Evoluzione: da uno a milioni

Falena delle Betulle (Biston betularia)

A partire dalla prima forma di vita del nostro Pianeta si è arrivati ad un numero elevatissimo di specie, grazie a fenomeni di micro e macroevoluzione. Durante questo lunghissimo periodo, si sono succedute innumerevoli specie sempre più complesse, aggiungendosi o sostituendosi a quelle precedenti; molte specie sono scomparse perché inadatte, altre si sono estinte improvvisamente e in gran numero a seguito di eventi catastrofici, ma le successive esplosioni evolutive hanno sempre riportato in positivo il tasso di speciazione ed il livello di biodiversità sulla Terra. Ciò avviene perché, quando funzionano i normali processi naturali, tutto è in equilibrio.

Oggi, purtroppo, ci troviamo nel pieno della sesta estinzione di massa, con un velocissimo calo del numero di specie dovuto ai drastici cambiamenti ambientali: sovrappopolazione, erosione degli habitat e riscaldamento globale provocati dalle attività umane. I tempi necessari a colmare i nuovi ambienti sono sempre molto lunghi, poiché gli organismi devono letteralmente adattarsi alla nuova casa, ma quali nuove specie potranno mai colonizzare le nicchie ecologiche attualmente disponibili? Si tratta di zone antropizzate o desertiche, inquinate o anossiche…in generale sono ambienti inospitali e la superficie su cui si estendono questi nuovi ambienti è sempre maggiore; finché non ci sarà il ripristino dei naturali cicli ecologici, rimarranno zone biologicamente morte. Eppure la resilienza del nostro Pianeta è sempre sorprendente, infatti, se si parla di sesta estinzione di massa, vuol dire che ne sono già state superate cinque! Lo svuotamento degli habitat e il loro successivo riempimento, in un perfetto turn-over di specie, fa parte dell’incredibile storia della Terra, ma solo poche specie al mondo sono sopravvissute ad una o più di queste catastrofi, poiché particolarmente adattabili. Non voglio fare la catastrofica, ma mi viene naturale chiedermi se l’uomo potrà mai raccontare di essere sopravvissuto al disastro ambientale globale da lui causato.

Pensando in positivo, quali sarebbero i cambiamenti a cui andremmo in contro noi ed i pochi altri reduci? Visto che dò per scontato che queste modifiche seguiranno i naturali processi evolutivi, oggi approfondiremo i modelli alla base dell’evoluzione.

Secondo la versione universalmente accettata tutte le specie, attualmente viventi, si sono originate da precedenti antenati, tanto più semplici quanto più antichi. Questa estrema semplificazione ci è utile a comprendere che l’evoluzione non è altro che il risultato di tre fattori fondamentali: modificazioni, ereditarietà e tempo. Ma come funziona? Qui le cose si complicano e si trovano diverse teorie che descrivono modelli più o meno differenti tra loro, ma a noi oggi interessa solo comprenderne i meccanismi generali. Per far questo dobbiamo analizzarla a diversi livelli.

Primo livello: alla base del nostro studio troviamo il singolo individuo, ovvero l’espressione esterna di un insieme di caratteri genetici scritti in un unico codice, il DNA; questo individuo, assolutamente unico nel suo corredo genetico, viene chiamato fenotipo ed il suo più importante scopo di vita è quello di trasmettere il suo DNA. I fenotipi che lasciano il maggior numero di discendenti hanno una maggiore fitness evolutiva (idoneità), ovvero la capacità di influenzare il pool genico della successiva generazione. In questo step possono verificarsi degli errori genetici casuali che danno luogo a modifiche relativamente piccole e che, se ereditabili, entrano a far parte del pacchetto di informazioni trasmissibili; alcune di queste modifiche possono risultare adattative ed incrementare la fitness dell’individuo e, quindi, dei suoi discendenti (microevoluzione). Sto parlando dei famosi colli più lunghi, ma anche di colori più mimetici, becchi più robusti, di un maggior numero di semi prodotti o anche di diverse conformazioni radicali, diversi periodi di accoppiamento ecc. A dirigere questa orchestra è la selezione naturale che, attraverso la riproduzione differenziale, porta avanti i fenotipi più adatti all’ambiente con un effetto causale.

