Darwin, 1837

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Darwin, 1837
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2010 Anno Internazionale della Biodiversità
La Biodiversità una risorsa essenziale della
Natura. Conoscenza e valorizzazione attraverso la
Scuola
Napoli, 15 Marzo 2010
Le basi biologiche della Biodiversità
Maria Valeria Ruggiero SZN Ecology and
Evolution of Plankton Stazione Zoologica Anton
Dohrn Villa Comunale 1 - 80121 - Naples,
Italy e-mail mariavaleria.ruggiero_at_szn.it
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SCHEMA DELLA LEZIONE
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DEFINIZIONE di BIODIVERSITÀ
Art.2 - Convenzione di Nairobi del 1992 la
variabilità degli organismi viventi di ogni
origine, compresi inter alia gli ecosistemi
terrestri, marini ed altri ecosistemi acquatici e
i complessi ecologici di cui fanno parte ciò
include la diversità nellambito delle specie e
tra le specie e la diversità degli ecosistemi.
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LIVELLI DI ORGANIZZAZIONE DELLA BIODIVERSITÀ
Diversità degli ecosistemi
Varietà degli ambienti naturali
Varietà delle specie presenti in un ecosistema
Diversità specifica
Variabilità genetica interna alla specie
individuale fra popolazioni
Diversità infra-specifica
N specie descritte ? 1,75 milioni (The World
Atlas of Biodiversity http//stort.unep-wcmc.org/i
maps/gb2002/book/viewer.htm)
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Cosè una SPECIE ?
Non esiste una definizione univoca di SPECIE
Concetto MORFOLOGICO
BIOLOGICO
FILOGENETICO
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SPECIE MORFOLOGICA
(Cronquist 1978)
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Cosè una SPECIE ?
SPECIE BIOLOGICA
(Mayr, 1940)
La specie è rappresentata da quegli individui che
incrociandosi tra loro generano potenzialmente
una prole illimitatamente feconda.
P
F1
F2
F3
Ernst Mayr
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Cosè una SPECIE ?
SPECIE FILOGENETICA
(Nixon and Wheeler 1990)
Il più piccolo gruppo di individui, fra cui si
possa riconoscere una relazione parentale di
discendenza e ascendenza.
Linblad-Toh et al 2005
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Diversità criptica e pseudo-criptica
Il genere Pseudo-nitszchia (Diatomee pennate)
Da Amato et al. 2007
SEM
LM
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Lorigine delle Specie
Ernst Haeckel Kunstformes der Natur 1904
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EVOLUZIONE per SELEZIONE NATURALE
Darwin, 1859
Competizione ecologica per le risorse
Sopravvivenza e riproduzione differenziale Fitness
Ereditarietà
Adattamento
Discendenza con modificazioni
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Il concetto di FITNESS
La fitness è definita come la sopravvivenza e
capacità riproduttiva differenziale
dellindividuo più adatto (fit) alle condizioni
ambientali in cui vive.
La frequenza degli individui che portano
caratteri vantaggiosi nella popolazione aumenta
fino a, eventualmente, fissarsi.
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Il carattere vantaggioso dovrà essere trasmesso
ai discendenti...
EREDITARIETÀ
Lereditarietà è la trasmissione, da una
generazione allaltra, dei caratteri determinati
dallassetto genetico di un individuo.
I caratteri ereditari sono portati dai GENI
Gli ALLELI sono le forme alternative del gene
presenti nella popolazione
Allele A
B
C
D
E
L'insieme di tutti gli alleli di tutti i geni di
tutti gli individui di una popolazione
costituisce il suo POOL GENICO
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ADATTAMENTO
Per adattamento si intende un tratto anatomico,
fisiologico o comportamentale che permette
allindividuo di avere una fitness superiore agli
altri individui della stessa popolazione, come
conseguenza della selezione naturale.
Peromyscus maniculatus
Forma insulare adattata al colore del substrato
Mimesi Difesa dai predatori
Forma selvatica
Linnen et al., 2009.
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MICRO- e MACRO-EVOLUZIONE
...Dalle popolazioni alle specie
Micro-evoluzione
Macro-evoluzione
Livello dazione
Popolazioni e Sub-popolazioni
Specie e Taxa superiori
Scala temporale
Breve
Lunga
Inter-specifico
Intra-specifico
Intra-popolazionistico
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La Micro-evoluzione rappresenta il campo dazione
della
GENETICA di POPOLAZIONE
Studio dei cambiamenti nel pool genico
allinterno di una popolazione, nel tempo.
...In che modo si verifica il cambiamento
micro-evolutivo?
Sewall Green Wright
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Micro-evoluzione
Mutazione e Ricombinazione
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Micro-evoluzione
Flusso Genico
Il flusso genico è la dispersione di geni fra
popolazioni in seguito a migrazione di individui
riproduttivi o propaguli
Pop 1
Pop 2
La presenza di flusso genico fra popolazioni
mantiene lomogeneità interna alle specie
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Micro-evoluzione
Deriva Genetica
È il Campionamento casuale degli alleli da una
generazione allaltra
In 3 generazioni Lallele rosso è arrivato a
FISSAZIONE Lallele blu è SCOMPARSO dalla
popolazione
Limportanza della deriva genetica è inversamente
correlata alla grandezza della popolazione
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Micro-evoluzione
Selezione Naturale
La selezione naturale è linsieme dei fattori
ambientali che tendono a favorire o sfavorire un
dato carattere (o allele). È la causa prima
dellAdattamento.
