Variabilità ed ereditarietà

In uno studio su una popolazione della Giordania, il 26.1 percento delle copie del gene del gruppo sanguigno ABO presentava l'allele A; un cambiamento in una percentuale come questa è ciò che i biologi chiamano evoluzione.

La selezione naturale può agire solo sulle differenze tra individui, e solo su quelle ereditarie. Un bambino che cresce molto grazie a una buona alimentazione non avrà figli più alti per questo motivo. Nemmeno i muscoli sviluppati in palestra passano alla generazione successiva. Darwin e Wallace sapevano che molte variazioni erano ereditarie, ma nessuno dei due sapeva come si trasmettessero. La risposta era già stata pubblicata: Gregor Mendel descrisse i suoi esperimenti sui piselli nel 1866, pochi anni dopo On the Origin of Species, ma quasi nessuno li lesse fino al 1900. Negli anni 1940 i biologi unirono la genetica di Mendel alla selezione di Darwin: questa combinazione è nota come sintesi moderna.

Da dove vengono le nuove variazioni

Le fonti principali sono due. La mutazione, un cambiamento nel DNA, è l'unica fonte di alleli nuovi. Una mutazione può ridurre le probabilità di sopravvivenza o riproduzione di un organismo, aumentarle oppure non avere alcun effetto; in quest'ultimo caso si parla di mutazione neutra, e molte mutazioni lo sono. La seconda fonte è la riproduzione sessuata. Non crea nuovi alleli, ma ogni ovulo e ogni spermatozoo contiene una diversa combinazione degli alleli del genitore, così ogni discendente riceve una combinazione nuova. Negli animali c'è però un limite: una mutazione in una cellula della pelle o del fegato resta in quell'organismo. Solo i cambiamenti nelle cellule che producono ovuli o spermatozoi possono raggiungere la generazione successiva.

Il laboratorio qui sotto parte da 100 coleotteri immaginari, tutti di tonalità intermedia, e da uccelli che non badano al colore (pressione selettiva 0). Premi qualche volta Generazione successiva. Le mutazioni producono alcuni coleotteri più chiari e altri più scuri; senza selezione, le loro percentuali oscillano per caso da una generazione all'altra. Poi aumenta la pressione selettiva e osserva come le barre cominciano a spostarsi verso il colore della corteccia.

Contare gli alleli in una popolazione

La genetica delle popolazioni studia un'intera popolazione anziché una singola famiglia. La frequenza allelica è la quota di tutte le copie di un gene nella popolazione che corrispondono a un certo allele. OpenStax riporta un esempio reale: in uno studio in Giordania, le frequenze degli alleli del gruppo sanguigno ABO erano del 26.1 percento per A, del 13.4 percento per B e del 60.5 percento per O, per un totale del 100 percento. In genetica delle popolazioni, evoluzione significa cambiamento delle frequenze alleliche nel corso delle generazioni. La selezione naturale è uno dei meccanismi che lo producono. Un altro è la deriva genetica, un cambiamento dovuto al puro caso, che ha effetti maggiori nelle piccole popolazioni. Quando pochi individui fondano una nuova popolazione, per esempio su un'isola, i loro alleli possono non rispecchiare quelli della popolazione originaria: è un caso particolare chiamato effetto del fondatore.

Una popolazione che non cambia

Nei primi anni del 1900 il matematico Godfrey Hardy e il medico Wilhelm Weinberg descrissero come si presenta una popolazione sulla quale non agisce alcun fattore di cambiamento. Chiamiamo p la frequenza di un allele e q quella dell'altro, per cui p + q = 1. Se gli accoppiamenti sono casuali, le frequenze dei genotipi sono p² per gli omozigoti dominanti, 2pq per gli eterozigoti e q² per gli omozigoti recessivi, e p² + 2pq + q² = 1. Il modello presuppone una popolazione enorme, senza mutazioni, migrazioni o selezione. Nessuna popolazione reale soddisfa queste condizioni, ed è proprio questo il punto: se i conteggi sul campo differiscono dalle previsioni, qualcosa sta agendo sulla popolazione. Nell'esempio di OpenStax, una popolazione di 500 piante ha p = 0.8 per il viola V e q = 0.2 per il bianco v. Il modello prevede 0.64 × 500 = 320 piante VV, 0.32 × 500 = 160 piante Vv e 0.04 × 500 = 20 piante vv.

Le popolazioni che cambiano rapidamente mostrano l'utilità pratica di questi concetti. I virus influenzali si replicano in fretta e mutano spesso, quindi i ceppi in circolazione cambiano da un anno all'altro. Ogni anno gli scienziati studiano come sono cambiati i ceppi e scelgono quali includere nel vaccino successivo. Ecco perché il vaccino antinfluenzale dell'anno scorso potrebbe proteggere poco quest'anno.