Uno studio a lungo termine sui lucertoliformi mette alla prova le regole della biologia evolutiva.

9 ottobre 2023

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corretto da Catherine Barzler, Georgia Institute of Technology

Charles Darwin ha affermato che l'evoluzione stava costantemente avvenendo, causando l'adattamento degli animali per la sopravvivenza. Ma molti dei suoi contemporanei non erano d'accordo. Se l'evoluzione causa sempre cambiamenti, chiesero, come può essere che due fossili della stessa specie, trovati nello stesso luogo, possano apparire identici nonostante siano separati di 50 milioni di anni?

Tutto è cambiato negli ultimi 40 anni, quando un'esplosione di studi evolutivi ha dimostrato che l'evoluzione può e avviene rapidamente, anche da una generazione all'altra. I biologi evolutivi erano entusiasti, ma i risultati hanno rafforzato la stessa contraddizione: se l'evoluzione può avvenire così rapidamente, perché la maggior parte delle specie sulla Terra continua ad apparire uguali per molti milioni di anni?

Questo fenomeno è noto come la contraddizione della stasi e James Stroud, professore associato alla School of Biological Sciences del Georgia Institute of Technology, si è proposto di investigarla. Ha condotto uno studio a lungo termine su una comunità di lucertole, misurando come l'evoluzione si sviluppa in natura attraverso diverse specie. Così facendo, potrebbe aver trovato la risposta a una delle maggiori sfide dell'evoluzione.

La sua ricerca è stata pubblicata come articolo di copertina nelle Proceedings of the National Academy of Sciences.

"Chiamiamo questo una contraddizione perché non sembra avere senso," ha detto Stroud. "La spiegazione più comune è che la selezione naturale stia lavorando per stabilizzare l'aspetto di una specie, con l'assunzione che una forma media li aiuti a sopravvivere meglio. Il problema è che, quando le persone fanno studi sul campo, quasi mai trovano che questo tipo di selezione 'stabilizzante' effettivamente esista."

Stroud ha organizzato uno studio sul campo con quattro diverse specie di lucertole Anolis su una piccola isola presso il Fairchild Tropical Botanic Gardens a Coral Gables, in Florida. Ha misurato la selezione naturale in tutte e quattro le specie di lucertole durante cinque periodi di tempo consecutivi catturando e monitorando la sopravvivenza di ogni lucertola sull'isola.

Stroud e i suoi colleghi hanno cercato lucertole giorno e notte. Utilizzando lunghe canne da pesca con piccoli lacci alle estremità, le hanno catturate delicatamente afferrandole per il collo, le hanno sistemate in contenitori frigo e hanno annotato il ramo o il tronco esatto dove avevano trovato ogni lucertola.

Tornati in laboratorio, Stroud ha misurato la testa, le gambe, i piedi, il peso e persino l'aderenza delle dita delle lucertole. Dopo aver assegnato un numero identificativo a ciascuna lucertola e segnato ognuna con un piccolo tag sotto la pelle, il team ha rilasciato le lucertole sugli stessi rami dove le avevano trovate. Sono usciti nei giorni e nelle settimane seguenti per catturare il resto di esse.

Ogni sei mesi per tre anni, Stroud e il suo team hanno ripetuto il processo. Catturando le stesse lucertole, prendendo misurazioni, rilasciandole e annotando quali lucertole sopravvivevano e quali no.

Incorporando i dati per ciascun periodo di tempo, Stroud ha catturato la storia di ogni lucertola nella comunità. Ha quindi correlato i dati di sopravvivenza alla variazione dei tratti corporei, cosa che gli ha permesso di analizzare quali tratti corporei fossero importanti predittori di sopravvivenza. Nel complesso, l'analisi ha disegnato un quadro di come la selezione naturale operasse sull'intera comunità.

Per sua sorpresa, Stroud ha scoperto che la forma stabilizzante della selezione naturale - quella che mantiene le caratteristiche medie di una specie - era estremamente rara. Infatti, la selezione naturale variava enormemente nel tempo. In alcuni anni, le lucertole con zampe più lunghe sopravvivevano meglio, in altri anni invece quelle con zampe più corte avevano maggior successo. In altre occasioni, non c'era alcun modello chiaro.

"Il risultato più affascinante è che la selezione naturale era estremamente variabile nel tempo," ha detto Stroud. "Spesso vedevamo che la selezione si invertiva completamente da un anno all'altro. Tuttavia, quando combinata in un pattern a lungo termine, tutta questa variazione si annullava efficacemente: le specie rimanevano incredibilmente simili per tutto il periodo di tempo."

Le scoperte fornite dallo studio di Stroud non erano mai state viste prima. Non c'era mai stata una tale comprensione di come funziona la selezione a livello di comunità, e certamente non a questo livello di dettaglio.

La ragione per cui gli scienziati non capivano come funziona l'evoluzione a livello di comunità è che studi a lungo termine come quello di Stroud sono estremamente rari. I ricercatori sono poco propensi a intraprendere progetti del genere a causa del grande sforzo e del tempo necessario.

'Evolution can and does happen—it's this ongoing process, but it doesn't necessarily mean things are constantly changing in the long run,' Stroud said. 'Now we know that even if animals appear to be staying the same, evolution is still happening.'

According to Stroud, understanding evolution is critical to everything that we want to understand about life on Earth.

'Understanding evolution doesn't only help us understand the plants and animals around us and how they're distributed across the world,' he said. 'It also shows us how life sustains itself in a world dominated by humans.'

There have been very few studies that monitor how evolution unfolds in the wild at long time scales. That, according to Stroud, is why we have a biased view of what evolution is.

'For a very long time, evolutionary biologists have tried to figure out what was behind this paradox of stasis idea,' Stroud said. 'What this study shows is that the answer may not be particularly complicated—we just had to conduct a study in the wild for a long enough time to figure it out.'

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences

Provided by Georgia Institute of Technology