l´evoluzione dei viventi
appunti della lezione in 1X 06/07
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http://pantransit.reptiles.org/images/1998-09-06/MuteSwan_family.jpgSappiamo che ogni organismo deriva da altri organismi precedenti attraverso la riproduzione. La riproduzione può essere asessuata, e in questo caso la progenie è identica geneticamente ai genitori, o sessuata, attraverso l´unione dei patrimoni genetici dei genitori, e allora la progenie è assai diversificata.

http://view.stern.de/pict/thumb/16881/510x510/thumb_91779cb6dfb64050d89bdcc3e1a9a2bf.jpgSappiamo anche che esiste un isolamento genetico per le specie: sia per riproduzione sessuata, sia per riproduzione asessuata, la progenie appartiene sempre alla stessa specie dei genitori. Per quanto siano diversi fra loro i vari organismi di una stessa specie, la specie è una comunità chiusa e il rimescolamento genetico avviene sempre al suo interno.

E osservando la sorprendente varietà delle specie che vivono, e la ancor maggiore varietà delle specie estinte, osservabili grazie alle testimonianze fossili, è logico porsi degli interrogativi circa l´origine di nuove specie.

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La teoria dell´evoluzione, altro non è che la spiegazione dei meccanismi che sono alla base del processo di trasformazione degli esseri viventi nel corso del tempo.

I primi organismi che apparvero sulla Terra furono i procarioti eterotrofi. Prima dei procarioti non esistevano essere viventi, ma solo molecole prebiotiche (la zuppa primordiale). C´è stato quindi un “passaggio” che ha permesso alle molecole prebiotiche di costituire organismi. E´ questo un punto cruciale: vi sono ipotesi diverse sull´origine dei primi esseri viventi, ma non esistono esperimenti riusciti che possano avvalorare l´una o l´altra congettura, e non esistono tracce fossili di questo passaggio. Si ritiene comunemente che l´aggregazione delle molecole sia avvenuta sull´argilla in pozze d´acqua poco profonde.

http://www2.unipr.it/~bottarel/epi/test/14/q1401q.htmGli organismi procarioti sono esseri unicellulari, e si riproducono per scissione binaria: ogni cellula produce due cellule geneticamente identiche. Il DNA contenuto nel cromosoma batterico fa una copia di se stesso prima della divisione e le due cellule figlie avranno lo stesso materiale genetico.
Ma le cose non vanno sempre in questo modo (per fortuna). Durante la copiatura del DNA (che contiene le informazioni sulle caratteristiche dell´organismo) possono avvenire degli errori. Se qualcuno pensa che gli errori abbiano sempre conseguenze negative si sbaglia! Gli errori per un lunghissimo periodo della storia della Terra furono l´unica fonte di variabilità genetica, insieme a qualche forma di scambio di DNA fra organismi conspecifici.

http://www.nist.gov/public_affairs/colloquia/dna.jpgGli errori nella copiatura del DNA sono detti mutazioni. Una mutazione genetica è una novità: può essere talmente negativa che l´organismo che la contiene non sopravvive, ma se sopravvive, allora verrà replicata ogni volta che l´organismo si riproduce. Si pensi che la velocità di riproduzione degli organismi unicellulari è elevatissima, e la percentuale di errori di copiatura è tutt´altro che trascurabile. Diventa così comprensibile come si possano generare ceppi di batteri molto diversi fra loro.

I mutanti, gli organismi portatori di novità genetiche, interagiscono con il loro ambiente, che opera la sua azione selettiva, promuovendo l´affermazione delle caratteristiche favorevoli ed eliminando quelle inadatte.

Il fatto è che l´ambiente non è stabile, anzi, è soggetto a continue variazioni: quindi, organismi che siano molto adatti in un determinato ambiente possono non essere in grado di sopravvivere al cambiamento, e d´altra parte, mutanti che in precedenza erano poco adatti possono ricevere improvvisamente un impulso all´affermazione delle proprie caratteristiche, e in habitat ormai liberati, possono riprodursi incrementando il loro numero. I cambiamenti ambientali possono essere così drastici da provocare delle vere e proprie crisi ecologiche globali: si pensi a cosa può aver comportato sulla Terra, la presenza di nuovi organismi capaci di produrre ossigeno, un veleno per la maggior parte degli altri esseri che a quei tempi la popolavano. Le crisi, tuttavia, non hanno determinato l´estinzione di tutti i viventi e i sopravvissuti hanno ogni volta ripopolato la Terra.

