Müller Matthias
Alba e tramonto della diversità in biologia
Gio, 26/06/2008 - 11:14 — MatAutore:
Müller Matthias
Osserviamo diversi individui appartenenti alla stessa specie. Ci appare scontata la facilità con cui riusciamo a distinguere un esemplare da un altro. Esiste in effetti una grande differenza nell’apparenza, così come nel metabolismo interno di ogni individuo. Questa varianza è sia di origine genetica che di origine ambientale. Nei paragrafi che seguiranno mi interesserò principalmente alla prima.
In natura si osserva una grande varianza interspecifica. Questo fatto è meno scontato di quanto ci si aspetterebbe. Prendiamo una popolazione a caso, per esempio una popolazione di pesci rossi viventi in uno stagno. Supponiamo che esista un grandissima diversità fra i diversi elementi che compongono la popolazione. Questa diversità si esprime sia a livello visivo (colore, lunghezza delle pinne, abilità nel nuoto, ecc.) sia a livello metabolico (fertilità, metabolismo, ecc.).
Ora aggiungiamo qualche ipotesi. Tutti i pesci si riproducono a caso fra di loro (panmixia). Ciò significa che non esiste una scelta del partner (nessuna selezione sessuale), e che lo stagno è sufficientemente piccolo, da rendere insignificante la posizione di partenza di ogni singolo pesce. A ciò si aggiunge che, data l’ubicazione favorevole, non esiste nessuna pressione di selezione (naturale). Questo punto ha però un limite. Una popolazione senza alcuna pressione di selezione tenderà a crescere in maniera esponenziale. Non credo si possa ragionevolmente immaginare uno stagno infinito, quindi anche la popolazione ha un limite massimo, che fisseremo a 100 individui.
Considerate le ipotesi di base, cosa accadrà ai nostri 100 individui (i cui genitori sono molto diversi fra loro) con lo scorrere delle generazioni. Semplice. Tutta la diversità (genetica) sarà distrutta in un tempo sorprendentemente breve. Due forze saranno principalmente responsabili di questa distruzione. La deriva genetica e la consanguineità:
- La deriva genetica è una forza evolutiva possente ma discreta. Fa sentire la sua voce al decrescere della taglia della popolazione si esalta in assenza di selezione. Osserviamo la nostra popolazione. Consta di 100 individui. Ognuno possiederà un doppio corredo genetico (uno di origine materna e uno paterno). Avremo quindi, in totale, per ogni posizione genetica, un massimo di 200 versioni differenti dello stesso gene. Alla generazione successiva la nostra popolazione conterà sempre 100 individui, vale a dire 200 posizioni libere per ogni gene. Sarebbe quindi possibile, in via teorica, piazzare tutte e 200 le versioni di ogni gene, presenti alla generazione precedente. Perché questo accada bisognerebbe supporre che ogni coppia di pesci rossi abbia avuto esattamente due figli. Se in effetti una coppia ne avesse avuti 3, per esempio, per mantenere un totale di 100 pesci nella nostra popolazione, bisognerebbe che un'altra coppia ne avesse uno solo. Poiché ogni coppia possiede 4 versioni differenti (alleli) del nostro gene, parte della varianza andrà persa. Un singolo figlio possiede, in effetti, due sole posizioni per quel gene (una per un gene materno e una per un gene paterno). Due sedie, quattro candidati. Per ogni coppia con tre figli, due geni andranno persi. Cosa saranno mai due geni, direte voi. Ebbene, questo ragionamento si applica ad ogni gene. Anche se una sola coppia avesse un solo figlio si perderebbero due varianti per ogni gene. Ne esistevano 200, quindi l’1% della varianza è già stata persa. È importante notare che questa varianza non può essere recuperata, una volta distrutta è scomparsa per sempre. Inoltre è verosimile pensare che, in una popolazione dominata dal caso (ipotesi di partenza) le coppie con più di due figli saranno più di una. Se esse fossero per esempio un terzo, ebbene, solo tra la prima e la seconda generazione, si perderebbe un terzo della varianza. Non solo. Anche le coppie con due figli contribuirebbero alla deriva. Se è vero che