Teorie, processi ed esempi di evoluzione biologica

IL Evoluzione biologica È il cambiamento nelle proprietà dei gruppi di organismo nel corso delle generazioni. Gruppi di organismi della stessa specie sono noti come "popolazioni biologiche".

In sostanza, la moderna teoria neodarwinista dell'evoluzione afferma che ciò consiste in un graduale cambiamento di vita. Questo è iniziato - presumibilmente - con una molecola con la capacità di replicarsi circa 3.5 miliardi di anni.

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Con il passare del tempo, si è verificato un ramo dei lignaggi e si è alzata nuove e diverse specie. I meccanismi per questo cambiamento evolutivo sono la selezione naturale e la deriva genica.

La biologia evolutiva cerca di comprendere l'origine della diversità biologica e come mantiene. Come è una scienza centrale in biologia, è generalmente considerato un pensiero unificante, che integra le diverse discipline delle scienze biologiche.

Questa proprietà unificante della biologia evolutiva era contrassegnata nella famosa frase di Theodosius Dobzhansky: "Nulla ha senso in biologia, se non è alla luce dell'evoluzione".

Al giorno d'oggi, la biologia evolutiva ha goduto di tutti i progressi nella scienza, consentendo di ricostruire le filogenie utilizzando numerose analisi statistiche di caratteristiche molecolari e potenti.

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Qual è il processo evolutivo?

L'evoluzione è un termine che deriva dalle radici latine Evolvere, che si traduce come distribuzione o rivelazione di un potenziale nascosto. Oggi, la parola evoluzione evoca semplicemente un cambiamento. È probabile che faccia parte del nostro lessico quotidiano fare riferimento a cambiamenti in un oggetto o in una persona.

Tuttavia, l'evoluzione biologica si riferisce ai cambiamenti nei gruppi di organismi attraverso il passaggio delle generazioni. Questa definizione generale di evoluzione è usata da Futuyma (2005). È importante evidenziare che organismi come individui Non si evolvono, mentre i gruppi di organismi lo fanno.

In biologia, l'insieme di individui della stessa specie che coesistono nel tempo e nello spazio sono chiamati popolazioni. Affinché un cambiamento in una popolazione sia considerato evolutivo, deve essere passato da una generazione all'altra attraverso il materiale genetico.

Teorie scientifiche dell'evoluzione

Da tempo immemorabile, l'essere umano ha sentito una curiosità intrinseca per l'origine della vita e l'esistenza dell'enorme diversità che gli esseri organici presentano.

Poiché il naturalista britannico Charles Darwin (1809-1882) ebbe un impatto significativo sullo sviluppo di questa scienza, esamineremo le teorie proposte prima e dopo i suoi contributi.

Prima di Darwin: il creazionismo e l'immutabilità della specie

Prima di Darwin, i naturalisti e altri scienziati erano caratterizzati dal mantenimento di un pensiero creazionista in merito all'origine della specie.

Sono state gestite le visioni essenziali, dove ogni specie aveva un'essenza immutabile e la variazione che abbiamo osservato nel gruppo era dovuta solo alle imperfezioni dell'essere. Questa concezione è stata gestita al tempo di Platone e Aristotele.

Qualche tempo dopo, i cristiani iniziarono a interpretare letteralmente i passaggi della Bibbia, comprendendo che gli esseri organici furono creati in un singolo evento da un'entità soprannaturale. Questa concezione non ha permesso cambiamenti nelle specie nel tempo, poiché erano stati creati sotto la perfezione divina.

Nel 18 ° secolo l'obiettivo dei naturalisti era quello di catalogare il piano divino che Dio aveva creato. Ad esempio, Linneo ha stabilito le basi dell'attuale tassonomia in seguito a questa linea di pensiero.

Successivamente, questa visione è stata sfidata da diversi pensatori. La teoria pre-vita più rilevante del tempo è stata formulata da Jean Baptiste Lamarck. Per lui, ogni specie aveva avuto origine individualmente attraverso la generazione spontanea ed era in grado di "progredire" o migliorare nel tempo.

Uno dei principi più rilevanti stabiliti da Lamarck era l'eredità dei personaggi acquisiti. Questo naturalista credeva che le diverse caratteristiche che acquisiamo durante la nostra vita potessero essere passate alla nostra prole.

