Antenati comuni e alberi filogenetici

Una lucertola somiglia più a una rana che a un topo, eppure nell'albero genealogico dei vertebrati sono la lucertola e il topo i parenti più stretti.

Stesse ossa, compiti diversi

Il braccio di una persona, la zampa anteriore di un cane, l'ala di un uccello e la pinna di una balena svolgono compiti molto diversi, eppure sono formati dalle stesse ossa disposte nello stesso ordine. I biologi chiamano queste parti strutture omologhe: si somigliano perché gli animali le hanno ereditate da un antenato comune, e l'evoluzione ne ha poi cambiato forma e dimensioni. Alcune strutture sembrano non servire a nulla, come le ali degli uccelli che non volano o le piccole ossa delle zampe posteriori all'interno delle balene. Queste strutture vestigiali sono resti di antenati in cui svolgevano una funzione.

Simile non significa sempre imparentato. Insetti e pipistrelli volano entrambi con le ali, ma le loro ali si sono sviluppate da parti di partenza del tutto diverse. Caratteri come questi, che si evolvono separatamente in gruppi non imparentati perché affrontano problemi simili, sono strutture analoghe, e il processo si chiama evoluzione convergente. Il mantello bianco invernale della volpe artica e il piumaggio bianco invernale della pernice bianca sono un altro caso: entrambi si mimetizzano nella neve, ma non perché abbiano un antenato comune recente.

Altre prove vanno nella stessa direzione. Gli embrioni dei vertebrati, compresi quelli umani, hanno in una fase precoce archi faringei e una coda. Negli esseri umani questi archi contribuiscono a strutture della testa e del collo, non a branchie funzionali. Tutti gli esseri viventi usano il DNA con un codice genetico quasi identico, proprio come ci si aspetta se tutta la vita discende da un unico antenato, e più due gruppi sono imparentati, più le loro sequenze di DNA si somigliano. Anche i luoghi in cui vivono gli animali tornano: i gruppi che si sono evoluti prima che il supercontinente Pangea si spezzasse, circa 200 milioni di anni fa, si trovano in tutto il mondo, mentre l'Australia, isolata a lungo, è piena di marsupiali che non esistono altrove.

Come si legge un albero

Un albero filogenetico è uno schema di chi è imparentato con chi. Darwin ne abbozzò uno in un taccuino nel 1837, e un diagramma ramificato è l'unica illustrazione di On the Origin of Species. In un albero con radice, la radice (a sinistra nel laboratorio qui sotto) rappresenta l'antenato di tutto ciò che compare nell'albero. Ogni nodo è una linea evolutiva che si divide in due. I nomi alle estremità sono gruppi viventi. Due gruppi che partono dallo stesso nodo sono taxa fratelli, e un gruppo che si stacca vicino alla radice e resta isolato è un taxon basale. Un nodo con più di due rami, una politomia, indica che l'ordine delle separazioni non è ancora noto.

Per capire quanto sono imparentati due gruppi, segui entrambi all'indietro verso la radice finché i percorsi si incontrano. Quel punto d'incontro è il loro antenato comune più recente. Più è recente, più i due gruppi sono parenti stretti. Tre abitudini ingannano spesso. L'ordine dei nomi alle estremità non significa nulla, perché un nodo può ruotare come una giostrina sospesa senza cambiare chi è imparentato con chi. Salvo indicazione contraria, la lunghezza di un ramo non rappresenta il tempo. E nessun gruppo vivente dell'albero è l'antenato di un altro: i gruppi fratelli hanno un antenato in comune, e nessuno dei due ha dato origine all'altro.

Nell'albero qui sopra, la lucertola e il topo si incontrano nel nodo segnato dall'uovo amniotico, un uovo con membrane che gli permettono di svilupparsi sulla terraferma. La rana si stacca prima, quindi è un parente più lontano di entrambi, anche se a noi rane e lucertole sembrano simili. Coccodrilli e uccelli si incontrano in un nodo tutto loro, quindi sono i parenti viventi più stretti gli uni degli altri. Gli alberi si costruiscono con fossili, anatomia e, sempre di più, DNA, e sono ipotesi che vengono riviste quando arrivano nuovi dati. Una revisione ha sorpreso molti: l'ippopotamo somiglia di più a un maiale, ma potrebbe essere il parente vivente più stretto delle balene.