Prevedere il futuro con l’evoluzione
Il progetto QUANTEVOL (Quantitative evolution) puntava a stabilire se la teoria evoluzionistica possa servire per assumere decisioni circa il futuro e quale sarebbe l’orizzonte temporale di tali predizioni. Anche se la disciplina della teoria evoluzionistica è presente da tempo, varie questioni fondamentali nel limitano l’uso in relazione alla formulazione di predizioni. Il primo ostacolo consiste nell’assenza di una teoria quantitativa per predire gli effetti di nuove mutazioni in condizioni differenti. Il secondo riguarda la diversità degli effetti mutazionali che di solito non è inclusa nei modelli di adattamento. In terzo luogo, gli scienziati si avventurano raramente in predizioni di questo genere in relazione a modelli di adattamento a lungo termine in laboratorio o in natura. I ricercatori hanno affrontato tali sfide utilizzando un approccio generale autonomo, basato su un modello di paesaggio di fitness a n-dimensioni, per predire la distribuzione di effetti mutazionali. Gli scienziati hanno impiegato la statistica per predire gli effetti di singoli mutanti e l’interazione di mutanti nello stesso locus o in loci diversi. Questo approccio è stato adottato anche per predire gli effetti di mutazioni in vari ambienti e per definire le condizioni in cui si possa predire la base genetica degli adattamenti. È stato poi applicato ai dati disponibili e ne è stata accertata l’accuratezza sufficiente a modellare effetti mutazionali da deboli a moderati. Sono stati impostati anche nuovi esperimenti per testare la teoria e comprendere meglio la variazione di effetti mutazionali tra i vari ambienti. Sono stati anche sviluppati nuovi metodi per misurare la fitness, in base ad alghe fluorescenti e analisi statistiche avanzatissime, con miglioramenti enormi rispetto a metodi standard. È stato sviluppato un nuovo metodo per misurare la fitness da dati sui caratteri dell’evoluzione biologica. L’adattamento a un cambiamento ambientale repentino è stato studiato conducendo studi di laboratorio, riguardanti l’adattamento a lungo termine dei batteri dell’Escherichia coli a condizioni acide. Gli esperimenti hanno rivelato che l’evoluzione di nicchia si può descrivere con precisione mediante modelli di deformazione globali, mentre occorre rivedere gli scenari convenzionali, per tenere conto dell’evoluzione della plasticità. Le scimmie saline (Artemia) trapiantate in saline tropicali sono state utilizzate come modello per studiare sul campo l’adattamento a un aumento della temperatura. Dai risultati è emerso che anche in centinaia di generazioni si verifica un limitatissimo adattamento sul campo, rispetto al laboratorio. Tale fenomeno è forse dovuto ai numerosi ribilanciamenti che le popolazioni affrontano in condizioni naturali rispetto alle popolazioni allevate in laboratorio. Tale affermazione si dimostra particolarmente valida in relazione agli effetti delle interazioni biotiche su popolazioni, anche nell’ambiente ipersalino con scarsa biodiversità preferito dall’Artemia. QUANTEVOL ha pertanto prodotto una serie di risultati che, complessivamente, costituiranno un contributo significativo alle scienze predittive.
Parole chiave
QUANTEVOL, evoluzione quantitativa, mutazioni, modelli di adattamento, paesaggio di fitness a n-dimensioni, fitness, Escherichia coli, evoluzione di nicchia, plasticità, Artemia
