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domenica 3 ottobre 2010

Nozioni fondamentali di PaleoStories Parte 3: Quel taxon ha proprio un bel caratterino!

PREMESSA: Gli argomenti trattati in questo terzo post sulle nozioni di base di PaleoStories rappresentano solamente un introduzione ad un argomento che è assai più complesso e che, per una comprensione a 360' gradi, meriterebbe molto più che un singolo post (probabilmente molto più che un blog). Però, essendo i suoi concetti essenziali per poi comprendere alcune delle storie, cercherò di spiegare alcune di queste cose nella maniera più chiara e semplice possibile. Sappiate però che questa è solo una piccola briciola.

Abbiamo visto nel post precedente l'importanza di un metodo standard e universale per descrivere e catalogare i taxa viventi in modo ordinato e comprensibile a tutti. Una volta nominati gli esseri viventi a nostra conoscienza, per poter descrivere, apprezzare, conoscere e studiare le caratteristiche che li distinguono è necessario un metodo altrettando oggettivo e preciso, capace di dare un'idea del concetto di vita e di evoluzione privo da ogni speculazione personale.Ciò è fondamentale se vogliamo capire come si sono evolute certe strutture, quali taxa sono più imparentati tra di loro o per poter ripercorrere la storia evolutiva di una certa linea.

"Verso la metà degli anni 50 del secolo scorso gli scienziati cominciarono a capire che l'unico metodo, vero e oggettivo, per tentare di studiare l'evoluzione della vita sulla Terra consisteva nell'analizzare gli organismi semplicemente studiando le omologie tra le loro parti corporee. Punto fondamentale era studiare tali omologie per quello che erano davvero, non per quello che sembravano, e in un'ottica che tenesse conto dell'impossibilità di conoscere tutti i taxa passati (come vedremo nel prossimo post) e della vastità del tempo passato, di una profondità tale da renderne alquanto difficile l'interpretazione.
Creatore di un metodo innovativo fu Willi Hennig, uno studioso di insetti: Hennig dimostrò come il metodo più oggettivo e preciso possibile per ragione intorno alla storia della vita sulla Terra fosse quello di tentare di comprendere l'evoluzione degli organismi a partire dallo studio delle loro caratteristiche condivise, indipendentemente dal tempo e senza prendere in considerazione la loro storia di antenati e discendenti. In questo modo egli voleva occuparsi dello studio del percorso della vita sulla terra senza ipotizzare nulla riguardo alla componente causale e temporale del'evoluzione."

Il metodo di Hennig, chiamato analisi filogenetica, o cladistica, è ancora oggi utilizzato ed è un metodo relativamente affidabile, (più o meno) oggettivo e non speculativo, utile per studiare l'evoluzione dei taxa viventi e passati.

Ma in cosa consiste, in breve, il metodo cladistico?
Prima ho parlato di "caratteri omologhi", il concetto che sta alla base della cladisitca: cosa sono dunque i caratteri omologhi?

Se guardiamo attentamente il nostro corpo e lo confrontiamo con quello di altri animali possiamo notare che condividiamo con essi alcune importanti caratteristiche: ad esempio, se prendiamo in considerazione gli animali con cui abbiamo più a che fare (cani, gatti, piccioni, cavalli, mucche, lucertole,etc.) noteremo che tutti quanti abbiamo due gambe, due braccia, una testa, due occhi, una bocca,etc. Non solo, scendendo nel dettaglio possiamo notare che, ad esempio, le ossa che compongono il nostro braccio sono le stesse che sono presenti nell'ala del piccione, nell'arto anteriore del cane, del gatto, del coccodrillo, della mucca, dell'elefante, etc. Questo perchè, come ormai dovreste aver capito, noi uomini condividiamo con essi un antenato comune, e i nostri tratti condivisi sono tali perchè ereditati da questo nostro antenato comune.
"Nel caso di strutture anatomiche morfologicamente simili, derivate tutte da una singola struttura presente nell‟antenato comune, si parla di omologie.
Le strutture omologhe sono quindi somiglianze dovuta a eredità e riflettono la storia di una linea in senso genealogico e, se correttamente identificate, permettono di organizzare le specie in alberi evolutivi."

