L'evoluzione: dalla cellula alla complessità, Appunti di Biologia

Scarica L'evoluzione: dalla cellula alla complessità e più Appunti in PDF di Biologia solo su Docsity! L’EVOLUZIONE L’unitarietà della vita, nelle sue caratteristiche basilari, è prova convincente a sostegno della teoria dell’evoluzione, secondo la quale tutti gli esseri viventi risalgono da un antenato comune, il quale ha dato origine alla scala comune di tutti gli esseri viventi (siano essi unicellulari o siano essi pluricellulari) partendo dai pesci fino all’organismo più complesso, ossia l’uomo. Tutti gli esseri viventi possono essere considerati come pronipoti di un unico precursore comune a tutte le specie viventi che è stato identificato come LUCA➔ Last Universal Common Ancestor (l’ultimo precursore comune a tutta la catena evolutiva delle specie viventi) Perché si pensa che tutte le specie viventi hanno un precursore comune? Perché la materia che sia essa unicellulare o pluricellulare ha di base la stessa struttura, ha dei motivi che si ripetono uguali in tutte le specie viventi. Questo ci fa capire che siamo tutti legati come una catena; dunque, siamo imparentati l’uno con l’altro. Tutti gli organismi viventi pur essendo diversi per dimensioni, stili di vita e complessità, sono costituiti da molecole simili per composizione e funzione. Un esempio emblematico sta nel fatto che tutti gli organismi viventi condividono come unità base la cellula (sia gli organismi pluricellulari che gli organismi unicellulari sono costituiti da una cellula) che poi può essere più o meno complessa ed è qui che gioca l’evoluzione, perché man mano la complessità degli organismi aumenta è sintomo dell’aumentare anche la complessità della loro struttura. Dunque, non solo i mattoncini ci accomunano, ma ci accomuna anche la questione genica, in quanto tutti gli organismi viventi sono accumunati dal fatto di avere un DNA, quindi dei geni; abbiamo tutti un libretto delle istruzioni chiuso all’interno del nucleo che regola e porta avanti la vita Il discorso sulla vita ha sempre interessato diversi filosofi e di seguito gli scienziati. L’uomo si è posto sempre domande sulle sue origini e da come e quando si è originata la sua vita. Già intorno al IV e il VI secolo a.C. alcuni filosofi, come Anassimandro e Aristotele, cercarono di darsi delle risposte su come la vita si fosse evoluta e fino alla metà del Settecento, era opinione comune che le specie viventi fossero rimaste immutate fin dalla loro origine: • Anassimandro le forme di vita più semplici precedono le più complesse. Gli uomini derivano dai pesci. • Aristotele (IV secolo a. C.) gli organismi più semplici occupano lo scalino più basso, l’uomo quello più alto e tutti gli altri organismi si trovano in una posizione intermedia. • Linneo (1707- 1778)sosteneva che tutte le creature erano state create da Dio e che dalla creazione fossero rimaste immutate - Fissismo: tutte le specie sono state create con le loro caratteristiche attuali. Lo studio dei fossili è stato importantissimo nell’illuminare i principi dell’evoluzione. Infatti, nel 1700 quando si pensava che il fissismo fosse la verità assoluta, quando trovavano fossili di animali marini in montagna si pensava (tanto che si credeva nel fissismo) che fossero i resti di creature morte durante il diluvio universale, perché nella Bibbia si legge che le acque erano arrivate a sormontare anche le montagne e per cui se si trovavano degli organismi marini fossilizzati sulla cima di una montagna, altro non erano che organismi morti quando le acque del diluvio universale aveva invaso le terre emerse Nel 1700 George-Louis Buffon attraverso lo studio dei fossili dimostrava l’esistenza di antichi organismi talvolta molto diversi da quelli attuali, suggerendo che le specie viventi si trasformano nel tempo. Il naturalista Buffon avanzò l’ipotesi che i viventi fossero originati da un esiguo numero molto piccolo di antichissimi antenati. Dunque, Buffon è stato il primo ad avanzare l’idea di una discendenza di un antenato. Secondo