Selezione naturale: definizione, teoria di Darwin, esempi e fatti

Il concetto di selezione naturale è stato proposto formalmente per la prima volta in una conferenza di biologia della Linnean Society. Il 1 luglio 1858 fu presentato e successivamente pubblicato un documento congiunto sull'argomento. Includeva contributi di Charles Darwin e Alfred Russel Wallace.

Entrambi gli uomini hanno scritto sull'idea che la selezione naturale ha contribuito all'evoluzione della terra attraverso il sopravvivenza degli organismi più adatti al loro ambiente. Gli scienziati dell'epoca si resero conto che l'evoluzione aveva avuto luogo ma non sapevano come si evolvessero le specie.

Dopo questa introduzione della selezione naturale, Darwin ha elaborato l'argomento con la sua teoria dell'evoluzione e il suo libro, Sull'origine delle specie, pubblicato nel 1859. Il suo lavoro con i fringuelli di Darwin e le sue idee su la sopravvivenza del più forte ha spiegato il meccanismo della selezione naturale e come potrebbe portare a una proliferazione di molti diversi tipi di organismi.

L'evoluzione è il cambiamento cumulativo delle caratteristiche di un organismo o di una popolazione nel corso delle generazioni successive. A volte è riassunto come discesa con modifica. La selezione naturale è uno dei meccanismi che guida l'evoluzione.

Per essere una caratteristica o un tratto attivo che determina la selezione naturale, il tratto deve avere le seguenti caratteristiche:

• Ereditabilità. Un tratto può influenzare l'evoluzione attraverso la selezione naturale solo se viene trasmesso dai genitori ai discendenti.
• Funzionalità. Il tratto deve avere una funzione. I tratti devono fare qualcosa affinché la selezione naturale abbia luogo.
• Vantaggio. Per essere selezionato per essere trasmesso ai discendenti, il tratto deve conferire un vantaggio all'organismo che lo possiede, o renderlo più adatto alla sopravvivenza nel suo ambiente.
• Origine. Il tratto deve aver causato l'evoluzione degli organismi perché ha reso gli organismi che lo avevano più adatto alla sopravvivenza. Se gli organismi sono cambiati a causa di un altro meccanismo, come la mutazione genetica, non è stato a causa della selezione naturale.

Sulla base dei reperti fossili, è chiaro che le specie cambiano nel tempo e si sviluppano nuove specie mentre altre muoiono. Prima di Darwin, non c'era alcuna spiegazione di come potessero avvenire tali cambiamenti.

Il teoria dell'evoluzione descrive cosa succede quando le caratteristiche di alcuni individui di una specie diventano predominanti e selezione naturale descrive come avviene questo predominio.

Darwin ha studiato la selezione naturale nei fringuelli. Anche quando un altro meccanismo come la mutazione cambia una popolazione, se la mutazione non conferisce un vantaggio naturale, può estinguersi a causa della selezione naturale.

All'interno di una specie, una popolazione tipica comprende individui con tratti variabili perché ricevono metà del loro codice genetico dal padre e metà dalla madre. Per i tratti con una base genetica, questa combinazione di geni dei genitori si traduce in un'ampia varietà di caratteristiche negli individui della popolazione.

La combinazione di tratti in alcuni individui dà loro un vantaggio nella ricerca del cibo, nella riproduzione o nel resistere a predatori o malattie. Altri individui ricevono tratti che li mettono in una posizione di svantaggio.

Gli individui avvantaggiati vivranno più a lungo e produrranno più discendenti. I loro discendenti riceveranno per lo più geni che determinano i tratti avvantaggiati. Nel tempo, la maggior parte della popolazione evolverà con i tratti avvantaggiati e i tratti che danno uno svantaggio scompariranno. La selezione naturale ha selezionato il individui con caratteristiche positive.

Nel 1831, la marina britannica inviò la nave da ricognizione HMS Beagle in una spedizione cartografica in tutto il mondo. Charles Darwin è salito a bordo come naturalista incaricato di osservare la fauna e la flora locali. La spedizione durò cinque anni e trascorse molto tempo lungo le coste dell'Atlantico e del Pacifico del Sud America.

