Parliamo di evoluzione e soprattutto di selezione naturale

[elleelle]

Cari amici, tanto per vivacizzare questo luogo, propongo una discussione su uno dei temi fondamentali che interessano chiunque si occupi della natura: la teoria dell’evoluzione.

Confesso che, fino a qualche anno fa, non avevo ben capito il meccanismo. Avevo colto il concetto, ma non lo avevo sviscerato in tutte le sue implicazioni. Solo negli ultimi anni il puzzle si è completato.

In sostanza la teoria dell’evoluzione si basa su due meccanismi:
 

• la variabilità genetica o comportamentale degli esseri viventi dovuta ad errori di replicazione o agenti esterni (e, ultimamente, anche gli interventi attuati dall'uomo)
• la selezione naturale che "promuove" le variazioni "positive" e "boccia" quelle "negative"

Mentre sul primo punto siamo sostanzialmente tutti d'accordo, mi pare che sull'ultimo punto - il meccanismo che concretamente determina il successo o l'insuccesso di una variazione – ci siano idee un po' vaghe.

Insisto sul termine concretamente nel senso che mi riferisco ai meccanismi concreti che attuano la selezione. Per intenderci, ritengo che risposte come "vince il più forte", "prevale il più adatto", "prevale il più flessibile" non indichino meccanismi concreti, ma solo delle categorie di valutazione che, per produrre l'effetto di selezione, si devono concretizzare in qualcosa di ben più fisico.

Cominciamo dall’inizio. Cosa vuol dire che una specie, una caratteristica fisica, un meccanismo fisiologico o un comportamento sono stati selezionati positivamente? Per semplicità, riferiamoci ad una caratteristica anatomica. Il ragionamento si può estendere alle altre categorie concettuali.

Essere stata selezionata vuol dire che una caratteristica si ritrova nelle generazioni successive. In altre parole, significa che ha un buon successo riproduttivo. E, se parliamo di generazioni successive, stiamo parlando di caratteri genetici e quindi di DNA. Una caratteristica è selezionata positivamente se il DNA che la determina  ha un buon successo riproduttivo.

Beninteso, parliamo del DNA complessivo, non parliamo dei singoli geni che determinano quella caratteristica. Quello che si riproduce è il DNA dell’individuo.

Questa considerazione produce di conseguenza un’altra considerazione: la selezione naturale non opera sulle singole caratteristiche, ma sul patrimonio genetico complessivo, che è quello che si trasmette con la riproduzione. Non c’è nessun meccanismo che possa selezionare singolarmente una caratteristica specifica.

Questo implica che una certa caratteristica, per essere selezionata positivamente, non deve necessariamente fornire un contributo positivo al successo riproduttivo dell’individuo che la possiede. E’ sufficiente che sia contenuta in un DNA che complessivamente ha successo.

Questo spiega alcune apparenti incongruenze. In realtà non ha senso pretendere di capire in che modo una certa caratteristica avvantaggia chi la possiede. Può darsi benissimo che non lo avvantaggi affatto, e che sia stata promossa dalla selezione naturale solo perché “andava a rimorchio” di altre caratteristiche che, nel loro complesso, rendevano vincente quel certo patrimonio genetico.

In sostanza, la selezione naturale è un meccanismo statistico/matematico di cui vediamo il risultato finale, ma non sapremo mai cosa succede al suo interno per determinarlo. Potremo fare delle illazioni ragionando su cosa fa bene o fa male al successo riproduttivo di un individuo, ma non potremo mai avere la conferma delle nostre ipotesi, che resteranno delle ipotesi.

Quindi, quando facciamo delle analisi approfondite su certe caratteristiche per individuare i motivi del loro successo dobbiamo essere coscienti che si tratta di un esercizio teorico di logica, utile e stimolante, ma anche potenzialmente fuorviante. Anche se individueremo una motivazione convincente e suffragata da prove sperimentali e dati statistici, non potremo mai essere certi che sia quella motivazione, e non altre, ad aver determinato la selezione di quella caratteristica.

Ho scritto delle banalità che per altri erano scontate? O, invece ho scritto cose non condivisibili? O invece ho scritto qualcosa di non scontato, e utile per spiegare la natura?

