Noi umani respiriamo l'aria, i pesci l'acqua. Il ghepardo è velocissimo, la tartaruga è lentissima. L'elefante è enorme, mentre i batteri sono invisibili ai nostri occhi. Il serpente non ha arti, mentre il millepiedi ha centinaia di zampe. La vita sulla Terra è caratterizzata da una diversità incredibile. Come si è originata? Lo scopriremo in questo capitolo.
Specie e speciazione: definizione
Una specie è un gruppo di organismi con caratteristiche morfologiche, fisiologiche e comportamentali simili che possono incrociarsi per produrre prole fertile e sono riproduttivamente separati da altre specie.
Come possiamo notare dalla definizione, la questione della riproduzione e in particolare della separazione riproduttiva è fondamentale per il concetto di specie.
La separazione riproduttiva è l'incapacità degli individui appartenenti a una stessa specie di incrociarsi tra loro a causa di drastici cambiamenti nei loro alleli.
Due organismi appartenenti a specie distinte:
L'asino e il cavallo possono accoppiarsi e produrre prole, il mulo, che è però sterile. Ciò significa che i due genitori appartengono a specie distinte.
Ogni specie è contraddistinta da un determinato pool genico.
Il pool genico è l'insieme di tutti gli alleli presenti in tutti i geni che appartengono a tutti gli individui che popolano una determinata specie in un dato momento. In altre parole, è l'intero patrimonio genetico di una specie.
All'interno di una specie si parla di popolazione quando si fa riferimento a un determinato tempo e luogo.
Una popolazione è l'insieme degli individui che appartengono alla stessa specie e si trovano in un unico spazio nello stesso periodo di tempo.
In determinate condizioni, da un'unica specie può staccarsi un gruppo di individui che finisce per dare origine a una nuova specie geneticamente distinta.
La speciazione è l'evoluzione di nuove specie da specie esistenti. A seguito della speciazione, le nuove specie sono geneticamente diverse e separate riproduttivamente dalla specie iniziale.
Come si origina una specie?
La speciazione si verifica principalmente in questo modo:
due gruppi appartenenti alla stessa specie subiscono una separazione (ad esempio dovuta a una barriera geografica);
le popolazioni sono isolate dal punto di vista riproduttivo;
col tempo, la selezione naturale agisce in modo diverso sulle due diverse popolazioni;
il pool genetico della prima popolazione si differenzia da quello della seconda;
tra le due popolazioni esiste ora separazione riproduttiva: siamo in presenza di due nuove specie.
Supponiamo che un'ipotetica popolazione di topi viva e si riproduca liberamente in una vasta area erbosa. Un giorno, viene costruita un'autostrada che divide a metà la prateria, separando di fatto la popolazione in due nuove popolazioni isolate dal punto di vista riproduttivo. Supponiamo che le due aree ai lati dell'autostrada abbiano condizioni ambientali leggermente diverse e quindi diverse pressioni selettive. Nel corso del tempo, entrambe le popolazioni rispondono alle rispettive pressioni selettive e i loro pool genici iniziano a divergere. Alla fine, le due popolazioni diventano così geneticamente distinte che, anche se l'autostrada venisse rimossa e gli individui potessero mescolarsi di nuovo, non potrebbero più incrociarsi producendo prole fertile. In questo modo si sono create due nuove specie.
Piccole popolazioni e deriva genetica
Le popolazioni più piccole hanno una minore diversità genetica, cioè possiedono una minore varietà di alleli rispetto alle popolazioni più grandi. Per questo motivo, esse tendono a subire la deriva genetica.
La deriva genetica si verifica quando alcuni individui con caratteristiche che normalmente non verrebbero mantenute dalla selezione naturale sopravvivono e si riproducono per caso, diffondendo i loro geni.
Le nuove mutazioni che si fissano casualmente per deriva genetica si diffondono più rapidamente nelle piccole popolazioni proprio a causa della loro dimensione ridotta.
È meno probabile che la deriva genetica influisca su popolazioni più grandi, poiché le variazioni casuali della frequenza allelica devono diffondersi nell'intera popolazione.
Quanti tipi di speciazione esistono?
Per dividersi in due o più specie, le popolazioni devono prima isolarsi riproduttivamente. Esistono diversi modi in cui un gruppo di individui si isola dal resto della popolazione. In ogni caso, indipendentemente dalla modalità, la speciazione è in genere un processo graduale che richiede tempi estremamente lunghi.