Dopo aver lasciato il Sud America per la traversata del Pacifico in Nuova Zelanda, la nave ha trascorso cinque settimane esplorando le Isole Galapagos. Come ha fatto ovunque, Darwin ha preso ampie note sulle caratteristiche delle piante e degli animali che ha trovato. Alla fine queste note avrebbero costituito la base per il suo sviluppo del concetto di selezione naturale e la sua teoria dell'evoluzione.

Tornato in Inghilterra, Darwin e un socio ornitologo hanno esaminato gli appunti di Darwin sui fringuelli delle isole Galapagos. Apparentemente le isole ospitavano 13 diverse specie di fringuelli, mentre la massa di terra sudamericana più vicina a 600 miglia di distanza aveva una sola specie. La principale differenza tra le specie era la dimensione e forma dei becchi.

L'analisi di Darwin dei suoi appunti lo ha portato a trarre le seguenti conclusioni:

• I fringuelli avevano becchi diversi perché vivevano su isole diverse in ambienti diversi.
• L'ambiente non ha causato le differenze nei becchi perché non esisteva un meccanismo per tale influenza.
• Le diverse caratteristiche del becco dovevano essere tutte presenti nella popolazione originaria di fringuelli.
• Quando i fringuelli della popolazione originaria si stabilirono su un'isola, i fringuelli con il becco meglio adattato all'approvvigionamento alimentare locale avrebbe un vantaggio.
• I fringuelli con il becco più adatti alla fonte di cibo della loro isola lo farebbero sopravvivere in numero maggiore rispetto ai fringuelli meno adattati.
• Alla fine, nel corso di molte generazioni, i fringuelli su un'isola formerebbero una specie distinta con a dimensioni e forma del becco distinte perché i fringuelli con quei becchi sarebbero i più adatti per loro ambiente.

Con queste conclusioni, Darwin ha spiegato l'evoluzione del becco di fringuello nelle isole Galapagos proponendo il meccanismo di selezione naturale. Ha riassunto questo meccanismo come la sopravvivenza del più forte, dove la fitness è stata definita come successo riproduttivo.

Per le sue conclusioni, Darwin si è basato sui suoi appunti, sulle sue stesse osservazioni e sulla sua interpretazione degli scritti di Thomas Robert Malthus. Malthus era uno studioso inglese che, nel 1798, pubblicò la sua teoria secondo cui la crescita della popolazione supererà sempre l'offerta di cibo. Il corollario è che, in qualsiasi popolazione, molti individui moriranno a causa della competizione per una fornitura limitata di cibo.

Le tre osservazioni che hanno permesso a Darwin di sviluppare la sua teoria dell'evoluzione e della selezione naturale sono state:

1. Gli individui di una popolazione mostrano una variazione in tratti come il colore, il comportamento, le dimensioni e la forma a causa della variazione genetica.
2. Alcuni dei tratti sono tramandati dai genitori ai discendenti e sono ereditabili.
3. I genitori di una popolazione producono una prole in eccesso in modo che alcuni non sopravvivano.

Sulla base di queste osservazioni, Darwin propose che quegli individui con tratti che li rendevano più in forma sarebbero stati quelli che sarebbero sopravvissuti mentre i meno in forma sarebbero morti. Nel tempo, la popolazione sarebbe stata dominata da individui con i tratti che li rendevano più in forma.

Le popolazioni di batteri mostrano una selezione naturale molto forte perché possono moltiplicarsi rapidamente. Di solito si moltiplicano fino a raggiungere un vincolo come la mancanza di cibo, spazio o altre risorse. A quel punto, quei batteri più adatti al loro ambiente sopravviveranno mentre il resto si estinguerà.

Un esempio di selezione naturale nei batteri è lo sviluppo di resistenza agli antibiotici. Quando i batteri causano un'infezione e l'individuo viene trattato con antibiotici, tutti i batteri che hanno il tratto di resistenza agli antibiotici sopravviveranno mentre tutti gli altri muoiono. La proliferazione di batteri resistenti agli antibiotici è un grave problema medico.

Le piante si evolvono per adattarsi al loro ambiente attraverso la selezione naturale. Alcune piante evolvono i colori dei fiori per attirare impollinatori di un tipo specifico e sviluppano meccanismi speciali per diffondere i loro semi. Devono adattarsi a più o meno luce solare e combattere i parassiti.

