Happy Birthday Mr. Darwin!

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Come sicuramente molti di voi sapranno, oggi, nel giorno in cui ricorre il 206º anniversario della nascita del celebre naturalista inglese, si celebra l’International Darwin Day, una giornata istituita al fine di promuovere la scienza e l’educazione scientifica (in particolare l’insegnamento della teoria dell’evoluzione).

Il concetto di evoluzione è molto antico. Il primo a menzionare l’idea che una specie animale potesse discendere da un’altra fu il filosofo greco Empedocle, poi ripreso da Lucrezio nel suo “De Rerum Naturae”; successivamente diversi altri naturalisti prima di Darwin (tra cui anche il nonno di quest’ultimo, Erasmo) specularono sulla possibilità della degenerazione delle specie e della loro trasformazione.

Perché quindi ricordiamo quasi solamente Darwin quando parliamo di teoria dell’evoluzione?

Principalmente perché Darwin fu il primo a formulare una vera e propria teoria scientifica dell’evoluzione, dando una formulazione ad un’idea, quella di evoluzione organica, che esisteva da molto tempo.

Ritratto di un giovane Charles Darwin realizzato alla fine degli anni ’30 del 1800.
Fonte Wikimedia.

I principi dell’evoluzione per selezione naturale

Nel suo libro “L’origine delle specie”, Darwin formula i tre principi chiave della sua teoria partendo dall’osservazione di semplici fenomeni naturali:

1) Ad ogni generazione nascono più individui di quanti l’ambiente possa sostenere determinando una lotta per la sopravvivenza;

2) Esiste variabilità nei caratteri tra gli individui di una popolazione, questa variabilità implica che non tutti gli individui hanno la stessa capacità di sopravvivere e riprodursi in un determinato ambiente;

3) I tratti posseduti dagli individui sono ereditabili e possono essere trasmessi alle future generazioni.

Questi punti definiscono il campo d’azione di quella che Darwin chiama “selezione naturale”.

La selezione naturale non è casuale: la sopravvivenza di un individuo rispetto ad un altro non è dettata meramente dal caso ma dalla sua capacità di sopravvivere meglio di altri in un determinato ambiente.

Una teoria molto dibattuta

La teoria dell’evoluzione e` una teoria “viva” che (per dirla con un gioco di parole) si e` evoluta e continua ad evolversi spinta dal dibattito tra i teorici e dalle sempre nuove evidenze; ma essa e` stata anche oggetto di infinite polemiche, non ultima quella (sciocca) circa il suo essere o meno una “scienza galileiana” propriamente detta.

L’equazione dell’evoluzione

Se di mestiere fate, come me, il biologo ad certo punto nella nostra vita avrete certamente sentito qualcuno sostenere che la teoria dell’evoluzione “non è una scienza” per il fatto che “non esiste un’equazione dell’evoluzione”. Ma è davvero così?

Per chi e` interessato alla questione “equazioni” riportiamo un l’esempio della piu` semplice di tutti: quello di una popolazione di batteri in cui compaia una mutazione vantaggiosa.

!!! ATTENZIONE !!! Questa parte contiene un matematica. Se anche solo sentirla nominare vi fa venire le bolle saltate pure la spiegazione e ci vediamo alla fine!

Consideriamo l’esempio di una popolazione di batteri (i batteri hanno una sola copia di ciascun gene e ci semplificano il calcolo!) in cui compaia per caso una mutazione ereditabile nel gene A che chiameremo per chiarezza a.

Definiamo p la frazione di individui che posseggono la variante A

e diciamo che questa frazione sia 99,9%, la rimanente frazione la definiamo q, questa frazione rappresenta lo 0,1% della popolazione che possiede il gene a. E` logico che, se la mutazione a comporta una differenza nel funzionamento del gene questa potrà essere uno svantaggio o un vantaggio. Se la mutazione comporta un vantaggio questo influirà sulla probabilità di morire (d) e/o sulla capacità di riprodursi (b).

Quindi possiamo scrivere che il numero di individui che ci aspettiamo di trovare dopo una generazione sarà:

per il gene A e

per il gene a. Chiamiamo questo coefficiente W = (1 – d)(1 + b).

Torniamo alla nostra popolazione di batteri con il gene A, questa cresce ad ogni generazione di un fattore WA= 1,5 e immaginiamo che in questa popolazione il gene a conferisca un modesto vantaggio riproduttivo Wa = 1,51; possiamo quindi calcolare la frazione di individui col gene A nella successiva generazione:

Facendo il calcolo scopriamo che nella successiva generazione ora “solo” il 99.89% di individui possiede il gene A. Se ripetiamo questo passaggio per molte generazioni vedremo che gli individui con il gene a (vantaggioso) sostituiranno nella popolazione quelli con il gene A (meno vantaggioso).

Il grafico che descrive l’evoluzione di due alleli di un gene in una popolazione di batteri.

!!! SEZIONE MATEMATICA-FREE !!! E` di nuovo sicuro leggere anche per i lettori con le più gravi forme di allergia alla matematica!

Ciò che sta accadendo è che la popolazione sta “cambiando” perché` gli individui con il gene a sono più adatti all’ambiente (in un certo senso potremmo dire “migliori” – in senso relativo pero`) di quelli con il gene A.

Questo cambiamento nel corso delle generazioni viene definito “evoluzione” o per dirla con le parole di Charles Darwin:

“Così, dalla guerra della natura, dalla carestia e dalla morte, direttamente deriva il più alto risultato che si possa concepire, cioè la produzione degli animali superiori. Vi è qualcosa di grandioso in questa concezione di vita, con le sue diverse forze, originariamente impresse dal Creatore in poche forme, o in una forma sola; e nel fatto che, mentre il nostro pianeta ha continuato a ruotare secondo l’immutabile legge della gravità, da un così semplice inizio innumerevoli forme, bellissime e meravigliose, si sono evolute e continuano a evolversi.”

Dalla chiusa de “L’Origine delle Specie” (1859)

Non una moltissime equazione dell’evoluzione

Esistono molte forme di questa equazione a seconda della complessità del sistema che cerca di descrivere ed esistono anche modelli che considerano l’instabilità dell’ambiente e certi fenomeni “casuali” che possono favorire o rallentare l’evoluzione dei caratteri; nondimeno l’equazione che trovate qui sopra, seppur limitata ad organismi dotati di una singola copia di ciascun gene e ad una popolazione in cui esistano solo due variabili A ed a, è a tutti gli effetti “l’equazione dell’evoluzione”, anzi, una delle “equazioni dell’evoluzione”.

La Sintesi moderna e l’Evo-Devo

La moderna teoria dell’evoluzione non ha quasi più nulla della formulazione del suo illustre ideatore: la “Sintesi moderna” è il tentativo ad opera di Julian Huxley di coniugare la Selezione naturale di Darwin con la teoria dell’eredità di Mendel. A questo tentativo ne seguirono altri con l’intento di coniugare i meccanismi di Micro- e Macroevoluzione (che sono due facce della stessa medaglia) e incorporare diverse discipline tra cui la genetica delle popolazioni, la sociobiologia ed infine la scienza dell’Evo-Devo (Evoluzione e Sviluppo): integrazione della biologia dello sviluppo con la genetica e l’evoluzione, una disciplina che sarà importantissima per comprendere l’evoluzione degli organismi e come le differenze tra essi si possano evolvere a partire da semplici mutazioni del DNA.

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