[Darko]

Ciao Luigi, interessante discussione. Espongo le mie osservazioni di seguito:

2 ore fa, elleelle ha scritto:

Essere stata selezionata vuol dire che una caratteristica si ritrova nelle generazioni successive. In altre parole, significa che ha un buon successo riproduttivo. E, se parliamo di generazioni successive, stiamo parlando di caratteri genetici e quindi di DNA. Una caratteristica è selezionata positivamente se il DNA che la determina  ha un buon successo riproduttivo.

Non capisco bene a cosa ti riferisci. Quando avviene una mutazione genetica, la mutazione può avere 3 esiti:

1. mutazione incompatibile con la vita 
2. mutazione compatibile con la vita ma l'individuo è sterile
3. mutazione compatibile con la vita e l'individuo è fecondo

Nei casi 1. e 2. non ha ovviamente senso parlare di successo riproduttivo, nel caso 3. il successo riproduttivo è al 100%. Non esistono successi "parziali". Quando un gene subisce una mutazione, quella mutazione si troverà in tutte le cellule dell'individuo, in ogni filamento di DNA. 

La mutazione potrebbe poi essere ereditata dalla prole se nel patrimonio genetico è stato copiato il gene mutato, ma questo credo che avvenga in maniera del tutto casuale, quindi ancora una volta non parlerei di buon successo riproduttivo. O la mutazione viene replicata, o non viene replicata.

2 ore fa, elleelle ha scritto:

 In sostanza, la selezione naturale è un meccanismo statistico/matematico di cui vediamo il risultato finale, ma non sapremo mai cosa succede al suo interno per determinarlo. Potremo fare delle illazioni ragionando su cosa fa bene o fa male al successo riproduttivo di un individuo, ma non potremo mai avere la conferma delle nostre ipotesi, che resteranno delle ipotesi.

Forse banalizzo troppo la questione ma io la vedrei in maniera molto più "meccanica" e quasi semplicistica. Il successo di una singola mutazione deriva da quanto quella mutazione ha aumentato le possibilità di sopravvivenza di una specie. Prendiamo il caso dell'aposematismo, ovvero di avere una colorazione che metta in guardia eventuali predatori. Probabilmente alcune mutazioni o variazioni di colore inizialmente casuali hanno portato una sopravvivenza maggiore per gli individui con le colorazioni più efficaci nel dissuadere i predatori. 

Quindi banalmente una specie mutata, che sopravvive più facilmente rispetto ad altri individui, ha più possibilità di sopravvivere e pertanto più possibilità di riprodursi e quindi infine di trasmettere il gene che ha permesso questo vantaggio di sopravvivenza.

2 ore fa, elleelle ha scritto:

 Quindi, quando facciamo delle analisi approfondite su certe caratteristiche per individuare i motivi del loro successo dobbiamo essere coscienti che si tratta di un esercizio teorico di logica, utile e stimolante, ma anche potenzialmente fuorviante. Anche se individueremo una motivazione convincente e suffragata da prove sperimentali e dati statistici, non potremo mai essere certi che sia quella motivazione, e non altre, ad aver determinato la selezione di quella caratteristica.

Non credo che la ricerca voglia trovare "LA" caratteristica vincente, ma UNA  delle caratteristiche vincenti, senza escluderne altre. Anche perché noi possiamo basarci sullo studio degli animali di cui possiamo avere dei campioni o dei fossili pertanto credo non sia possibile sapere quanti e quali altre mutazioni una specie possa avere messo in atto nel corso di milioni di anni.

2 ore fa, elleelle ha scritto:

Può darsi benissimo che non lo avvantaggi affatto, e che sia stata promossa dalla selezione naturale solo perché “andava a rimorchio” di altre caratteristiche che, nel loro complesso, rendevano vincente quel certo patrimonio genetico.

Credo sia molto improbabile che possano svilupparsi contemporaneamente più di una mutazione compatibile con la vita. Credo che invece, e mi riaggancio quindi a quanto dicevo prima, che le mutazioni siano avvenute in successione, nel corso di un'eternità di anni. 