Ad esempio, sotto la visione Lamarkian, un bodybuilder che lavora duramente tutti i suoi gruppi muscolari, ha dovuto avere figli con muscoli sviluppati. Lo stesso principio si applicherà con il disuso degli organi.

Contributi di Darwin e Wallace alla biologia evolutiva: selezione naturale

Il nome di Charles Darwin di solito appare nella maggior parte dei testi di biologia, indipendentemente dalla sua specialità. Darwin ha rivoluzionato la biologia e le scienze in generale, con un'incredibile magnitudo comparabile, ad esempio, con i contributi di Newton.

Nella sua giovinezza, Darwin ha mantenuto un pensiero fedele agli insegnamenti biblici. Tuttavia, accompagnato da un pensiero religioso, Darwin ha espresso interesse per le scienze naturali, quindi era circondato dalle menti scientifiche più luminose del momento.

Il viaggio nel Beagle

La vita di Darwin ha preso una svolta quando in tenera età ha iniziato un viaggio a bordo di H. M. S. Beagle, una nave britannica che esplorerebbe diverse regioni del Sud America. Dopo un viaggio che è durato un paio d'anni, Darwin ha osservato e raccolto un'enorme diversità di fauna e flora sudamericane.

Grazie alla sua situazione finanziaria ottimale, Darwin è stato in grado di dedicare la sua vita esclusivamente al suo lavoro nelle scienze biologiche. Dopo ampie meditazioni - e anche letture sull'economia - Darwin ha generato la sua teoria della selezione naturale.

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La selezione naturale è un'idea semplice e allo stesso tempo potente, essendo un meccanismo evolutivo importante, sebbene non l'unico, come vedremo più avanti.

Questa idea non è stata dedotta solo da Darwin. Un giovane naturalista di nome Alfred Wallace ha raggiunto idee molto simili in modo indipendente. Wallace ha comunicato con Darwin ed entrambi hanno presentato insieme la teoria dell'evoluzione dalla selezione naturale.

L'origine delle specie

Successivamente, Darwin presenta il suo capolavoro: "L'origine delle specie", Che mostra la sua teoria in dettaglio e con prove robuste. Questo libro ha sei edizioni in cui Darwin ha lavorato per tutta la vita.

La teoria della selezione naturale sostiene che se esiste una variazione utile e ereditabile in una popolazione di individui, ci sarà una riproduzione differenziale tra i titolari di caratteristiche. Questi tendono a generare più discendenti, aumentando così la frequenza del tratto nella popolazione.

Inoltre, Darwin ha anche proposto antenati comuni: tutte le specie sono divergenti nel tempo evolutivo di un antenato in comune. Pertanto, tutti gli esseri organici possono essere rappresentati nel grande albero della vita.

Dopo Darwin: neodarwinismo e sintesi

Immediatamente dopo la pubblicazione di "L'origine", Una grande controversia è scoppiata tra gli scienziati più importanti dell'epoca. Tuttavia, nel corso degli anni, la teoria è stata gradualmente accettata.

C'erano biologi che non hanno mai accettato le idee darwiniane, quindi hanno generato le loro teorie evolutive, ora quasi completamente screditate. Un esempio di ciò sono il neo-lallackismo, l'ortogenesi e il mutazionismo, tra gli altri.

Tra l'anno 30 e 40 tutte le teorie anti-vita sono state scartate con l'arrivo della sintesi evolutiva. Ciò consisteva nell'unione di idee darwiniane con i contributi di una serie di genetisti e paleontologi come Fisher, Haldane, Mayr e Wright, tra gli altri.

La sintesi è riuscita a unificare le teorie evolutive con i principi genetici corretti, poiché una delle difficoltà che Darwin ha dovuto riscontrare durante il suo lavoro è stata l'ignoranza dei geni come particelle di eredità.

Prove dell'evoluzione: solo una teoria?

Oggi, l'evoluzione biologica è un fatto supportato da prove robuste e abbondanti. Sebbene i biologi non dubitino della veridicità del processo, nella vita quotidiana di solito sentiamo che l'evoluzione è "solo una teoria" - con connotazioni peggiorative.

