L'Evoluzione

L'evoluzione è un processo continuo di adattamento che porta allo sviluppo di nuove forme di vita. Tutti gli organismi infatti derivano da organismi precedenti che nel tempo hanno subito variazioni genetiche trasmesse attraverso il meccanismo di selezione naturale: solo gli individui con caratteri favorevoli per l'adattamento all'ambiente riescono a sopravvivere.

Il processo evoluzionistico è nato con la prima forma di vita sviluppatasi sulla terra, e con lui anche la gara alla sopravvivenza. 

Fin da subito non fu facile indagare sull'origine della vita, soprattutto perché le pressioni delle comunità religiose erano forti durante i primi studi, motivo per il quale il creazionismo era la teoria più quotata. 

Con lo sviluppo di un metodo scientifico e di un'idea al di là di Dio si svilupparono anche le prime teorie sull'evoluzione della specie.

15 miliardi di anni fa un'esplosione cosmica causò la dispersione di materia ed energia nell'universo: era il Big Bang.

Da quell'evento passarono milioni di anni prima che i pianeti si formassero, in particolare il sistema solare (e il pianeta Terra) fanno la loro comparsa ne cosmo 4,5 miliardi di anni fa. 

Le condizioni presenti sul nostro pianeta erano ancora completamente inadatte per lo sviluppo della vita.

Solo 3,8 miliardi di anni fa le condizioni divennero adatte per la formazione delle prime molecole biologiche.

Oparin, biochimico e biologo Russo, avanzò la teoria che negli oceani ad alta temperatura presenti sulla superficie terrestre fossero presenti gli elementi chimici necessari per la formazione delle biomolecole, a partire da elementi inorganici disciolti nelle acque.

Gli elementi necessari si trovavano liberi nell'atmosfera primordiale (CO2, NH3, CH4) o contenuti nelle rocce (P) e l'energia per la formazione dei legami poteva essere fornita dalle forti radiazioni uv solari (non schermate dall'atmosfera che non era ancora formata), dai fulmini e dall'attività vulcanica.

Le prime molecole organiche si sarebbero formate e concentrate in un brodo primordiale contenente i precursori delle macromolecole biologiche. 

Questa teoria fu poi confermata grazie all'esperimento di Miller-Urey, che riuscirono a ricreare le condizioni presenti in quell'atmosfera primitiva e a dimostrare che le molecole organiche potevano originarsi da molecole inorganiche. 

Attraverso questo esperimento, ripetuto più volte, Miller riuscì ad ottenere i 20 amminoacidi, molti lipidi e le basi azotate presenti negli acidi nucleici.

3,5 miliardi di anni fa ci fu la comparsa delle prime protocellule. Prendendo delle biomolecole e stendendole su uno strato di silicio, esse tendevano ad organizzarsi in strutture sferiche, in particolare molecole simili ai fosfolipidi formavano strutture che trattenevano una parte di liquido. La protocellula, appunto, è una struttura sferica contenente molecole organiche e liquido primordiale inorganico, delimitati da una membrana che le separa con l'ambiente esterno. La presenza di questa primitiva forma procariotica è testimoniata da sedimenti fossili (stomatoliti) che contengono questo tipo di microrganismi: era nata la prima cellula primitiva. 

Dal momento che l'atmosfera era priva di ossigeno le prime cellule originatesi dalle protocellule furono anaerobie e eterotrofe: si nutrivano cioè delle molecole organiche presenti in grandi quantità nell'ambiente. Con l'evoluzione nacquero le prime cellule autotrofe, in grado di sintetizzare autonomamente i nutrienti organici attraverso il processo di fotosintesi. Fu proprio questo processo che permise la comparsa di ossigeno libero in atmosfera, e quindi la formazione di uno strato di ozono e il passaggio ad un metabolismo aerobio. La comparsa di ossigeno pose fine anche alla generazione di molecole organiche dalle inorganiche, dal momento che tendeva a demolire in modo molto semplice i composti organici a causa della sua reattività, ma consentendo la comparsa di forme di vita completamente differenti le une dalle altre.

Le teorie evolutive si prefissavano come obbiettivo il dover rispondere a domande quali: "come si sono generati gli organismi viventi?" e "essi sono mutati nel tempo?". 

