EVOLUZIONE BIOLOGICA: TEORIE, PROCESSI, PROVE ED ESEMPI - BIOLOGIA - 2025

L' evoluzione biologica è il cambiamento nelle proprietà di gruppi di organismi nel corso delle generazioni. I gruppi di organismi della stessa specie sono noti come "popolazioni biologiche".

In sostanza, la moderna teoria neo-darwiniana dell'evoluzione afferma che l'evoluzione consiste in un graduale cambiamento delle forme di vita. È iniziato - presumibilmente - con una molecola in grado di replicarsi circa 3,5 miliardi di anni fa.

Fonte: chensiyuan

Nel tempo, si è verificata una ramificazione di lignaggi ed sono emerse specie nuove e diverse. I meccanismi di questo cambiamento evolutivo sono la selezione naturale e la deriva genica.

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

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

Oggi, la biologia evolutiva ha goduto di tutti i progressi della scienza, consentendo la ricostruzione di filogenesi utilizzando numerosi caratteri molecolari e potenti analisi statistiche.

Qual è il processo evolutivo?

Evoluzione è un termine derivato dalle radici latine evolvere, che si traduce in dispiegamento o rivelazione di un potenziale nascosto. Oggi, la parola evoluzione evoca semplicemente un cambiamento. Probabilmente fa parte del nostro lessico quotidiano riferirsi a cambiamenti in un oggetto o in una persona.

Tuttavia, l'evoluzione biologica si riferisce ai cambiamenti in gruppi di organismi attraverso il passaggio delle generazioni. Questa definizione generale di evoluzione è utilizzata da Futuyma (2005). È importante notare che gli 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. Perché un cambiamento in una popolazione possa essere considerato evolutivo, deve essere passato da una generazione all'altra tramite materiale genetico.

Teorie scientifiche dell'evoluzione

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

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

Prima di Darwin: creazionismo e immutabilità delle specie

Prima di Darwin, i naturalisti e altri scienziati erano caratterizzati da un pensiero creazionista riguardo all'origine delle specie.

Sono state gestite le visioni essenzialiste, 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.

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

Nel XVIII secolo l'obiettivo dei naturalisti era quello di catalogare il piano divino che Dio aveva creato. Ad esempio, Linneo pose le basi per l'attuale tassonomia seguendo questa linea di pensiero.

Successivamente questa visione è stata contestata da vari pensatori. La teoria pre-darwiniana più rilevante del tempo fu 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 i diversi tratti che acquisiamo nel corso della nostra vita potessero essere trasmessi alla nostra prole.

Ad esempio, secondo il punto di vista lamarkiano, un bodybuilder che lavora sodo su tutti i suoi gruppi muscolari, doveva avere figli con muscoli sviluppati. Lo stesso principio si applicherebbe al disuso degli organi.

Contributi di Darwin e Wallace alla biologia evolutiva: selezione naturale

Il nome di Charles Darwin appare nella maggior parte dei testi di biologia, indipendentemente dalla sua specialità. Darwin ha rivoluzionato la biologia e la scienza in generale in misura incredibile, paragonabile, ad esempio, ai contributi di Newton.

Nella sua giovinezza, Darwin mantenne un pensiero fedele agli insegnamenti biblici. Tuttavia, accompagnato da un pensiero religioso, Darwin espresse un interesse per le scienze naturali, motivo per cui si circondò delle menti scientifiche più brillanti del momento.

Il viaggio sul Beagle

La vita di Darwin ha avuto una svolta quando in tenera età ha iniziato un viaggio a bordo della HMS Beagle, una nave britannica che avrebbe esplorato diverse regioni del Sud America. Dopo un viaggio durato un paio d'anni, Darwin ha osservato e raccolto un'enorme diversità di fauna e flora sudamericana.

Grazie alla sua ottima situazione finanziaria, Darwin poté dedicare la sua vita esclusivamente al suo lavoro nelle scienze biologiche. Dopo lunghe meditazioni - e anche lezioni di economia - Darwin ha generato la sua teoria della selezione naturale.

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

Questa idea non è stata dedotta esclusivamente da Darwin. Un giovane naturalista di nome Alfred Wallace ha avuto idee molto simili in modo indipendente. Wallace ha comunicato con Darwin, e i due hanno presentato insieme la teoria dell'evoluzione per selezione naturale.

L'origine delle specie

Successivamente, Darwin presenta il suo capolavoro: "L'origine delle specie", che spiega la sua teoria in dettaglio e con prove solide. Questo libro ha sei edizioni alle quali Darwin ha lavorato per tutta la vita.

La teoria della selezione naturale sostiene che se c'è qualche variazione utile ed ereditabile in una popolazione di individui, ci sarà una riproduzione differenziale tra i possessori della caratteristica. Questi tenderanno a generare più prole, aumentando così la frequenza del tratto nella popolazione.

Inoltre, Darwin ha anche proposto un'ascendenza comune: tutte le specie si sono discostate nel tempo evolutivo da un antenato comune. Quindi, tutti gli esseri organici possono essere rappresentati nel grande albero della vita.