Quindi è possibile che le orecchie lunghe del Fennec abbiano avuto successo ma soltanto grazie al fatto che prima di quelle aveva avuto successo la caratteristica di essere di piccole dimensioni. Mentre trovo sia improbabile che ci sia stato un periodo in cui c'era una popolazione variegata di Fennec grandi e piccoli con orecchie lunghe e corte.

Infine, credo pure io che ci siano state mutazioni nè vantaggiose nè svantaggiose (penso a certe caratteristiche morfologiche) ma non penso che gli studiosi le considerino come quelle mutazioni che hanno permesso il successo della specie.

[elleelle]

In sostanza, tu riproponi la versione tradizionale e non condividi le mie osservazioni innovative..

[elleelle]

1 ora fa, Darko ha scritto:

Non capisco bene a cosa ti riferisci. Quando avviene una mutazione genetica, la mutazione può avere 3 esiti:

1. mutazione incompatibile con la vita 
2. mutazione compatibile con la vita ma l'individuo è sterile
3. mutazione compatibile con la vita e l'individuo è fecondo

Nei casi 1. e 2. non ha ovviamente senso parlare di successo riproduttivo, nel caso 3. il successo riproduttivo è al 100%. Non esistono successi "parziali". Quando un gene subisce una mutazione, quella mutazione si troverà in tutte le cellule dell'individuo, in ogni filamento di DNA. 

 

Non è al 100% . Quell'individuo può morire prima di diventare adulto, può non trovare un partner per accoppiarsi, può non mettere la prole in condizione di sopravvivere .... Inoltre quell'individuo può generare un numero più o meno alto di figli. A seconda di quale organismo parliamo i fattori che determinano il successo riproduttivo sono molteplici.

Il successo riproduttivo di quel DNA si misura dal numero di individui della generazione successiva che lo hanno ereditato.

 

[Darko]

Il 11/11/2019 at 17:34, elleelle ha scritto:

In sostanza, tu riproponi la versione tradizionale e non condividi le mie osservazioni innovative..

Ma non è che non le condivido, è che secondo me parti dal presupposto che un individuo possa sviluppare più mutazioni contemporaneamente, ma credo che questo sia veramente molto improbabile. Purtroppo i miei studi di zoologia sono ormai troppo lontani per cui potrei assolutamente sbagliarmi su questo. 

Se partiamo invece dal presupposto che queste mutazioni possono sviluppare soltanto singole caratteristiche, e non multiple, allora il ragionamento mi sembra ineccepibile. Se una specie si divideva in individui con caratterista "A" e individui senza caratteristica "A" e ad oggi esistono solo individui con la caratteristica "A" significa che quella caratteristica ha decretato il successo della specie, altrimenti non si spiegherebbe l'assenza di individui senza quella caratteristica.

Quindi non mi convince il discorso del successo "trainato" da altre mutazioni perché non penso sia possibile che si sviluppino più caratteristiche contemporaneamente.

[Paolina]

Il 11/11/2019 at 18:20, elleelle ha scritto:

 

Il successo riproduttivo di quel DNA si misura dal numero di individui della generazione successiva che lo hanno ereditato.

 

Per fare un esempio terra terra. L'anno scorso in autunno, se non erro ottobre, trovai due femmine di A. trifasciata, una giovane e un'adulta. Prima che venisse predata o che comunque sparisse, l'adulta fece ben tre ovisacchi che si sono schiusi in tempi diversi. La giovane è stata predata prima di essere fecondata, non è arrivata a depositare alcun ovisacco.

Dalle 3 sacche sono nati una marea di spiderlings, dispersi e spariti dopo vari giorni dalla schiusa. Quest'anno non ho avuto nemmeno un' Argiope. Il fatto che neanche un esemplare sia riuscito a vivere è da imputare a una tara genetica? O a una schiusa eccessivamente tardiva? Per non parlare delle ardite e fameliche Zygiella che colonizzano tutto il giardino e che penso abbiano approfittato dei piccoli sparsi per le siepi

[elleelle]

Certo, se parliamo di una specie bisogna fare la media. Quella singola Argiope sembra che non abbia avuto un buon successo. Oppure i figli si sono sparpagliati anche molto lontano e non li vedi. Altre Argiope forse hanno avuto più successo e le cose si compensano. La media si può fare anche tra generazioni successive. Un anno va male e un altro va benissimo. Se tra 10 anni ci saranno in giro più Argiope trifasciata di ora vorrà dire che la specie sta avendo successo, e quindi che il suo DNA è stato "promosso" dalla selezione naturale.