esse possono teoricamente ridistribuire tutti gli alleli nella generazione successiva, è altrettanto vero che ciò non avverrà sempre. Gli alleli sono trasmessi casualmente, quindi i due figli avranno un certa probabilità di ereditare alleli differenti (50% nel nostro caso), ma anche una certa possibilità di ereditare lo stesso allele (sempre il 50%). Considerando che esistono moltissimi geni, si può supporre che a livello globale le statistiche saranno confermate. Quindi, al 30% perso dalle coppie con più di 2 figli andrebbe aggiunto un 50% dalle coppie con due figli (se supponiamo che in 30% ha avuto 3 figli e il 30% 1 figlio, allora il 40% ha 2 figli quindi, 50%X40%=20% di perdita). Inoltre questo fenomeno sarà presente anche nelle coppie con 3 o più figli anche se attenuato dall’aumentare delle posizioni/figli a cui trasmettere gli alleli parentali che si andrebbe a sommare al (30%+20%) 50% di diversità già perso. Più del 50% della diversità bruciato alla prima generazione. Il fenomeno si farebbe in seguito meno drastico. In effetti per massimizzare la diversità nella nostra ipotesi di partenza, siamo stati costretti ad assegnare ad ogni allele la frequenza più bassa possibile, ciò che contribuisce ad aumentare la deriva nelle fasi iniziali. Facendosi gli alleli meno numerosi, anche la loro frequenza sarà aumentata, rendendo il sistema più resistete alla deriva. Ciò nonostante la frequenza allelica continuerà a subire delle fluttuazioni casuali ed alcuni alleli potrebbero sparire ad ogni generazione. La deriva si a farebbe allora forza di erosione, continuando lentamente a distruggere varianza interindividuale.
- La consanguineità sarà ancora più rapida della selezione. Anche se un Dio benigno favorisse sempre l’incrocio fra pesci non consanguinei, il gioco durerebbe poco. Alla prima generazione ogni pesce è diverso. Abbiamo quindi 100 famiglie distinte. Alla seconda generazione solo 50. Alla terza 25. Poi 12, 6, 3. Siamo già alla frutta. In seguito bisognerà accoppiare consanguinei. Il problema in questo caso, è che persone che condividono degli antenati, condividono anche parte del loro corredo genetico. Non esiste quindi alcuno scampo. Essi non saranno diversi, per alcuni geni (provenendo dallo stesso individuo), trasmetteranno quindi con una verta probabilità, lo stesso gene ai figli. Col procedere delle generazioni la consanguineità aumenterà e i pesci condivideranno sempre più antenati, i geni rimasti in gioco si faranno sempre più scarsi, la varianza sarà ridotta a polvere dalla macina della consanguineità. Basteranno una manciata di generazioni, anche ammettendo che ogni pesce si riproduca con il pesce meno imparentato con lui, ciò che ovviamente non è credibile. In una popolazione che si riproduce casualmente già alle prime generazioni ci saranno accoppiamenti fra fratelli, la cui consanguineità è elevatissima.
Qualche dozzina di generazioni e la varianza di una popolazione variegatissima, sarà a zero. Cosa accadrà allora? In primo luogo la varianza smetterà di cambiare (esiste un solo allele ereditabile per ogni gene). In secondo luogo i pesci saranno tutti identici. Non saranno fisicamente gemelli, ma praticamente sì. Geneticamente avremo 100 volte lo stesso, identico, pesce. Attenzione, non stiamo ragionando in contesto di laboratorio, stiamo parlando di una popolazione naturale in un contesto naturale. Poche generazioni e tutti gli individui saranno copie dello stesso individuo. L’unico parametro che salverebbe la popolazione è il numero di individui. Questi fenomeni sono proporzionali alla dimensione della popolazione e si fanno nulli… a popolazione infinita. Elegante soluzione matematica, ma scarsissimo senso biologico.
Ricordate il paragrafo introduttivo? Dicevo che la diversità non è scontata. Ora credo che la cosa sia più ovvia di prima, ciò non toglie che in natura si osservano numerose differenze. Perché? Esistono essenzialmente due forze che si oppongono alla consanguineità e alla deriva. L’immigrazione e la mutazione.