Dopo Darwin: neo-darwinismo e sintesi

Subito dopo la pubblicazione di "The Origin", scoppiò una grande polemica tra i più importanti scienziati dell'epoca. Tuttavia, con il passare degli anni, la teoria è stata gradualmente accettata.

Ci sono stati biologi che non hanno mai accettato le idee darwiniane, quindi hanno generato le proprie teorie evolutive, oggi quasi completamente screditate. Esempi di ciò sono il neo-lamarkismo, l'ortogenesi e il mutazionismo, tra gli altri.

Tra gli anni '30 e '40 tutte le teorie anti-darwiniane furono scartate con l'avvento 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 corretti principi genetici, poiché una delle difficoltà che Darwin ha dovuto affrontare durante il suo lavoro è stata l'ignoranza dei geni come particelle di eredità.

Prove per l'evoluzione: solo una teoria?

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

Questo malinteso deriva dal fatto che il termine "teoria" ha significati diversi nella scienza e nella vita quotidiana. Per la maggior parte delle persone, una teoria è una previsione incerta di un fatto, caratterizzata da un fondamento debole. Per uno scienziato, una teoria è un corpo di idee coerenti e adeguatamente strutturate.

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

Omologia

Due processi o strutture sono omologhi se detto 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 di ricostruire le relazioni antenato-discendente tra i gruppi.

Omologie morfologiche

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

Questi tre gruppi condividono un piano strutturale di base negli arti anteriori, perché lo hanno ereditato da un antenato comune. Cioè, un tetrapode ancestrale aveva un omero, seguito da un raggio e un'ulna, e infine una serie di falangi.

Non vi è alcuna ragione funzionale per cui tre animali con stili di vita così disparati dovrebbero condividere lo stesso piano di ossa nei loro arti.

Se la vita fosse progettata, non c'è motivo di costruire un organismo acquatico, volante e terrestre con lo stesso piano. Nessun ingegnere, per quanto inesperto, creerebbe allo stesso modo un organismo volante e uno nuotatore.

Il modo più logico per spiegare questo è l'ascendenza comune. Tutti e tre hanno ereditato questo piano strutturale da un antenato e hanno subito le modifiche adattative che vediamo oggi: ali, pinne e braccia.

Omologie molecolari

Le omologie non si limitano alle caratteristiche anatomiche di un essere vivente. Possono anche essere evidenziati a livello molecolare. L'informazione genetica degli esseri viventi è immagazzinata nel DNA e viene tradotta sotto forma di triplette: tre nucleotidi corrispondono a un amminoacido.

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.

La documentazione fossile

Quando Darwin propone la sua teoria della selezione naturale, sostiene che tutte le forme di transizione graduali non sono presenti nella documentazione fossile perché è incompleta. Al contrario, gli oppositori delle idee darwiniane vedono la discontinuità del record come una prova contro la teoria.

Dobbiamo ricordare che il processo di fossilizzazione di un essere organico è un evento improbabile, unito alla probabilità che un esemplare si trovi in ​​buone condizioni. Per questi motivi, meno dell'1% di tutte le forme mai vissute sono rappresentate nella documentazione fossile.

Nonostante ciò, sono stati trovati fossili molto ben conservati che fungono da "finestra sul passato". Uno dei più famosi è l'Archaeopteryx. In questo fossile spiccano le caratteristiche intermedie tra un rettile e un uccello. Allo stesso modo, abbiamo diversi fossili di ominidi che ci hanno permesso di ricostruire l'evoluzione degli esseri umani.

Sono state proposte alcune teorie alternative per spiegare la discontinuità del registro, come la teoria dell'equilibrio punteggiato.

biogeografia

Sebbene l'evoluzione sia supportata da prove provenienti da molti rami della conoscenza, è stata la biogeografia a convincere 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 della creazione speciale.

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

I vertebrati (non marini) originari della zona 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, da parte loro, sono endemici dell'isola e non si trovano in nessun'altra regione.

Questo schema di distribuzione è compatibile con i processi evolutivi, poiché l'area è specificamente colonizzata da animali capaci di volare e di disperdere 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 mascelle potenti o occhi con una visione eccellente, dovremmo aspettare un paio di milioni di anni, ci sono alcuni processi evolutivi che possiamo osservare con i nostri occhi in un periodo di tempo relativamente breve.

Successivamente analizzeremo il caso della falena Biston betularia come esempio di evoluzione in azione. Più avanti parleremo di resistenza ad antibiotici e pesticidi, un altro esempio di evoluzione che possiamo osservare in un breve lasso di tempo.

Melanismo industriale e

Uno degli esempi più importanti nella biologia evolutiva è il melanismo industriale. Questo fenomeno è stato documentato durante la rivoluzione industriale ed è riuscito a stabilire una relazione tra la variazione della colorazione della falena Biston betularia e la contaminazione del suo habitat.

La falena ha due morfologie: una chiara e una scura. Prima della contaminazione, la variante dominante era la falena leggera, presumibilmente perché si appollaiava sulla corteccia leggera delle betulle e poteva passare inosservata ai potenziali predatori - gli uccelli.

