Questo è un repost dal 24 aprile 2010. Guardando Speciazione si verificano è il secondo nella mia serie Evolution che è iniziato con il curioso caso di cani

Abbiamo visto che le differenze più piccole possono portare a variazioni drammatiche quando abbiamo guardato l’ampia varietà di cani. Ma nonostante le loro differenze, tutte le razze di cani sono ancora le stesse specie l’una dell’altra e il loro antenato. Come si dividono le specie? Cosa causa la speciazione? E quali prove abbiamo che la speciazione sia mai avvenuta?

I critici dell’evoluzione spesso ricadono sulla massima che nessuno ha mai visto una specie divisa in due. Mentre questo è chiaramente un uomo di paglia, perché la maggior parte delle speciazioni richiede molto più tempo della nostra vita, non è nemmeno vero. Abbiamo visto specie divise e continuiamo a vedere specie divergenti ogni giorno.

Ad esempio, c’erano le due nuove specie di goatsbeards americani (o salsifies, genere Tragopogon) che sono sorti in esistenza nel secolo scorso. All’inizio del 1900, tre specie di questi fiori selvatici – la salsefrica occidentale (T. dubius), la salsefrica del prato (T. pratensis) e la pianta di ostriche (T. porrifolius) – furono introdotte negli Stati Uniti dall’Europa. Man mano che le loro popolazioni si espandevano, le specie interagivano, producendo spesso ibridi sterili. Ma dal 1950, gli scienziati si resero conto che c’erano due nuove varianti di goatsbeard crescente. Anche se sembravano ibridi, non erano sterili. Erano perfettamente in grado di riprodursi con i loro simili, ma non con nessuna delle tre specie originali – la definizione classica di una nuova specie.

Come è successo? Si scopre che le piante parentali hanno commesso errori quando hanno creato i loro gameti (analoghi ai nostri spermatozoi e uova). Invece di fare gameti con una sola copia di ogni cromosoma, hanno creato quelli con due o più, uno stato chiamato poliploidia. Due gameti poliploidi di specie diverse, ciascuno con il doppio delle informazioni genetiche che avrebbero dovuto avere, si fusero e crearono un tetraploide: una creatura con 4 set di cromosomi. A causa della differenza nel numero cromosomico, il tetrapoide non poteva accoppiarsi con nessuna delle sue specie progenitrici, ma non gli era stato impedito di riprodursi con altri incidenti.

Questo processo, noto come Speciazione ibrida, è stato documentato più volte in diverse piante. Ma le piante non sono le uniche a speculare attraverso l’ibridazione: anche le farfalle di Heliconius si sono divise in modo simile.

Non ci vuole una massa di mutazioni che si accumulano nel corso delle generazioni per creare una specie diversa – tutto ciò che serve è un evento che isola riproduttivamente un gruppo di individui da un altro. Questo può accadere molto rapidamente, in casi come questi di poliploidia. Una singola mutazione può essere sufficiente. Oppure può accadere a un ritmo molto, molto più lento. Questa è la speciazione per cui l’evoluzione è nota – i cambiamenti graduali nel tempo che separano le specie.

Ma solo perché non possiamo vedere tutti gli eventi di speciazione dall’inizio alla fine non significa che non possiamo vedere la divisione delle specie. Se la teoria dell’evoluzione è vera, ci aspetteremmo di trovare specie in vari stadi di separazione in tutto il mondo. Ce ne sarebbero di quelli che hanno appena iniziato a dividersi, mostrando isolamento riproduttivo, e quelli che potrebbero ancora sembrare una specie ma non si sono incrociati per migliaia di anni. In effetti, questo è esattamente ciò che troviamo.

La mosca della mela, Rhagoletis pomonella è un ottimo esempio di una specie che sta appena iniziando a divergere. Queste mosche sono originarie degli Stati Uniti e, fino alla scoperta delle Americhe da parte degli europei, si nutrivano esclusivamente di biancospino. Ma con l’arrivo di nuove persone è arrivata una nuova potenziale fonte di cibo nel suo habitat: le mele. All’inizio, le mosche ignoravano le prelibatezze. Ma col passare del tempo, alcune mosche si resero conto che potevano mangiare anche le mele e iniziarono a cambiare albero. Mentre da solo questo non spiega perché le mosche sarebbero speciate, una curiosa stranezza della loro biologia fa: le mosche della mela si accoppiano sull’albero su cui sono nate. Mentre alcune mosche saltavano sugli alberi, si tagliavano dal resto della loro specie, anche se erano a pochi metri di distanza. Quando i genetisti hanno dato un’occhiata più da vicino alla fine del 20 ° secolo, hanno scoperto che i due tipi – quelli che si nutrono di mele e quelli che si nutrono di biancospino – hanno frequenze alleliche diverse. Infatti, proprio sotto il nostro naso, Rhagoletis pomonella ha iniziato il lungo viaggio della speciazione.

Come ci aspetteremmo, altri animali sono molto più avanti nel processo – anche se non sempre ce ne rendiamo conto finché non guardiamo i loro geni.

Le orche (Orcinus orca), meglio conosciute come orche assassine, sembrano tutte abbastanza simili. Sono grandi delfini con macchie bianche e nere che cacciano in branco ed eseguono trucchi accurati a Sea World. Ma per diversi decenni, i mammalogisti marini hanno pensato che ci fosse di più nella storia. Studi comportamentali hanno rivelato che diversi gruppi di orche hanno diversi tratti comportamentali. Si nutrono di animali diversi, agiscono in modo diverso e persino parlano in modo diverso. Ma senza un modo per seguire le balene sott’acqua per vedere con chi si accoppiano, gli scienziati non potevano essere sicuri se le diverse culture delle balene fossero semplicemente stranezze trasmesse di generazione in generazione o un accenno a molto di più.