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Micro-evoluzione
Selezione Direzionale
Un singolo allele vantaggioso è favorito ed
aumenta la sua frequenza nella popolazione fino a
fissarsi
Da www.nature.com
Il risultato è una minore variabilità genetica
della popolazione, ma una maggiore fitness
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Micro-evoluzione
Selezione Purificante
Gli alleli portanti mutazioni deleterie vengono
eliminati dalla popolazione
Il risultato è leliminazione dalla popolazione
di alleli con effetto negativo sulla fitness, ma
una minore variabilità genetica.
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Micro-evoluzione
Selezione Bilanciata (dipendente negativamente
dalla frequenza)
Sistema di Self-incompatibility in Arabidopsis
halleri
Il fenotipo raro è favorito allinterno della
popolazione, rispetto al fenotipo comune
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Selezione e Variabilità genetica
Maggiore è la variabilità genetica di una
popolazione, maggiore sarà la sua capacità di
sostenere la selezione e quindi di affrontare i
cambiamenti ambientali.
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MACRO-EVOLUZIONE
La macro-evoluzione si occupa dei processi di
speciazione e delle relazioni fra livelli
tassonomici superiori ? FILOGENESI
Lalbero della Vita
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Macro-evoluzione
SPECIAZIONE
La speciazione è il processo evolutivo mediante
il quale si originano nuove specie, in seguito ad
isolamento riproduttivo fra popolazioni (E. Mayr)
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Macro-evoluzione
SPECIAZIONE ALLOPATRICA
Il flusso genico fra due popolazioni viene
interrotto dallinsorgenza di barriere naturali
(montagne, fiumi, etc...)
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Macro-evoluzione
Altri tipi di SPECIAZIONE ALLOPATRICA
Peripatrica
Parapatrica
Migrazione
Effetto del Fondatore
Isolamento ecologico
Isolamento geografico
Nuova specie
Nuova specie
Il modello di speciazione ALLOPATRICA per
isolamento geografico è il più accettato presso
la comunità scientifica
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Macro-evoluzione
SPECIAZIONE SIMPATRICA
La speciazione avviene senza l intervento di
barriere geografiche al flusso genico
Sub-popolazione
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Lapproccio MOLECOLARE alla FILOGENESI
La FILOGENESI ricostruisce le ramificazioni della
storia evolutiva degli organismi
Lapproccio molecolare ha permesso il fiorire di
discipline quali levoluzione molecolare ,
lecologia molecolare, la genetica della
conservazione.
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Principali applicazioni dellapproccio molecolare
Studio della biodiversità
Livello specie/taxa
Identificazione di specie (Barcoding) Processi
speciativi in corso Rapporti filogenetici fra
specie e fra livelli tassonomici più alti
Genetica della conservazione
Rarefazione e frammentazione, Processi di
declino demografico ed estinzione Conseguenze
genetiche delle attività antropiche
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La Natura...
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... E lUomo
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GRAZIE !
Darwin, 1837
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Siti Internet
Il Portale dellEvoluzione http//www.pikaia.eu
Società Italiana di Biologia Evoluzionistica http
//www.sibe-iseb.it/
http//evolution.berkeley.edu/evolibrary/home.php
http//evolution-textbook.org/
http//www.evolutionpages.com/
http//www.scienceclarified.com/
The Tree of Life Project http//tolweb.org
The World Atlas of Biodiversity http//stort.unep-
wcmc.org/imaps/gb2002/book/viewer.htm)
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Libri
Charles Darwin. L'origine delle specie. Bollati
Boringhieri, 1985
Mark Ridley. Evoluzione (ed. italiana sulla III
ed. inglese del 2004), McGraw-Hill.
Telmo Pievani, La teoria dell'evoluzione.
Bologna, Il Mulino, 2006
Richard Dawkins, Il racconto dell'antenato. La
grande storia dell'evoluzione. Mondadori, 2006.
Eldredge, N (ed.). 2002. Life on Earth. An
Encyclopedia of Biodiversity, Ecology and
Evolution. ABC-CLIO, Santa Barbara, California.
Kimura, M., The Neutral Theory of Molecular
Evolution, Cambridge University Press, Cambridge,
1983
Barton, N. (ed.) 2007. Evolution. Cold Spring
Harbor Press.
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Articoli citati
Linblad-Toh, K. et al. 2005 Genome sequence,
comparative analysis and haplotype structure of
the domestic dog. Nature, 438803-819.
Amato, A. et al. 2007 Reproductive isolation
among sympatric cryptic species in Marine
Diatoms. Protist, 158193-207.
Linnen C.R.et al., 2009. On the origin and spread
of an adaptive allele in deer mice. Science, 28
August 2009 1095-1098.
Huang, H. et al., 2004. Evolutionary conservation
and selection of human disease gene orthologs in
the rat and mouse genomes. Genome Biology, 5R47