Oggi è facile rispondere a tali domande possedendo conoscenze moderne, ma fin dall'antichità l'uomo ha cercato di spiegarsi questi fenomeni con le conoscenze che possedeva. 

Il primo fu Aristotele (350ac) che pubblicò "Scala della Natura", dove ordinava gli organismi dal più semplice al più complesso, in una primordiale scala evolutiva che aveva come origine la generazione spontanea (credenza secondo cui gli organismi si generavano in modo spontaneo da elementi inorganici inanimati). 

Prima di allora la teoria più diffusa era quella del fissismo, cioè che tutti gli organismi erano statici e immutabili nel tempo. 

Le teorie evolutive furono poi abbandonate, dal momento che gli studi scientifici furono messi in secondo piano. Solo quando ci fu la rinascita della filosofia scientifica (nel 1700) questi studi vennero ripresi.

De Buffon fu uno dei primi esponenti della teoria creazionista: tutto è creato da Dio. 

Lo scienziato sosteneva che gli organismi potevano essere cambiati nel tempo, seguendo una degenerazione spontanea progressiva. 

La svolta fu data da Hutton, che nel 1750 studiò le rocce e scoprì i fossili. Secondo la Bibbia, la Terra a quei tempi doveva avere 600 anni, cosa impossibile secondo quanto aveva scoperto con i suoi studi. Qualcosa nella teoria creazionista non tornava. 

Una risposta a questo dubbio fu data da Cuvier, un paleontologo sostenitore della teoria creazionista, che alla fine del '700 ipotizzò che i fossili fossero solamente organismi modificati dal trascorrere del tempo a causa di catastrofi naturali. 

Nell'800 si riaccese la discussione sull'evoluzione dei viventi. Erano infatti molto numerose le prove che si opponevano al creazionismo in favore di un evoluzionismo. 

Una delle prime teorie evolutive fu proposta dal biologo e naturalista Jean-Baptiste de Lamarck. Secondo la sua idea gli organismi viventi si evolvevano lentamente e in modo progressivo nel tempo, spronati dall'ambiente esterno verso l'adattamento. Secondo la legge dell'uso e del non uso infatti, gli organi che venivano altamente utilizzati si sviluppavano, mentre quelli non utilizzati si atrofizzavano.
Lamarck sosteneva anche l'ereditarietà dei caratteri acquisiti: i caratteri sviluppati e modificati in vita erano ereditari.

L'esempio avanzato da Lamarck fu quello delle giraffe che per potersi nutrire dovettero evolversi allungando il proprio collo (carattere acquisito), così da poter raggiungere i rami più altri.  Quest'evoluzione veniva poi trasmessa alle generazioni successive.

 In quegl'anni l'Inghilterra, per mantenere il primato sullo sviluppo, finanziò delle spedizioni verso il nuovo mondo.

Nel 1831 partì una spedizione di sei anni, dove il naturalista Charles Darwin si imbarcò e a bordo del brigantino Beagle fece il giro del mondo. In ogni posto in cui si fermava Darwin raccoglieva campioni, elaborava osservazioni e disegni. Durante il suo viaggio fu colpito dalla grande varietà di fauna e flora presente in un unico territorio e in territori vicini. 

In particolare alle Galàpagos Darwin osservò la presenza di specie molto simili tra loro ma comunque diverse per ogni isola dell'arcipelago.

Nel 1859 pubblicò il libro "Origine delle specie" che conteneva tutto il materiale raccolto nel suo viaggio. La teoria che elaborò sostiene che:

"gli organismi si evolvono nel tempo, e ciò che agisce sul loro cambiamento è l'ambiente, il quale seleziona gli organismi che possiedono al loro interno le caratteristiche più favorevoli per l'adattamento e la sopravvivenza"

La grande differenza tra la teoria avanzata da Darwnin e quella avanzata da Lamarck era che, secondo il primo, i caratteri favorevoli non erano sviluppati in vita, bensì erano già presenti nell'organismo. Questi caratteri si sviluppavano in modo del tutto casuale e venivano mantenuti nel tempo grazie alla selezione naturale. Era quindi l'ambiente a selezionare i caratteri che dovevano essere mantenuti nel tempo.