I cactus sono un esempio di selezione naturale nelle piante. Nel deserto in cui vivono, c'è molta luce solare, poca acqua e occasionalmente un animale a cui piacerebbe un morso succoso.

Di conseguenza, i cactus hanno sviluppato corpi compatti o piccole foglie succulente con pelli spesse per proteggersi dal sole forte e ridurre al minimo la perdita d'acqua. Possono anche immagazzinare acqua e avere punte acuminate per scoraggiare gli animali. I cactus con questi tratti erano i più adatti e sono ancora in evoluzione.

Un altro esempio è il cambiamento nella pianta di senape da campo causato dalla siccità nel sud della California. Per sopravvivere alla siccità, le piante devono crescere, fiorire e distribuire rapidamente i loro semi. Le piante di senape da campo della California meridionale che fiorivano presto divennero dominanti mentre quelle che fiorivano in seguito si estinsero.

Gli animali hanno più possibilità di influenzare la loro sopravvivenza perché possono impegnarsi in modelli comportamentali complessi. I tratti che possono determinare la forma fisica rientrano in tre categorie principali. La capacità di trovare cibo a sufficienza attraverso la caccia o il foraggiamento è una chiave per la sopravvivenza.

La maggior parte degli animali ha predatorie tratti specifici consentono loro di evitare di essere mangiati. Infine, la capacità di trovare e attrarre un compagno consente loro di trasmettere i loro tratti positivi alla prole.

Le caratteristiche tipiche che influenzano la selezione naturale includono:

• Movimento. La capacità di correre, nuotare o volare velocemente determina se un animale può cacciare con successo o sfuggire ai predatori.
• Camuffare. Se un animale riesce a nascondersi con successo, può sfuggire ai predatori o tendere un'imboscata alla preda.
• Immunità. Alcuni animali saranno più resistenti a una malattia di altri e sopravviveranno.
• Forza. Competere per un compagno spesso comporta prove di forza con altri membri della stessa specie.
• Sensi. Gli animali che possono vedere, annusare o sentire meglio possono avere maggiori possibilità di sopravvivenza.
• Caratteristiche sessuali. La selezione naturale negli animali dipende dal successo della riproduzione dopo aver attratto un compagno.

Gli animali si evolvono continuamente, prima per adattarsi meglio a un dato ambiente e poi, se l'ambiente cambia, al nuovo ambiente. La selezione naturale può causare cambiamenti evolutivi nelle popolazioni esistenti e può anche favorire una specie rispetto a un'altra se due specie sono in competizione per lo stesso spazio e risorse.

La selezione naturale negli animali si vede meglio quando l'ambiente cambia in qualche modo e gli animali con caratteristiche specifiche diventano più adatti e presto diventano dominanti.

Ad esempio, la falena pepata a Londra era di colore chiaro con macchie scure. Durante la rivoluzione industriale, gli edifici furono oscurati dalla fuliggine. Gli uccelli potevano facilmente vedere le falene di colore chiaro sullo sfondo scuro, e presto rimasero solo falene di colore scuro. La selezione naturale ha favorito le falene con macchie scure sempre più grandi.

In un altro esempio, supponiamo che alcuni insetti diventino resistenti a un pesticida chimico molto rapidamente. Anche se solo pochi individui sono resistenti, il resto morirà e gli insetti resistenti sopravviveranno. Gli insetti in genere producono un gran numero di prole, quindi gli insetti con i geni resistenti prenderanno rapidamente il sopravvento.

In un esempio di preferenza riproduttiva, le femmine di pavone scelgono i compagni in base alle dimensioni e alla luminosità della coda. Dopo gli effetti di selezione naturale, quasi tutti i maschi di pavone oggi hanno code grandi e dai colori vivaci.

Mentre Darwin è meglio conosciuto per le sue pubblicazioni sulla teoria dell'evoluzione, è la selezione naturale che alimenta il cambiamento e l'adattamento nelle specie. L'articolo di Charles Darwin del 1858, con contributi di Alfred Russel Wallace il cui articolo è stato pubblicato nello stesso periodo, cambiato per sempre il modo in cui le persone vedevano l'evoluzione e i cambiamenti naturali nelle piante e negli animali che avvenivano continuamente intorno loro.