Esercizi: Le teorie evolutive

Spiega che cos'è l'evoluzione biologica e che cosa significa affermare che le specie attuali discendono da altre specie del passato.

Riassumi le due idee principali di Lamarck (uso e disuso degli organi ed ereditarietà dei caratteri acquisiti) e spiega come interpretava il collo lungo delle giraffe.

Riassumi le idee chiave del darwinismo: variabilità tra gli individui, lotta per l'esistenza e selezione naturale dei meglio adattati.

Spiega che cosa sosteneva il fissismo o creazionismo sull'origine e sulla permanenza delle specie, e perché i fossili di animali che non esistono più erano un problema per quell'idea.

Spiega che cos'è un fossile, come si forma normalmente e quali due tipi di informazione fornisce all'evoluzione: com'erano gli esseri viventi del passato e quanti anni hanno le rocce che li contengono.

Spiega la frase «non evolvono gli individui, evolvono le popolazioni»: che cosa accade agli individui nel corso della loro vita e che cosa cambia nella popolazione di generazione in generazione.

Durante il suo viaggio sul Beagle, Darwin fece osservazioni che lo portarono a dubitare del fissismo. Cita due di esse (per esempio, fossili di specie estinte simili a quelle attuali o specie diverse in ogni isola delle Galápagos) e spiega che cosa gli suggerì ciascuna.

Definisci l'adattamento e fai due esempi di adattamenti di esseri viventi al proprio ambiente, spiegando in che cosa consiste il vantaggio di ciascuno.

Osserva lo schema, che mostra due diverse spiegazioni (A e B) di come le giraffe hanno ottenuto il collo lungo. Indica quale corrisponde a Lamarck e quale a Darwin, e segnala la differenza fondamentale tra le due riguardo a ciò che si eredita.

Che cosa apporta il neodarwinismo o teoria sintetica alle idee di Darwin? Spiega come la genetica (mutazioni ed ereditarietà) ha completato la teoria della selezione naturale.

Cita e descrivi brevemente tre linee di evidenza dell'evoluzione: fossili, anatomia comparata (ossa omologhe) e biogeografia.

La teoria di Lamarck era ragionevole ai suoi tempi. Spiega quale dato sull'ereditarietà Lamarck ignorava e che oggi ci permette di rifiutare l'ereditarietà dei caratteri acquisiti, e che cosa direbbero un lamarckiano e un darwiniano sul perché le gazzelle corrono veloci.

Distingui tra organi omologhi e organi analoghi usando l'ala di un uccello, l'ala di un pipistrello, il braccio umano e l'ala di una farfalla, e spiega quale dei due casi è una prova di parentela evolutiva e perché.

Spiega che cosa sono gli organi vestigiali e fai due esempi (per esempio, l'appendice umana o i resti del bacino delle balene), ragionando sul perché costituiscono un'evidenza dell'evoluzione.

Ordina cronologicamente queste tappe e spiega in una frase che cosa ha apportato ciascuna: la pubblicazione de «L'origine delle specie», la riscoperta delle leggi di Mendel, la teoria di Lamarck, il viaggio del Beagle e la formulazione della teoria sintetica.

Dopo anni di utilizzo dello stesso insetticida, le zanzare di una zona sono diventate resistenti. Spiega perché è sbagliato dire che «ogni zanzara si è adattata all'insetticida nel corso della sua vita» e come lo spiega correttamente la selezione naturale.

In una piccola isola, una siccità prolungata elimina le piante con semi morbidi e sopravvivono solo quelle con semi grandi e duri. Un gruppo di biologi misura lo spessore del becco in una popolazione di fringuelli prima della siccità (media di 8,8 mm) e un anno dopo tra i sopravvissuti (media di 9,8 mm). A) Giustifica mediante la teoria sintetica che cosa è accaduto nella popolazione a livello fenotipico e genotipico. B) Uno studente commenta: «I fringuelli hanno dovuto sforzarsi per rompere i semi duri, il che ha fatto crescere il loro becco di 1 mm durante la vita e per questo i loro piccoli sono nati con becchi più grandi». Confuta la sua affermazione indicando perché cade nel lamarckismo e come opera in realtà la selezione naturale.

