Biologia Sistematica

La biologia sistematica: scienza della diversità
biologica e della sua storia evolutiva
A cosa serve la biologia sistematica?
La biologia sistematica è una disciplina essenziale in
biologia per due motivi:
1) essa ricostruisce l’evoluzione e i rapporti di parentela fra
organismi
2) Permette di organizzare l’informazione biologica
E’ concepibile un’ampia gamma di sistemi di classificazione,
ma quello filogenetico è unico, ne è possibile solo uno,
quello corretto.
L’approccio cladistico alla sistematica filogenetica è
particolarmente rigoroso ed è oggi molto diffuso
Terminologia di base della sistematica cladistica
Un gruppo, o taxon, che comprende un progenitore e tutti i suoi discendenti è
detto monofiletico (1).
Un gruppo che comprende l’antenato ma non tutti i suoi discendenti è detto
parafiletico (2).
Un gruppo che non comprende l’antenato comune a tutti i suoi membri è
detto polifiletico (3).
I gruppi monofiletici sono detti cladi
Un gruppo che comprende TUTTI i discendenti di un antenato comune +
l’antenato comune è detto monofiletico o anche olofiletico.
Esempio: i quattro figli di Carla e Andrea + Carla e Andrea sono un
gruppo monofiletico
Un gruppo che NON comprende TUTTI i discendenti di un antenato
comune + l’antenato comune è detto parafiletico.
Esempio: i quattro figli di Carla e Andrea senza Carla e Andrea sono un
gruppo parafiletico.
Altro esempio: il marito, i quattro figli e il cane di Carla sono un gruppo
polifiletico. Perché? Cosa manca a questo gruppo per fare un gruppo
monofiletico?
Vari gruppi parafiletici sono ancora largamente usati, per esempio i
Rettili (Reptilia)
I membri di un gruppo monofiletico condividono uno o più caratteri derivati.
Tali caratteri caratterizzano e distinguono il gruppo e sono detti apomorfie.
Ciascun gruppo monofiletico condivide con altri gruppi altri caratteri, che
sono stati ereditati da un antenato comune a tutti i gruppi prima della
separazione del particolare gruppo considerato. Tali caratteri sono detti
plesiomorfie.
Esempi: gli uomini hanno pollice non opponibile agli arti posteriori, mentre
tutti gli altri primati hanno pollice opponibile. Il pollice non opponibile agli
arti posteriori è quindi una apomorfia della specie umana.
I primati antropomorfi (uomo, gorilla, scimpanzé, orango e gibbone) non
hanno coda, gli altri primati ce l’hanno. L’assenza di coda è una apomorfia
degli Hominoidea (orango, gorilla, scimpanzé, uomo).
I mammiferi in genere hanno la coda. Quindi la presenza di coda nei primati è
una plesiomorfia ereditata dall’antenato mammifero ancestrale di questo
gruppo.
I caratteri diagnostici importanti, al fine
dell’individuazione di gruppi monofiletici, sono quelli
apomorfici, cioè derivati.
I principali caratteri considerati sono relativi a:
Macro- e microanatomia degli organismi
Sviluppo e meccanismi riproduttivi
Meccanismi fisiologici e biochimici
Strutture molecolari, in particolare sequenze di DNA
A VOLTE LA SOMIGLIANZA INGANNA
L’evoluzione indipendente di caratteri simili in linee diverse è detta
omoplasia (sin. analogia)
Le categorie tassonomiche:
Dominio: Bacteria, Archaea, Eukarya
Regno: Plantae, Metazoa, Fungi etc.
Phylum: Arthropoda, Mollusca, Rhodophyta,
Chlorophyta,
Classe: Sauropsida, Mammalia, Ulvophyceae (altri
suffissi: - mycetes)
Ordine: Perissodactyla, Artiodactyla, Rosales, Fabales
Famiglia: Equidae, Bovidae, Rosaceae, Fabaceae
Genere: Equus, Bos, Rosa, Vicia
Specie: Equus asinus, Bos taurus, Rosa canina, Vicia
faba
Ominini (7-5 mya)
Ominidi
Ominoidini (g)
Ominoidi (f)
Scimmie catarrine (e)
Grecopithecus (10 mya)
Ramapithecus (14 mya)
Proconsul (23 mya)
APOMORFIE:
b, unghie piatte
Scimmie platirrine (d)
c, orbite chiuse posteriormente
d, narici aperte lateralmente e
setto nasale ampio
Scimmie o Antropoidei (c)
Proscimmie (b)
e, narici rivolte in basso e setto
sottile, sparisce il 3° premolare
f, scomparsa della coda
g, seni frontali
Concetto di specie
Le categorie tassonomiche non sono entità universalmente ed
univocamente definite (difformità fra autori e fra scuole).
La categoria tassonomica fondamentale è la specie. Paradossalmente,
non abbiamo una definizione univoca di specie applicabile a tutti i viventi.
Per gli animali è generalmente applicato il concetto biologico di specie
(BSC): appartengono alla stessa specie individui interfecondi che
producono prole feconda. Questa definizione permette di attribuire a
specie diverse anche animali interfecondi quali il cavallo (Equus caballus)
e l’asino (Equus asinus), i cui ibridi (mulo e bardotto) sono sterili.
Nelle piante il concetto biologico di specie non funziona bene:
i sistematici vegetali l’hanno in gran parte abbandonato. Ciò è dovuto
soprattutto al fatto che nelle piante gli ibridi interspecifici possono spesso
divenire fertili grazie al raddoppio dei cromosomi (allopoliploidia).
Il concetto di specie nelle piante è tuttora non ben definito.
AB, AC, BC: specie derivate,
tetraploidi
A, B, C: specie originali,
diploidi
AB
Come nasce una nuova specie?
Le nuove specie nascono grazie all’accumularsi progressivo di
differenze genetiche nell’ambito di popolazioni inizialmente
appartenenti ad una stessa specie. Tali differenze sono sufficienti a
creare una nuova specie se comportano
l’isolamento riproduttivo: non è più possibile la ricombinazione
genica attraverso singamia e meiosi.
Le barriere riproduttive che mantengono separati i pool genici di
specie diverse sono distinte in:
barriere pre-zigotiche
barriere post-zigotiche.
Individui di popolazioni
diverse
Individui di popolazioni
diverse
Come possono prodursi differenze genetiche tali da condurre alla
separazione di una nuova specie?
La causa più frequente è l’isolamento geografico (speciazione allopatrica):
l’area di distribuzione di una specie viene frammentata in due o più aree
distinte da barriere geografiche (un fiume, una profonda valle, un mare). Di
conseguenza le popolazioni separate accumulano una serie di mutazioni
che possono portare, dopo un certo tempo, all’isolamento riproduttivo.
Se l’isolamento riproduttivo si
produce nell’ambito di una
popolazione non disgiunta, si
parla di speciazione simpatrica.
E’ il caso dell’ibridazione
interspecifica seguita da
poliploidizzazione nelle piante.
Sono noti casi di
speciazione simpatrica
anche negli animali.
Evoluzione dell’isolamento riproduttivo nella Drosophila in
condizioni sperimentali
Dopo numerose generazioni, i
moscerini allevati su amido e
quelli allevati su maltosio
sono stati rimessi insieme. Si
è osservato che essi
tendevano ad accoppiarsi tra
membri delle popolazioni
originali.