L'evoluzione delle specie

Spiega che cos'è una specie secondo il criterio biologico (incrocio con discendenza fertile) e fai un esempio di due animali imparentati che appartengono a specie diverse.

Un cavallo e un asino possono incrociarsi e generare un mulo, ma appartengono a specie diverse. Spiega, applicando il criterio biologico di specie, perché il mulo non «unisce» le due specie.

Distingui tra isolamento geografico e isolamento riproduttivo e spiega perché il secondo è quello che stabilisce che due popolazioni sono ormai specie diverse.

Osserva lo schema, che mostra tre fasi nell'evoluzione di una popolazione che viene divisa da una barriera geografica. Che cos'è la speciazione? Spiega, fase per fase, come l'isolamento geografico può portare alla formazione di una nuova specie e indica che cosa verificheresti nei due gruppi segnalati con ? per sapere se sono già specie distinte.

Sfida del tema. Cita tre esempi di barriere geografiche che possono dividere una popolazione di esseri viventi (per esempio una catena montuosa, un fiume che cambia corso o un braccio di mare) e spiega che cosa impedisce esattamente ciascuna barriera agli individui dei due lati.

Verrà valutato che tu nomini tre barriere geografiche diverse e che tu spieghi che impediscono agli individui dei due lati di incontrarsi e di incrociarsi tra loro.

Ai due lati del Grand Canyon vivono specie di scoiattoli molto simili ma distinte. Spiega che tipo di speciazione illustra questo esempio e ricostruisci il processo che l'ha originata.

Alcune mosche depongono le uova sui meli e altre, strettamente imparentate con esse, sui biancospini, e ciascun gruppo si incrocia quasi sempre all'interno della propria pianta. Spiega che cos'è la speciazione simpatrica e in che cosa si differenzia dal caso classico della barriera geografica.

Definisci la biodiversità e nomina i suoi tre livelli, facendo un esempio per ciascuno.

Distingui tra popolazione e comunità con un esempio dello stesso luogo: tutti i passeri di un parco rispetto a tutti gli esseri viventi di quel parco. Perché il concetto di specie si applica alle popolazioni e non alle comunità?

Spiega che cos'è una radiazione adattativa e descrivila con l'esempio dei fringuelli delle isole Galápagos: da una specie ancestrale giunta dal continente sono comparse varie specie con becchi adattati a diversi alimenti.

Spiega perché le isole sono considerate «laboratori naturali di evoluzione»: quale ruolo svolgono l'isolamento, gli ambienti nuovi con pochi competitori e le radiazioni adattative. Fai un esempio (Galápagos, Canarie o Madagascar).

Lo squalo (pesce), il pinguino (uccello) e il delfino (mammifero) hanno un corpo idrodinamico molto simile senza essere parenti stretti. Spiega che cos'è la convergenza evolutiva, come ambienti simili selezionino soluzioni simili e perché la somiglianza non indica parentela.

In una popolazione di coleotteri ci sono individui con il carapace più chiaro e più scuro, e i predatori vedono meglio quelli chiari sulla corteccia scura degli alberi. Spiega passo dopo passo come agirà la selezione naturale sulla frequenza di ciascun colore nelle generazioni successive.

Un paziente a cui è stata diagnosticata un'infezione batterica interrompe dopo 4 giorni una terapia antibiotica prescritta per 10 giorni perché non ha più sintomi. Dopo due settimane l'infezione ricompare con maggiore aggressività e lo stesso antibiotico risulta inefficace. Un suo familiare afferma: «I batteri si sono abituati al farmaco per sopravvivere e ora sono diventati immuni». Confuta l'affermazione del familiare basandoti sulla teoria della selezione naturale e prevedi, con un ragionamento, come saranno cambiate le frequenze di batteri sensibili e resistenti nella popolazione batterica tra l'inizio della terapia, il giorno 4 e la ricaduta.

Un'illustrazione classica di un vecchio libro mostra l'evoluzione del cavallo come una fila indiana: il piccolo Hyracotherium (con quattro dita, brucatore nei boschi) cammina dietro forme intermedie che aumentano di dimensioni e perdono dita in modo costante fino ad arrivare al cavallo moderno (Equus, di grande statura, corridore delle praterie con un solo dito). La didascalia dice: «L'evoluzione segue una direzione fissa verso forme più grandi, complesse e perfette». Confuta questa affermazione indicando almeno due errori concettuali e giustifica perché oggi i paleontologi rappresentano la filogenesi del cavallo come un cespuglio ramificato adattato ai cambiamenti climatici e non come una scala progressiva.

Il pesce sotterraneo Astyanax mexicanus è privo di occhi funzionali e di pigmentazione, a differenza degli individui della stessa specie che vivono nei fiumi illuminati in superficie. Uno studente propone due ipotesi: 1) «Vivendo nell'oscurità, hanno smesso di usare gli occhi, questi si sono atrofizzati e i discendenti hanno ereditato quella mancanza di vista»; 2) «Perdere organi non può essere evoluzione per selezione naturale, perché evolvere consiste sempre nell'acquisire strutture più complesse». Confuta entrambe le ipotesi: dimostra l'errore lamarckiano della prima e giustifica, in termini di costo metabolico e bilancio energetico in un ambiente con poco cibo, perché l'atrofia oculare e pigmentaria può aver rappresentato un vantaggio adattativo.