Questa parte incomprensione del fatto che il termine "teoria" ha significati diversi nella scienza e nella vita di tutti i giorni. Per la maggior parte delle persone, una teoria è una previsione incerta di un fatto, caratterizzata da fondazioni deboli. Per uno scienziato, una teoria è un corpo di idee coerenti e strutturate nel modo giusto.

Seguendo questo ordine di idee, possiamo concludere che l'evoluzione è un fatto, E ci sono meccanismi per spiegarlo, come teoria di selezione naturale. Le prove più eccezionali del processo evolutivo sono le seguenti.

Omologia

Due processi o strutture sono omologhi se questo tratto è stato ereditato direttamente da un antenato comune. Nella biologia evolutiva, l'omologia è un punto fondamentale, poiché sono le uniche caratteristiche che ci consentono.

Omologie morfologiche

Un esempio molto famoso di omologia sono le ossa delle estremità dei tetrapodi. Prendiamo tre animali che differiscono nella loro modalità di locomozione per capire perché l'omologia è una prova robusta del processo evolutivo: umani, balene e pipistrelli.

Questi tre gruppi condividono un piano di base strutturale nelle loro estremità precedenti, perché lo hanno ereditato da un antenato comune. Cioè, un tetropode ancestrale aveva un omero, seguito da un raggio e un cubo, e infine una serie di faranges.

Non vi è alcun motivo funzionale per cui tre animali con stili di vita così disparati devono condividere lo stesso piano osseo negli arti.

Se la vita è stata progettata, non c'è motivo di costruire un organismo acquatico, uno che vola e una terra con lo stesso piano. Nessun ingegnere - Tuttavia inesperienza.

Il modo più logico per spiegarlo è con antenati comuni. I tre hanno ereditato questo piano strutturale di un antenato e hanno subito le modifiche adattive che osserviamo oggi: ali, pinne e armi.

Omologie molecolari

L'omologia non è limitata alle caratteristiche anatomiche di un essere vivente. Possono anche essere evidenziati a livello molecolare. Le informazioni genetiche degli esseri viventi sono conservate nel DNA e si traducono in terzine: tre nucleotidi corrispondono a un aminoacido.

Un'omologia molecolare universale è la lettura di questo codice genetico, poiché praticamente tutti gli esseri organici condividono questo linguaggio, sebbene ci siano eccezioni molto specifiche.

Il record fossile

Quando Darwin propone la sua teoria della selezione naturale, sostiene che tutte le forme di transizione graduale non sono presenti nel registro fossile perché è incompleto. Al contrario, gli oppositori delle idee darwiniane vedono la discontinuità della registrazione come test contro la teoria.

Dobbiamo ricordare che il processo di fossilizzazione di un essere organico è un evento improbabile, abbinato alla probabilità che un campione trovato in buone condizioni. Per questi motivi, meno dell'1% di tutte le forme che una volta vivevano sono rappresentate nel registro dei fossili.

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Nonostante ciò, sono stati trovati fossili molto ben conservati che fungono da "finestra al passato". Uno dei più famosi è Archeopteryx. In questo fossile evidenziano le caratteristiche intermedie tra un rettile e un uccello. Abbiamo anche diversi fossili ominidi che ci hanno permesso di ricostruire l'evoluzione degli umani.

Alcune teorie alternative sono state proposte per spiegare la discontinuità della registrazione, come la teoria dell'equilibrio punteggiato.

Biogeografia

Sebbene l'evoluzione sia supportata da prove di molti rami di conoscenza, è stata la biogeografia che ha convinto Darwin della veridicità del processo evolutivo.

La distribuzione degli organismi viventi sul pianeta Terra non è omogenea e molti aspetti di questo modello possono essere spiegati dalla teoria evolutiva - e non dall'ipotesi di creazione speciale.

Quando esaminiamo la fauna delle isole oceaniche (elementi isolati che non hanno mai avuto contatti con la terraferma), scopriamo che la composizione delle specie è molto peculiare. Ad esempio, questo può essere visto nelle isole situate nel Nord Atlantico, chiamate Isole Bermuda.