- L’immigrazione fa il gioco del leone. Per questo basta che la popolazione non sia ermetica. Se in un qualunque momento una popolazione viene in contatto con individui provenienti da un'altra popolazione, ecco che nuovi alleli sono introdotti. Nella genetica delle popolazioni, l’immigrazione è un fiume di nuovi alleli in entrata. L’immigrazione però non è sufficiente a garantire a lungo termine la diversità. In effetti se un allele immigrante, vince la corsa nella popolazione ospite un problema sopraggiunge. Siamo chiari. Supponiamo che ogni popolazione sia a varianza zero. Non esiste alcuna varianza intra-popolazionale, ma, verosimilmente, esiste ancora varianza inter-popolazionale. Ora supponiamo dei fenomeni migratori fra queste popolazioni. Cosa accade se un allele si dovesse imporre in tutte le popolazioni? Ebbene per quel gene la varianza sarebbe nuovamente nulla e senza alcuna speranza di aumentare. Accadrà? Ovviamente sì, e per le ragioni precedenti. Deriva e consanguineità. Aggiungere saldi migratori in effetti sposta unicamente la scala dei valori. La nostra popolazione diviene così una sub-popolazione di una superpopolazione globale. Ma questa superpopolazione non sarà immune alle forze elencate in precedenza, solo più resistente grazie ad un numero superiore di individui.
- La mutazione è ciò che a tutti gli effetti salva la baracca. Fenomeno raro, la mutazione affligge, in media un allele su 100'000. Occorrono popolazioni molto, molto grandi perché essa abbia un effetto apprezzabile. Se però le popolazioni sono interconnesse da flussi migratori, ecco che la mutazione può garantire un certo tasso di varianza nella popolazione. La mutazione è quindi l’unica fonte genuina di varianza casuale e, a tutti gli effetti, il combustibile unico dell’evoluzione.
Non è finita. Abbiamo analizzato solo il caso più semplice di tutti, che comprendeva un’ipotesi assurda che è tempo di correggere. Nessuna selezione. Ora, anche in caso di una popolazione senza predatori e senza parassiti, esisterà una competizione per le risorse, che saranno limitanti. Anche se così non fosse, e la crescita esponenziale fosse limitata dal sopraccitato Dio benigno (ma non troppo) che fulmina casualmente con saette degli individui, in modo da garantire una popolazione stabile, ebbene anche in questo caso si osserverebbe una selezione. Ovviamente a favore degli individui più fertili, che potrebbero permettersi il lusso di farsi incenerire parte della prole. Non sottovalutiamo l’impatto della selezione sulla varianza. La selezione è un rullo compressore, un lavandino, una macchina che vive distruggendo varianza. Eliminare tutti gli individui meno fertili equivale a garantire il successo di un gruppo ristrettissimo tagliando fuori tutti gli altri dall’evoluzione. Non importa quanta varianza (magari anche favorevole) questi si portassero addosso. Saranno eliminati in un pugno di generazioni. L’unica cosa che blocca la selezione è l’esaurirsi della varianza sul tratto selezionato. Il prezzo pagato da tutti gli altri geni, in termini di varianza, sarà incalcolabile.
Oggigiorno noi osserviamo varianza nel mondo che ci circonda. Questo è dovuto in primo luogo al fatto che, generalmente, la selezione è già avvenuta. Basta pesci rossi. Prendiamo l’essere umano. Consideriamo tratti su cui è facile immaginare una pressione di selezione, come per esempio la fertilità. Il tasso di produzione di spermatozoi è estremamente simile in tutti gli individui, perché la selezione non tollera varianza in un parametro tanto legato al successo evolutivo. Lo stesso si dica per il ciclo mestruale femminile o la lunghezza della gravidanza. Nessuna donna è in grado di scodellare un figlio ogni 3 settimane e nessuna donna ha una gravidanza di 3 anni. Tutta la varianza è generalmente patologica e bambini prematuri o tardivi, sono decisamente fuori parametro.
Solo quando la maggior parte della selezione è già avvenuta, la varianza può aumentare, purché non deleteria. Fidatevi di me, in una popolazione molto selezionata, tutti gli individui hanno facce molto simili. Esiste un'altra conclusione interessante: tratti molto selezionati saranno poco ereditabili. In effetti essi, sebbene abbiano una forte componente genetica teorica, non avranno varianza genetica nella popolazione, essa sarà stata distrutta dalla selezione. Tutte le differenze osservabili saranno quindi ambientali. Il ragionamento inverso è anche valido. Tratti molto ereditabili non sono, e non sono stati nel passato recente della specie, molto selezionati. Nell’uomo l’intelligenza è molto ereditabile. Un interessante spunto di riflessione.
