenti casuali nelle frequenze alleliche. Questi avvengono nelle popolazioni nel corso delle diverse generazioni. I meccanismi che rendono evidente la deriva genica sono:

  • L'effetto collo di bottiglia
  • L'effetto del fondatore

Deriva genetica

L'effetto collo di bottiglia

Effetto collo di bottiglia

Quando delle popolazioni numerose attraversano dei periodi difficili, spesso gli individui che sopravvivono sono pochi. Questo fa si che sia alta la propabilità che la popolazione perda parte delle variabilità genetica, mettendo in pericolo la sopravvivenza della specie.

L'effetto del fondatore

L'effetto del fondatore consiste nel cambiamento della variabilità genetica dovuta alla colonizzazione di nuovi ambienti da parte di popolazioni. Anche questo processo diminurà la variabilità genetica della popolazione.

Effetto del fondatore

L'accopiamento non casuale

In alcune specie gli individui non scelgono casualmente i loro partner.

Accopiamento non casuale

Questo accoppiamento non casuale produrrà cambiamenti nelle frequenza genotipiche senza influenzare il processo riproduttivo.

È il caso dei bluebird, uccelli che scelgono il loro partner in base alla vivacità del manto dell'altro individuo.

Caratteristica morfologica, relativa all’aspetto

L’Adattamento e il concetto di Fitness

Processo fisiologico

Aspetto etologico

Adattamento: caratteristica di una specie che ne migliori le capacità di sopravvivenza in un determinato ambiente.

Acquisito per selezione naturale ed è una conseguenza di essa

Cambiamento di funzione di un carattere: origine adattativa di un carattere è differente dalla funzione attuale

La selezione naturale favorisce determinati GENOTIPI rispetto ad altri ma non lo fa direttamente su di loro MA sui modi in cui essi determinano i diversi FENOTIPI

Selezione

naturale e sessuale

Il contributo riproduttivo di un fenotipo alla generazione successiva, rapportato al contributo degli altri

fenotipi è = FITNESS

La selezione naturale agisce in modi diversi

La maggior parte dei caratteri è influenzata da più geni → la variabilità di questi caratteri è di tipo quantitativo

La selezione naturale può agire in vario modo producendo risultati diversi sui caratteri a variabilità quantitativa

La selezione naturale agisce in modi diversi

La selezione stabilizzante:

  • Favorisce individui con valori intermedi
  • Diminuisce la varietà della popolazione ma non cambia la media

La selezione divergente:

  • Favorisce gli individui che si discostano in entrambe le direzioni dalla media della popolazione
  • Cambiano le caratteristiche della popolazione

La selezione direzionale:

  • Favorisce gli individui che si discostano in una direzione o nell’altra dalla media
  • Cambia la media della popolazione

La selezione stabilizzante

Avviene quando in una popolazione il contributo alla generazione successiva degli individui con valori estremi per il carattere considerato è relativamente inferiore a quello degli individui con i valori più vicini alla media.

Non ne cambia la media ma la dispersione attorno al valore medio

riduce la variabilità di un carattere all’interno di una popolazione

La selezione stabilizzante

L’evoluzione tende a procedere lentamente perché di solito la selezione naturale è di tipo stabilizzante

Questo tipo di selezione favorisce la fitness degli individui con valori intermedi

La selezione direzionale

Avviene se in una popolazione il contributo alla generazione successiva dagli individui posizionati a uno degli estremi della distribuzione di un carattere, è maggiore rispetto al contributo dato dagli individui dell’altro estremo.

Il valore medio si sposta in direzione di quell’estremo

Se l’ambiente cambia, la tendenza evolutiva può anche cambiare direzione

La selezione direzionale

TENDENZA EVOLUTIVA: se la selezione direzionale agisce generazione dopo generazione

La tendenza evolutiva può anche arrestarsi

  • Se si raggiunge un fenotipo ottimale
  • Cambiamento si scontrerebbe cin fattori evolutivi controbilancianti

La selezione divergente

Avviene se il contributo alla generazione successiva apportato dagli individui posizionati ai due estremi della distribuzione di un carattere, è maggiore di quello degli individui prossimi alla media

La variabilità della popolazione aumenta

La selezione divergente

L’effetto della selezione divergente sulle popolazione naturali determina una DISTRIBUZIONE BIMODALE di uno specifico carattere

In una rappresentazione grafica questo è visibile da un andamento con due picchi ben distinti

La selezione naturale

Tipo particolare di selezione naturale che agisce sulle caratteristiche che determinano il successo riproduttivo

dannose

ma appariscenti

In questo modo Darwin spiegò l’evoluzione (nei maschi di molte specie) di caratteristiche

utili

La selezione naturale

La sua ipotesi era che questi caratteri consentissero a chi li possedeva di competere meglio con i membri dello stesso sesso per:

  • La conquista del partner → selezione intrasessuale
  • Risultare più attraente per l’altro sesso → selezione intersessuale

La selezione naturale favorisce caratteri che aumentano la sopravvivenza, la selezione naturale riguarda solo il successo riproduttivo

La selezione naturale può favorire alcuni tratti che aumentano la capacità riproduttiva del portatore ma ne diminuiscono le capacità di sopravvivenza

Fattori che influiscono sulla selezione naturale

Motoo Kimura, biologo giapponese padre della teoria neutrale

Fattori che influiscono sulla selezione naturale

Accumulo di mutazioni neutrali

Le mutazioni neutrali non subiscono la selezione naturale, per cui tendono ad accumularsi aumentando la variabilità genetica.

