Le grandi domande Evoluzione

I geni e l’evoluzione

La tesi centrale della teoria dell’evoluzione di Darwin parte dall’esistenza della variazione ereditaria. L’esperienza degli allevatori e degli agricoltori dimostra che è possibile sviluppare variazioni «utili all’uomo». Quindi, rifletteva Darwin, anche in natura devono verificarsi variazioni in qualche modo vantaggiose per l’organismo stesso. Le variazioni vantaggiose vengono conservate e riprodotte di generazione in generazione a spese di quelle meno vantaggiose. Questo è il processo noto come selezione naturale. L’evoluzione ne è una conseguenza.
L’evoluzione biologica è il processo di cambiamento e diversificazione degli esseri viventi nel corso del tempo, e interessa tutti gli aspetti della loro vita: morfologia, fisiologia, comportamento ed ecologia.
Alla base di questi cambiamenti vi sono alterazioni del patrimonio genetico e quindi, geneticamente parlando, l’evoluzione consiste in cambiamenti della costituzione ereditaria degli organismi.
Di conseguenza, la selezione naturale è stata definita come la riproduzione differenziale di varianti ereditarie alternative, determinata dal fatto che alcune di esse aumentano la probabilità che gli organismi che le presentano sopravvivano e si riproducano con maggior successo rispetto agli organismi portatori di varianti alternative. La selezione può essere dovuta a qualche differenza sul piano della sopravvivenza, della fertilità, del tasso di sviluppo, di successo nell’accoppiamento o in qualsiasi altro aspetto del ciclo vitale. Tutte queste differenze possono essere riassunte dall’espressione «riproduzione differenziale» perché tutte danno luogo a una selezione naturale nella misura in cui influiscono sul numero di discendenti di un determinato organismo.
L’evoluzione può essere vista come un processo in due fasi: la prima è casuale, la seconda no. Nella prima appare una variazione ereditaria; nella seconda avviene la selezione delle varianti genetiche che verranno trasmesse in modo più efficiente alle generazioni successive. La variazione ereditaria comprende due meccanismi casuali: la mutazione spontanea di una variante in un’altra e la ricombinazione di tali varianti attraverso il processo sessuale. La trasmissione delle variazioni ereditarie da una generazione all’altra è in gran parte regolata dal processo non casuale della selezione naturale, sebbene vi sia anche una componente casuale che i genetisti chiamano «deriva genetica»: alcune varianti genetiche alternative sono equivalenti in termini adattativi, non migliorano e non riducono l’adattamento di un organismo all’ambiente in cui vive. Queste varianti adattativamente neutrali vengono trasmesse alla generazione successiva con la stessa probabilità, ma la loro frequenza può aumentare o diminuire casualmente.
 
Il pool genico
La somma complessiva di tutti i geni e combinazioni di geni che si verificano in tutti gli organismi della stessa specie è definita come il «pool genico» di una specie. La necessità della variazione ereditaria affinché si produca un cambiamento evolutivo può essere compresa in termini di pool genico. Supponiamo, ad esempio, che in una certa popolazione il locus del gene che nell’uomo codifica per il gruppo sanguigno MN non presenti variazioni; esiste solo il gene M in tutti gli individui. L’evoluzione del gruppo sanguigno MN non può aver luogo in una popolazione del genere poiché le frequenze alleliche non hanno nessuna possibilità di cambiare da una generazione all’altra. Nelle popolazioni in cui sono presenti entrambi i geni M e N il cambiamento evolutivo è possibile.
Più variazione genetica esiste in una popolazione, maggiore è la possibilità che si verifichi l’evoluzione. All’aumentare del numero di geni variabili e del numero di forme alternative (alleli) di ciascun gene, cresce la probabilità che la frequenza di qualche allele cambi a spese di quelli alternativi. Il genetista inglese R.A. Fisher ha dimostrato matematicamente una correlazione diretta tra la quantità di variazione genetica in una popolazione e il tasso di cambiamento evolutivo prodotto dalla selezione naturale. Tale dimostrazione è contenuta nel suo teorema fondamentale della selezione naturale: «Il tasso di incremento della fitness di un dato organismo in un dato momento è uguale alla sua varianza genetica della fitness in quel dato momento».
Questo teorema è stato confermato in sede sperimentale.
Poiché il potenziale di evoluzione di una popolazione è determinato dalla sua variazione genetica, gli evoluzionisti sono interessati a scoprire l’entità di tale variazione nelle popolazioni naturali. Insetti e altri invertebrati sono solitamente più vari rispetto ai mammiferi e ad altri vertebrati; e le piante frutto di impollinazione incrociata presentano una variazione maggiore di quelle sviluppatesi per autoimpollinazione.
Ma la quantità di variazione genetica è in ogni caso sbalorditiva.
Nella maggior parte degli organismi ogni individuo rappresenta una configurazione genetica unica che non si ripeterà mai più. L’enorme riserva di variazione genetica presente nelle popolazioni naturali offre possibilità virtualmente infinite di cambiamento evolutivo in risposta ai vincoli ambientali e alle necessità degli organismi.