L'Origine della Vita e l'Evoluzione Biologica: Teorie, Prove e Biodiversità

1.1 Le Prime Teorie sull'Origine della Vita

La Creazione

Questo mito è la base della maggior parte delle religioni. In essa, la vita viene creata da un qualche tipo di entità operante sulla materia, sulla strategia o sulla terra. Per molto tempo in Occidente, il racconto della Genesi è stato accettato letteralmente.

La Generazione Spontanea

Nell'antica Grecia si credeva che la vita apparisse spontaneamente ogni volta che le condizioni erano adeguate. Aristotele realizzò la grande sintesi delle idee sulla generazione spontanea. La teoria della generazione spontanea prevalse per più di duemila anni, fino a quando Francesco Redi sferrò il primo colpo ai sostenitori di questo dogma. Lazzaro Spallanzani eseguì anch'egli esperimenti per dimostrare che questa teoria era falsa.

Louis Pasteur

Pasteur dimostrò inconfutabilmente che non vi era generazione spontanea: gli esseri viventi possono derivare solo da altri predecessori.

Panspermia: L'Origine Cosmica della Vita

La teoria della panspermia propone che la vita sia giunta sulla Terra sotto forma di spore batteriche dormienti dallo spazio esterno, spinte dalla pressione di radiazione delle stelle. Per i sostenitori della panspermia, la vita è eterna. Al momento, l'ipotesi dell'origine extraterrestre della vita è di nuovo in voga.

1.2 Teorie Moderne sull'Origine della Vita

L'Evoluzione Chimica della Vita

L'ipotesi più accreditata suppone che la materia vivente sia il risultato di un'evoluzione chimica che avrebbe preceduto l'evoluzione biologica. Nel 1924, Oparin propose che i composti chimici esistenti nell'atmosfera primitiva servissero come materia prima per la sintesi di semplici composti organici degli esseri viventi. I primi sistemi viventi sarebbero apparsi dopo una lunga evoluzione prebiotica.

Condizioni Primitive della Terra

L'atmosfera primordiale possedeva un carattere più o meno riducente perché mancava di ossigeno libero ed era probabilmente composta da gas come metano, vapore acqueo, ammoniaca, anidride carbonica e idrogeno solforato.

Sintesi di Molecole Organiche Prebiotiche

• È possibile che i gas reagissero spontaneamente in un'atmosfera bombardata da intense radiazioni, causando la formazione di piccole molecole organiche.
• La pioggia atmosferica trascinava i composti chimici verso gli oceani, dove si scioglievano dando luogo al "brodo" o "zuppa" primitiva.
• Questo insieme di molecole organiche reagì con l'acqua, e si pensa che si siano trasformati in "mattoni" chimici biologici come gli amminoacidi.
• Interagendo, i "mattoni" della materia vivente formarono polimeri di interesse biologico.
• Nel brodo primordiale emersero microstrutture diverse che raggrupparono i polimeri e svilupparono processi complessi che permisero la formazione di sistemi autoreplicativi, dando origine ai sistemi viventi primitivi.

Genesi Minerale ed Evoluzione

È probabile che i polimeri biologici siano stati sintetizzati e accumulati in un brodo primordiale su argille. Le argille distribuite sulle superfici agirono come biocatalizzatori, attirando e concentrando sulla loro superficie molecole semplici e facilitando la loro polimerizzazione per formare i primi polimeri di interesse biologico. Recentemente, una nuova ipotesi sull'origine della vita suggerisce che spazi confinati potrebbero aver fornito condizioni favorevoli per la chimica prebiotica.

Camini Idrotermali

Alcuni scienziati ritengono che la vita abbia avuto origine nelle profondità degli oceani. Il punto di partenza di qualsiasi evoluzione chimica sarebbero state le sorgenti idrotermali situate nel sottomarino, che sostituirono l'atmosfera primitiva. La presenza di pirite avrebbe fornito impalcature adeguate per la formazione di polimeri organici.

Il Mondo a RNA

Il passo successivo nell'evoluzione prebiotica sarebbe stata la prima sintesi di polimeri biologicamente rilevanti. Si pensa che l'RNA sia stata la prima biomolecola ad apparire con capacità catalitica. L'RNA formatosi nei mari primordiali avrebbe determinato la successiva evoluzione funzionale, in cui la molecola di RNA fu sostituita dal DNA, che è una molecola più stabile.