Con l'avvento della rivoluzione industriale, l'inquinamento è aumentato a livelli significativi. La corteccia degli alberi ha iniziato ad assumere un colore sempre più scuro e questo ha generato un cambiamento nelle frequenze delle varianti chiare e scure delle falene.

La falena scura è stata la variante dominante per un po ', poiché poteva nascondersi meglio 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 riacquistare il loro colore caratteristico originale.

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

Meccanismi di evoluzione

L'evoluzione biologica è un processo che coinvolge due fasi: la generazione della variazione e quindi la riproduzione differenziale delle variazioni, sia per selezione naturale che per deriva genetica. Per questo motivo, i termini selezione naturale ed evoluzione non dovrebbero essere usati in modo intercambiabile, perché non lo sono.

Dal punto di vista della genetica delle popolazioni, l'evoluzione è il cambiamento delle frequenze alleliche nel tempo all'interno di una popolazione. Pertanto, le forze che modificano le frequenze alleliche sono la selezione, la deriva, la mutazione e la migrazione.

Selezione naturale

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

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:

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 l'esito dell'uso indiscriminato di antibiotici per il trattamento di malattie infettive.

Quando applichiamo un antibiotico inutilmente o non completiamo il trattamento medico, elimineremo le varianti non resistenti, ma gli individui resistenti aumenteranno la loro frequenza nella popolazione batterica.

Attualmente, la questione della resistenza batterica alla maggior parte degli antibiotici è un argomento di interesse e preoccupazione globale. Aumentare la consapevolezza sull'uso degli antibiotici è un modo per ridurre questa complicanza.

Ad esempio, il batterio Staphylococcus aureus è comune nelle sale operatorie e causa infezioni nei pazienti durante gli interventi chirurgici.

Oggi, i batteri sono completamente resistenti a una serie di antibiotici, come penicillina, ampicillina e farmaci correlati. Sebbene siano stati generati nuovi antibiotici per contrastarlo, i farmaci sono sempre meno efficienti.

La crisi di 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 Allevamento

Lo stesso principio evolutivo può essere estrapolato all'uso di pesticidi per l'eliminazione dei parassiti, in colture di rilevante importanza economica. Se lo stesso tipo di antiparassitario viene applicato per lungo tempo, favoriremo l'aumento delle varianti resistenti.

Allo stesso modo, gli allevatori cercano di ottenere gli animali "migliori" che massimizzano la produzione (di latte, carne, ecc.). Questi allevatori selezionano gli individui che trovano più utili in termini pratici. Con il passare delle generazioni, gli individui assomigliano sempre di più a ciò che è desiderato dagli esseri umani.

Questo processo di selezione artificiale umana assomiglia alla selezione naturale, in termini di successo riproduttivo differenziale. Con la notevole differenza che in natura non esiste un'entità di selezione.

Biologia della conservazione

Per quanto riguarda le questioni di conservazione, la comprensione di fenomeni come i "colli di bottiglia" e la diminuzione della fitness causata dalla consanguineità consente di evitarli e di generare piani di conservazione che aumentano la forma fisica e mantengono la popolazione "sana".

Riferimenti

1. Audesirk, T., Audesirk, G. e Byers, BE (2004). Biologia: scienza e natura. Pearson Education.
2. Darwin, C. (1859). Sulle origini delle specie mediante selezione naturale. Murray.
3. Freeman, S., & Herron, JC (2002). Analisi evolutiva. Prentice Hall.
4. Futuyma, DJ (2005). Evoluzione. Sinauer.
5. Hall, BK (Ed.). (2012). Omologia: la base gerarchica della biologia comparata. Academic Press.
6. Hickman, CP, Roberts, LS, Larson, A., Ober, WC e Garrison, C. (2001). Principi integrati di zoologia. McGraw-Hill.
7. Kardong, KV (2006). Vertebrati: anatomia comparata, funzione, evoluzione. McGraw-Hill.
8. Kliman, RM (2016). Enciclopedia della biologia evolutiva. Academic Press.
9. Losos, JB (2013). La guida all'evoluzione di Princeton. Princeton University Press.
10. Reece, JB, Urry, LA, Cain, ML, Wasserman, SA, Minorsky, PV e Jackson, RB (2014). Campbell Biology. Pearson.
11. Rice, SA (2009). Enciclopedia dell'evoluzione. Pubblicazione di Infobase.
12. Russell, P., Hertz, P. e McMillan, B. (2013). Biologia: la scienza dinamica. Nelson Education.
13. Soler, M. (2002). Evoluzione: le basi della biologia. Progetto Sud.
14. Starr, C., Evers, C. e Starr, L. (2010). Biologia: concetti e applicazioni senza fisiologia. Cengage Learning.
15. Wake, DB, Wake, MH e Specht, CD (2011). Omoplasia: dall'individuazione di un modello alla determinazione del processo e del meccanismo di evoluzione. Science, 331 (6020), 1032-1035.