Il libro di Darwin sull'origine delle specie ha due temi: le prove dell'evoluzione e le sue idee su come l'evoluzione è avvenuta. Questa sezione tratta il secondo tema.
Variazione
I primi due capitoli dell'Origine trattano la variazione delle piante e degli animali domestici e la variazione della natura.
Tutti gli esseri viventi mostrano variazioni. Ogni popolazione studiata mostra che gli animali e le piante variano tanto quanto gli esseri umani. p90 Questo è un grande fatto della natura, e senza di essa l'evoluzione non si verificherebbe. Darwin ha detto che, proprio come l'uomo seleziona ciò che vuole nei suoi animali da fattoria, così in natura le variazioni permettono alla selezione naturale di funzionare.
Le caratteristiche di un individuo sono influenzate da due cose, l'ereditarietà e l'ambiente. In primo luogo, lo sviluppo è controllato dai geni ereditati dai genitori. In secondo luogo, la vita porta le proprie influenze. Alcune cose sono interamente ereditate, altre in parte, altre non sono affatto ereditate.
Il colore degli occhi è interamente ereditato; sono un tratto genetico. L'altezza o il peso sono ereditati solo in parte e la lingua non è affatto ereditata. Tanto per essere chiari: il fatto che gli esseri umani possano parlare è ereditario, ma la lingua che si parla dipende da dove vive una persona e da cosa le viene insegnato. Un altro esempio: una persona eredita un cervello di capacità in qualche modo variabile. Ciò che accade dopo la nascita dipende da molte cose, come l'ambiente domestico, l'educazione e altre esperienze. Quando una persona è adulta, il suo cervello è ciò che la sua eredità e la sua esperienza di vita hanno reso.
L'evoluzione riguarda solo i tratti che possono essere ereditati, in tutto o in parte. I tratti ereditari vengono trasmessi da una generazione all'altra attraverso i geni. I geni di una persona contengono tutti i tratti che ereditano dai genitori. Gli incidenti della vita non vengono trasmessi. Inoltre, naturalmente, ogni persona vive una vita un po' diversa: questo aumenta le differenze.
Gli organismi di qualsiasi popolazione variano in termini di successo riproduttivo. p81 Dal punto di vista dell'evoluzione, per "successo riproduttivo" si intende il numero totale di prole che vive per riprodursi e lasciare la prole.
Variazione ereditaria
La variazione può influenzare le generazioni future solo se viene ereditata. Grazie al lavoro di Gregor Mendel, sappiamo che molte variazioni sono ereditate. I "fattori" di Mendel sono ora chiamati geni. La ricerca ha dimostrato che quasi ogni individuo di una specie che si riproduce sessualmente è geneticamente unico. p204
La variazione genetica è aumentata dalle mutazioni geniche. Il DNA non sempre si riproduce esattamente. Si verificano rari cambiamenti, e questi cambiamenti possono essere ereditati. Molti cambiamenti nel DNA causano difetti; alcuni sono neutri o addirittura vantaggiosi. Questo dà luogo alla variazione genetica, che è il seme-corno dell'evoluzione. La riproduzione sessuale, attraverso l'incrocio dei cromosomi durante la meiosi, diffonde la variazione nella popolazione. Altri eventi, come la selezione naturale e la deriva, riducono la variazione. Così una popolazione in natura ha sempre una variazione, ma i dettagli cambiano sempre. p90
Selezione naturale
L'evoluzione funziona principalmente attraverso la selezione naturale. Cosa significa questo? Gli animali e le piante più adatte al loro ambiente sopravvivono in media meglio. C'è una lotta per l'esistenza. Coloro che sopravvivono produrranno la prossima generazione. I loro geni saranno trasmessi, e i geni di coloro che non si sono riprodotti non lo saranno. Questo è il meccanismo di base che cambia una popolazione e causa l'evoluzione.
La selezione naturale spiega perché gli organismi viventi cambiano nel tempo per avere l'anatomia, le funzioni e il comportamento che hanno. Funziona così:
- Tutti gli esseri viventi hanno una tale fertilità che la loro popolazione potrebbe aumentare rapidamente e per sempre.
- Vediamo che le dimensioni della popolazione non aumentano in questa misura. Per lo più, i numeri rimangono all'incirca gli stessi.
- Il cibo e le altre risorse sono limitate. Pertanto, c'è competizione per il cibo e le risorse.
- Non ci sono due individui uguali. Pertanto, non avranno le stesse possibilità di vivere e riprodursi.
- Gran parte di questa variazione può essere ereditata. I genitori trasmettono tali tratti ai figli attraverso i loro geni.
- La prossima generazione può venire solo da coloro che sopravvivono e si riproducono. Dopo molte generazioni di questo, la popolazione avrà più utili differenze genetiche e meno dannose. La selezione naturale è in realtà un processo di eliminazione. p117 L'eliminazione è causata dal relativo accoppiamento tra gli individui e l'ambiente in cui vivono.
