Darwin: 1809-2009 200 anni dalla nascita del biologo che ha cambiato la scienza

1. Darwin: 1809-2009 200 anni dalla nascita del biologo che ha cambiato la scienza

2. La teoria di Darwin (teoria della evoluzione per selezione naturale) è ancora oggi il concetto centrale della biologia moderna. Charles Darwin (rivoluzionario riluttante), ha modificato profondamente la nostra visione del mondo naturale e del ruolo dell’uomo nella natura.

3. L’IDEA PERICOLOSA DI DARWIN • le specie si trasformano nel corso del tempo • siamo tutti legati gli uni agli altri da una parentela genealogica • l'enorme diversità di forme di vita presenti sulla Terra deriva da processi naturali (selezione naturale) in atto da milioni di anni, e tuttora in corso Poche persone hanno cambiato il mondo con il potere di un’idea

4. PERCHE’ DARWIN E’ COSI’ IMPORTANTE? LA SCIENZA HA BISOGNO DI TEORIE Per capire i dati che osserviamo abbiamo bisogno di teorie LA TEORIA DI DARWIN SPIEGA MOLTISSIMI DATI La teoria evoluzionista permette di collocare le osservazioni delle scienze naturali in un contesto unitario ed interpretabile LA TEORIA DI DARWIN E’ STATA CONFERMATA A 150 anni dalla sua pubblicazione la teoria di Darwin non solo è ancora valida ma è via via diventata la spina dorsale della moderna biologia

5. IL MONDO PRIMA DI DARWIN • COME GLI SCIENZIATI CONSIDERAVANO IL MONDO VIVENTE • Le specie erano considerate separate e immutabili sin dalla loro creazione. • La Terra era ritenuta troppo giovane (6.000 anni di vita) per aver permesso alle specie di evolversi. • Gli esseri umani erano ritenuti al di sopra e al di fuori della natura in virtù di facoltà ritenute eccezionali e uniche. • Queste opinioni riflettevano la visione composta e senza tempo della natura dell’età vittoriana. • CONTESTO CULTURALE • La maggior parte degli inglesi viveva in comunità contadine. • I viaggi lontano dal proprio luogo natio erano rari. • La vita di tutti i giorni assomigliava a quella delle generazioni precedenti. • Il mondo era concepito come eterno e immutabile. La stabilità dell’ordine naturale delle cose garantiva l'ordine sociale. Il mondo prima di DarwinIn Inghilterra, prima della nascita di Darwin, la

6. CHI ERA CHARLES DARWIN? • Nasce a Shrewsbury • Il padre lo ritira da scuola per scarso rendimento • 1826- 27 Facoltà di Medicina, Università di Edimburgo • 1827- 31 Facoltà di Teologia, Università di Cambridge www.aboutdarwin.com/

7. … senz’ombra di dubbio, il più importante evento della mia vita … 1831 Invitato a partecipare al viaggio naturalistico del Beagle 1831 Il Beagle salpa da Plymouth

8. LA ROTTA DEL Beagle Il Beagle salpò per un viaggio intorno al mondo con lo scopo di mappare le coste dell’America meridionale. Darwin era a bordo come naturalista della spedizione per raccogliere informazioni sulla geologia, la vita marina, le piante, gli animali terrestri e sui popoli che il Beagle potesse incontrare.

9. Un nuovo mondo

10. 1836 Il Beagle rientra a Plymouth 1839 Nozze con Emma Wedgwood 1839 Pubblica “Il viaggio di un naturalista intorno al mondo” 1842 Decide di non pubblicare le sue teorie sulla trasmutazione

11. Una vita di lavoro: Down House Down House, nella campagna del Kent, è stata, per 40 anni, il suo rifugio, lo studio, la serra, il laboratorio di ricerca e il nodo di una vasta rete di scambi scientifici. The sand walk Down House

12. LO STUDIO Gli strumenti scientifici Lo schedario Le lettere

13. MOTIVI PER NON PUBBLICARE LE PROPRIE IDEE SULLA TRASMUTAZIONE DEI VIVENTI (1842) • I colleghi naturalisti non le avrebbero accettate • 2. Gli allevatori avrebbero trovato il volume troppo noioso da leggere • 3. Gli atei lo avrebbero usato per i loro scopi malvagi • 4. La chiesa l’avrebbe disprezzato • 5. Non intendeva essere etichettato come ateo • 6. Avrebbe tradito la famiglia a cui doveva così tanto

