Caramelle ed evoluzione...

“Nothing in biology makes sense except in the light of evolution”, niente in biologia ha senso se non alla luce dell'evoluzione. Theodosius Dobzhansky (1900-1975), un grande genetista dello scorso secolo, usava queste parole per indicare quanto sia importante capire e studiare l'evoluzione per capire e studiare ogni altro fenomeno biologico. Così prima di abbandonare la biologia, cari ragazzi della 3a D, studieremo uno degli argomenti più affascinanti di questa disciplina.
In classe più volte mi è capitato di ascoltare questa domanda: "Ma come ha fatto una scimmia a diventare uomo?" Ebbene la prima cosa da capire studiando l'evoluzione è che non si tratta di un fenomeno che avviene sul singolo individuo ma è qualcosa che riguarda una popolazione intera. Non è il singolo individuo che evolve ma un insieme di individui che formano appunto una popolazione.

Le caramelle utilizzate nella nostra simulazione di evoluzione. L, F e M rappresentano i codici che abbiamo usato per indicare tre alleli diversi dello stesso gene.

Abbiamo appena studiato che ciò che determina le caratteristiche fenotipiche di ogni individuo sta scritto nel suo genotipo, cioè nel suo DNA. Ogni specie vivente ha nel proprio patrimonio genetico tutte le informazioni che servono per "funzionare". Sappiamo anche che tanto più due organismi sono imparentati tanto più simile sarà il loro DNA. Infatti due gemelli omozigoti hanno DNA identico (100 %), due uomini presi a caso hanno il 99,9 % del DNA identico, un uomo e uno scimpanzé hanno un DNA identico al 99 %, un uomo e un orango tango al 97 %. Più ci allontaniamo come parentela e più il DNA diverge. E' intuitivo capire allora che l'evoluzione delle specie viventi è avvenuta grazie alla divergenza del DNA. Cioè tanto più si andavano accumulando differenze tra i geni di due popolazioni separate per qualche motivo e tanto più le strade evolutive si allontanavano, portando alla formazione di due specie distinte. Non dimentichiamoci che differenze nel DNA vuol dire differenze fenotipiche, cioè di tutti i caratteri degli organismi viventi.

Schema di una speciazione allopatrica. Due popolazioni si separano per un qualche motivo e il loro patrimonio genetico diverge fino a formare due specie diverse.
(http://image.wistatutor.com/content/heredity-evolution/allopatric-speciation.jpeg)

Veniamo alla simulazione di evoluzione fatta in classe con le caramelle. Ognuno di voi ha scelto dai tre sacchetti due caramelle. Le vostre scelte sono state le seguenti: FL, FM, FM, FM, LM, MM, FL, MM, FM, FM, LM, FM, FM, FM, MM, FM, MM, LM, FF, FM, FM. Facciamo finta che si tratti degli alleli di un determinato gene in una popolazione diploide. In totale abbiamo 21 individui e 42 alleli, siete d'accordo? Se calcoliamo la frequenza relativa di ogni allele, che possiamo chiamare anche frequenza genica, otteniamo che l'allele F è presente al 36 %, L al 12 % e M al 52%. Adesso facciamo delle assunzioni, cioè, come spesso si fa in genetica evolutiva, supponiamo che certe condizioni siano note e che si verifichino in una data popolazione. Supponiamo che si tratti di una popolazione di individui diploidi che si riproducono asessualmente e che la discendenza massima sia 2 per ogni individuo in condizioni ottimali. Vedremo tra breve che il numero di figli, cioè la prole, in ambito evolutivo si chiama fitness, ed è molto importante perché tanti più discendenti lascerà un individuo tanto maggiore sarà il numero dei suoi geni nella generazione successiva.
Anche se si tratta di assunzioni magari assurde dal punto di vista biologico, facciamo finta che si verifichino per portare a termine il nostro esempio di evoluzione. Ora arriva la selezione naturale. Immaginiamo che in questa popolazione arrivi un virus che uccida tutti gli individui con genotipo MM, prima che questi si riproducano, indebolisca gli individui eterozigoti, con almeno un gene M, tanto da dimezzare la loro fitness e non abbia alcun effetto sugli individui che hanno almeno un gene L, i quali, essendo in condizioni ottimali, avranno la massima fitness, cioè nel nostro caso 2 discendenti.
La nuova popolazione dopo il passaggio del virus sarà: FL, FL, FM, FM, FM, LM, LM, FL, FL, FM, FM, LM, LM, FM, FM, FM, FM, LM, LM, FM, FM. Se calcoliamo di nuovo le frequenze geniche avremo che l'allele F è presente al 41 %, l'allele M al 37 % e l'allele L al 22%. Nella nuova generazione le frequenze geniche sono cambiate. In particolare l'allele L ha quasi raddoppiato la sua frequenza mentre per l'allele M si è avuta una diminuzione di 25 punti percentuali! La popolazione sta evolvendo! Dato che gli alleli F, L ed M sono responsabili di caratteristiche fenotipiche diverse, anche le caratteristiche fenotipiche delle due popolazioni saranno leggermente diverse. L'evoluzione delle specie, presentata in maniera molto semplicistica, non è altro, quindi, che una variazione di frequenze geniche.
Vi rendete conto che non si tratta di un fenomeno che riguarda il singolo individuo, ma un'intera popolazione? Riflettete su questa simulazione e ci vediamo in classe per discutere di evoluzione!

Referenze
Esperimento fatto in classe il giorno 23 febbraio 2011. Carissimi della 3a D spero che le caramelle siano state di vostro gradimento e che possano farvi capire anche l'evoluzione.

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)