Selezione in popolazioni naturali
Ci sono ora molti casi in cui è stato dimostrato che la selezione naturale si verifica nelle popolazioni selvatiche. Quasi tutti i casi indagati di mimetismo, mimetismo e polimorfismo hanno mostrato forti effetti di selezione.
La forza della selezione può essere molto più forte di quanto pensassero i genetisti delle prime popolazioni. La resistenza ai pesticidi è cresciuta rapidamente. La resistenza al warfarin nei ratti norvegesi (Rattus norvegicus) è cresciuta rapidamente perché quelli che sono sopravvissuti costituiscono sempre più la popolazione. La ricerca ha dimostrato che, in assenza di warfarin, l'omozigote resistente era in svantaggio del 54% rispetto al normale omozigote di tipo selvatico. p182 Questo grande svantaggio è stato rapidamente superato dalla selezione per la resistenza al warfarin.
I mammiferi normalmente non possono bere latte da adulti, ma gli esseri umani sono un'eccezione. Il latte viene digerito dall'enzima lattasi, che si spegne quando i mammiferi smettono di prendere il latte dalle loro madri. La capacità umana di bere latte durante la vita adulta è supportata da una mutazione della lattasi che impedisce questo spegnimento. Le popolazioni umane hanno un'alta percentuale di questa mutazione ovunque il latte sia importante nella dieta. La diffusione di questa "tolleranza al latte" è promossa dalla selezione naturale, perché aiuta le persone a sopravvivere dove il latte è disponibile. Studi genetici suggeriscono che le mutazioni più antiche che causano la persistenza della lattasi hanno raggiunto livelli elevati nelle popolazioni umane solo negli ultimi diecimila anni. Pertanto, la persistenza della lattasi è spesso citata come esempio della recente evoluzione umana. Come la persistenza della lattasi è genetica, ma la zootecnia è un tratto culturale, questa è la coevoluzione della cultura genetica.
Adattamento
L'adattamento è uno dei fenomeni fondamentali della biologia. Attraverso il processo di adattamento, un organismo diventa più adatto al suo habitat.
L'adattamento è uno dei due processi principali che spiegano le diverse specie che vediamo in biologia. L'altro è la speciazione (sdoppiamento delle specie o cladogenesi). Un esempio preferito utilizzato oggi per studiare l'interazione tra adattamento e speciazione è l'evoluzione dei pesci ciclidi nei fiumi e nei laghi africani.
Quando si parla di adattamento, spesso si intende qualcosa che aiuta un animale o una pianta a sopravvivere. Uno degli adattamenti più diffusi negli animali è l'evoluzione dell'occhio. Un altro esempio è l'adattamento dei denti dei cavalli all'erba macinata. Il mimetismo è un altro adattamento; così come il mimetismo. Gli animali meglio adattati sono quelli che hanno più probabilità di sopravvivere e di riprodursi con successo (selezione naturale).
Un parassita interno (come un colpo di fortuna) è un buon esempio: ha una struttura corporea molto semplice, ma l'organismo è comunque molto adattato al suo particolare ambiente. Da ciò si evince che l'adattamento non è solo una questione di tratti visibili: in tali parassiti gli adattamenti critici avvengono nel ciclo vitale, che spesso è piuttosto complesso.
Limitazioni
Non tutte le caratteristiche di un organismo sono adattamenti. p251 Gli adattamenti tendono a riflettere la vita passata di una specie. Se una specie ha recentemente cambiato il suo stile di vita, un adattamento un tempo prezioso può diventare inutile e, alla fine, diventare una vestigia in diminuzione.
Gli adattamenti non sono mai perfetti. Ci sono sempre dei compromessi tra le varie funzioni e strutture di un corpo. È l'organismo nel suo insieme che vive e si riproduce, quindi è l'insieme completo degli adattamenti che viene trasmesso alle generazioni future.
La deriva genetica e il suo effetto
Nelle popolazioni, ci sono forze che aggiungono variazioni alla popolazione (come la mutazione) e forze che la rimuovono. La deriva genetica è il nome dato ai cambiamenti casuali che rimuovono la variazione da una popolazione. La deriva genetica elimina la variazione al tasso di 1/(2N) dove N = dimensione della popolazione. p29 È quindi "una forza evolutiva molto debole nelle grandi popolazioni". p55
La deriva genetica spiega come la casualità possa influenzare l'evoluzione in modi sorprendentemente grandi, ma solo quando le popolazioni sono abbastanza piccole. Nel complesso, la sua azione è quella di rendere gli individui più simili tra loro, e quindi più vulnerabili alle malattie o agli eventi casuali nel loro ambiente.
- La deriva riduce la variazione genetica delle popolazioni, riducendo potenzialmente la capacità di una popolazione di sopravvivere a nuove pressioni selettive.