2. La Prima Cella

Tutti i microrganismi attuali sono discendenti indipendenti da cellule ancestrali. Si crede che il momento decisivo nella genesi delle cellule sia stata la comparsa di una membrana biologica. La membrana separò l'ambiente esterno dall'ambiente interno, favorendo l'esistenza di un metabolismo rudimentale che permise alla cellula ancestrale di ottenere energia e usarla per riprodursi e rispondere ai cambiamenti ambientali. Le prime cellule erano batteri fermentativi anaerobici eterotrofi, in grado di ottenere cibo ed energia direttamente dal loro ambiente. Una volta esaurite le riserve di cibo, quelle prime cellule si svilupparono, dando origine ai cianobatteri che evolvettero il proprio meccanismo per ottenere energia: la fotosintesi. Il rilascio di ossigeno a causa della fotosintesi portò a un ambiente ossidante molto simile a quello odierno. Convertendo questo ossigeno, che era letale per gli organismi anaerobici, molte delle cellule esistenti impararono ad adattarsi e a usarlo nelle loro reazioni metaboliche. Così, i primitivi batteri eterotrofi effettuarono la respirazione cellulare aerobica. Successivamente, le cellule eucariotiche evolvettero da un'associazione simbiotica, secondo la teoria endosimbiontica.

3. L'Evoluzione degli Esseri Viventi

3.1 Vecchie Teorie sull'Origine delle Specie

Il Fissismo o Creazionismo

Il fissismo è una teoria che propone che le specie non cambiano, ma rimangono sostanzialmente invariate nel tempo dalla creazione.

• Karl Linneo

Il Catastrofismo

Secondo il catastrofismo, i cataclismi distruggono tutte le specie esistenti, in modo che nuove specie appaiano dopo una nuova creazione.

• Georges-Louis Leclerc, Conte di Buffon
• Georges Cuvier

3.2 L'Evoluzionismo: Le Teorie Evolutive

L'Ipotesi Evolutiva di Lamarck

Lamarck fu il primo naturalista contrario all'immutabilità delle specie che formulò un'ipotesi scientifica per spiegare l'evoluzione degli esseri viventi. L'ipotesi evolutiva di Lamarck è chiamata trasformismo, e sostiene che le specie si evolvono gradualmente l'una dall'altra.

Questa ipotesi si basa su due punti:

1. La funzione crea l'organo: Gli organismi si adattano; di conseguenza, gli organi più usati si sviluppano, mentre quelli meno utilizzati si atrofizzano.
2. I caratteri acquisiti sono ereditati: Le modifiche e i caratteri acquisiti da un individuo nel corso della vita sono ereditati dai suoi discendenti.

La Teoria dell'Evoluzione di Darwin-Wallace

Nel XIX secolo furono resi pubblici i nuovi studi sull'evoluzione delle specie dei due naturalisti inglesi Darwin e Wallace. Entrambi condivisero le loro conclusioni e le presentarono alla Linnean Society. Anni dopo, Darwin pubblicò il suo libro "L'Origine delle Specie per Mezzo della Selezione Naturale", in cui formulò la teoria della selezione naturale per spiegare il meccanismo evolutivo. La teoria dell'evoluzione di Wallace e Darwin si basa sui seguenti principi:

• Alta capacità riproduttiva degli esseri viventi.
• Variabilità delle popolazioni.
• La selezione naturale.
• Le specie si evolvono.

La teoria dell'evoluzione di Darwin-Wallace crea un legame di parentela tra tutti gli esseri viventi. Le specie attuali sono il risultato della divergenza progressiva e del continuo adattamento delle specie precedenti.

Neodarwinismo: La Teoria Sintetica dell'Evoluzione

Darwin non sapeva come i tratti ereditari passassero di generazione in generazione, né quale fosse la causa della variabilità delle popolazioni su cui agisce la selezione naturale. La teoria dell'evoluzione rimase incompleta per molto tempo prima che venisse effettuata una sintesi tra la teoria della selezione darwiniana e la genetica mendeliana. Così nacque il neodarwinismo, noto anche come teoria sintetica. Il neodarwinismo è un'evoluzione della teoria proposta da T. Dobzhansky ed è dovuta a due fatti:

1. Esistenza della variabilità genetica della popolazione: Anche se la maggior parte dei geni sono comuni, esiste una grande varietà di genotipi diversi. Questa variabilità è dovuta a mutazioni e alla ricombinazione genetica che si verifica durante la riproduzione sessuale.
2. Azione della selezione naturale come base evolutiva: La selezione naturale modifica le proporzioni dei geni in ogni popolazione, favorendo le combinazioni più vantaggiose e, pertanto, ogni popolazione nel suo insieme si evolve lentamente ma continuamente per essere sempre più adattata al proprio ambiente.