[Darko]

Uhm, non lo so se questo esempio sia calzante, sinceramente. Più che altro un campione composto da 2 esemplari è completamente insignificante. Se avessimo invece i dati di qualche centinaia di individui che delineano 2 comportamenti diversi si potrebbe allora iniziare a fare delle supposizioni (esiste un gene che regola il periodo di deposizione?) dopo di che confrontando i DNA degli esemplari si potrebbe trovare appunto il gene che differenzia i due gruppi.

Avendo un campione ridotto i fattori esterni rendono impossibile ogni tipo di analisi. Magari, come dici tu, le tue Argiope sono state sfigate perché il tuo giardino ospita più Zygiella del normale, oppure quell'autunno è stato climaticamente molto diverso dalla media, oppure dal campo di fianco è volato del pesticida e via dicendo. Più è largo il campione (e il periodo temporale) e più si riduce l'influenza di fattori esterni che disturbano l'analisi.

[Paolina]

20 ore fa, elleelle ha scritto:

Certo, se parliamo di una specie bisogna fare la media. Quella singola Argiope sembra che non abbia avuto un buon successo. Oppure i figli si sono sparpagliati anche molto lontano e non li vedi. Altre Argiope forse hanno avuto più successo e le cose si compensano. La media si può fare anche tra generazioni successive. Un anno va male e un altro va benissimo. Se tra 10 anni ci saranno in giro più Argiope trifasciata di ora vorrà dire che la specie sta avendo successo, e quindi che il suo DNA è stato "promosso" dalla selezione naturale.

Insomma, le variabili dell'assenza sono tante e le tempistiche per verificare un successo del DNA sono lunghissime

19 ore fa, Darko ha scritto:

Uhm, non lo so se questo esempio sia calzante, sinceramente. Più che altro un campione composto da 2 esemplari è completamente insignificante

Hai ragione, ma pensavo che quelle centinaia di spiderlings nati da 3 ovisacchi diversi potesse in qualche modo spiegare il motivo per cui di Argiope non ce ne fosse traccia quest'anno.

Forse avrei dovuto portare come esempio Cyclosa insulana. Non ho preso appunti, mi baso solo sui ricordi. Ma posso assicurare che la quantità di esemplari trovati quest'anno  è di gran lunga inferiore a quella dello scorso anno. Però certo, servono i numeri, non i ricordi...

[elleelle]

Io ho aperto mesi fa una discussione proprio su questo tema.

Nel 2015 trovai decine di Latrodectus in una certa zona e negli anni successivi ce ne ho trovato solo qualche unità.

Nel 2018 trovai oltre 100 Argiope bruennichi in un altra zona e questa estate ce n'erano appena una decina.

Queste oscillazioni sono difficili da spiegare., ma sono un dato di fatto.

[elleelle]

Tornando al nocciolo della discussione, mi sono convinto che la selezione non avviane attraverso un semplice meccanismo on/off che discrimina chi è adatto o non adatto a sopravvivere.

Tra gli organismi (o tra le caratteristiche) compatibili con la vita si apre una competizione tra chi è più valido, e il meccanismo di selezione è il successo riproduttivo, che determina una graduatoria continua dal migliore al peggiore.

Dato che non c'è spazio per tutti, chi produrrà nelle generazioni successive più copie simili a se stesso rispetto agli altri avrà superato la selezione.

[Darko]

5 ore fa, elleelle ha scritto:

Dato che non c'è spazio per tutti, chi produrrà nelle generazioni successive più copie simili a se stesso rispetto agli altri avrà superato la selezione.

Sono d'accordo.

5 ore fa, elleelle ha scritto:

Tra gli organismi (o tra le caratteristiche) compatibili con la vita si apre una competizione tra chi è più valido, e il meccanismo di selezione è il successo riproduttivo, che determina una graduatoria continua dal migliore al peggiore.

