Selezione naturale

Una forma scura della falena delle betulle fu trovata per la prima volta in Gran Bretagna nel 1811 e, nei successivi 150 anni, si diffuse nei boschi coperti di fuliggine.

La falena delle betulle

La falena delle betulle, Biston betularia, si posa sui tronchi durante il giorno. Fino agli anni 1800, in Gran Bretagna la maggior parte di queste falene era chiara, screziata di grigio e bianco: questa forma è chiamata typica. Nel 1811 fu trovata per la prima volta in Gran Bretagna una forma scura, carbonaria. Nei successivi 150 anni la forma scura si diffuse rapidamente nelle zone dove il fumo delle fabbriche aveva annerito gli alberi, mentre quella chiara rimase più comune nelle campagne non inquinate. Gli esperimenti di incrocio avevano mostrato che il colore dipende da un solo gene, con un allele per il colore chiaro e un altro per quello scuro.

Negli anni 1950 Bernard Kettlewell mise alla prova l'ipotesi che fossero gli uccelli a operare la selezione. Marcò centinaia di falene chiare e scure, le liberò nei boschi e due giorni dopo cercò di ricatturarle con trappole luminose. Nei boschi inquinati ricomparve una percentuale maggiore di falene scure; nei boschi non inquinati, di falene chiare. Le falene che si confondevano con lo sfondo venivano mangiate meno spesso. Lo stesso fenomeno, per cui gli animali diventano più scuri nelle zone inquinate, si chiama melanismo industriale ed è stato osservato anche in altre specie.

Come funziona il laboratorio

Il laboratorio usa coleotteri immaginari di cinque tonalità, numerate da 0 (chiaro) a 4 (nero), su una corteccia di una delle stesse cinque tonalità. In ogni generazione, ciascun coleottero sopravvive con una probabilità di 1 − pressione × (differenza ÷ 4), dove la differenza è il numero di gradini di tonalità che lo separano dalla corteccia. Con una pressione del 50 percento su corteccia annerita dalla fuliggine (tonalità 4), un coleottero nero ha una differenza di 0 e sopravvive sempre, uno intermedio (tonalità 2) sopravvive in 1 − 0.5 × 2 ÷ 4 = 75 percento dei casi e uno chiaro sopravvive nel 50 percento dei casi. I sopravvissuti si riproducono fino a riportare il totale a 100 coleotteri. Ogni piccolo eredita la tonalità del genitore, tranne quando, con una probabilità pari al tasso di mutazione, nasce di una tonalità più chiara o più scura. I numeri sono inventati per la didattica, ma la logica è la stessa delle falene.

Prova più volte. Con pressione 0, il colore non conta e nessuna tonalità viene favorita. Con pressione al 100 percento e tasso di mutazione a 0, una popolazione priva di coleotteri della tonalità giusta può arrivare solo alla tonalità più vicina già presente: la selezione può scegliere soltanto tra le variazioni disponibili. Aumenta un po' il tasso di mutazione: continueranno a comparire nuove tonalità e la popolazione potrà avvicinarsi gradualmente al colore della corteccia. Poi cambia la corteccia da annerita a chiara e osserva quanto rapidamente la tendenza si inverte.

Fringuelli e batteri

Sull'isola di Daphne Major, nelle Galápagos, Peter e Rosemary Grant e i loro colleghi hanno misurato i fringuelli anno dopo anno. L'altezza del becco del fringuello terricolo medio varia da individuo a individuo ed è ereditaria. Dopo le forti piogge portate da El Niño, i semi piccoli e morbidi erano abbondanti, mentre quelli grandi e duri, mangiati dagli uccelli dal becco grosso, scarseggiavano. Gli uccelli dal becco piccolo sopravvissero e si riprodussero meglio e, negli anni successivi, le dimensioni medie del becco nella popolazione diminuirono. Quando, a partire dal 1987, i semi più grandi tornarono disponibili, la tendenza si arrestò. Nessun uccello cambiò becco nel corso della vita: la media cambiò in base a quali individui lasciarono discendenti.

Nei batteri succede la stessa cosa, ma molto più in fretta. Quando si usa un antibiotico, i batteri privi di un gene di resistenza muoiono, mentre i pochi che lo possiedono sopravvivono e si dividono: la popolazione diventa così resistente. Gli esperimenti hanno dimostrato che l'antibiotico non provoca le mutazioni di resistenza; quelle variazioni erano già presenti, spesso a bassa frequenza. Inoltre, l'evoluzione non ha un obiettivo. Un carattere utile oggi può diventare uno svantaggio domani se l'ambiente cambia, e la selezione naturale favorisce solo ciò che funziona nel luogo e nel momento in cui un organismo vive. Conta anche la fortuna: persino una falena perfettamente mimetizzata può essere colpita da un ramo che cade. La selezione riguarda le medie su molti individui.