I vertebrati nativi (non ssaillanti) sono pochissimi, principalmente uccelli, pipistrelli migratori e lucertole, tra gli altri. Alcune di queste specie mostrano una relazione significativa con la fauna del Nord America. Altri, d'altra parte, sono endemici dell'isola e non si trovano in nessun'altra regione.

Questo modello di distribuzione è compatibile con i processi evolutivi, poiché l'area è specificamente colonizzata con animali con capacità di volo e disperdendo grandi distanze.

Evoluzione in azione: esempio di evoluzione

Un altro malinteso nella biologia evolutiva è che è correlato a un processo estremamente lento.

Mentre è vero che per ottenere adattamenti complessi come potenti mascelle o occhi con visioni eccellenti, dovremmo aspettare un paio di milioni di anni, ci sono alcuni processi evolutivi che possiamo osservare con i nostri occhi in un periodo relativamente breve di tempo.

Successivamente analizzeremo il caso della falena Biston Betularia Come esempio di evoluzione in azione. Più tardi parleremo della resistenza agli antibiotici e ai pesticidi, un altro esempio di evoluzione che possiamo osservare in un breve spazio di tempo.

Melanismo industriale e Biston Betularia

Uno degli esempi più eccezionali in biologia evolutiva è il melanismo industriale. Questo fenomeno è stato documentato durante la rivoluzione industriale e è riuscito a stabilire una relazione tra la variazione del colore della falena Biston Betularia e la contaminazione del suo habitat.

La falena presenta due morfologie: una chiara e una oscura. Prima dell'inquinamento, la variante dominante era la falena chiara, presumibilmente perché si appollaia sul boccone chiaro di betulla e poteva passare inosservato ai loro potenziali predatori: uccelli.

Con l'arrivo della rivoluzione industriale, l'inquinamento aumenta i livelli significativi. La corteccia degli alberi ha iniziato a prendere una colorazione sempre più scura e questo ha generato un cambiamento nelle frequenze della luce e delle varianti scure delle falene.

La falena scura è stata la variante dominante per un po ', poiché potrebbe essere meglio nascosta nella corteccia annerita.

Successivamente sono stati implementati programmi di pulizia ambientale che hanno contribuito a ridurre l'inquinamento ambientale. Grazie all'efficienza di questi programmi, gli alberi hanno iniziato a prendere di nuovo il loro colore caratteristico iniziale.

Come possiamo intuire, la frequenza delle falene è cambiata di nuovo, essendo la variante chiara dominante. Pertanto, il processo evolutivo è stato documentato in un periodo di 50 anni.

Meccanismi di evoluzione

L'evoluzione biologica è un processo che coinvolge due passaggi: la generazione di variazioni e quindi la riproduzione differenziale delle variazioni, per selezione naturale o per deriva genica. Per questo motivo, il termine selezione naturale e l'evoluzione non dovrebbero essere usati in modo intercambiabile, perché non lo sono.

In prospettiva dell'evoluzione della genetica della popolazione c'è il cambiamento delle frequenze alleliche nel tempo all'interno di una popolazione. Pertanto, le forze che cambiano le frequenze alleliche sono selezione, deriva, mutazione e migrazione.

Selezione naturale

Come accennato in precedenza, il più grande contributo di Darwin alla biologia è stato quello di proporre la teoria della selezione naturale. Questo è stato fortemente frainteso e travisato dai media, associandolo a frasi sbagliate come: "La sopravvivenza dei più adatti".

Condizioni per la selezione naturale

La selezione naturale è un'idea semplice, con risultati magnifici. Se un sistema soddisfa le seguenti caratteristiche, si evolverà inevitabilmente - attraverso la selezione naturale:

- Variabilità: una condizione sine qua non Affinché si verifichi l'evoluzione, ci devono essere variazioni all'interno della popolazione.

Ad esempio, i membri variano nella loro colorazione, pelliccia, altezza, ecc. Possiamo trovare la variazione a diversi livelli: morfologico, cellulare, biochimico e molecolare. Mentre scendiamo al livello, scopriamo che la variazione aumenta.

- Ereditabilità: In termini semplici, la confezione è la somiglianza dei genitori con la loro prole. Formalmente, è definito come la proporzione della varianza fenotipica dovuta alla variazione genetica ed è espressa con l'equazione: h² = V_G / (V_G + V_E), dove V_G È la varianza genetica e v_E La varianza ambientale.