Speciazione allopatrica
Nella speciazione allopatrica, le popolazioni vengono separate geograficamente.
Allo- deriva dal greco antico allos, che significa "altro", mentre -patrico deriva da patris, "patria".
La separazione geografica avviene in diversi modi. Per esempio, può comparire una barriera fisica che interrompe ogni contatto tra le due popolazioni: oceani, corsi d'acqua, catene montuose. Alcune barriere, come le montagne e gli oceani, si formano nel corso di diversi millenni. Le barriere artificiali, come dighe e strade, si formano in tempi relativamente brevi. Il fatto che una barriera dia luogo a una speciazione dipende dalle dimensioni e dalla mobilità della specie. Per esempio, un grande fiume potrebbe essere impossibile da attraversare per piccoli mammiferi e insetti terrestri, ma non è un ostacolo per pesci e rettili. Una catena montuosa è una barriera insormontabile per le piante, ma non per gli uccelli. Se le condizioni ambientali da una parte e dall'altra della barriera fisica sono diverse, la selezione naturale influenzerà le due popolazioni in modo diverso nel corso delle generazioni.
Figura 1. Schema della speciazione allopatrica.
Le catene montuose creano ambienti che sono diversi da un lato all'altro. Oltre a fungere da barriera per gli organismi, le catene montuose agiscono anche come barriera per il flusso d'aria: nel lato riparato dal vento si crea un clima secco e caldo, mentre il lato ventoso è freddo e umido. Gruppi di una stessa specie che vivono sui lati opposti della montagna sono quindi esposti a pressioni selettive molto diverse e possono diventare specie diverse.
Il coccodrillo d'acqua dolce della Nuova Guinea (Crocodylus novaeguineae) si è separato in due specie distinte a causa degli altipiani della Cordigliera centrale, che dividono di fatto l'isola della Nuova Guinea a metà. La popolazione meridionale è ora nota come Crocodylus halli, mentre le popolazioni lungo la metà settentrionale continuano a essere Crocodylus novaeguineae. In Nuova Guinea è presente anche il coccodrillo d'acqua salata (Crocodylus porosus), ma non ha subito la stessa speciazione poiché questa specie si sposta spesso lungo la costa e tra le isole e le popolazioni non rimangono isolate.
Figura 2. Mappa topografica dell'isola della Nuova Guinea.
Speciazione simpatrica
Nella speciazione simpatrica, le popolazioni rimangono nello stesso luogo ma si separano attraverso meccanismi di isolamento.
Sim- deriva dal greco syn che significa "insieme".
Figura 3. Schema della speciazione simpatrica.
Si ritiene che la speciazione simpatrica si verifichi a causa di organismi diversi che occupano nicchie ambientali diverse: si parla in questo caso di separazione ecologica.
Nella separazione ecologica, le popolazioni sono separate perché vivono in ambienti diversi all'interno della stessa area.
La nicchia è l'area in cui risiede un organismo.
La speciazione simpatrica può anche essere causata da diversità di comportamento, ad esempio nella scelta del partner.
La speciazione simpatrica si verifica spesso nei batteri perché questi ultimi possono scambiare geni con altri individui non discendenti in un processo noto come trasferimento genico orizzontale. Un esempio sono le specie batteriche Bacillus e Synechococcus.
Speciazione parapatrica
La speciazione parapatrica si verifica quando popolazioni che hanno nicchie ecologiche adiacenti si evolvono per diventare specie diverse nonostante il contatto continuo.
Para- deriva dal greco e significa "presso".
La fase intermedia della speciazione parapatrica prevede la formazione di una zona ibrida. In questa zona ibrida, le specie continuano ad avere un flusso genico (ineguale), ma al di fuori di questa zona le specie sono distinte.
Figura 4. Schema della speciazione parapatrica.
Il coccodrillo americano (Crocodylus acutus) e il coccodrillo di Morelet (Crocodylus moreletii) sono due specie di coccodrilli originarie del Neotropico. Sebbene le due specie abbiano nicchie ecologiche diverse (il coccodrillo di Morelet è più specializzato per l'acqua dolce e quello americano per l'habitat estuariale/costiero), lungo la costa orientale della penisola dello Yucatan esiste una zona ibrida tra le aree costiere e quelle d'acqua dolce dove le due specie si accoppiano e producono una prole vitale. Al di fuori di questa zona, le due specie sono completamente distinte.