Buffon, tutte le specie, sia vegetali che animali, non sono fisse nella forma e funzione, ma nel momento in cui una determinata specie dà origine a una forma migliorata, la precedente versione della medesima, scompare. Quindi, con Buffon cadde l’idea del fissismo in quanto i fossili parlavano, poiché attraverso i fossili si poteva notare che c’era una morfologia differente all’interno della stessa specie e quindi si ipotizzò una sorta di trasformazione da organismi primitivi ad organismi più complessi. Il contributo di Lamarck La prima teoria più o meno coerente sull’evoluzione dei viventi va attribuita a Lamarck (vissuto anche lui tra il 1700 e il 1800) che formulò la sua teoria dell’evoluzione per ereditarietà dei caratteri acquisti. Secondo Lamarck i caratteri venivano ereditati di generazione in generazione in base all’uso o al disuso di un determinato organo. Dunque, secondo lo studioso ogni specie deriva da altre preesistenti, strutturalmente più semplice e la loro evoluzione è resa possibile dall’interazione che esse hanno con i diversi ambienti (esempio della giraffa: se la giraffa è arrivata ad avere un collo così alto è perché deve arrivare a raggiungere le foglie più alte per potersi cibare e allungandosi sempre di più anche il collo si è allungato e questo carattere poi è stato trasmesso di generazione in generazione). Ovviamente, tutto ciò non può essere vero, perché se acquisisco un carattere attraverso l’uso o il disuso del carattere stesso non è un carattere trasmissibile ed ereditabile geneticamente. Infatti, dire che un carattere di questo tipo può essere trasmesso di generazione in generazione, è un po’ come dire che il figlio di un pugile abbia probabilità di nascere più muscoloso, ma se non ci sono geni che regolano quel determinato carattere quel carattere è impossibile che esce fuori. La teoria di Lamarck pur non avendo nessuna conoscenza effettiva del patrimonio genetico non trovò accoglienza dalla comunità scientifica. Alla luce delle attuali conoscenze di genetica la teoria di Lamarck è infondata. Tuttavia, Lamarck ha avuto comunque il merito di aver sostenuto che le specie evolvono nel tempo e gli aspetti più interessanti della teoria di Lamarck furono l’aver considerato l’ambiente come elemento importante della dinamica evolutiva. Georges Cuvier È un contemporaneo di Lamarck. Studiò a fondo le varie parti anatomiche degli animali approfondendo molto lo studio dei fossili. Dall’esame delle rocce sedimentarie, Cuvier concluse che nel tempo vi era stata una successione di forme viventi. Dalle più semplici alle più complesse. In questo scenario si introduce il papà dell’evoluzione che diventa il capostipite di una visione della vita completamente nuova: CHARLES DARWIN In che modo Darwin è diventato il capostipite di una visione della vita completamente nuova? Intorno al 1858 Darwin fornì le prove che la forza motrice dei cambiamenti era la selezione naturale. Darwin ipotizzò che nel corso delle ere geologiche si era avuta una continua formazione di nuove specie da specie preesistenti, attraverso il processo di “discendenza con variazione” o evoluzione. Fino ad ora il concetto di evoluzione non era stato ancora nominato. Chi era Darwin? Darwin nacque in Inghilterra e fin da ragazzo possedeva uno spiccato interesse per la natura. Il padre, medico, lo mandò alla scuola di medicina di Edimburgo, ma Charles riteneva la medicina noiosa. Il padre lo iscrisse quindi a Cambridge con lo scopo di fargli intraprendere la carriera ecclesiastica. Ironicamente, l'uomo, le cui origine sono viste da alcuni religiosi come un insulto alla fede, si laureò in teologia (seppur con il minimo dei voti). Fu proprio frequentando la facoltà di teologia che divenne, grazie alla sua spiccata curiosità per la natura, il pupillo del suo professore di botanica, il quale gli propose un viaggio a bordo del brigantino Beagle per alcune ricerche scientifiche. Nonostante i tentativi di dissuasione del padre, Darwin colse al volo l’opportunità di lavorare come naturalista al bordo