Analisi dell'era presente

Dagli articoli precedenti (Metodi, Orologio Molecolare, Vita colorata e A caso) abbiamo tracciato un metodo che ci ha permesso di avere una popolazione di dodici taxon (più uno di controllo). Prima di mettere alla prova i metodi matematici per determinare l'albero filogenetico delle nostre specie, vediamo innanzitutto "chi" sono i nostri "animali". Per farne la conoscenza, cominciamo con la loro rappresentazione in quadrati di 12\times 12 quadratini colorati. Eccoli:

La popolazione completa da B a M
La popolazione completa da B a M

Ragionando in modo che, sia detto a titolo assolutamente non spregiativo, coinvolge una buona dose di soggettività, possiamo effettuare delle prime valutazioni di "somiglianza". Di fatto si tratta dell'unico metodo permesso ai biologi prima che altri metodi, più squisitamente oggettivi, fossero disponibili. Il che non significa ancora che oggettivo significhi certo e stabilito per sempre; ma questo sarà argomento di un prossimo articolo.

La prima cosa che salta all'occhio è che gli ultimi due taxon sono fra loro molto simili. Ingrandiamoli per vederli meglio:

Confronto fra L e M
Confronto fra L e M

In effetti ci sono molte più similitudini che differenze (per citarne solo una: la 6 riga sembra identica nei due esemplari, ecc.). Il nostro biologo virtuale potrebbe molto facilmente considerare che queste due entità sono fra loro anche "filogeneticamente" vicine nel senso che la loro separazione non dovrebbe essere avvenuta molto indietro nel tempo.

Allargando lo sguardo, si può osservare, sulla colonna più a destra, che i quadratini alla riga 9 e 10 sono, rispettivamente, fucsia e verde acqua nei taxon L e M ma che hanno un colore simile (da fucsia a fucsia-rosso e da verde acqua a blu) anche in E, F, G, H, I, L, e K.

In C e D il quadratino fucsia-rosso è diventato blu scuro e in B addirittura si fa fatica a riconoscere il disegno (il quadratino in riga è rosa chiaro e quello in riga 10 ha un colore verde molto scuro).

Altre considerazioni simili si possono fare su altri quadratini; ad esempio, sempre in ultima colonna, il quadratino di riga 8 è di un azzurro molto simile in L e M ma anche in K e in I. Se per L e M questo appare come una conferma della supposta "vicinanza", la cosa ci potrebbe far supporre che anche K e I siano in qualche modo imparentate, seppure più di lontano.

D'altro lato la riga 9 ci può servire anche per rintracciare un'altra similitudine: se osserviamo i taxon B, C e D possiamo vedere che tutti e tre hanno il primo quadratino violetto e il secondo rosa e che questa caratteristica non è condivisa da parte di nessun altro animale.

Potremmo essere quindi tentati di immaginare che, da una parte ci siano B, C e D e dall'altra gli altri taxon e che, inoltre, K e I siano abbastanza vicini a L e M che, fra di loro, sono molto strettamente imparentati.

Plesiomorfia

Potrebbe essere utile, a questo punto, fare una brevissima digressione sui termini: plesiomorfo e simplesiomorfo. Di fatto la definizione si avvicina molto a una petizione di principio, almeno nella pratica. Vediamo in che senso:

  • In due organismi differenti, che abbiano un carattere (fenotipico) simile, si dice che questo carattere è plesiomorfo se rappresenta una "eredità" da un antenato comune
  • Differentemente, se un carattere simile ha una probabile origine diversa (e in questo caso si parla di convergenza evolutiva), allora i caratteri saranno simplesiomorfi.

Esempi del primo tipo sono: gli occhi del cane e quelli dell'uomo (non si sono evoluti separatamente a partire da un antenato comune senza occhi!). Esempi del secondo tipo sono le ali del pipistrello e quelle della rondine (perché pipistrello e rondine si sono sì evoluti a partire da un antenato comune che non aveva le ali).

E diciamo pure che sapere con certezza quali caratteri siano plesiomorfi e quali siano simplesiomorfi, dal punto di vista teorico, è esattamente equivalente a conoscere l'esatta filogenesi dei taxa considerati.

Nella realtà, tuttavia, certe equivalenze che attraggono per loro natura i matematici, sono tutt'altro che facili da stabilire.

E se non bastasse, ci si mette anche l'html!

Oltretutto, a complicare la vita dei nostri biologi virtuali, occorre forse ricordare una particolarità della notazione dei colori in html, se non altro per le attinenze di questo con la vera analisi effettuata dai biologi.

Partiamo infatti dal bianco che, come ricordato in un articolo precedente, è rappresentato dall'esadecimale #FFFFFF. A sua volta, per la nostra convenzione, la stringa #FFFFFF derivava da 12 basi "T" consecutive (che, a coppie, davano una "F").

Ora, se osserviamo quello che può capitare al seguito di una variazione casuale, ci accorgiamo subito di una certa "asimmetria" negli effetti delle variazioni. Perché a due variazioni apparentemente simili (cioè il cambio di una sola base) corrispondono variazioni molto consistenti. Ad esempio, qui sotto sono rappresentate tutte e 36 le possibili variazioni a partire dal bianco ottenibili con la sostituzione di una sola base:

Variazioni a partire da #FFFFFF, cambiando una sola base.
Variazioni a partire da #FFFFFF, cambiando una sola base.

In molti casi si tratta di un colore quasi indistinguibile dal bianco di base; in altri (come ad esempio nel caso del fucsia, del giallo o dell'azzurro), la differenza è molto netta.

Bene, con quello che abbiamo descritto fin qui siamo finalmente pronti per mettere alla prova, tramite il nostro modello di evoluzione creata a tavolino e perfettamente controllata, i metodi matematici che servono oggi in biologia per ricostruire, partendo da loci genetici identificati, la cladistica filogenetica delle specie.

Ma questo esperimento sarà argomento del prossimo articolo.