Sintesi moderna dell'evoluzione

La moderna sintesi evolutiva riguarda l'evoluzione. Essa spiega come le scoperte di Gregor Mendel si adattano alla teoria di Charles Darwin dell'evoluzione per mezzo della selezione naturale. Mendel ha scoperto come ereditiamo i nostri geni.

Tra i biologi chiave che hanno contribuito alla sintesi ci sono: Julian Huxley, Theodosius Dobzhansky, Ernst Mayr, Ronald Fisher, J.B.S. Haldane, Sewall Wright, G.G. Simpson, E.B. Ford, Bernhard Rensch e G. Ledyard Stebbins.

La teoria

La sintesi moderna ha aggiornato l'idea di Darwin. Ha colmato il divario tra diversi tipi di biologi: genetisti, naturalisti e paleontologi.

Esso afferma che:

L'evoluzione può essere spiegata da ciò che sappiamo sulla genetica e da ciò che vediamo di animali e piante che vivono in natura.
La varietà di geni (alleli) portati nelle popolazioni naturali è un fattore chiave dell'evoluzione.
La selezione naturale è il principale meccanismo di cambiamento. Anche un vantaggio molto piccolo può essere importante, continuato generazione dopo generazione. La lotta per l'esistenza di animali e piante in natura causa la selezione naturale. Solo quelli che sopravvivono e si riproducono passano i loro geni alla generazione successiva.
Troviamo che la forza della selezione naturale in natura era maggiore di quanto Darwin stesso si aspettasse.
L'evoluzione è graduale: si verifica la selezione naturale e si raccolgono piccoli cambiamenti genetici. Le specie cambiano poco da una generazione all'altra. Si verificano grandi cambiamenti, di tanto in tanto, ma sono molto rari. La deriva genetica è di solito meno importante della selezione naturale. Può essere importante in piccole popolazioni.
In paleontologia, cerchiamo di capire i cambiamenti nei fossili attraverso il tempo. Pensiamo che gli stessi fattori che agiscono oggi abbiano agito anche nel passato.
Quando le circostanze cambiano, il tasso di evoluzione può diventare più veloce o più lento, ma le cause sono le stesse.

L'idea che nuove specie si verifichino dopo la divisione delle popolazioni è stata molto discussa. L'isolamento geografico spesso porta alla speciazione. Nelle piante, la poliploidia deve essere inclusa in qualsiasi visione della speciazione.

"L'evoluzione consiste principalmente in cambiamenti nelle frequenze degli alleli tra una generazione e l'altra".

Questo mostra come alcuni biologi vedono la sintesi.

Quasi tutti gli aspetti della sintesi sono stati contestati a volte, con vari gradi di successo. Non c'è dubbio, tuttavia, che la sintesi è stata una grande pietra miliare nella biologia evolutiva. Ha chiarito molte confusioni ed è stata direttamente responsabile di aver stimolato una grande quantità di ricerca dopo la seconda guerra mondiale.

Dopo la sintesi

Diverse scoperte nelle scienze della terra e nella biologia sono sorte dopo la sintesi. Qui sono elencati alcuni di questi argomenti che sono rilevanti per la sintesi evolutiva, e che sembrano avere una solida base.

Comprensione della storia della Terra

La Terra è il palcoscenico su cui si recita la commedia evolutiva. Darwin ha studiato l'evoluzione nel contesto della geologia di Charles Lyell, ma ora conosciamo più la geologia storica.

L'età della Terra è stata rivista al rialzo. È ora stimata a 4,56 miliardi di anni, circa un terzo dell'età dell'universo. Il Fanerozoico occupa solo l'ultimo 1/9 di questo tempo.

L'idea di Alfred Wegener della deriva dei continenti è stata accettata intorno al 1960. Il principio chiave della tettonica a placche è che la litosfera esiste come placche tettoniche separate e distinte. Queste placche si muovono lentamente sull'astenosfera sottostante. Questa scoperta collega fenomeni come i vulcani, i terremoti, l'orogenesi, e fornisce dati per molte questioni paleogeografiche. Una domanda importante non è ancora chiara: quando è iniziata la tettonica a placche?

La nostra comprensione dell'evoluzione dell'atmosfera terrestre è progredita. La sostituzione dell'ossigeno con l'anidride carbonica nell'atmosfera è avvenuta nel Proterozoico. Fu probabilmente causata da cianobatteri, le cui colonie si sono fossilizzate come stromatoliti. Questo grande evento di ossigenazione ha portato all'evoluzione degli organismi aerobici. Portò anche alle prime grandi ereglaciali.