Meccanismi di isolamento
I meccanismi di isolamento descrivono le condizioni che impediscono a specie diverse di incrociarsi.
Nicchie diverse
Le popolazioni possono abitare nicchie diverse all'interno della stessa area, facendo sì che i membri di popolazioni diverse interagiscano soltanto raramente.
Gli insetti di solito depongono le uova all'interno del tipo di frutto in cui sono nati. Di conseguenza, gli individui nati in un determinato frutto continueranno nel tempo a nutrirsi e accoppiarsi in esso. Questo fenomeno porta a un minor flusso genico tra insetti nati in frutti diversi, rendendoli progressivamente isolati.
Separazione temporale
Le popolazioni possono separarsi nel tempo, ad esempio a seguito di mutazioni.
Può verificarsi una mutazione che fa sì che alcuni membri della popolazione inizino a riprodursi prima di aver compiuto un anno. Alla fine, quando le stagioni riproduttive dei diversi gruppi sono sufficientemente distanti, i gruppi non sono più in grado di incrociarsi.
Separazione comportamentale
Le popolazioni possono separarsi poiché gruppi di individui sviluppano differenze nel comportamento.
In molte specie l'accoppiamento è preceduto dal corteggiamento. Il riconoscimento di un partner appartenente alla stessa specie è una parte cruciale di questo processo, poiché gli individui avranno maggiori probabilità di produrre prole se si accoppiano con altri della loro specie. Le mutazioni che causano cambiamenti evidenti nell'aspetto o nel comportamento di un individuo, come ad esempio cambiamenti nel colore delle piume o nel suono del richiamo di accoppiamento, possono impedire agli altri di riconoscerli come potenziali compagni e quindi di accoppiarsi con loro.
Speciazione ed esseri umani
Nel corso di questo articolo, hai avuto modo di osservare diversi esempi di animali e organismi che hanno subito speciazione, ma che dire degli esseri umani? Anche noi, proprio come ogni altro organismo sulla Terra, ci stiamo ancora evolvendo. In teoria, se diverse popolazioni umane fossero separate geograficamente per molto tempo e se i loro habitat fossero caratterizzati da pressioni selettive diverse, queste popolazioni potrebbero accumulare differenze genetiche sufficientemente importanti da portare alla creazione di nuove specie. Tuttavia, dato il nostro attuale livello di globalizzazione e tecnologia, è altamente improbabile che ciò accada!
Speciazione improvvisa e poliploidia
La speciazione improvvisa avviene in modo istantaneo e riguarda soprattutto le piante.
Un meccanismo che determina speciazione improvvisa è la poliploidia.
La poliploidia è un aumento nel numero di cromosomi in uno zigote causato da una scorretta riproduzione cellulare.
Speciazione - Punti chiave
- La speciazione è il processo di formazione di nuove specie a partire da specie esistenti. A seguito della speciazione, le nuove specie sono geneticamente diverse e separate riproduttivamente dalle specie ancestrali.
- Nella speciazione allopatrica, le popolazioni sono separate da una barriera geografica.
- Nella speciazione simpatrica, le popolazioni rimangono nello stesso luogo ma si separano per azione di un meccanismo di isolamento.
- La speciazione parapatrica si verifica quando popolazioni che hanno nicchie ecologiche adiacenti si evolvono per diventare specie diverse nonostante il contatto continuo. In una fase intermedia di questa modalità di speciazione si crea una zona ibrida in cui alcuni individui delle due popolazioni continuano a scambiarsi i geni.
- Esistono molti meccanismi di isolamento che impediscono l'incrocio tra specie diverse, ad esempio la separazione spaziale, temporale o comportamentale.
References
- Fig. 1 - Allopatric Speciation Schematic (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Allopatric_Speciation_Schematic.svg), Author Andrew Z. Colvin is licensed by CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en), translated into Italian by StudySmarter
- Fig. 2 - Topography of New Guinea (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Newguinea_topo.png), Author Zamonin is licensed by CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en)
- Fig. 3 - Sympatric Speciation Schematic (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sympatric_Speciation_Schematic.svg), Author Andrew Z. Colvin is licensed by CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en), translated into Italian by StudySmarter
- Fig. 4 - Parapatric Speciation Schematic (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Parapatric_Speciation_Schematic.svg), Author Andrew Z. Colvin is licensed by CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en), translated into Italian by StudySmarter
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