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L’evoluzione a lungo termine? È possibile e anche prevedibile

Scritto da Annalisa Arci il 21.03.2013

STANFORD – Una simulazione del comportamento di alcuni tipi di proteine dimostra che l’evoluzione a lungo termine, una teoria che non gode ancora del consenso unanime degli studiosi, non solo è possibile ma è, per certi aspetti, prevedibile. Lo afferma uno studio dell’Università di Stanford pubblicato dal Journal of the Royal Society Interface.

Agli evoluzionisti è chiaro il meccanismo dell’evoluzione a breve termine. Prendiamo una coppia di uccelli che compete per aggiudicarsi il cibo. In virtù di una mutazione casuale, uno dei due ha il becco allungato ed incurvato, in modo da risultare più abile nell’aggiudicarsi il cibo. Questa caratteristica strutturale ha un immediato impatto funzionale: l’uccello, essendo facilitato dalla natura a nutrirsi, avrà anche maggiori possibilità di sopravvivere e di riprodursi, favorendo in questo modo anche la trasmissibilità del gene o dei geni a cui si deve quella particolare conformazione del becco.

Il successo di questo individuo è un esempio di evoluzione a breve termine, un processo ampiamente accettato dalla teoria darwiniana, in cui gli individui che si adattano meglio all’ambiente sono destinati a prevalere sugli altri. Soprattutto negli ultimi anni, molti biologi ed evoluzionisti hanno avanzato l’ipotesi che l’evoluzione non agisca solo al livello degli individui ma anche tra lignaggi (dunque al livello delle specie).

L’evoluzione a lungo termine. Il team di Stanford ritiene che l’evoluzione a lungo termine coinvolga un’intera specie e agisca su periodi di tempo molto lunghi. Mettendo a punto una simulazione al computer in cui 128 linee di proteine cambiavano configurazione ad ogni nuova conformazione, competendo per legarsi ad altre molecole chiamate legandi, è stato possibile osservare che migliore era il legame maggiore era il numero di figli che la proteina poteva avere. L’esperimento ha simulato il comportamento di 10 mila generazioni.

A dispetto del numero delle proteine risultanti dalle linee – maggiore di 16 mila – il loro comportamento era sorprendentemente prevedibile. “Anche se le cose sono complicate, le possibili traiettorie evolutive sono molto limitate “, ha sostenuto uno degli autori dello studio, Michael Palmer, biologo computazionale a Stanford.” Ci sono solo alcune mutazioni vitali in qualsiasi punto, il che rende la dinamica prevedibile e ripetibile, anche nel lungo termine”.

Ciò posto, si è osservato che in alcuni esperimenti, i lignaggi che costantemente risultano i migliori a lungo termine non erano inizialmente i più adatti al legame con i ligandi. Cosa significa? Che “il fitness immediato non è l’unica cosa importante”, ha precisato Michael Palmer. “Sì, un lignaggio deve sopravvivere nel breve termine. Ma altrettanto importante è in che modo si adatta a nuovi ambienti e in che modo è, a lungo termine, potenzialmente variabile”.

I fringuelli di Darwin. Un buon esempio di evoluzione a lungo termine è il noto caso dei fringuelli di Darwin (Emberizidae). Si tratta di specie endemiche, ossia di specie che popolano solo le isole Galàpagos.  Si ritiene che si siano evolute da un’unica specie parentale giunta in questi luoghi, forse durante una tempesta, dal continente sudamericano. Alcuni individui migrarono nelle isole più vicine; in questo modo venne a crearsi tra loro una barriera geografica.

La specie ancestrale era probabilmente un fringuello piccolo con un becco conico, corto e robusto adatto a schiacciare semi. Tutte le specie di fringuelli di Darwin hanno un becco caratteristico che si è differenziato per adattarsi ad un diverso tipo di alimentazione. Ciò significa che la specie ancestrale si era adattata al nuovo ambiente sviluppando una serie di caratteristiche nuove – strutture e/o conformazioni variabili – che portano alla nascita di nuove specie. Becchi diversi permettono infatti di alimentarsi con semi di dimensioni differenti, in modo da evitare la competizione alimentare.

Le diverse condizioni ecologiche nelle isole dell’arcipelago possono aver provocato variazioni significative nelle abitudini e nelle condizioni di vita. Successivamente, in qualche punto, pool genici di queste popolazioni isolate differirono a tal punto l’uno dall’altro da impedire la fecondazione incrociata: le forme divergenti sono a tutti gli effetti specie diverse.

Questa diversificazione è un tipico esempio di speciazione allopatrica, in cui la speciazione risultante da una suddivisione della popolazione dovuta a una barriera fisica ha permesso lo sviluppo di forme adattative che permettono di occupare nuovi habitat. Oggi si contano 15 specie di fringuelli di Darwin: alcune si nutrono di semi, altre di insetti, altre ancora di fiori. “Se ci fosse una catastrofe che annulla una di quelle fonti di cibo, potrebbe cancellare una o più delle 15 specie, ma non il resto della stirpe; i discendenti di quella coppia iniziale di uccelli  potrebbe persistere”, ha dichiarato Michael Palmer.

Le dinamiche evolutive procedono su due livelli: quello dell’individuo e quello della specie. Le implicazioni nell’architettura genomica dell’organismo paiono, infatti, differenti nei due livelli. Nel lignaggio il genoma potrebbe avere come obiettivo primario la selezione di un particolare gruppo di tratti o configurazioni, in modo che gli individui possano sopravvivere a breve termine, a lungo termine deve essere capace di concorrere con le altre linee e di imporsi.

I risultati di queste ricerche potranno essere replicati nello studio dei microrganismi e alle metriche di selezione in vitro di cui si servono i microbiologi. Le traiettorie evolutive hanno dunque dei vincoli: spetta alle successive ricerche capire quanti e quali sono e, soprattutto, che relazione c’è tra questi studi e il gradualismo à la S. J. Gould.

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