Ora, i genetisti hanno fatto ciò che i ricercatori comportamentali non potevano. Hanno guardato come si riproducono le balene. Quando hanno esaminato l’intero genoma mitocondriale da 139 diverse balene in tutto il mondo, hanno trovato differenze drammatiche. Questi dati suggeriscono ci sono infatti almeno tre diverse specie di orca. L’analisi filogenetica ha indicato che le diverse specie di orca sono state separate per 150.000-700.000 anni.

Perché le orche si sono divise? La verita ‘ e ‘ che non lo sappiamo. Forse era un effetto collaterale delle modifiche per la caccia a diverse fonti di prede, o forse c’era una sorta di barriera fisica tra le popolazioni che da allora è scomparsa. Tutto quello che sappiamo è che mentre eravamo impegnati a dipingere le pareti delle caverne, qualcosa ha causato gruppi di orche a dividere, creando più specie.

Ci sono molte ragioni diverse per cui le specie divergono. Il più semplice, e più ovvio, è una sorta di barriera fisica – un fenomeno chiamato Speciazione allopatrica. Se guardi le specie ittiche nel Golfo del Messico e al largo della costa della California, scoprirai che ci sono molte somiglianze tra loro. In effetti, alcune delle specie sembrano quasi identiche. Gli scienziati hanno esaminato i loro geni e le specie su entrambi i lati di quel sottile ponte di terra sono più strettamente correlate tra loro di quanto non lo siano con altre specie, anche quelle nella loro area. Quello che è successo è che molto tempo fa i continenti del Nord e del Sud America erano separati e gli oceani erano collegati. Quando le due masse di terra si fusero, popolazioni di specie furono isolate su entrambi i lati. Nel corso del tempo, questi pesci si sono divergenti abbastanza da essere specie separate.

Le specie possono dividersi senza confini così chiari. Quando le specie divergono come le mosche della mela-senza una barriera fisica completa-si chiama Speciazione simpatrica. La speciazione simpatrica può verificarsi per tutti i tipi di motivi. Tutto quello che serve è qualcosa che rende un gruppo hanno meno sesso con un altro.

Per una specie di pigliamosche Monarca (Monarcha castaneiventris), si trattava di sguardi. Questi piccoli insettivori vivono sulle Isole Salomone, ad est della Papua Nuova Guinea. Ad un certo punto, un piccolo gruppo di loro ha sviluppato una singola mutazione aminoacidica nel gene per una proteina chiamata melanina, che determina il modello di colore dell’uccello. Alcuni pigliamosche sono tutti neri, mentre altri hanno pance color castagno. Anche se i due gruppi sono perfettamente in grado di produrre prole vitale, non si mescolano in natura. I ricercatori hanno scoperto che gli uccelli vedono già l’altro gruppo come una specie diversa. I maschi, che sono ferocemente territoriali, non reagiscono quando un maschio di colore diverso entra nel loro tappeto erboso. Come il verme delle mele, i pigliamosche non si incrociano più, e hanno quindi fatto il primo passo per diventare due specie diverse.

Questi potrebbero sembrare piccoli cambiamenti, ma ricorda, come abbiamo imparato con i cani, piccoli cambiamenti possono sommarsi. Poiché non si incrociano, questi diversi gruppi accumuleranno ancora più differenze nel tempo. Come fanno, inizieranno a guardare sempre meno simili. Gli animali risultanti saranno come le specie che vediamo chiaramente oggi. Forse alcuni si adatteranno a uno stile di vita completamente diverso dalla loro specie sorella – le orche, per esempio, possono divergere drammaticamente come piccoli cambiamenti permettono loro di essere più adatti ai loro tipi di prede uniche. Altri possono rimanere abbastanza simili, anche difficili da distinguere, come lo sono oggi varie specie di scoiattoli.

Il punto è che tutti i tipi di creature, dagli insetti più piccoli ai mammiferi più grandi, stanno subendo la speciazione in questo momento. Abbiamo visto le specie dividersi e continuiamo a vederle divergere. La speciazione sta avvenendo intorno a noi. L’evoluzione non è accaduta solo in passato; sta accadendo proprio ora, e continuerà a lungo dopo che smetteremo di cercarla.

1. Soltis, D.,& Soltis, P. (1989). La speciazione allopoliploide in Tragopogon: Insights from Chloroplast DNA American Journal of Botany, 76 (8) DOI: 10.2307/2444824

2. McPheron, B., Smith, D., & Berlocher, S. (1988). Le differenze genetiche tra le razze ospitanti di Rhagoletis pomonella Nature, 336 (6194), 64-66 DOI: 10.1038/336064a0
3. Uy, J., Moyle, R., Filardi, C., & Cheviron, Z. (2009). La differenza nel colore del piumaggio utilizzato nel riconoscimento delle specie tra le specie incipienti è legata a una singola sostituzione di aminoacidi nella melanocortina?1 Recettore Il naturalista americano, 174 (2), 244-254 DOI: 10.1086/600084
4. Phillip Un Morin1, Federico I Arciere, Andrew D Foote, Julie Vilstrup, Eric E Allen, Paul Wade, Giovanni Durban, Kim Parsons, Robert Pitman, Lewyn Li, Pascal Bouffard, Sandra C Abel Nielsen, Morten Rasmussen, Eske Willerslev, M. Thomas P Gilbert, & Timoteo Harkins (2010). L’analisi filogeografica completa del genoma mitocondriale delle orche (Orcinus orca) indica la ricerca sul genoma di più specie