Evoluzione, ovvero contingenza

Uno studio conferma l’importanza del ruolo della storia nell’evoluzione, dimostrando come questa sia un processo in cui ciò che accade nel presente è condizionato dagli eventi passati

Tra coloro che ancora rifiutano l’evoluzione è molta diffusa la tendenza ad assimilare il pensiero di Charles Darwin (e l’intera biologia evolutiva) a una spiegazione fondata nient’altro che sul caso. Molti, anzi, riducendo l’evoluzione stessa al caso, si chiedono come sia possibile che la diversità di specie e adattamenti oggi visibili sulla Terra sia il risultato di un cieco processo casuale. In effetti né Darwin né nessun biologo evolutivo hanno mai affermato nulla di simile né hanno mai descritto la selezione naturale, che agisce sulla variazione pre-esistente all’interno di una popolazione, come una dea bendata evolutiva. L’evoluzione non è un gioco in cui l’unica regola è il caso puro, ma un processo storico i cui esiti sono determinati da un intreccio di diversi fattori (la selezione naturale, le influenze dell’ambiente e fenomeni come la deriva genetica). Certamente questo intreccio non rende l’evoluzione un processo prevedibile a priori, in cui la freccia del tempo punti a un unico esito possibile.

Qual è, dunque, il ruolo della storia nell’evoluzione? Quale rapporto di dipendenza esiste tra due specifici eventi che si svolgono in tempi differenti? A queste domande ha provato a rispondere uno studio, pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences. Gli autori hanno utilizzato dei modelli computazionali per simulare l’evoluzione della proteina ArgT del batterio Salmonella typhimurium e l’effetto dell’introduzione di mutazioni, quindi di sostituzioni di amminoacidi nella sequenza di questa proteina, sulla sua stabilità termodinamica. L’obiettivo era studiare il ruolo dell’epistasi nel contesto di un processo evolutivo sottoposto a selezione negativa, cioè quella selezione che elimina le varianti deleterie. L’epistasi è quell’interazione tra due geni, non allelici, per cui l’effetto prodotto sul fenotipo da una mutazione su un gene può dipendere da un secondo gene. Come spiegano gli autori, in assenza di epistasi una mutazione ha lo stesso effetto indipendentemente sia dal contesto genetico nel quale avviene che dalla storia precedente. Al contrario, in presenza di epistasi, ogni mutazione può risentire dell’effetto della catena di eventi che hanno plasmato il genoma di una specie e può vincolare la dinamica del successivo sviluppo evolutivo.

Nella simulazione condotta in questo studio la maggior parte delle mutazioni sono quasi neutrali quando vengono fissate e hanno perciò uno scarso effetto sulla stabilità delle proteina. Ma le stesse mutazioni risulterebbero deleterie per la proteina se venissero introdotte prima, in uno stadio evolutivo precedente e in un contesto genetico diverso. Quindi, le mutazioni che vengono fissate dipendono dalle sostituzioni avvenute in precedenza. Una considerevole parte delle sostituzioni amminoacidiche che avvengono all’interno della sequenza della proteina dimostra di essere contingente, rispetto a ciò che è accaduto in passato. La contingenza evolutiva mostra come la probabilità di fissazione di ogni sostituzione dipenda dalle circostanze nelle quali essa interviene. Dall’altra parte, i risultati delle simulazioni dimostrano che una volta fissate le mutazioni diventano nel tempo sempre più “radicate” e tornare indietro diventa non solo sempre più difficile ma anche dannoso per la stabilità della proteina.

È proprio il fenomeno dell’epistasi a rendere l’evoluzione di questa proteina contingente, rispetto agli eventi passati. La contingenza, dunque, è qualcosa di diverso e di più profondo rispetto al caso. Dal punto di vista pratico possiamo trattare come casuale la singola mutazione che avviene in un certo istante, essendo il risultato di una complessa catena di cause ed effetti che si svolgono a livello microscopico e che è, di fatto, impossibile da ricostruire secondo un modello deterministico. Il carattere contingente dell’evoluzione non è rappresentato solo da fenomeni come l’epistasi, ma appartiene alla sua stessa natura. Come del resto la vita di ognuno e la storia umana, anche l’evoluzione si svolge, in ogni istante, in uno scenario che è il frutto di ciò che è già avvenuto, dai tempi più remoti fino a quelli più recenti, in uno scenario aperto a diverse possibilità.


Riferimento:
Premal Shah, David M. McCandlish, and Joshua B. Plotkin. Contingency and entrenchment in protein evolution under purifying selection. PNAS, June 2015 DOI: 10.1073/pnas.1412933112