Per mantenere il paragone con le giraffe, secondo Darwin nacque casualmente una giraffa con il collo più lungo delle altre. Questa caratteristica gli consentì di sopravvivere, al contrario delle giraffe con il collo corto, e di risprodursi permettendo alla caratteristica di trasferirsi alla generazione successiva. 

Assieme a questa grande teoria Darwin elaborà anche diversi concetti evoluzionistici. 

Dobbiamo inftti a lui l'idea che tutti gli organismi attualmente presenti sulla Terra discendano da un antenato comune e che l'evoluzione non sia un processo lineare e graduale. L'evoluzione deriva infatti da piccoli cambiamenti, sommati gli uni agli altri, che portano allo sviluppo di organismi diversi. Darwin elabora il concetto di "albero della vita", dove la base è costituita dalle specie più primitive, mentre i ogni ramo corrisponde ad una nuova specie. 

Darwin passò vent'anni raccogliendo prove a favore della sua tesi, ampliando il suo studio a diversi campi.

1. Pove Biogeografiche.
   Darwin osservò che in Brasile e Sud Africa crescevano piante molto simili. Ipotizzò quindi che avessero un antenato comune, dal quale si differenziarono per adattarsi ai diversi climi. Queste osservazioni potevano essere applicate anche agli organismi che Darwin osservò durante il suo viaggio alle Galàpagos.
   In particolare, lo studioso si soffermò su tre organismi diversi: l'iguana dai tubercoli, il geochelone e la i fringuelli. Darwin osservò che tutti e tre questi tipi di organismi erano presenti sulle varie isole dell'arcipelago. Gli esemplari di questi animali erano però differenti per ogni isola, anche se molti simili tra loro. I fringuelli, per esempio, differivano per la forma del becco. Anche questa osservazione portò Darwin alla stessa conclusione. 
   
   
   
2. Osservazione dei Fossili.
   Assieme al geologo Lyell, Darwin si soffermò sull'osservazione dei fossili.
   Le rocce sedimentarie formano strati successivi, accumulandosi le une sulle altre.
   Osservando questo tipo di rocce i due si resero conto che i fossili contenuti negli strati più profondi appartenevano ad organismi più semplici e che avevano somiglianze con i fossili degli organismi degli strati superiori, i quali apparivano però più complessi. Questo fatto attribuì veridicità alla tesi di Darwin, supportando l'evoluzione degli organismi come sviluppo lento e graduale. 
   
   
   
   
3. Anatomia Comparata.
   Lo studio comparato degli organismi portò alla conclusione che vi sono organismi i quali, esternamente, sono molto diversi ma che all'interno hanno un'organizzazione corporea molto simile.
   In particolare, vengono definite strutture omologhe quelle strutture che esternamente possono sembrare diverse, ma che all'interno sono costituite in modo molto simile. Per esempio il braccio di un'uomo e la pinna di una balena.
   Le strutture Analoghe invece sono simili esternamente poiché svolgono la stessa funzione, ma strutturalmente hanno un'origine embrionale completamente diversa, come l'ala di un uccello e l'ala di un pipistrello.
   Queste osservazioni supportavalo l'idea di un antenato comune.
   
   
   
   
4. Selezione Artificiale.
   Darwin raccolse dati su esemplari di piccioni allevati dall'uomo, per raccogliere dati sui cambiamenti nel tempo e, dal momento che i cambiamenti naturali sono più difficilmente osservabili, si concentrò sui cambiamente indotti dall'uomo.
   Quello che stava andando a studiare era la selezione artificiale, cioè l'influenza dell'uomo sulle caratteristiche di un organismo, in modo tale che esso mantenga le caratteristiche più favorevoli all'uomo. 
   