Ok ma cos'è il "successo riproduttivo"? Avere una colorazione più sgargiante potrebbe aver selezionato alcuni bruchi in quanto ha aumentato la loro sopravvivenza (riducendo la possibilità di essere predati), ad esempio. 

 

6 ore fa, elleelle ha scritto:

Nel 2015 trovai decine di Latrodectus in una certa zona e negli anni successivi ce ne ho trovato solo qualche unità.

Nel 2018 trovai oltre 100 Argiope bruennichi in un altra zona e questa estate ce n'erano appena una decina.

Queste oscillazioni sono difficili da spiegare., ma sono un dato di fatto.

Tornando a questo credo che c'entri poco la genetica, credo piuttosto a fattori ecologici e ambientali.

[elleelle]

3 ore fa, Darko ha scritto:

Ok ma cos'è il "successo riproduttivo"? Avere una colorazione più sgargiante potrebbe aver selezionato alcuni bruchi in quanto ha aumentato la loro sopravvivenza (riducendo la possibilità di essere predati), ad esempio. 

Il successo riproduttivo è banalmente il risultato in termini statistici. Cioè riuscire a disseminare nelle generazioni successive molti individui geneticamente simili a noi.

I fattori che concorrono a determinare il successo riproduttivo sono infiniti. Quello che citi tu e molti altri. Il bello è che non sapremo mai con certezza quali di questi fattori abbiano inciso più di altri.  Sapremo solo che l'insieme delle caratteristiche determinate da quel DNA ha avuto successo.

Unico dato certo è il risultato. Ci possiamo sbizzarrire a ipotizzare quali caratteri hanno remato a favore e quali hanno remato contro, ma non avremo mai la conferma, perché queste caratteristiche non determinano il successo separatamente, ma sempre a livello complessivo. 

E' come una squadra sportiva che vince. Può darsi che qualche giocatore abbia fatto faville e qualche altro fosse in giornata nera. Il risultato è della squadra. Una partita la possiamo osservare e valutare chi è stato determinante, mentre il meccanismo della selezione naturale non è osservabile, quanto meno non in modo diretto.

 

[elleelle]

3 ore fa, Darko ha scritto:

Tornando a questo credo che c'entri poco la genetica, credo piuttosto a fattori ecologici e ambientali.

Senza dubbio. L' andamento del clima, la disponibilità di prede, la numerosità dei predatori, gli interventi dell'uomo ecc....

[Darko]

12 minuti fa, elleelle ha scritto:

E' come una squadra sportiva che vince. Può darsi che qualche giocatore abbia fatto faville e qualche altro fosse in giornata nera. Il risultato è della squadra. Una partita la possiamo osservare e valutare chi è stato determinante, mentre il meccanismo della selezione naturale non è osservabile, quanto meno non in modo diretto.

No, non sono proprio d'accordo e l'esempio che porti mi conferma che tu immagini che singole, rare mutazioni portino a sviluppare diverse nuove caratteristiche, mentre io sono convinto che queste mutazioni abbiano effetti (quando ne hanno) che portano a lievi differenze tra la specie normale e la specie mutata.

Quindi, riformulando il tuo esempio, se gioco 1000 partite con la stessa formazione e ottengo il 50% di vittorie e poi gioco altre 1000 partite con la stessa formazione eccetto per un giocatore (il gene mutato) in cui metto invece Ronaldo e ottengo il 90% delle vittorie, beh, la legge dei grandi numeri mi dice che quella differenza di vittorie non può non dipendere da Ronaldo.

17 minuti fa, elleelle ha scritto:

Ci possiamo sbizzarrire a ipotizzare quali caratteri hanno remato a favore e quali hanno remato contro, ma non avremo mai la conferma, perché queste caratteristiche non determinano il successo separatamente, ma sempre a livello complessivo. 

Penso esattamente l'opposto  Riformulo: se fosse mai esistito un Fennec con orecchie corte ed oggi abbiamo solo Fennec con orecchie lunghe... beh, un motivo ci dev'essere e non può essere un caso che tra le due "versioni" solo una abbia avuto successo.