In una zona industriale inglese è stata misurata la proporzione di falene della betulla (Biston betularia) scure (carbonaria) e chiare (typica). Dopo l'approvazione di leggi contro l'inquinamento da carbone nel 1960, i registri hanno mostrato: nel 1960, il 90 % di falene scure; nel 1980, il 50 %; e nel 2000, solo il 10 %. A) Interpreta questi dati identificando il fattore di selezione naturale e spiegando perché sono cambiate le frequenze alleliche. B) Prevedi con ragionamento che cosa accadrebbe alla proporzione delle due varietà se si introducesse un nuovo predatore notturno che individua le prede esclusivamente con l'olfatto e non con la vista.

Analizza le due situazioni seguenti: 1) Se a più generazioni successive di topi si amputa chirurgicamente la coda, tutti i piccoli delle cucciolate seguenti continuano a nascere con la coda intatta. 2) Se si irradiano i testicoli di topi maschi con raggi X, molti dei loro piccoli nascono con malformazioni alla coda. A) Giustifica questi risultati basandoti sulla differenza tra cellule somatiche e cellule della linea germinale. B) Se un culturista usasse la terapia genica per modificare il DNA delle fibre muscolari delle sue braccia e farle ipertrofizzare, i suoi discendenti erediterebbero quella massa muscolare? Motiva la tua risposta.

In un social network leggi il seguente commento: «Se l'essere umano discende dalla scimmia, perché esistono ancora gli scimpanzé attuali invece di essersi trasformati tutti in persone?». Redigi una risposta scientifica che smonti questo dubbio: A) Identifica i due errori concettuali su come opera l'evoluzione biologica contenuti nella frase. B) Utilizza il modello dell'albero filogenetico per spiegare la relazione reale tra scimpanzé, esseri umani e il loro antenato comune, giustificando perché gli scimpanzé sono «cugini evolutivi» e non «antenati».

L'orchidea Angraecum sesquipedale accumula nettare sul fondo di un tubo profondo quasi 30 cm, e solo la falena Xanthopan morganii, con una spiritromba di lunghezza simile, è in grado di sorbirlo e impollinarla. A) Spiega la «corsa agli armamenti» evolutiva (coevoluzione) tra le due: quale vantaggio selettivo ha comportato per la pianta avere il tubo più lungo della spiritromba media, e quale pressione selettiva ha obbligato la falena ad allungare la sua? B) Se una malattia estinguesse improvvisamente questa falena, prevedi il destino evolutivo dell'orchidea e confuta l'idea che la pianta potrebbe «modificare volontariamente il suo nettare per attirare altri insetti».

Studiando una serie di strati marini che coprono 12 milioni di anni, un gruppo di paleontologia scopre che una specie di mollusco mantiene esattamente la stessa morfologia per 10 milioni di anni. Tuttavia, in uno strato che rappresenta un cambiamento brusco di appena 40 000 anni, la specie scompare e compaiono due specie derivate molto diverse che restano stabili per il resto del tempo. A) Confronta come spiegherebbero questo record fossile il gradualismo filetico di Darwin e la teoria degli equilibri punteggiati di Gould ed Eldredge. B) Giustifica perché il ritmo «rapido» sostenuto dagli equilibri punteggiati non contraddice la selezione naturale né implica cambiamenti istantanei.

La famosa illustrazione della «marcia del progresso» mostra una fila in cui primati quadrupedi si raddrizzano passo dopo passo fino a culminare nell'essere umano, trasmettendo l'idea che l'evoluzione sia una scala verso la perfezione. A) Smonta questa idea usando come controesempi il successo evolutivo dei batteri (organismi unicellulari semplici da più di 3500 milioni di anni) e dei parassiti interni come le tenie (che hanno perso organi complessi come l'apparato digerente). B) Giustifica perché in biologia il concetto di «successo adattativo» non equivale a «maggiore complessità» e spiega perché la selezione naturale è priva di mete o finalità intrinseca.

Un laboratorio analizza un organulo cellulare sconosciuto trovato nel citoplasma di un'ameba e ottiene i seguenti dati: presenta doppia membrana (quella interna senza colesterolo, simile a quella batterica), contiene ribosomi di dimensione 70S e possiede una molecola di DNA circolare chiuso in grado di replicarsi indipendentemente dal nucleo. Inoltre, un antibiotico che blocca la sintesi proteica batterica ferma la funzione dell'organulo. A) Interpreta questi risultati giustificando con ragionamento come sostengono la teoria endosimbiotica di Lynn Margulis. B) Spiega quale cambiamento di paradigma ha comportato questa teoria rispetto alla visione evolutiva tradizionale basata esclusivamente sulla competizione tra esseri viventi.