Il concetto di omologia è contrastato da quello di omoplasia (o analogia), in cui due strutture, benchè apparentemente simili o utilizzate per la stessa funzione (come ad esempio la pinna dei pesci o l'arto pinniforme delle balene), possiedono invece una struttura diversa o una storia evolutiva differente.

Come il concetto di omologia può essere utilizzato per comprendere le relazioni filetiche tra i vari taxa? Bè semplice: tante più caratteristiche in comuni (omologie) avranno due taxa, tanto più saranno imparentati tra loro.
In questo modo, avendo numerosi taxa e sapendo riconoscere i caratteri diagnostici (che identificano i vari taxa) e le omologie condivise, possiamo ricostruire un diamagramma che metta in relazione questi taxa. Un diagramma di questo tipo è detto cladogramma, dal greco klados, ramo.
"In termini evolutivi, un clade rappresenta un gruppo di individui che si sono evoluti tutti da uno stesso antenato comune, e che quindi sono –per genealogia – più affini tra di loro di quanto non lo siano con tutte le altre creature."


Alla base di questo ragionamento vi è anche il concetto di sister group (gruppo sorella in inglese): essendo tutti i taxa derivati da un antenato comune, ed essendo l'evoluzione il meccanismo di differenziazione delle specie, i vari taxa si evolveranno secondo un meccanismo dicotomico, espresso sul cladogramma dal nodo, o punto di incontro tra due rami. Ogni nodo corrisponde ad una o più caratteristiche condivise (dette sinapomorfie) e i taxa posti sui rami che si dipartono da tale nodo sono sister - taxa (o sister group, è uguale) e fanno parte di un gruppo monfiletico. "La monofilia è una proprietà importante di un gruppo, poiché indice del possesso di un antenato comune esclusivo. Per tale motivo, gruppi che comprendono invece taxa derivati da più di un antenato (gruppi polifiletici) o comprendenti solo alcuni taxa derivati da un medesimo antenato comune (gruppi parafiletici) non possono essere presi in considerazione per comprendere l'evoluzione degli organismi."



Un ultimo appunto su alcuni termini importanti che verranno utilizzati nei post sucessivi: abbiamo visto l'importanza del considerare i caratteri dei vari taxa come mezzi per comprendere la loro evoluzione. Fondamentale però è comprendere la natura di questi caratteri, poichè non tutti possono essere utili alla nostra causa.
Poichè stiamo indagando alla ricerca di possibili eventi evolutivi, saranno utili solo i caratteri innovativi, derivati o, detto meglio, apomorfici, mentre caratteri primitivi, ancestrali, plesiomorfici, non sapranno darci informazioni in più. Ad esempio, se vogliamo sapere le relazioni filetiche all'interno dei mammiferi, caratteri come la presenza di una colonna vertebrale, di quattro arti o di due occhi, non saranno utili poichè presenti anche in altri animali non mammiferi, e derivati da eventi evolutivi avvenuti molto prima della comparsa dell'antenato comune dei mammiferi.

So che questi concetti possono sembrare difficili, ed è, per me, difficile esporre queste cose in modo chiaro avendo così poco spazio ( ci vorrebbe molto più di un post, come già detto). Sperò in ogni caso di avervi reso il più comprensibile possibile alcuni concetti chiave dell'analisi filogenetica.
Se avete domande, potete chiedere senza problema nell'area dedicata ai commenti.

Il prossimo, ed ultimo post di "nozioni fondamentali di PaleoStories", parlerà di ciò che sta alla base di questo blog, al primo posto come importanza: i fossili e la paleontologia.

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Citazioni da "In Dino Veritas, Guida ad una visione consapevole dei dinosauri. M. Castiello M. Lampugnani & S. Broccoli, 2011, RSWItalia Editore."