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- Associazione con lui Fitness: Infine, la caratteristica ereditabile deve conferire all'agenzia che ha un vantaggio nel fitness. Questo termine è usato nella biologia evolutiva per quantificare la capacità di un organismo di sopravvivere e riprodursi, lasciando una prole fertile.

Pertanto, quando queste tre condizioni sono soddisfatte, gli organismi con i tratti vantaggiosi hanno maggiori probabilità di riprodursi rispetto ai membri della popolazione che non hanno lo stesso.

Gene deriva

La deriva genica è il cambiamento nelle frequenze alleliche che si verifica con l'errore di campionamento dei gameti da una generazione all'altra. Cioè, è un evento stocastico o casuale. Questo fenomeno è significativo quando la popolazione efficace di studio è piccola.

Nelle statistiche, l'errore di campionamento è le discrepanze esistenti tra la previsione teorica e ottenute sperimentalmente. Ad esempio, se abbiamo 50 cereali neri e 50 cereali rossi in una borsa, ci aspetteremmo che se prendiamo 10 casuali la proporzione prevista è 5 grani neri e 5 rossi.

Tuttavia, non sarebbe strano se il risultato sperimentale è 6 neri e 4 rosso, o 7 neri e 3 rosso. Questo è l'errore di campionamento.

Secondo la teoria neutra dell'evoluzione molecolare, la maggior parte delle mutazioni sono fissate per derivazione e non hanno effetti sul fitness dell'individuo.

Come nella selezione naturale, nella deriva genica c'è solo una riproduzione differenziale degli individui che in questo caso è per caso - mentre nella selezione naturale è in una caratteristica che aumenta fitness.

Applicazioni di biologia evolutiva

La biologia evolutiva ha una serie di applicazioni, sia per la medicina, l'agricoltura, la biologia della conservazione e per altre discipline.

Medicinale

La teoria dell'evoluzione è una scienza essenziale nel campo della medicina. Ad esempio, ci consente di prevedere il risultato dell'uso indiscriminato di antibiotici per il trattamento delle malattie infettive.

Quando applichiamo un antibiotico inutilmente o non culminiamo da cure mediche, elimineremo le varianti non resistenti, ma gli individui resistenti aumenteranno la loro frequenza nella popolazione batterica.

Attualmente, il problema della resistenza batterica alla maggior parte degli antibiotici è un mondo di interesse e preoccupazione. La consapevolezza dell'uso di antibiotici è un modo per ridurre questa complicazione.

Ad esempio, batteri Staphylococcus aureus È comune sono le sale operative e causa infezioni nei pazienti durante gli interventi chirurgici.

Oggi i batteri sono totalmente resistenti a una serie di antibiotici, come la penicillina, l'ampicillina e i droghe correlate. Sebbene siano stati generati nuovi antibiotici per contrastarlo, i farmaci sono sempre meno efficienti.

La crisi della resistenza è uno degli esempi più drammatici di evoluzione, che possiamo osservare con i nostri occhi, quindi serve anche come prova del processo evolutivo.

Agricoltura e bestiame

Lo stesso principio evolutivo può essere estrapolato all'uso di pesticidi per l'eliminazione dei parassiti, nelle culture con significativa importanza economica. Se lo stesso tipo di pesticida viene applicato a lungo, favoriremo l'aumento delle varianti resistenti.

Allo stesso modo, gli agricoltori cercano di ottenere gli animali "migliori", per massimizzare la produzione (latte, carne, ecc.). Questi agricoltori selezionano le persone che considerano più utili in termini pratici. Con il passaggio delle generazioni, gli individui assomigliano a ciò che è desiderato dall'umano.

Questo processo di selezione artificiale umana ricorda la selezione naturale, in termini di successo riproduttivo differenziale. Con la notevole differenza che in natura non c'è co -sentincer.

Biologia della conservazione

In questioni di conservazione, la comprensione di fenomeni come "colli di bottiglia" e diminuiscono fitness causato dall'endogamia consente di evitarli e generare piani di conservazione che aumentano il fitness e mantenere la popolazione "sana".

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