14. LA TEORIA DI DARWIN (Una semplice spiegazione per la diversità della vita sulla Terra) • In ogni popolazione ci sono differenze tra i singoli individui (variabilità) • 2. Questa variabilità è, almeno in parte, ereditaria • 3. Alcune di queste variazioni consentono agli individui di generare più discendenti di altri, nell’ambiente in cui vivono (selezione naturale, fertilità differenziale e mortalità differenziale) 4. Le caratteristiche degli individui che lasciano più discendenti si diffondono nella popolazione (adattamento)

15. Esiste una variabilità (in parte ereditaria)

16. Nel contesto ambientale in cui si trovano, individui diversi hanno fertilità o mortalità diverse Verdi 5/15= 33%

17. Nel contesto ambientale in cui si trovano, individui diversi hanno fertilità o mortalità diverse Verdi (si nascondono meglio)= 5/15= 33%

18. Le caratteristiche degli individui che lasciano più discendenti si diffondono nella popolazione: adattamento Verdi= 4/8= 50%

19. Cosa è la VARIABILITA’? • I membri di una qualunque specie raramente sono identici gli uni agli altri sia all’esterno che al loro interno. • Gli organismi di una popolazione variano per dimensioni, colore, capacità di resistere alle malattie, ecc. • Queste differenze sono spesso il risultato di mutazioni casuali o errori di copia che insorgono quando le cellule si dividono e gli organismi si sviluppano. • Quando un organismo si riproduce, questo trasferisce il proprio DNA (l’insieme di istruzioni) alla progenie. • Poichè molte caratteristiche sono codificate nel DNA, la progenie eredita anche le variazioni (mutazioni di caratteri) dai loro genitori.

20. SELEZIONE: Sopravvivenza e Riproduzione L’ambiente non riesce a sostenere una crescita illimitata delle popolazioni. Poichè le risorse sono limitate, sopravvivono meno individui di quelli che vengono al mondo. Gli individui più efficienti nel trovare il cibo, nell’accoppiarsi con un partner, e nell’evitare i predatori avranno maggiori probabilità di sopravvivere e trasmettere i loro geni (DNA) ai discendenti. Video: Guarda la selezione naturale all’opera. Sperimenta da solo come funziona l’evoluzione.

21. Le fasi della teoria della evoluzione per selezione naturale applicata a una popolazione di topi La prole è sovrabbondante rispetto alle risorse Ogni popolazione presenta un certo grado di variabilità. La variabilità è dovuta al caso e si eredita La lotta per la sopravvivenza provoca una diminuzione della popolazione La lotta per la sopravvivenza seleziona i più adatti I più adatti all’ambiente sono quelli che riescono a sfruttare meglio le caratteristiche di quell’ambiente e non quelli migliori o più forti

22. La SELEZIONE NATURALE • Soltanto una piccola frazione degli individui che teoricamente potrebbero vivere in un dato ambiente in realtà nasce e riesce a sopravvivere. • Darwin chiama la selezione naturale il processo di “sopravvivenza dei favoriti (più adatti all’ambiente). • La selezione naturale è il processo grazie al quale l’ambiente premia gli individui meglio adattati con la sopravvivenza e un maggiore successo riproduttivo generando molti discendenti ugualmente bene adattati all’ambiente. • Dopo diverse generazioni gli individui meglio adattati a quel particolare ambiente predominano, la natura ha eliminato gli individui più svantaggiati e la popolazione si è evoluta (modificata). • La selezione naturale è il meccanismo che fa sì che le popolazioni di organismi viventi si evolvano con il tempo.

23. ADATTAMENTO Adattamento: caratteristica che contribuisce all’integrazione dell’organismo con l’ambiente. L’adattamento è il risultato della selezione naturale. ESEMPI DI ADATTAMENTO Piccole variazioni possono influenzare la probabilità di sopravvivenza e di riproduzione di un individuo. Es: differenze nel colore aiutano gli insetti a mimetizzarsi e nascondersi ai predatori. Es: una vista più acuta aiuta un predatore ad avvistare la preda. Es: una colorazione brillante del piumaggio aumenta le probabilità di un pavone maschio di attrarre una partner.

24. Adattamento: caratteristica fisica o comportamento che rende l’organismo più idoneo a vivere nel suo ambiente 1. Il lepidottero notturno Biston betularia, la farfalla delle betulle, ha l’abitudine di sostare di giorno sul tronco di questi alberi. 2. Di questa farfalla esistono due varianti, una chiara e una scura. 3. Prima della rivoluzione industriale il 99% delle Biston era chiara, alla fine dell’Ottocento divennero prevalenti le farfalle di colore scuro. 4. Mentre la Biston chiara si mimetizza, sfuggendo ai predatori, sulla corteccia chiara, la Biston nera si mimetizza meglio sulle cortecce scure Variante scura Variante chiara Biston betularia