- La deriva genetica agisce più velocemente e ha risultati più drastici in popolazioni più piccole. Le piccole popolazioni di solito si estinguono.
- La deriva genetica può contribuire alla speciazione, se il piccolo gruppo sopravvive.
- Eventi a collo di bottiglia: quando una popolazione numerosa viene improvvisamente e drasticamente ridotta di dimensioni da qualche evento, la varietà genetica sarà molto ridotta. Le infezioni e gli eventi climatici estremi sono cause frequenti. Occasionalmente, le invasioni di specie più competitive possono essere devastanti.
♦ Negli anni 1880/90s, la caccia ha ridotto la foca
elefante del nord a soli 20 individui. Anche se la popolazione si è ripresa, la sua variabilità genetica è molto inferiore a quella dell'elefante marino del sud.
♦ I ghepardi hanno una variazione molto ridotta. Pensiamo che la specie sia stata ridotta a un numero ridotto in tempi recenti. Poiché manca di variabilità genetica, è in pericolo a causa di malattie infettive. - Eventi dei fondatori: si verificano quando un piccolo gruppo si separa da una popolazione più numerosa. Il piccolo gruppo vive quindi separatamente dalla popolazione principale. La specie umana è spesso citata come un'entità che ha attraversato tali fasi. Ad esempio, quando i gruppi hanno lasciato l'Africa per stabilirsi altrove (vedi evoluzione umana). Apparentemente, abbiamo meno variazioni di quanto ci si aspetterebbe dalla nostra distribuzione mondiale.
Anche i gruppi che arrivano su isole lontane dalla terraferma sono buoni esempi. Questi gruppi, in virtù delle loro piccole dimensioni, non possono portare l'intera gamma di alleli che si trovano nella popolazione madre.
Specie
La forma delle specie è una parte importante della biologia evolutiva. Darwin interpretava "evoluzione" (una parola che all'inizio non usava) come se si trattasse di speciazione. Ecco perché ha chiamato il suo famoso libro sull'origine delle specie.
Darwin pensava che la maggior parte delle specie derivasse direttamente da specie preesistenti. Questo è chiamato anagenesi: nuove specie da specie più vecchie che cambiano. Ora pensiamo che la maggior parte delle specie sorga dalla scissione delle specie precedenti: la cladogenesi.
Scissione delle specie
Due gruppi che iniziano lo stesso possono anche diventare molto diversi se vivono in luoghi diversi. Quando una specie viene divisa in due regioni geografiche, inizia un processo. Ognuno si adatta alla propria situazione. Dopo un po' di tempo, gli individui di un gruppo non possono più riprodursi con l'altro gruppo. Due buone specie si sono evolute da una sola.
Un esploratore tedesco, Moritz Wagner, durante i tre anni trascorsi in Algeria negli anni Trenta del XIX secolo, studiò i coleotteri non volanti. Ogni specie è confinata in un tratto della costa nord tra i fiumi che scendono dalle montagne dell'Atlante al Mediterraneo. Non appena si attraversa un fiume, appare una specie diversa ma strettamente correlata. Ha scritto più tardi:
"... una [nuova] specie [sorgerà] solo quando alcuni individui [attraverseranno] i confini limitanti del loro raggio d'azione... la formazione di una nuova razza non avrà mai successo... senza una lunga e continua separazione dei coloni dagli altri membri della loro specie".
Questo è stato un primo resoconto dell'importanza della separazione geografica. Un altro biologo che pensava che la separazione geografica fosse fondamentale era Ernst Mayr.
Un esempio di speciazione naturale è lo spinarello a tre spine, un pesce di mare che, dopo l'ultima era glaciale, ha invaso l'acqua dolce e ha creato colonie in laghi e torrenti isolati. Nel corso di circa 10.000 generazioni, gli spinarelli mostrano grandi differenze, tra cui variazioni nelle pinne, cambiamenti nel numero o nella dimensione delle loro placche ossee, struttura variabile della mascella e differenze di colore.
I vombato dell'Australia si dividono in due gruppi principali, vombato comune e vombato dal naso peloso. I due tipi sono molto simili, a parte la pelosità del naso. Tuttavia, sono adattati a diversi ambienti. I vombato comuni vivono in zone boscose e mangiano per lo più cibo verde con molta umidità. Spesso si nutrono di giorno. I vombato dal naso peloso vivono in pianure calde e secche, dove mangiano erba secca con pochissima acqua e poca bontà. Il loro sistema metabolico è lento e dormono la maggior parte della giornata sottoterra.
Quando due gruppi che hanno iniziato la stessa cosa diventano abbastanza diversi, allora diventano due specie diverse. Parte della teoria dell'evoluzione è che tutti gli esseri viventi sono partiti uguali, ma poi si sono divisi in gruppi diversi nel corso di miliardi di anni.