I geologi hanno trovato e studiato fossili di vita microbica. Queste rocce sono state datate a circa 3,465 miliardi di anni fa. Walcott fu il primo geologo a identificare i batteri fossili pre-cambriani, dall'esame microscopico di sottili fette di roccia. Pensava anche che le stromatoliti fossero di origine organica. Le sue idee non furono accettate all'epoca, ma ora possono essere apprezzate come grandi scoperte.

Le informazioni sui paleoclimi sono sempre più disponibili e vengono utilizzate in paleontologia. Un esempio: massicce ere glaciali si sono verificate nel Proterozoico, in seguito alla grande riduzione di _CO2 nell'atmosfera. Queste ere glaciali furono immensamente lunghe e portarono a un crollo della microflora. Vedi anche periodo criogenico e Terra a palla di neve.

Catastrofismo ed estinzioni di massa. Si è verificata una parziale reintegrazione del catastrofismo, e l'importanza delle estinzioni di massa nell'evoluzione su larga scala è ora evidente. Gli eventi di estinzione disturbano le relazioni tra molte forme di vita e possono rimuovere le forme dominanti e rilasciare un flusso di radiazioni adattative tra i gruppi che rimangono. Le cause includono colpi di meteoriti (giunzione K-T; eventi di estinzione dell'Ordoviciano finale); province di basalto alluvionali (trappole del Deccan alla giunzione K/T; trappole siberiane alla giunzione P-T); e altri processi meno drammatici.

Conclusioni: La nostra attuale conoscenza della storia della terra suggerisce fortemente che gli eventi geofisici su larga scala hanno influenzato la macroevoluzione e la megaevoluzione. Questi termini si riferiscono all'evoluzione al di sopra del livello della specie, includendo eventi come l'estinzione di massa, la radiazione adattativa e le principali transizioni nell'evoluzione.

Scoperte fossili

A partire dalla fine del XX secolo, gli scienziati hanno effettuato scavi in parti del mondo che erano state scarsamente studiate prima. Inoltre, c'è un nuovo apprezzamento dei fossili scoperti nel XIX secolo, ma non apprezzati all'epoca. Sono state fatte molte scoperte eccezionali, e alcune di queste hanno implicazioni per la teoria evolutiva.

La scoperta del biota di Jehol: dinobirds e primi uccelli dal Cretaceo inferiore di Liaoning, N.E. Cina. Questo dimostra che gli uccelli si sono evoluti dai dinosauri teropodi celurosauri.
Studi sui tetrapodi del Devoniano superiore.
Le prime fasi dell'evoluzione delle balene.
L'evoluzione dei pesci piatti (pleuronettiformi), come la platessa, la sogliola, il rombo e l'halibut. I loro piccoli sono perfettamente simmetrici, ma la testa viene rimodellata durante una metamorfosi. Un occhio si sposta sull'altro lato, vicino all'altro occhio. Alcune specie hanno entrambi gli occhi a sinistra (rombo), altre a destra (halibut, sogliola); tutti i pesci piatti viventi e fossili fino ad oggi mostrano un lato "occhio" e un lato "cieco". Darwin ha previsto una migrazione graduale dell'occhio nell'evoluzione, rispecchiando la metamorfosi delle forme viventi.
Un recente esame di due specie fossili dell'Eocene mostra che "l'assemblaggio del bodyplan dei pesci piatti è avvenuto in modo graduale e a tappe". Le fasi intermedie erano completamente vitali: queste forme hanno attraversato due fasi geologiche, e si trovano in siti che danno anche pesci piatti con l'asimmetria cranica completa. L'evoluzione dei pesci piatti rientra perfettamente nella sintesi evolutiva.

Evo-devo

Un importante lavoro sulla genetica ha portato a un nuovo approccio allo sviluppo animale. Il campo è chiamato biologia evolutiva dello sviluppo, o evo-devo in breve.

C'è una chiara prova che gran parte dello sviluppo è strettamente controllato da speciali sistemi genetici che coinvolgono i geni hox. Nella sua conferenza per il premio Nobel, E.B. Lewis ha detto: "In definitiva, il confronto dei [complessi di controllo] in tutto il regno animale dovrebbe fornire un quadro di come gli organismi, così come i [geni di controllo] si sono evoluti".

Nel 2000, una sezione speciale dei Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) è stata dedicata all'evo-devo, e un intero numero del 2005 del Journal of Experimental Zoology Part B: Molecular and Developmental Evolution è stato dedicato ai temi chiave dell'evo-devo: innovazione evolutiva e novità morfologica.

Una panoramica del campo per il lettore generale fornisce degli esempi.