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lunedì 11 gennaio 2016

Che Cos'è l'Evoluzione? e la Selezione Naturale?

Fin da bambini ci è stato detto che l'Homo sapiens si è evoluto dalle scimmie, che gli adattamenti all'ambiente sono il frutto dell'evoluzione e che una specie o evolve o si estingue. 

"Ma cosa vuol dire evoluzione? Che relazione c'è tra evoluzione, adattamento e selezione naturale? Come funziona l'evoluzione?"

Che le specie esistenti siano adattate all'ambiente in cui vivono pare evidente anche agli occhi dei più distratti. Basta infatti osservare un orso polare per notare che, per non sprofondare nella neve, ha un'ampia superficie delle zampe, superiore a quella degli orsi bruni; oppure i grandi mammiferi marini che, vivendo in acqua, hanno sviluppato grandi polmoni che permettessero loro lunghe immersioni; o ancora la forma a "calice stretto" di alcuni fiori allo scopo di attirare, ad esempio, i colibrì, a loro volta dotati di un becco lungo ed appuntito.


Evoluzione dell'uomo

























D'evoluzione avevamo già accennato qualcosa qua, ma quali sono i meccanismi che la governano?

Tutti gli organismi evolvono ("cambiano") nel corso di migliaia, a volte milioni di anni. L'evoluzione è, infatti, un processo lento e continuo che, in alcuni casi, può portare alla formazione di nuove specie (fenomeno della speciazione).

Fino a metà '800 non si aveva una spiegazione scientifica dell'evoluzione, la si conosceva, ma si ignorava la causa che la generasse. 
Nel 1859 il naturalista inglese Charles Darwin, pubblicò "L'origine delle specie", un trattato che rivoluzionò totalmente il concetto di evoluzione, dando una spiegazione scientifica documentata.

Il concetto di evoluzione è molto semplice :

Ogni individuo di una certa specie è simile, ma non identico, ad un altro individuo. Così come tra gli uomini esistono quelli alti, bassi, con occhi chiari o scuri etc., così, in tutte le specie, ci sono delle differenze dovute ai diversi geni.
Una popolazione di un'unica specie sarà quindi composta da individui con diverse caratteristiche.
Prendiamo le Gazzelle della Savana, esse devono saper correre veloce per poter sfuggire ai loro predatori. Le Gazzelle che avranno i geni del "correre veloce" saranno più adatte all'ambiente, rispetto a quelle che possiedono i geni del "correre lente". In altre parole le prime sono più adatte all'ambiente "Savana", ed avranno maggiori possibilità di sopravvivere e, dunque, di riprodursi e trasmettere i loro geni. Ad ogni generazione la popolazione evolverà un pochino verso gazzelle "più veloci", nel corso di migliaia di anni la popolazione di gazzelle potrà essere più veloce (e dunque più adatta), rispetto a quella di partenza.
Questo è un esempio di selezione naturale, gli individui con i "geni migliori" prenderanno il sopravvento sugli altri.

Il termine "geni migliori" è però inesatto, si deve infatti parlare di "geni più adatti" e questo è sempre riferito ad un ambiente specifico e alla pressione evolutiva che esso esercita.
I geni del "correre veloce" non sarebbero selezionati in una popolazione di mucche Svizzere, semplicemente perché, non essendoci pressione evolutiva (non essendoci predatori), questi geni non sarebbero né più adatti, né meno adatti, rispetto ai geni del "correre lenti".

Se però cambia l'ambiente in cui si trova una popolazione, e quindi il tipo di pressione evolutiva, i geni "più adatti" potrebbero diventare i geni "meno adatti" e viceversa.

Un classico esempio di questo concetto è venuto alla luce in Inghilterra, durante la rivoluzione industriale.

In Inghilterra, prima della rivoluzione industriale, c'era una popolazione di Falene (Biston betularia) formata, prevalentemente, da individui dal colore bianco-grigio, che aiutava loro a mimetizzarsi nelle foreste di Betulle e altre specie dal legno chiaro e, dunque, a sfuggire ai predatori.
Un esiguo numero di individui erano di colore scuro, questo carattere era dovuto ad una mutazione genica che ha trasformato i geni "color chiaro" in geni "color scuro". Il numero era esiguo perché gli individui scuri, mimetizzandosi male, erano predati più facilmente e dunque, i loro geni erano trasmessi meno frequentemente. In altre parole i geni "color chiaro" erano adatti all'ambiente, mentre i geni "color scuro" erano inadatti.