Un ultimo corollario dedicato all’essere umano. Credo che attualmente si tenda molto a sottovalutare le forze distruttrici della diversità. Diamo per scontata la facilità con cui riconosciamo l’appartenenza etnica di quanti ci circondano. Asiatici e africani si distinguono a colpo d’occhio. Anche fra europei distinguiamo, nella maggioranza dei casi, la provenienza geografica. “Una faccia da (tedesco, italiano, svedese, fate voi)” è espressione corrente, anche in un mondo globalizzato. Spulciando vecchi racconti si incappa spessissimo in tratti fisionomici che furono tipici di determinate popolazioni. Ricordo quanto Dumas insistesse sulla mascella da guascone di Dartagnan. Ma la cosa non si ferma lì. Racconti in cui si indica come i membri di villaggi vicini sapessero riconoscersi a vicenda su tratti fisionomici, lasciano supporre che la storia recente abbia visto tassi di consanguineità e deriva agghiaccianti, nella dispersa realtà rurale dei secoli passati. Il medioevale interesse per la fisionomia potrebbe aver attinto anche a questa fonte. Vecchie battute sugli abitanti del paesello vicino, reputati per la loro idiozia… ebbene potrebbero avere più fondamento storico del previsto.
Ciò che occorre ricordare è che la diversità, e l’abusato termine di biodiversità, rappresentano sì un bene, ma non sono né ovvi, né scontati. Molte forze della natura lavorano sempre contro la diversità e l’evoluzione, tutta, si paga in diversità. Sempre; nel bene e nel male.
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Commenti
"Fidatevi di me, in una popolazione molto selezionata, tutti gli individui hanno facce molto simili"
sento che franchi si scatenerà sui laziali...
eh.
"Racconti in cui si indica come i membri di villaggi vicini sapessero riconoscersi a vicenda su tratti fisionomici, lasciano supporre che la storia recente abbia visto tassi di consanguineità e deriva agghiaccianti, nella dispersa realtà rurale dei secoli passati. Il medioevale interesse per la fisionomia potrebbe aver attinto anche a questa fonte. Vecchie battute sugli abitanti del paesello vicino, reputati per la loro idiozia? ebbene potrebbero avere più fondamento storico del previsto."
> Mi appresto a diventare il tuo primo lettore, e mi dichiaro in fissa.
a proposito, ti chiedo pubblicamente scusa per l'incomprensione di qualche mese fa. Ammiro molto il tuo lavoro - e mi stai decisamente simpatico, come se non bastasse. Pardon.
Tu ci restituirai la parola "razza", spurgandola dal male.
No Franco, vatti a leggere cosa scrissi della razza in uno dei commenti a uno di questi scientifici post di matt!! ;)
ricordami, ricordami...
>4 figurati. è storia passata. intanto spero di trovare un momento queesta estate per passare a Roma. Potrebbe essere l'occasione di conoscersi finalmente.
magari.
nel caso, sei mio ospite.
>5 razza è solo una parola. Poi si usa già per i cani e i gatti. Non è grave se per l'uomo se ne usa un altra.... e spurgare dal male una parola è lavoro assai difficile.
Mi fanno solo ridere coloro che credono che l'evoluzione non riguardi l'uomo, o che sia solo un fattore a lunghissimo termine. c'è un'isoletta in indonesia che da centinaia di anni ospita una popolazione fissa di... 30 abitanti. Non ho visto le foto però... anche questa è evoluzione! 100'000 anni e avrebbero formato una loro specie, questo è innegabile!
Non è certo mia intenzione tentare di corroborare scientificamente le basi della discriminazione. Però l'intelligenza ha una base genetica forte. Questo è un fatto. è scorretto negarlo. Non credo si possa argomentare che un popolo sia superiore ad un altro. Non perché non sia etico, non lo è ma non importa, perché è scientificamente sbagliato e quindi non è una domanda a cui l'etica sia chiamata a rispondere. Tutti i popoli della terra si sono incrociati continuamente quindi non possono esistere grandi differneze. A livello micro-locale... non lo so. Isolare geneticamente piccoli gruppi... poi è una questione di medie... di cretini in ogni caso è pieno il mondo.