Secondo livello: una popolazione è un insieme di individui della stessa specie che si trovano nello stesso ambiente nello stesso momento, ma ognuno con il suo corredo genetico. La variabilità genetica di questo livello sarà quindi influenzata dal numero di individui che costituiscono la popolazione, dalla reciproca diversità dei fenotipi e, ovviamente, da fattori esterni causali e/o casuali. L’esempio più classico di sempre è lo studio della falena delle Betulle (Biston betularia) nei periodi pre e post rivoluzione industriale: immaginate una popolazione numerosa, con una variabilità genetica tale da presentare due forme opposte, una bianca ed una nera (sempre della stessa specie!). Nella distribuzione iniziale dei fenotipi, quello prevalente era il bianco, portato avanti da un tipo di selezione naturale direzionale (o positiva), in quanto risultava meno visibile ai predatori sui tronchi degli alberi ricoperti da licheni chiari; tutto cambia con il massiccio inquinamento prodotto dalle fabbriche che ha ucciso i licheni e coperto di fuliggine i tronchi. Questo cambiamento ambientale casuale ha innescato un’inversione di direzione nella selezione positiva che ha causalmente cominciato a favorire i fenotipi più scuri, aumentandone la numerosità nelle successive generazioni. Senza un’ampia variabilità genetica, quindi, molte popolazioni non riuscirebbero a sopravvivere nel tempo poiché incapaci di adattarsi alle novità, un po’ come cercare di vincere una partita con un mazzo di carte incompleto. Nel caso delle farfalle abbiamo visto come funziona la selezione positiva, ma ne esistono altre come quella distruttiva (o bilanciante) che tende a mantenere più varianti in una stessa popolazione, quella divergente, invece, tende a ridurre il fenotipo intermedio, portando ad una distribuzione bimodale dei fenotipi che divide la popolazione in sotto-popolazioni. In una situazione ottimale sarà facile trovare all’opera la selezione stabilizzante che tende a mantenere inalterato il fenotipo prevalente, in quanto perfettamente adattato all’ambiente. Ma, come abbiamo visto, anche fattori esterni casuali possono alterare la variabilità genetica e, in taluni casi, possono portare ad un fenomeno di deriva genica tanto velocemente quanto più piccola è la popolazione. Si tratta di eventi, catastrofici o meno, che possono eliminare una consistente parte della popolazione, e della sua variabilità, lasciando un pool genico che non è necessariamente il più adatto.

Terzo livello: a questo punto ci troviamo nel range delle specie, ma il nostro studio si soffermerà soprattutto sul passaggio che avviene tra il secondo e il terzo livello, ovvero il fenomeno della speciazione, processo fondamentale dell’evoluzione. La formazione di nuove specie si può avere in modo graduale e continuo, con la trasformazione di una specie in un’altra, oppure con una separazione di due o più specie a partire da un’unica forma ancestrale.

Il primo tipo di speciazione viene chiamato Anagenesi poiché coinvolge un solo gruppo filetico che, nel tempo, si evolve da una specie alla successiva grazie ad una lunga serie di cambiamenti graduali e continui; ogni nuova specie formata corrisponde ad una vecchia scomparsa (estinta). L’evoluzione filetica, quindi, non comporta l’aumento del numero dei taxa complessivi.

Il secondo tipo di speciazione, detto Cladogenesi, è invece così veloce da non lasciare traccia delle forme intermedie nei record fossili. Questa evoluzione divergente è frequente nelle specie politipiche, cioè composte da popolazioni differenziate nello spazio o nel tempo. Se la differenza tra due popolazioni della stessa specie divenisse così marcata da far interrompere gli scambi genici (riproduzione), queste potrebbero evolvere in due specie distinte in un tempo relativamente breve. In assenza di barriere fisiche, genetiche o ecologiche, la divergenza prende il nome di speciazione simpatrica. Un’interruzione del flusso genico dovuto ad una barriera fisica, invece, porta alla speciazione allopatrica e può avvenire a seguito della dispersione attiva o passiva di gruppi di individui (migrazioni, semi o insetti trasportati dal vento o dalle onde), oppure per la comparsa di un vero e proprio ostacolo (montagne, fiumi, laghi, mare, strade). Una popolazione isolata, se non si estingue, tenderà sempre ad evolvere in un’altra specie più adatta al nuovo ambiente, per questo motivo le isole, fisiche o ecologiche che siano, presentano sempre un alto numero di specie endemiche, ovvero uniche di quel territorio. Se la selezione divergente avviene per delle modifiche sviluppate come risposte ambientali, si parlerà invece di speciazione ecologica. Fino ad ora abbiamo visto la formazione di due o più specie a partire da una sola, ma, seppur molto difficile, è possibile anche partire da due singole specie simili per ottenerne una terza. La speciazione per ibridazione deve superare molti ostacoli genetici, fisici ed ecologici, ma non è impossibile e lo dimostra l’origine di forse un terzo delle specie di piante oggi conosciute.

Ci sono ancora un sacco di classificazioni e nomi di processi evolutivi, così come moltissime informazioni di cui non è possibile discutere qui, eppure il concetto di fondo resterà sempre lo stesso: tutto cambia nel tempo, velocemente o lentamente, secondo regole genetiche influenzate dal caso e dall’ambiente. Prevedere l’andamento evolutivo delle specie è possibile fino a un certo punto, usando modelli matematici più o meno complessi, ma prevedere l’effetto della casualità è davvero impossibile. Al momento, quindi, possiamo solo fantasticare sulle specie che abiteranno la Terra dopo il disastro dell’uomo, anche se confesso di avere problemi persino nell’immaginare la vita su un pianeta tanto devastato.

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