A caso, per lunghe ere

Contrariamente a quanto avviene nell'evoluzione biologica vera e propria, in cui la frivola casualità non ha quasi alcun peso, schiacciata com'è dalla totalizzante e avvolgente selezione naturale, nel nostro ambiente di organismi ipotetici siamo costretti ad astrarre. E a servirci del caso. Useremo infatti il caso per nascondere e rappresentare la selezione naturale del nostro ipotetico ambiente. In particolare il nostro mondo si baserà su questi cardini:

  • Costruiremo un albero (rappresentandolo come si fa usualmente in questi casi, come un grafo che si propaga dall'alto verso il basso); ogni biforcazione corrisponderà a un evento di speciazione; ogni tratto di ogni ramo corrisponderà al tempo trascorso. Quindi: tratti lunghi corrisponderanno a periodi lunghi mentre tratti corti a periodi corti, senza alcuna pretesa di poter misurare in modo quantitativo nulla.
  • Immaginiamo ogni mutazione casuale che inseriremo non tanto come "opera del caso" non ancora messa alla prova ma come organismo che ha già subito pressione selettiva e che "si è affermato" nel suo ambiente. In altri termini stiamo immaginando di trascurare tutte le eventuali mutazioni, avvenute queste sì in modo casuale, ma che non sono riuscite a riprodursi e a propagarsi in quanto inadatte all'ambiente. Ci concentriamo esclusivamente, nella nostra astrazione, su quelle che hanno superato la prova.
  • Ricordando quanto ci siamo detti riguardo l'orologio molecolare, assumiamo, nelle regole con cui andremo a creare il nostro albero, che il tasso di variazione si mantenga costante.
  • Per ragioni tecniche e computazionali, avremo bisogno di far divergere in un primissimo momento dell'evoluzione un ramo dall'altro. Pur interessandoci di uno solo dei due rami base, che faremo quindi ramificare ulteriormente, l'altro ci servirà a migliorare il calcolo. In termini tecnici questo ramo collaterale "abbastanza vicino" ma separato viene detto outgroup.

 

Grafo rappresentativo

La figura che ci può guidare nell'intendere quale albero evolutivo ho in mente di proporvi è quella che segue:

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Sulla destra sono segnate, in numeri romani, le "ere" che considereremo. Non è particolarmente importante sapere se sono anni o secoli o millenni. O milioni di anni. A noi importa notare che cosa ne può essere stato del nostro organismo ipotetico. E sono molte le cose che sappiamo dire, leggendo l'immagine. Ad esempio:

  • Durante l'era i. c'è stato un evento di speciazione (indicato dal numero 1) che ha separato un clade dagli altri. Il primo clade è quello che ha dato origine alla specie A, che noi useremo come outgroup (e che abbiamo colorato di blu per differenziarlo dagli altri). L'altro clade ha originato le rimanenti 12 specie, indicate da B a M.
  • Durante l'era ii. c'è stato un ulteriore evento di speciazione (2) che ha dato origine a due entità separate: l'una che ha poi portato alle specie attuali B,C e D e l'altra che ha portato alle specie attuali E,F,G,H,J,K,I,L ed M.
  • E' da notare che il grafo indica che fra l'era ii. e l'era iii. esistevano "al mondo" tre specie: la prima specie ha dato origine esclusivamente alla specie A; la seconda specie ha avuto tre discendenti: B,C e D e l'ultima, che è capostipite di tutte le rimanenti specie: E,F,G,H,J,K,I,L ed M.
  • Ogni numero arabo corrisponde a un evento di suddivisione. Subito a valle di questi eventi ci immaginiamo che i nostri organismi siano pressoché identici al predecessore che si trova appena prima della separazione e che in seguito le due specie si siano progressivamente allontanate l'una dall'altra.
  • E' interessante, ma fuori dagli obbiettivi di questo articolo (per non dire fuori portata delle mie conoscenze) che sono normalmente considerati questi quattro tipi di "speciazione", di cui darò solo un rapido accenno:
    • allopatrica: si viene a creare una barriera geografica fra due popolazioni che finiscono per divergere l'una dall'altra fino a evolvere in specie distinte.
    • parapatrica: le due popolazioni non sono del tutto separate ma, anche avendo ancora una zona di contatto e di possibile scambio genico, sono soggette a due fitness ambientali differenti che le porta a divergere
    • peripatrica: una popolazione viene "fondata" da un ristretto numero di fondatori, al di fuori di un'areale di diffusione della specie di appartenenza dei fondatori (ad esempio: individui provenienti dalla terraferma colonizzano su un'isola in cui prima la specie era assente);
    • simpatrica: due popolazioni, pur continuando ad occupare lo stesso areale, divergono fino a diventare due specie distinte.
  • Nel nostro esempio consideriamo che ci sia stata una speciazioni peripatrica iniziale (il "fondatore" sarà il primo organismo che considereremo) seguita da ulteriori eventi di speciazione, dei quali non sarà utile, ai fini del nostro esercizio, conoscere il "tipo".
  • Ogni numero latino del grafo corrisponde a un'epoca che possiamo immaginare scandite in modo regolare (ma solo per semplicità di discorso, non per una ragione più profonda);
  • Ogni lettera maiuscola corrisponde a una specie, o per meglio dire, a un taxon.