Alcuni moscerini della frutta vengono allevati da centinaia di generazioni in laboratorio, isolati da quelli selvatici, e ormai si incrociano a malapena con essi quando vengono messi insieme. Ragiona, applicando il criterio biologico di specie, se possiamo dire che quelli del laboratorio sono sulla strada per diventare una specie distinta.

In un'isola oceanica appena formata dopo un'eruzione, una tempesta trascina una piccola zattera di vegetazione con 8 coleotteri di una specie continentale (6 verdi e 2 marroni). Sul continente vivono milioni di questi coleotteri, dove il 95 % è marrone mimetico e solo il 5 % è verde, poiché gli uccelli predano con facilità i verdi. Dopo alcune generazioni, nell'isola (dove non esistono uccelli predatori) il 75 % dei coleotteri è verde. Giustifica a quale meccanismo evolutivo si deve la differenza iniziale e prevedi come influirà la deriva genetica rispetto alla selezione naturale se la popolazione dell'isola resta ridotta.

Un centro di ricerca agricola produce una varietà di grano clonato (geneticamente identico al 100 %) che rende il 40 % in più di qualsiasi varietà tradizionale in condizioni di siccità moderata. L'agronomo afferma: «Abbiamo raggiunto il fenotipo ottimale; eliminare la variabilità genetica dai nostri campi è la strategia evolutiva più sicura a lungo termine». Prevedi con un ragionamento che cosa accadrà a questa coltura se compare una nuova e imprevista epidemia fungina, rispetto a una coltura tradizionale diversificata, e giustifica perché, in ambienti mutevoli, conservare variabilità genetica risulta vantaggioso per le popolazioni naturali invece di omogeneizzarsi in un unico tipo supposto ottimale.

Spiega che cos'è un'estinzione e quando si parla di estinzione di massa, citando due esempi della storia della Terra (per esempio quella della fine del Permiano o quella che pose fine ai dinosauri alla fine del Cretaceo).

Cita le principali cause per cui oggi le attività umane accelerano la perdita di biodiversità (distruzione degli habitat, specie invasive, sovrasfruttamento, inquinamento e cambiamento climatico) e spiega brevemente come agisce ciascuna.

Il tasso di estinzione fossile naturale («di fondo») è stimato in 1 specie ogni milione di specie all'anno, mentre il tasso attuale dovuto all'azione umana è da 100 a 1.000 volte maggiore. Sapendo che dopo le grandi estinzioni di massa del passato (come quella del Permiano o del Cretaceo) la biosfera ha impiegato da 5 a 10 milioni di anni per recuperare la propria biodiversità mediante radiazione adattativa, analizza e giustifica perché il ritmo attuale di distruzione degli habitat non può essere compensato dalla comparsa di nuove specie e quale impatto avrà questo, su scala geologica, sull'albero della vita.

Nel lago Vittoria coesistono centinaia di specie di ciclidi originatesi in appena 15.000 anni grazie allo sfruttamento di micronicchie e al fatto che le femmine scelgono i maschi guidate visivamente da schemi di colorazione molto vivaci in acque trasparenti. Negli ultimi decenni gli scarichi e la deforestazione hanno intorbidito gravemente l'acqua del lago. Prevedi e giustifica quali conseguenze evolutive immediate ha la perdita di visibilità sulle barriere riproduttive tra specie di ciclidi e ragiona su che cosa accadrà alla diversità genetica e al numero di specie differenziate.

L'orso polare (Ursus maritimus) e l'orso bruno (Ursus arctos) sono divergenti da circa 500.000 anni e presentano adattamenti morfologici e metabolici molto diversi. A causa del ritiro dei ghiacci artici, i loro areali si sovrappongono sempre di più e sono stati documentati ibridi fertili in natura («orsi grolar»). Con questi dati: a) Metti in discussione i limiti del concetto biologico di specie applicato a questo caso. b) Prevedi e giustifica quali conseguenze genetiche a lungo termine potrebbe avere questo flusso genico per la conservazione degli adattamenti specifici dell'orso polare se il ghiaccio continua a scomparire.

Sfida del tema. Immagina di lavorare come biologo evoluzionista e di dover valutare l'impatto potenziale del cambiamento climatico sulla fauna della tua zona.

1. Raccolta dei dati: Accedi al sito ufficiale di un servizio meteorologico nazionale (sezione serie climatiche o visualizzatore del cambiamento climatico) e annota l'anomalia o la variazione della temperatura media annua nella tua provincia negli ultimi decenni (per esempio $+1,4$ ºC).

2. Scelta del modello: Scegli una specie autoctona (come il passero comune o la lucertola muraiola) e ricerca un tratto fenotipico legato alla termoregolazione (per esempio lunghezza media del corpo di $14,2$ cm o tonalità della pelle/del piumaggio).

3. Relazione evolutiva: Scrivi una breve relazione ($1$ pagina) con una tabella comparativa in cui spieghi come interpreterebbero l'adattamento di quella popolazione a tale aumento termico: a) il lamarckismo (necessità, uso/disuso ed ereditarietà dei caratteri acquisiti) e b) la teoria sintetica (mutazione casuale, variabilità preesistente e selezione naturale). Concludi con una proposta motivata su come un isolamento geografico prolungato tra popolazioni urbane e rurali potrebbe culminare in una speciazione.

Verrà valutato:

• Precisione nella raccolta e nell'interpretazione del dato climatico reale.

• Distinzione rigorosa e argomentata tra i meccanismi della teoria di Lamarck e la teoria sintetica.

• Coerenza nella giustificazione della selezione naturale e delle fasi della speciazione.