La variabilità e la selezione naturale sono due forze responsabili dell´evoluzione, e spiegano i cambiamenti degli organismi sul lungo periodo. I procarioti che oggi popolano la Terra sono certamente discendenti di quei primi esseri, ma con anche delle differenze. E´ importante però capire che anche tutti gli altri gruppi di organismi discendono dai primi procarioti: gli eucarioti unicellulari prima, e gli organismi pluricellulari poi (animali, piante e funghi).

Un forte impulso al processo evolutivo è derivato senza dubbio dalla comparsa della pluricellularità e con questa della riproduzione sessuata, circa 750 milioni di anni fa. Per tre miliardi di anni la Terra era stata popolata solo da organismi unicellulari!

La riproduzione sessuata comporta un grande incremento della variabilità. Gli organismi producono cellule specializzate per la riproduzione contenenti la metà del patrimonio genetico, le cellule sessuali maschili e femminili. Con la fecondazione si ha la fusione dei due patrimoni e la formazione di un´unica cellula da cui si sviluppa poi il nuovo individuo. In questo modo tutti i nuovi nati sono diversi fra loro e diversi dai genitori che li hanno generati. Fra l´altro, tra molti gruppi di pluricellulari si verifica un´alternanza di generazione: la riproduzione asessuata assicura un´ampia diffusione della specie, la riproduzione sessuata l´aumento di variabilità.

L´ultimo passaggio per comprendere il processo evolutivo è il come si verifica la formazione di nuove specie, le ramificazioni dell´albero evolutivo.
Sino a che c´è possibilità di rimescolamento genetico non è possibile la formazione di nuove specie. Gli organismi di una stessa specie sono interfecondi (accoppiandosi danno prole fertile) e finché possono accoppiarsi tutti gli elementi di novità, le mutazioni, si distibuiranno sull´intera specie. In tal modo, sul lungo periodo si verificheranno delle trasformazioni dovute alla pressione selettiva, ma non si formeranno ramificazioni nell´albero evolutivo. Perché ciò sia possibile è necessario l´isolamento riproduttivo e per un periodo di tempo molto lungo, dell´ordine di centinaia di migliaia di anni.

Gli organismi di una specie si distribuiscono su ampi territori suddividendosi in popolazioni. Questo è facile da comprendere per gli animali, che sono dotati di movimento. Ma per gli organismi sessili come le piante avviene qualcosa di analogo nella fase riproduttiva: le spore o i semi che esse producono possono essere trasportati a grandi distanze popolando territori fra loro molto lontani. Se per qualsiasi ragione si realizza un isolamento riproduttivo fra organismi della stessa specie per un lunghissimo periodo, accadrà che le differenze accumulate dalle varie popolazioni, che sono sottoposte a pressioni selettive in ambienti differenti, siano tali da determinare l´impossibilità di reincrocio. E´ noto che asino e cavallo sono specie affini. Se si incrociano un asino e una cavalla si genera un ibrido, un mulo, che è sterile. Pur essendo parenti prossimi, quindi, asino e cavallo non potranno mai più dar luogo a prole fertile, e la loro divergenza, nel tempo, non potrà che accentuarsi.

In conclusione, alla base del processo evolutivo ci sono:
  • la variabilità dei viventi, dovuta alle mutazioni e alla ricombinazione genetica;
  • la pressione selettiva esercitata dall´ambiente che si realizza nella lotta per la sopravvivenza (gli organismi devono continuamente competere: per procurarsi il cibo, per accedere al territorio e conservarlo, per poter riprodursi e per adattarsi ai mutamenti climatici e ambientali, e da queste competizioni sopravvivono i meglio adattati);
  • l´isolamento riproduttivo, che permette l´incremento delle specie.