Speciazione: un caso di coevoluzione tra geni e cultura

La speciazione, cioè il fenomeno grazie al quale avviene la nascita di nuove specie a partire da specie già esistenti è uno degli argomenti principali della biologia evoluzionistica. Dalla creazione della Sintesi Moderna sono state avanzate varie ipotesi differenti per descrivere come questo processo potesse avvenire. In tutti i casi la possibile risposta si può ricondurre ad una dinamica relativamente semplice: all’interno di una specie, due o più gruppi si differenziano tra loro abbastanza da diventare non più capaci di generare prole fertile o di non generarne affatto. Così sembra estremamente semplice, ma quando si prova ad indagare come questo accada, le cose si fanno molto più complesse.

Gli eventi di speciazione si possono dividere in due gruppi: quelli che avvengono attraverso un distanziamento geografico tra le due popolazioni e quelle che invece avvengono senza che questo accada. Nel primo caso si parla di speciazione allopatrica (in luoghi diversi) e nel secondo caso parliamo di speciazione simpatrica (nello stesso luogo). Prendiamo il caso della speciazione allopatrica, che è largamente più documentato in natura, e proviamo a capire le dinamiche di una storia di speciazione.

Supponiamo che una specie viva in un certo territorio. Per motivi geologici o climatici una qualche barriera divide questa specie in due popolazioni: possiamo immaginare un nuovo fiume in caso di specie che non sappiano nuotare, oppure la comparsa di una catena montuosa o di un deserto. Queste due popolazioni a questo punto sono isolate. Rimanendo isolate geograficamente lo sono anche dal punto di vista genetico. Da quel momento la storia evolutiva delle due popolazioni è indipendente ed esse mutano e si adattano ai rispettivi ambienti in modo differente.

A questo punto, dopo un tempo che può variare molto in base alla specie che stiamo studiando, i due gruppi avranno accumulato talmente tante differenze che, se riuniti, saranno geneticamente incompatibili. Questo può accadere per vari motivi: o perché ci sono stati grandi riorganizzazioni all’interno del genoma che non permettono più un appaiamento dei cromosomi durante la riproduzione o perché alcune varianti dei geni condivisi tra i due gruppi non sono più compatibili tra loro e danno vita ad individui che non riescono a sopravvivere o a riprodursi.

Nonostante sia difficile osservare frequentemente eventi di speciazione simpatrica ci sono casi estremamente vistosi in natura: gli esempi più emblematici sono i casi dei laghi africani Malawi, Vittoria e Tanganica. In questi laghi, in pochi milioni di anni, da uno sparuto numero di specie di ciclidi, si sono differenziate migliaia di specie, tutto all’interno di singoli laghi, senza bisogno di distanziarsi geograficamente. In questo caso il processo è diverso da come lo abbiamo descritto prima, ma rimane una cosa in comune: la barriera.

Non più geografica: infatti, affinché ci sia un isolamento genetico c’è bisogno di qualche altro tipo di barriera. Per esempio, si può trattare di una barriera temporale: una specie può dividersi in un gruppo diurno e in un gruppo notturno che rimangono impossibilitati a incontrarsi, anche durante il periodo riproduttivo. Oppure può trattarsi di una barriera ecologica: due gruppi iniziano ad alimentarsi di cibi diversi e, ad un certo punto, gli adattamenti alle due diverse diete rendono svantaggiati individui nati da un accoppiamento incrociato, che non sono adatti né all’una né all’altra strategia.

Ma può essere culturale?

È quello che ha ipotizzato uno studio pubblicato su Nature riguardante le orche (Orcinus orca). La cultura si può definire come “informazione che è capace di influenzare i comportamenti individuali, acquisita attraverso insegnamento, imitazione o altre forme di apprendimento”. Quando parliamo di cultura pensiamo ovviamente alla nostra specie, eppure questa caratteristica è diffusa anche in altri gruppi animali come per esempio i cetacei. Nelle orche sono stati documentati meccanismi di insegnamento e apprendimento tra individui di generazioni diverse, come nel caso di adulti che insegnano varie tecniche di caccia ai più giovani. Inoltre, come accade nella nostra specie, le femmine di orca entrano in menopausa, un fenomeno raro in natura.