del Beagle. L’esperienza sul Beagle fu definita da Darwin il primo vero periodo di addestramento e formazione per la sua mente. Il Beagle attraversò l’Oceano Atlantico, compì dettagliatamente rilevazioni idrografiche lungo le coste della parte meridionale del Sud America, poi passò l’Oceano Pacifico, raggiunse Tahiti e l’Australia per poi concludere la circumnavigazione del globo. La spedizione era inizialmente pianificata per durare due anni, ma in realtà ne furono impiegati ben cinque. Darwin durante questo periodo ebbe l’opportunità di osservare e appuntare tutte le caratteristiche e le variazioni che percepiva sul territorio che andava a visitare. Nel suo libro “L’origine della specie” Darwin affermò “Durante il mio viaggio a bordo della nave sua Maestà Beagle, fui colpito dalla distribuzione degli esseri viventi” - da L’origine della specie. La sua curiosità, dunque, si soffermò sul modo in cui gli esseri viventi si distribuivano nella regione in cui andavano ad abitare, ma non solo, restò colpito anche dalla diversa morfologia che gli esseri viventi potevano avere in relazione al territorio che abitavano. Le osservazioni di Darwin Osservò infatti un serpente dotato di arti posteriori rudimentali che definì “il passaggio grazie al quale la natura collega le lucertole ai serpenti”. Si meravigliò al cospetto dei pinguini che hanno ali non per volare in aria ma per remare in acqua. La sosta più significativa fu quella alle isole Galapagos, qui Darwin conobbe le tartarughe giganti e constatò che le isole diverse ospitano specie diverse molto differenti, come le branchie dei pesci e parti delle orecchie e della gola nell’uomo e in altri mammiferi. • Organi vestigiali: (dal latino vestigium: impronta): organi molto ridotti che non svolgono più alcuna funzione in certe specie. Si tratta di vestigia, cioè residui di organi ben sviluppati in lontani antenati che si sono ridotti in seguito all’adattamento a un modo di vita che non ne richiedeva più la funzione. Esempio: I muscoli per muovere l’orecchio, un carattere sviluppatissimo in altri mammiferi come il bue e il cavallo (che se ne servono per scacciare gli insetti) L’appendice cecale che è il residuo di una diramazione dell’intestino ben sviluppata negli erbivori. Bisogna considerare che l’intestino degli erbivori era lungo e col tempo si è accorciato diventando appendice. Ossa del coccige, che sono ciò che resta dello scheletro della coda. In corrispondenza dell’angolo sinistro dell’occhio umano permane una ridotta plica semilunare, la quale non è nient’alto che un residuo della membrana nittitante che in altri mammiferi, uccelli, rettili e anfibi è molto più sviluppata e può essere abbassata come una tendina trasparente che protegge e lubrifica gli occhi senza impedire la visione. È un organo vestigiale, che un tempo aveva una funzione ma che oggi ha perso la sua funzione. • Testimonianze fossili: I fossili mettono i biologi sulle tracce di organismi appartenenti a specie ancestrali rispetto a quelle moderne. Mostrano che gli organismi del passato erano diversi da quelli attualmente presenti e che molte specie si sono estinte. Oggi, un esempio attuale di selezione naturale che si evolvono e si adattano all’ambiente? Sono i virus e batteri; oggi vi è una problematica che riguarda la resistenza intorno agli antibiotici, perché possono produrre nuove generazioni in tempi molto brevi. Il risultato è che ceppi resistenti di questi patogeni possono proliferare molto velocemente. Si pensi al Covid che ha creato diverse varianti dal virus che si evolve. Se il genoma del virus evolve più velocemente dell’antibiotico/vaccino, si creano nuovi ceppi. L’EVOLUZIONE DEL GENERE HOMO L’essere umano è un mammifero placentato appartenente all’ordine dei primati. La maggior parte dei primati possiede uno scheletro che consente di assumere una postura piuttosto eretta e gli occhi collocati frontalmente. Inoltre, i primati possiedono unghie, polpastrelli sensibili, pollice e alluce opponibili hanno una visione a colori e un encefalo