5 commenti:

Anonimo ha detto...

Ma un ipotetico antenato comune di due sister group andrebbe quindi posto nel nodo tra i due cladi?Si presuppone quindi di non conoscere nessuno di questi antenati?Alcuni animali fossili raggrupati in un clade non potrebbero invece essere proprio quell'antenato in comune rappresentato da un semplice nodo?

Anonimo ha detto...

penso di aver trovato la risposta alla domanda leggendo il P.S del post il mito della conquista della terraferma parte 2, pur sapendo che il concetto di anello mancante è errato continuavo a ragionare secondo qual modello.L'antenato in comune non è identificato da una specie ma da un individuo con carattersiche proprie differenti da quelle precedenti e quindi impossibile da "identificare" con un nome specifico.corretto?grazie!

MarcoCasti ha detto...

Si, il problema è appunto logico. Non pensare ad un nodo come ad una specie ma come ad un evento evelotuvi. L'evoluzione della vita è dicotomica. Da una specie se ne formano due, poi da una di queste due ancora due etc... Quindi, due taxa saranno sempre legati in maniera dicotomica, ma non vuol dire che in un cladogramma il nodo che unisce due taxa sia identificabile come una precisa specie. Tu puoi anche fare un cladogramma che unisce una petunia e un uomo, va benissimo. Il nodo qui cosa rappresenta? rappresenta lo sviluppo di un architettura di tipo eucariote, per esempio, non che petuania e uomo si sono speciati dallo stesso antenato. I cladogrammi servono a disporre i vari taxa in gradi di parentel,a per vedere chi è imparentato così, non per tentare di individuare chi siano effettivamente gli antenati comuni.

La situazione è abbastanza complessa da capire, spero di essermi spiegato

JackAction ha detto...

Premetto che sono un informatico.
Parlando di animali con riproduzione sessuata:
Un adattamento all'ambiente (o l'intervento umano) può selezionare individui con certe caratteristiche ma sempre restando all'interno della stessa specie (immagino che il numero di cromosomi resterà sempre lo stesso e che bene o male questi animali possano avere dei figli).
Il passaggio da una specie all'altra però è una cosa diversa perché, mi sembra, vengono "tagliati i ponti" con la specie precedente, cioè, non credo che la riproduzione sia più possibile. Immagino che un simile salto non possa avvengire per selezione ma per mutazione casuale.
Perché una nuova specie abbia origine, negli organismi dotati di riproduzione sessuata, mi sembra che sia necessario che due individui abbiano la stessa mutazione nello stesso periodo temporale, che sopravvivano ad essa, si incontrino, possano riprodursi, che la loro prole abbia successo etc.

MarcoCasti ha detto...

Le tue osservazioni rientrano nella domanda da 200 milioni di dollari "che cos'è una specie"? Molti hanno provato a dare una risposta, e infatti esistono innumerevoli definizioni di specie. Diciamo che la stragrande maggioranza degli scienziati crede nel concetto biologico di specie, per cui una specie è un insieme di individui se potenzialmente o effettivamente interfecondi e separati riproduttivamente dagli altri.

Però, e c'è un però, è una delle possibili definzioni. Per quel che mi riguarda, ho una visione più darwiniana della cosa. Ti cito le parole di Darwin:

"E non discuterò nemmeno, in questa sede, delle varie definizioni del termine specie. Nessuna di esse ha mai soddisfatto tutti i naturalisti, anche se ogni naturalista sa, più o meno, che cosa intenda quando parla di specie" Origine, cap. III

"...considero il termine specie come dato arbitrariamente per convenienza ad un gruppo di individui che si assomigliano molto l’un l’altro, e che non differisce in modo essenziale dal termine varietà, che viene attribuito a forme meno distinte e più fluttuanti. [..]Perciò ritengo che una varietà ben marcata possa essere considerata giustamente come una specie incipente. " Origine cap. II

Ripeto: siamo entrati in un campo minato