3.3 Nuove Teorie dell'Evoluzione

Teoria Neutralista o Neutralismo

Secondo questa teoria, non è la selezione naturale, ma il puro caso che fa variare le popolazioni, per cui un singolo gene mutato può diffondersi senza alcun vantaggio selettivo.

Teoria degli Equilibri Punteggiati o Saltazionismo

La teoria degli equilibri punteggiati sostiene che l'assenza di passaggi intermedi nei reperti fossili non debba essere attribuita a un registro incompleto, ma al fatto che a volte l'evoluzione si verifica a salti.

4. Prove Scientifiche dell'Evoluzione

4.1 Le Prove Classiche

Prova Morfologica (Anatomia Comparata)

Basata sullo studio dell'anatomia comparata, che permette di trovare somiglianze e differenze tra gli stessi organi in diverse specie. Gli organi omologhi sono il risultato di un'evoluzione divergente; gli organi analoghi sono un esempio di convergenza evolutiva.

Prova Paleontologica (Fossili)

La paleontologia studia i fossili, che sono resti mineralizzati di organismi che sono rimasti inclusi nelle rocce sedimentarie. I fossili ci permettono di conoscere gli stili di vita del passato e di esaminare le relazioni evolutive.

Prova Embriologica

L'embriologia studia le prime fasi dello sviluppo degli organismi. Si basa sul principio di ricapitolazione di Haeckel, che afferma che lo sviluppo embrionale di un animale riassume lo sviluppo della specie.

Prova Tassonomica

Il sistema di classificazione degli esseri viventi raggruppa gli organismi che hanno caratteristiche simili.

4.2 Le Prove Recenti

Prove di Biochimica e Biologia Cellulare

Gli esseri viventi possiedono un'unità chimica. Questi dati confermano che il codice genetico stabilisce i rapporti tra la sequenza di acidi nucleici e le proteine, che l'ATP è la molecola metabolica che fornisce energia alle cellule, e che il metabolismo e i processi fisiologici più importanti sono comuni a gruppi molto diversi di esseri viventi.

Sequenze di DNA e Proteine

Un confronto delle sequenze nucleotidiche dello stesso gene o delle sequenze di amminoacidi della stessa proteina in diverse specie rivela l'esistenza di alcune somiglianze. Il numero di differenze indica la distanza evolutiva tra le specie.

Ibridazione del DNA

Si basa sulla capacità del DNA di rinaturare e ricostruire i ponti di idrogeno tra le sue catene dopo essere stato sottoposto a denaturazione.

Studio del Banding Cromosomico

La citogenetica evolutiva confronta le caratteristiche cromosomiche di ciascuna specie. Il banding cromosomico è studiato per la differenziazione longitudinale e la caratterizzazione di ciascuna coppia di cromosomi omologhi.

Analisi Sierologica/Immunologica

L'introduzione di un antigene in un organismo comporta la produzione di anticorpi che possono legarsi agli antigeni in una reazione di agglutinazione. Pertanto, gli anticorpi contro gli antigeni danno una risposta molto forte nell'uomo.

5. La Biodiversità: Risultato dell'Evoluzione

Una specie è un insieme di organismi che presentano somiglianze morfologiche, possono riprodursi dando origine a una prole fertile e hanno un isolamento riproduttivo da altre specie. L'isolamento riproduttivo è l'incapacità che hanno di riprodursi con altri organismi, e quando questo si verifica tra diverse popolazioni di una specie, si avvia il processo di speciazione.

5.1 Il Processo di Speciazione

La comparsa di due o più specie diverse da una iniziale. Il fattore più importante in questo processo è l'isolamento geografico, che è la separazione delle popolazioni tramite barriere fisiche come fiumi, montagne o mari.

5.2 La Classificazione degli Esseri Viventi

Secondo il sistema binomiale, il nome di una specie è costituito da due parole latine in corsivo, la prima delle quali corrisponde al genere. L'essere umano, ad esempio, si chiama Homo sapiens, e quindi appartiene al genere Homo. La tassonomia è la branca della biologia responsabile della nomenclatura e classificazione degli esseri viventi.