Come si legano questi due fenomeni? Si ipotizza che tali individui, anche se anziani e non più riproduttivi, rimangono nel gruppo per anni portando un vantaggio ai parenti più giovani proprio grazie al loro ruolo attivo nell’insegnamento.

Le orche si possono dividere in ecotipi, cioè gruppi appartenenti alla stessa specie che occupano nicchie ecologiche diverse, in particolare rispetto a strategie di caccia diversificate. Si possono dividere in due ecotipi principali: uno che si nutre di mammiferi e uccelli e un altro che si nutre di pesci. Per imparare a cacciare con una o l’altra strategia c’è bisogno di apprendimento e i membri del gruppo spesso devono essere ben sincronizzati tra loro. Viene quindi a formarsi una vera e propria differenza culturale tra ecotipi a causa del diverso tipo di insegnamento che gli individui ricevono all’interno del proprio gruppo di appartenenza.

I ricercatori autori dello studio hanno provato ad eseguire varie analisi di tipo genetico e il risultato è davvero peculiare, e fa luce su molte caratteristiche della storia di questo affascinante animale. In particolare in un periodo compreso tra 120-240.000 anni fa, questa specie ha prima avuto un grosso crollo della popolazione e, in seguito, un’ampissima diffusione in quasi tutti gli oceani. Campionando individui appartenenti a diverse aree e diversi ecotipi si osserva una divisione avvenuta circa 65.000 anni fa tra i due ecotipi principali. Si riscontra comunque il fatto che raramente alcuni maschi possono cambiare ecotipo.

Si possono già misurare alcuni adattamenti a livello molecolare al clima e, soprattutto alla dieta, che si stanno affermando in modo diverso nei due ecotipi. Nella fattispecie si è visto che una dieta ricca di metionina, dovuta all’alimentazione a base di mammiferi, più ricchi di questo amminoacido rispetto ai pesci, sta avendo un importante impatto sulla selezione di alcune vie metaboliche e un effetto incisivo sul DNA. Essendo più abbondante, la sostituzione di aminoacidi simili alla metionina con quest’ultima, tende ad avvenire frequentemente. La semplice abbondanza di metionina rende vantaggiosa la sostituzione a discapito di amminoacidi che altrimenti andrebbero ricercati, se essenziali, o prodotti. 

Questo sta portando ad un interessante arricchimento di metionina nelle proteine degli ecotipi mangiatori di mammiferi e di conseguenza ad un corrispondente cambiamento al livello del DNA. Ciò è dovuto al fatto che la produzione di ogni aminoacido all’interno di una proteina è associata ad una tripletta di basi azotate all’interno del DNA: ad un diverso aminoacido corrisponde una diversa tripletta. Questo tipo di modificazione sul lungo periodo potrebbe portare ad un fenomeno di speciazione tra i diversi ecotipi.

Le ipotesi che si possono avanzare a questo punto sono diverse: si può immaginare che una differenza culturale abbia poi comportato una differenza genetica; che viceversa le differenze genetiche abbiano poi comportato differenze culturali o che i due aspetti si siano influenzati l’un l’altro con diversi gradi di intensità.  Potrebbe trattarsi di una così detta coevoluzione geni-cultura e uno dei primi casi in cui si dimostra che la cultura potrebbe avere le potenzialità per permettere di dare origine nuove specie.

Nella nostra specie, casi in cui cambiamenti culturali hanno successivamente causato cambiamenti genetici sono ben conosciuti: l’allevamento e il consumo di latte hanno favorito in più di un caso la diffusione dei geni attivi della lattasi all’interno di varie popolazioni umane. Per non parlare dell’uso della cottura che ha avuto importanti cambiamenti morfologici e genetici sul sistema digerente, e ha garantito un surplus energetico alla nostra specie. Però dinamiche di questo tipo non sono scontate in altre specie animali e, soprattutto, ad oggi non avevamo evidenze che potessero avere la capacità di contribuire ai processi di speciazione.

Bibliografia

• D. Foote et al. 2016. Genome-culture coevolution promotes rapid divergence of killer whale ecotypes. Nature Communications volume 7, Article number: 11693 (2016)
• N. Laland et al. 2010. Nature Reviews Genetics volume 11, pages 137–148 (2010) How culture shaped the human genome: bringing genetics and the human sciences together
• J. Maynard Smith 1966. Sympatric Speciation. The American Naturalist 100, no. 916 (Nov. – Dec., 1966): 637-650.