Diamo ora una "forma" al nostro organismo. Con le convenzioni assunte nell'articolo precedente, supponiamo di avere un organismo fatto di quadratini colorati. E immaginiamo di averne 144, vale a dire un quadrato di 12\times 12 quadratini.

Immaginiamo ancora che l'antenato che ha dato origine alla vita fosse tutto bianco. Il che, ricordando la tabella di conversione, partendo dal fatto che "bianco" si esprime in html come #FFFFFF, corrisponde a una scrittura di due T per ogni F della scrittura esadecimale. Quindi, partendo da 144 quadrati, ognuno colorato con 6 F o, equivalentemente, a 12 T, la stringa di basi che otteniamo è di 144\times 12=1728 T.

La successione di "basi" corrispondente al quadrato di 12\times 12 quadratini è quindi la seguente successione di "T":

TTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTTT

(Tranquilli: li ho messi solo per spaventare il lettore e per mostrare come la rappresentazione grafica in quadratini colorati sia più comoda.)

Cominciamo

La prima parte della nostra evoluzione avviene raggiungendo, a partire dall'origine del tempo, l'era i. e verificare quale mutazione abbia subito il nostro organismo "bianco" trascorso questo primo lasso di tempo.

In effetti, quando raggiungiamo, come illustra il nostro percorso rappresentato sopra, l'era numero "i.", abbiamo, per effetto dell'evoluzione del nostro organismi, un certo numero di mutazioni casuali che hanno portato l'organismo, inizialmente bianco, ad assumere la forma seguente:

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Come si può vedere la quantità di singoli quadratini mutati non è stata molto elevata: la maggior parte dei quadratini è ancora bianca. A questo punto, tuttavia, nel nostro mondo sorge uno degli eventi di speciazione indicati sopra e due popolazioni iniziano a divergere. La prima popolazione darà origine, dopo ulteriori tredici ere che la portino fino al tempo presente, alla specie che noi abbiamo chiamato "A" e che, nel nostro esperimento in silico, ha assunto la forma seguente:

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La specie A è quasi irriconoscibile dalla sua antenata (anche se questa affermazione è assolutamente soggettiva!). Sono pochi i quadratini che hanno mantenuto lo stesso colore.

Dall'altro lato, sempre ripartendo dalla specie antenata all'era i., nell'esperimento abbiamo fatto ripartire l'evoluzione, in modo indipendente. La casualità (motore del nostro esperimento, non dell'evoluzione) ha portato ha modifiche più contenute e la forma che troviamo all'era ii., in corrispondenda dell'evento di speciazione che nel grafico è rappresentato dal numero 2, è questa:

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Anche nell'evento 2 si ha una speciazione, come era stato prima nell'evento 1. E così via.

Con questo mi sembra di aver descritto la modalità con cui stiamo conducendo il nostro esperimento virtuale.

Nel prossimo articolo faremo la conoscenza di tutte le forme finali e ci metteremo dal punto di vista di biologi del nostro mondo virtuale che, non avendo a disposizione il grafico sopra, non essendo potuti essere spettatori del mondo nel corso delle ere, dovranno cercare di ricostruirlo.