grande. Scimpanzé, oranghi e gorilla sono scimmie antropomorfe (cioè scimmie che ricordano i tratti dell’uomo), sono i primati più strettamente imparentati con gli esseri umani. Nella nomenclatura binomia, ad esempio Homo Sapiens, la prima parte rappresenta il genere (Homo) la seconda rappresenta la specie (sapiens). PRIMATI ANTROPOMORFI Gli scienziati tendono a chiamare ominidi l’insieme delle scimmie antropomorfe e dei membri della famiglia umana. Attualmente l’unico rappresentante di ominide è l’uomo moderno, appartenente alla specie Homo sapiens L’evoluzione, la si deve immaginare come un albero pieni di cespugli da cui si diramano dei rami dove più specie hanno convissuto contemporaneamente. Gli scimpanzè rappresentano l'apice di una branca evolutiva differente che ha acquisito carattere derivati propri dopo essere staccata dall’antenato che aveva in comune con l'uomo. La separazione tra la linea umana e quella degli scimpanzé avvenuta cica 5- 7 milioni di anni fa. L’evoluzione umana, dunque, non ha seguito un percorso lineare che ha avuto inizio con il primo ominide e che è terminato con Homo sapiens. Negli ultimi 5 o 6 milioni di anni sono comparse, hanno convissuto e si sono estinte circa 12 specie di ominidi e che per una ragione ancora non chiarita alla fine è rimasto solo l’homo sapiens. La nostra evoluzione, pertanto, ha avuto un andamento a forma di cespuglio, con molte ramificazioni, la maggior parte delle quali è terminata con l'estensione. Il fatto di essere imparentati e di avere un antenato comune è dimostrato anche dall’analisi del DNA: Confrontando il genoma umano con quello dello scimpanzé ne deriva che i due genomi sono identici per il 99%, una disparità dell’1% che rappresenta certamente un numero elevato quando il genoma comprende tre miliardi di paia di basi. Tutto ebbe origine in Africa Le testimonianze le rinveniamo dai fossili, che hanno dimostrato che la storia dell’uomo ebbe inizio in Africa, dove sono stati ritrovati i reperti antichi. Da questo continente gli esseri umani si sarebbero poi diffusi in tutto il mondo. La linea evolutiva umana, mostra chiare differenze con quelle delle scimmie antropomorfe, comprende non solo il genere Homo, ma anche gli Australopiteci*, i nostri antenati più antichi, con molti caratteri ancora scimmieschi, ma altri decisamente umani. Uno di questi è l’australopiteco Afarensis, meglio conosciuto come Lucy, il cui nome deriva dalla canzone dei Beatles. Questi Australopiteci hanno caratteristiche intermedie tra scimmie ed Homo, camminano in posizione eretta ma hanno ancora cranio ed encefalo piccolo. Quali sono gli elementi distintivi che permettono di attribuire un reperto fossile alla line evolutiva umana piuttosto che a quello delle scimmie antropomorfe? Una delle differenze sostanziale è la capacità della specie umana di muoversi utilizzando solo gli arti posteriori (bipedismo); l’acquisizione di tale capacità ha comportato numeri vantaggi, primo fra tutti la possibilità di utilizzare le mani per afferrare e per fabbricare oggetti. Si tratta di adattamenti che la selezione naturale ha favorito positivamente perché l’ambiente stava cambiando. Nelle foreste dell’Africa, nel corso di milioni di anni, si passa dalla Foresta alla savana, per cui gli alberi non ci sono più e venivano ad essere favorite quelle specie che avevano sviluppato un’andatura bipede, perché li rendeva più veloci. Homo Habilis➔ la prima specie del genere Homo. I fossili di ominidi del genere Homo, con un cranio decisamente più grande di quello degli australopiteci, fanno la loro comparsa in Africa attorno ai 2, 5 milioni di anni fa. Questi ominidi venero chiamati Homo Habilis, perché aveva imparato ad utilizzare le mani, di fatti aveva una buona manualità, questo è stato scoperto perché in prossimità dei resti di Habilis venivano sempre ritrovate pietre lavorate. L’homo Habilis scheggiava le pietre per diversi motivi, questo perché avevano anche un encefalo più grande e quindi connessione neuronali migliori, per cui aveva una percezione