Accumulo di mutazioni neutrali

Ricombinazione sessuale

Accresce il potenziale evolutivo delle popolazioni.

Ricombinazione sessuale

La selezione dipendente dalla frequenza

Quando la fitness di un fenotipo dipende dalla sua frequenza, un polimorfismo può essere mantenuto dalla selezione dipendente dalla frequenza.

La selezione dipendente dalla frequenza

L’esistenza di sottopopolazioni separate geograficamente

La variabilità genetica all’interno di una specie è mantenuta anche dall’esistenza di popolazioni separate geograficamente, o sottopopolazioni, che sono soggette a fattori ambientali selettive differenti.

L’esistenza di sottopopolazioni separate geograficamente

L'instabilità ambientale

Le condizioni ambientali sono così variabili da indurre il polimorfismo di determinati geni all’interno di una popolazione.

L'instabilità ambientale

Vincoli imposti dai processi di sviluppo

Tutte le innovazioni evolutive sono modificazioni di strutture preesistenti che si adattano all'ambiente.

Vincoli imposti dai processi di sviluppo

L’evoluzione non produce il migliore dei mondi possibili

La complessità dei fattori che intervengono nei meccanismi dell’evoluzione ha generato un dibattito su come proceda l’evoluzione.

L’evoluzione non produce il migliore dei mondi possibili

Il concetto di specie e le modalità di speciazione

La definizione di specie biologica proposta da Ernst Mayr nel 1940 è quella usata anche oggi:

"le specie sono gruppi di popolazioni naturali realmente o potenzialmente interfecondi e riproduttivamente isolati da altri gruppi analoghi"

Il concetto di specie e le modalità di speciazione

Speciazione e isolamento riproduttivo

  • La speciazione è il processo graduale in cui una specie si suddivide in due o più specie figlie che si evolvono secondo linee distinte
  • L’isolamento riproduttivo è il criterio più importante per il riconoscimento delle specie

Ci sono 2 tipi di speciazione: allopatrica e simpatrica

Speciazione e isolamento riproduttivo

  • In una popolazione gli individui si accoppiano fra loro e non con individui di altre popolazioni
  • I geni si ricombinano e si crea un'entità evolutiva indipendente
  • Può insorgere attraverso 2 meccanismi: le barriere prezigotiche e barriere postzigotiche.

Speciazione allopatrica

  • L'efficacia della barriera fisica dipende dalle dimensioni e dalla mobilità della specie
  • Prima di essere separate le popolazioni sono di grandi dimensioni e le differenze che si sviluppano in seguito dipendono da vari fattori
  • È la modalità più diffusa di speciazione tra gli organismi
  • È la speciazione risultante da una suddivisione della popolazione dovuta a una barriera fisica
  • Questo tipo di speciazione può essere il risultato del superamento di una barriera già esistente da parte di alcuni membri di una popolazione

Speciazione allopatrica

Speciazione simpatrica

  • È la suddivisione di un pool genico in assenza di isolamento geografico
  • Il metodo più comune è basato sulla poliploidia

Speciazione simpatrica

Può derivare da:

  • Duplicazione dei cromosomi all’interno di una singola specie (autopoliploidia)
  • Fusione di corredi cromosomici appartenenti a due specie diverse (allopoliploidia)
  • Un individuo autopoliploide si origina quando i due gameti non si sono divisi durante la meiosi

Esempio: piante tetraploidi

  • La poliploidia in questo caso produce un isolamento riproduttivo in due generazioni
  • Sono un’eccezione alla regola secondo cui la speciazione è un processo graduale

Barriere riproduttive prezigotiche

Sono i meccanismi che impediscono l’incrocio tra individui di specie o popolazioni diverse, agendo sulla fecondazione:

  • Isolamento ambientale (individui di diversa specie nella stessa area geografica scelgono habitat diversi)
  • Isolamento temporale (due specie che non presentano un periodo riproduttivo in sovrapposizione)
  • Isolamento meccanico (fecondazione fra due specie è impedita da diverse dimensioni o forma degli organi riproduttivi)
  • Isolamento gametico (spermatozoi di una specie sono incapaci di aderire alla cellula uovo di un’altra specie)
  • Isolamento comportamentale (individui di una specie non riconoscono o accettano gli individui di un’altra specie)

Barriere riproduttive postzigotiche

Sono le differenze genetiche che riducono la sopravvivenza e il potenziale riproduttivo degli ibridi

  • Riduzione della vitalità dello zigote (gli zigoti ibridi sono incapaci di raggiungere lo stadio adulto e muoiono durante lo sviluppo)
  • Riduzione della vitalità dell’adulto (gli ibridi hanno un tasso di mortalità maggiore rispetto alla prole di una stessa popolazione)
  • Sterilità degli ibridi (gli ibridi possono svilupparsi normalmente in adulti, ma risultano sterili)
  • Fenomeni di rinforzo (la prole tra specie diversa è meno numerosa rispetto alla prole di una stessa specie)
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