Altre prove in favore alla sua tesi, che Darwin non poteva raccogliere ai suoi tempi, sono la resistenza a sostanze nocive, attuata per esempio dai batteri, i quali si adattano agli antibiotici non modo tale da non venirme più danneggiati, e il melanismo industriale. Sulla corteccia bianca della betulla vive un tipo di farfalla con le ali bianche, la Biston betularia. La rivoluzione industriale portò alla nascita di numerose fabbriche e all'uso spropositato di carbone: questo ha portato ad una evoluzione della farfalla, la quale ha mutato le sue ali da bianche a nere, per potersi mimetizzare.
Questo rapido adattamento fornisce una dimostrazione pratica della selezione naturale e dell'influenza che l'ambiente esterno ha sugli organismi.
Progressivamente, quando si sono trovate nuove fonti di energia, le ali delle farfalle assieme ai tronchi di bettulla)sono tornati ad essere bianchi. 

La selezione naturale elaborata da Darwin  non coinvolge solamente un singolo organismi, bensì intere popolazioni.

Le popolazioni di organismi della stessa specie, che vivono in uno stesso territorio, tendono a riprodursi con grande rapidità. In natura però, le popolazioni vengono mantenute ad un numero costante. Ciò avviene per consentire a tutti gli organismi di avere il nutrimento necessario alla sopravvivenza. Con la scarsità di risorse e nutrimento gli organismi, sia di specie diverse sia della stessa specie, sono portati a competere tra di loro. Dal momento che gli individui, anche se simili, sono tutti diversi tra di loro alcuni avranno caratteristiche che consentiranno loro di adattarsi meglio alla situazione, al contrario degli altri organismi che non saranno in grado di sopravvivere.

Gli organismi più forti saranno poi in grado di trasferire alla prole le proprie caratteristiche, definite vantaggiose (come il collo lungo delle giraffe).

La teoria Darwiniana non era in grado di spiegare come era possibile che si generassero dei caratteri vantaggiosi in modo del tutto casuale e come questi potevano essere trasferiti. Questo problema venne risolto affiancando alle scoperte di Darwin gli studi di Mendel, il padre della genetica.

Si elaborò così una teoria Neo-Darwiniana che affiancava alle teorie evoluzionistiche quelle sui geni, che può essere così riassunta:

"Gli organismi sono in grado di evolversi nel tempo grazie ad una selezione naturale. La natura seleziona gli organismi che hanno nel proprio codice genetico le caratteristiche più favorevoli per vivere in un dato ambiente o per svolgere una funzione, generate a causa di una mutazione. Questi organismi avranno  più successo riproduttivo e  i loro discendenti manterranno la stessa caratteristica. "

"Due organismi appartengono alla stessa specie quando sono in grado di riprodursi e di produrre prole fertile." 

Esistono due modalità per cui si genera una nuova specie:

• Allopatrica
• Simpatrica

La speciazione Allopatrica avviene quando le due specie si formano in ambienti diversi. Ciò avviene quando una specie preesistente viene separata da una barriera geografica, che può essere naturale (montagne, fiumi, mare, ecc) o causata da una modificazione ambientale (una frana). 

Con il cambiamento dell'ambiente l'organismo può reagire in due modi differenti. Nel primo caso la specie non riesce a sopravvivere poiché sono cambiate le condizioni ambientali necessarie alla sua sopravvivenza. Nel secondo caso un esemplare particolarmente forte, e in grado di sopravvivere nel nuovo ambiente, si riproduce dando origine ad una nuova specie.

Ne sono un esempio l'iguana terrestre e l'iguana marina osservate da Darwin, entrambe discendono dall'Iguana dai Tubercoli. Separate dall'oceano gli esemplari di iguana si sono dovute adattare all'ambiente, dando origine a due nuove specie.

La speciazione Simpatrica prevede invece che la nuova specie si generi nello stesso ambiente e che i due organismi vengano separati da barriere riproduttive.

Questo isolamento può essere prezigotico, cioè la barriera si crea prima dello zigote (prima cellula del nuovo organismo che si forma per unione dei due gameti).

L'isolamento prezigotico può avvenire per:

• Un isolamento temporale: gameti non sono attivi nello stesso momento.
• Un isolamento comportamentale: non vi è il corteggiamento.
• Un isolamento meccanico: vi è una incompatibilità data dalle dimensioni
• Un isolamento ecologico: alterazioni dell'ambiente che non consentono la maturazione dei gameti.

L'isolamento può avvenire anche dopo la creazione dello zigote (postizigotico).

Lo zigote può per esempio maturare ma con una anomalia, causata da un errore nella  formazione dei gameti.