Capisco però chi si spaventa. C'è chi, su basi supposte scientifiche, ha tentato di giustificare di tutto.
Anche la storia chiede il suo tributo.
@ Franco:
il commento che scrissi riguardo il concetto di razza è al post Il concetto di specie in biologia e te lo riporto nella parte che ci interessa ora:
[...]Franco, non te la prendere coi razzisti, c?entrano ben poco! Il concetto di razza è ben usato in biologia: gatti e cani si distinguono in razze!! Ma per gli uomini non è così, in quanto si è deciso, sempre su basi convenzionali, che le differenze alleliche (o genetiche, per parlare in un italiano più semplice) fra le varie tipologie etniche non sono sufficientemente grandi da poter giustificare l?applicazione del concetto di ?razza?, concetto che quindi esiste ma che implica differenze somatiche ben più pesanti di quelle che notiamo fra negroidi, mongoloidi, caucasici e via dicendo!
Insomma, "razza" è un termine, come "specie", "genere", "famiglia", "etnia" ecc. ecc. e come tale viene utilizzato sotto determinate convenzioni. Per l'essere umano si è stabilito, sulla base di tali convenzioni, che non è giustificato l'uso del termine razza in quanto le differenze fra le diverse "tipologie somatiche" della specie umana sono decisamente inferiori a quelle che si vedono nelle razze di gatti, cani, nucche, cavalli ecc.!! Insomma, per essere più chiari, un africano e un cinese non sono, geneticamente e fenotipicamente parlando, così tanto diversi come possono esserlo un chihuahua e un pastore maremmano o un cane lupo e via dicendo!! ;)
>12 hai indubbiamente ragione. vorrei solo aggiungere che la posizione filogenetica dell’uomo è sempre bizzarra. Con un 99% di omologia con lo scimpanzé l’uommo dovrebbe essere classificato nello stesso genere di quest’ultimo. La classificazione ufficiale invece distingue addiritura al livello della famiglia. Corollario interessante. Quando si dice “homo sapiens” homo è il genere e sapiens la specie. riunire scimpanzé (pan troglodytes) e uomini sotto lo stesso genere (in accordo con i dati genetici, significherebbe cambiare il nome scientifico dello scimpanzé in “homo troglodytes”. O, come Diamond ben ricordava, la filogenia comprende il principio di parsimonia. esistendo due specie di scimpanzé e una sola specie di uomo, sarebbe corretto cambiare il nome di quest’ultimo piuttosto che quello degli altri due. Quindi Pan Troglodytes, lo scimpanzé, e Pan Sapiens (la scimmia saggia) l’uomo. Però non si fa.
Questo solo per dire che l’esclusione del termine razza è un esempio di applicazione corretta della filogenia in una zona (l’unica zona) dell’albero evolutivo, scritta e classata molto, ma molto male.
Con tutto, gioyann ha ragione, farebbe piacere che anche i grandi filogenisti mostrassero altrettanto rigore.
Beh, Pan sapiens o Homo sapiens alla fine sempre di convenzioni si parla, come di tutta la tassonomia!! Personalmente sono sempre divertito dalla scoperta di nuove specie per le quali i tassonomisti devono impazzire per una "corretta" classificazione!! Cioè, detto in parole povere, mi fa morire dal ridere il bisogno che ha l'essere umano di classificare, di inserire in scatoloni, scatole, foldoni e scatoline ogni cosa faccia parte della fenomenologia!! Ma forse è anche il nostro bello!!!
Cmq continua così Mat, sempre illuminanti i tuoi posts!! ^__^
E' una libidine sentirvi confrontare.
Punto.
No, non proprio la stessa cosa:
- Homo sapiens e Pan troglodites non hanno nulla in comune.
- Pan sapiens dovrebbe riconoscere i diritti fondamentali di Pan Troglodytes. è qui che si fa divertente!
Oddio, questa è una possibilità alla quale non avevo pensato, hahahahaa!!! Di sicuro come primo provvedimento sarebbe emanato un decreto per prendere loro le impronte digitali!! ;)
foto+revisione tags (ho tolto
foto+revisione tags (ho tolto "letteratura" e "narrativa";) - il sistema le ha infilate ovunque... )