Con l'avvento della rivoluzione industriale aumentò anche l'inquinamento, il carbone utilizzato per produrre energia liberava nell'aria particelle di colore scuro che, trasportate dal vento, si depositavo anche a molti chilometri di distanza. I tronchi degli alberi, i muri delle città e le travi dei tetti divennero scuri a causa della patina di carbone che su di essi si posava.
In breve tempo i geni che erano inadatti (geni "color scuro") divennero più adatti e, viceversa, i geni più adatti (geni "color chiaro") divennero i meno adatti.
Ora le falene scure avevano un vantaggio evolutivo, potevano mimetizzarsi meglio, essere predate meno e, quindi, riprodursi di più e spargere i geni "color scuro" ad un numero maggiore di prole.
In breve tempo la popolazione di falene divenne composta prevalentemente da individui scuri e pochi chiari.

E' importante menzionare che l'ambiente non provoca cambiamenti "adatti", semplicemente li seleziona fra tutti i cambiamenti (mutazione genica = mutazioni nel DNA) casuali che si verificano.



Biston betularia e selezione naturale























Da cosa dipende la Velocità di Evoluzione?


  • Dalla velocità con cui si verificano le mutazioni geniche: questa è proporzionale alla grandezza della popolazione (se una popolazione è formata da 2 individui è meno probabile che, in almeno un individuo, si verifichi una mutazione genica, rispetto ad una popolazione formata da 1.000.000 di individui) e alla velocità del ciclo vitale della specie (a parità di numero di individui sono più frequenti le mutazioni in batteri il cui ciclo vitale è di 30 minuti, rispetto all'uomo che vive in media 80 anni). Inoltre la velocità con cui si formano le mutazioni (sia vantaggiose che non) può essere influenzata dall'ambiente, se un individuo vive in una zona radioattiva, avrà un tasso di mutazione genica superiore ad uno che vive in un ambiente sano. 
  • Dalla pressione evolutiva: la velocità di cambiamento genetico sul singolo individuo influenza solo in parte la velocità d'evoluzione. Infatti se l'ambiente "non seleziona" i cambiamenti, essi non potranno propagarsi. Ad es. una popolazione che vive da milioni di anni in uno stesso habitat, sarà ormai molto adattata a questo habitat e i cambiamenti avranno, per lo più, effetti negativi, quindi evolveranno più lentamente rispetto ad una popolazione che ha appena colonizzato una nuova (e diversa) area geografica. In altre parole più si è adattati ad un ambiente e più la velocità di evoluzione rallenta. Una maggiore pressione evolutiva si ha anche in un ambiente "più ostile". Se prendiamo una popolazione e la dividiamo a metà ed una parte la mettiamo su un isola priva di predatori e, l'altra metà, su un isola con molti predatori, quest'ultima sotto-popolazione evolverà più velocemente, in quanto sarà soggetta a maggiore pressione selettiva. Alcuni fossili viventi, cioè organismi molto simili a com'erano milioni di anni fa, sono tali perché hanno vissuto in ambienti con bassa pressione evolutiva. 


Vi siete mai chiesti che cosa sono le resistenze agli antibiotici?

La risposta è strettamente legata al concetto di evoluzione.

Gli antibiotici uccidono i batteri, potremmo dunque paragonarli ai "predatori" dei batteri.
Una popolazione di batteri è molto numerosa e, di solito, il loro ciclo vitale è molto breve (alcune specie anche 20 minuti); ci sono dunque tutti i presupposti affinché la velocità di mutazione sia molto elevata. Sui grandi numeri è più facile che un batterio acquisisca una mutazione, che trasformi il gene della "sensibilità all'antibiotico x" in gene della "resistenza all'antibiotico x".
Finché non usiamo l'antibiotico x, questo batterio non sarà "avvantaggiato" e, quindi, non prevarrà sugli altri che hanno il gene della "sensibilità all'antibiotico x".
Se però usiamo l'antibiotico x, sottoponiamo la popolazione batterica, ad una pressione evolutiva. In questo caso, la stragrande maggioranza della popolazione (quella col gene della "sensibilità all'antibiotico x"), morirà e gli unici a sopravvivere saranno quelli con il gene della "resistenza all'antibiotico x". 
Questi ultimi potranno tranquillamente crescere in presenza dell'antibiotico x e, riproducendosi, ricostituiranno la popolazione batterica. Questa nuova popolazione sarà composta da individui  con il gene della  "resistenza all'antibiotico x" e, dunque, per debellare una loro infezione, si dovrà utilizzare un altro antibiotico (se c'è!!).

Per questo motivo è importante non fare abuso di antibiotici. La resistenza agli antibiotici, e quindi la necessità di scoprirne o idearne di nuovi, è un tema particolarmente sentito dalla comunità scientifica. 


Evoluzione animale