25. SU QUALI PROVE SI BASA LA TEORIA DI DARWIN?

26. uomo pipistrello balena cavallo omero radio ulna ossa del carpo falangi ossa del metacarpo ARTO ANTERIORE MAMMIFERI L’osservazione che gli arti anteriori di questi quattro mammiferi presentano la stessa architettura di base, si spiega con l’esistenza di un antenato comune da cui tutti discendono. falangi ossa del metacarpo

27. pesce anfibio maiale uomo STADI SUCCESSIVI DELLO SVILUPPO EMBRIONALE DI ALCUNI VERTEBRATI Le somiglianze decrescono col progredire dello sviluppo

28. I FOSSILI • Resti di organismi vissuti nel lontano passato (conchiglie, ossa) • Tracce o impronte conservatesi in rocce sedimentarie (impronte di conchiglie)

29. GEOLOGIA strati rocciosi più superficiali sono più recenti strati rocciosi più profondi sono più antichi PALEONTOLOGIA I fossili presenti negli strati rocciosi più superficiali sono più simili agli organismi attualmente viventi sul pianeta di quelli contenuti negli strati rocciosi più profondi. felce arborea ammonite T. rex 450-300maf 400-65maf 250-65maf

30. PROCESSI DI FOSSILIZZAZIONE • Mummificazione • Carbonificazione • Mineralizzazione • Inclusione • Impronta

31. FOSSILIZZAZIONE PER INCLUSIONE inclusione in ambra inclusione in ambra Inclusione in ghiaccio- permafrost

32. FOSSILIZZAZIONE PER MUMMIFICAZIONE (disidratazione) dromedario (vivo) dromedario sepolto nella sabbia (mummificato) FOSSILIZZAZIONE PER CARBONIZZAZIONE (resti vegetali) Piante carbonificate

33. DAI PESCI AGLI ANFIBI L’EUSTHENOPTERON aveva una forma molto simile a quella di un pesce moderno, ma nelle sue pinne già esistevano le ossa precursori del braccio e delle zampe dei futuri animali a 4 zampe. Il TIKTAALIK fece un altro passo verso le forme terrestri di vita con ossa del polso e delle dita che gli consentirono di tirarsi su e far affiorare il capo dalle pozze di acqua bassa, in cui preferiva vivere. Lo scheletro indica che probabilmente respirava sia attraversi branchie, come l’Eusthenopteron, e attraverso una struttura simile al polmone, come il successivo Ichthyostega e gli anfibi moderni. L’ICHTYOSTEGA sviluppò delle zampe ancora più forti con cui poteva manovrare attraverso la fitta vegetazione nel suo habitat paludoso.

34. Tutti i viventi hanno qualcosa in comune Tutti gli organismi conosciuti traducono allo stesso modo, nelle proteine, l’informazione contenuta nei loro acidi nucleici.

35. L’Origine delle specie per selezione naturale (1859) …. questo è senza dubbio il lavoro più importante della mia vita. Fin da principio ebbe un grande successo. Le 1250 copie della prima edizione furono vendute tutte nel primo giorno della pubblicazione….

36. Darwin Huxley Wilberforce 1859 Pubblica “L’origine delle specie” 1860 Dibattito ad Oxford (Darwin non interviene) 1871 Pubblica “L’origine dell’uomo” 1882 Muore a Down House

37. L’EVOLUZIONE E’ UN FATTO Un fatto è un’osservazione ripetutamente confermata. Che i viventi si siano evoluti da antenati comuni e continuino ad evolversi è un fatto, non una teoria. • Esempi di evoluzione in azione: • Parassiti resistenti al DDT • Biston betularia • Batteri e antibiotici (TBC) • Influenza aviaria

38. Avian Human Avian H5N1 Evoluzione in azione: l’influenza aviaria

39. Avian H5N1 Evoluzione in azione: l’influenza aviaria L‘influenza aviaria è una malattia respiratoria causata da un virus (H5N1) che colpisce uccelli selvatici (anatre, cigni, trampolieri, gabbiani)e domestici (polli, tacchini, anatre).  In genere i virus aviari non colpiscono l'uomo, eccetto alcune varianti virali (variabilità) tra cui il più recente è proprio H5N1. Il virus H5N1 infetta l’uomo che vive a stretto contatto con uccelli infetti, ma non si trasmette ancora da uomo ad uomo. Pertanto, così com'è oggi, non può causare una pandemia (diffusione mondiale della malattia nell'uomo). Il virus H5N1 potrebbe causare una pandemia se si modificasse(evoluzione) eacquisisse la capacità di trasmettersi velocemente da uomo ad uomo, come succede per il virus influenzale umano stagionale. Questo è un evento possibile ma imprevedibile (casuale), cioè allo stato delle cose, non sappiamo se avverrà, né come o quando avverrà.