del mondo diversa. Nello stesso arco temporale e nello stesso luogo, fa la sua comparsa: Homo Erectus ➔ appartiene ad una specie differente poiché ha caratteristiche differenti; aveva un’andatura simile alla nostra; il cranio era, invece, molto diverso, basso e allungato con spesse creste sopraorbitali, la mascella sporgete con grandi molari priva di mento. L’intestino dell’homo Erectus è un intestino adatto ad una alimentazione a base di carne cotta, perché l’Homo Erectus è stato il primo ad imparare l’utilizzo del fuoco; quindi, aveva scoperto anche il vantaggio del cuocere la carne (sterilizzava l’alimento ed era più morbida). L’energia risparmiata nel gestire un intestino così lungo, l’Homo Erectus la impiegava nella genesi di un encefalo più grande e voluminoso, ciò comportava connessione neuronali migliore. Il volume medio dell’encefalo da 950 a 1200 cm3 (l‘uomo moderno di circa 1360 cm3). Circa 2 milioni di anni fa hanno colonizzato altre aree fuori da continente africano, è stato il primo a spostarsi in relazione alle situazioni contestuali. In Germania, nella valle di Neanderth si scopriva il primo Homo doc: Homo Neanderthalensis➔ un’altra specie di ominide i cui fossili appaiono in Europa e in Medio Oriente, i Neanderthal testimoniano un secondo esodo di Ominidi dall'Africa risalente a 600.000 anni fa. Essi erano caratterizzati da una corporatura robusta e tarchiata e da un cranio con caratteri primitivi (massiccio e allungato, con viso prognato, fronte bassa con arcate sopraccigliari molto marcate e mento sfuggente), ma anche da una capacità carnica praticamente analoga a quella dell’uomo moderno. La conformazione fisica è specchio del fatto che Neanderthal viveva in Germania durante il periodo delle glaciazioni, per cui il fatto di avere una grande quantità di massa grassa era utile per riscaldarsi. Seppellivano i morti accanto a offerte e un corredo funerario, il che fa pensare che credessero in una vita dopo la morte. Il primo sentore di cura verso l’altro è nato con l’homo di Neanderthal. Un’attenta analisi genetica modera dimostra che gli antenati degli esseri umani moderni si sono incrociati con i Neanderthal. - Cosa ci fa il gene di Neanderthal nel nostro genoma di Homo Sapiens? Perché ci siamo riprodotti; alcune ricerche condotte dal 1999 al 2005 mostrano che durante la diffusione dei Neanderthal era già comparso l'uomo sapiens, i fossili di Homo sapiens furono scoperti per la prima volta in una località della Francia sudoccidentale, denominata Cro-Magnon; Per questo motivo L’Homo sapiens viene anche chiamato uomo di CroMagnon. Se nel nostro DNA è presente quello di Neanderthal perché si sono riprodotti, viene meno il concetto di specie. Allora gli scienziati si sono interrogati a questo proposito e hanno indagato il DNA mitocondriale dei resti dell’uomo di Neanderthal e li hanno paragoniti ai nostri. In un secondo momento hanno analizzato il DNA genomico e si è trovata una corrispondenza. L’errore è stato quello di paragonare il DNA mitocondriale, perché è solo di linea matrilineare. Per cui l’incrocio è stato solo: maschio di Neanderthal e Femmine sapiens. (Lo studio del mtDNA sui Neanderthal indica che non vi fu alcun trasferimento genico dai Neanderthal agli esseri umani moderni. Ma lo studio dell’intero genoma suggerisce uno scenario diverso) Quindi mentre la popolazione dei nostri antinati si stava dirigendo dall’Africa verso il Medio Oriente, incontrando i Neanderthal e fu allora che avvenne l’incrocio. Homo sapiens➔ si è originato in Africa. Il cranio dell'homo sapiens è rotondo, il cervello voluminoso non c'è il prognatismo facciale, la fronte alta e spaziosa, le arcate sopraccigliari sono molto piccoli o assenti, il mento e prominente, la mandibola è ridotta, così come la dentatura. Lo scheletro, inoltre, è molto più gracile rispetto a Homo Neanderthal. Oggi, tutte le nostre conformazioni fisiche derivano da una selezione naturale; si pensi agli Africani che hanno le narici grandi, ciò consente loro di raffreddare meglio l’aria calda