Quali fattori guidano l’origine e l’estinzione delle specie? Dai fossili di felce nuove risposte a vecchi interrogativi

Estinzione e speciazione non sono influenzati dagli stessi fattori: i cambiamenti geologici e climatici favoriscono l’estinzione, mentre non influiscono sulla velocità di speciazione che è un processo sostanzialmente opportunistico accelerato dalla disponibilità di nicchie ecologiche

Nel corso della vita sulla Terra innumerevoli specie si sono originate e poi estinte, nuovi gruppi di organismi sono fioriti a scapito di quelli precedenti e la biodiversità globale ha subito variazioni drammatiche durante le ere geologiche. Quali siano le forze che, interagendo nel tempo e nello spazio, hanno guidato la diversificazione e la scomparsa di interi cladi e singole specie è una domanda che i biologi si pongono da sempre.

Due sono i modelli tradizionalmente utilizzati per spiegare l’effetto delle interazioni biotiche e abiotiche sulle dinamiche evolutive: il modello della “Regina Rossa” (Red Queen) e quello del “Buffone di Corte” (Court Jester) (Pikaia ne ha parlato qui). Nel modello della “Regina Rossa”, le interazioni biotiche, come competizione e coevoluzione, sono considerate le forze che maggiormente guidano la diversificazione delle specie. Nel modello del “Buffone di Corte” invece, sono principalmente le interazioni abiotiche tra gli organismi e l’ambiente ad influenzare questo processo. Entrambi i modelli sono utili a spiegare alcuni aspetti della storia evolutiva degli organismi, eppure non sono in grado di dar conto di tutti i processi che influenzano lo sviluppo e la decadenza della biodiversità.

Un gruppo di ricerca dell’Università di Turku ha condotto uno nuovo studio per testare con un modello statistico (bayesiano) l’impatto che fattori abiotici (modello Buffone di Corte) biotici (modello Regina Rossa) hanno sulla diversificazione, estinzione e speciazione delle felci (Pteridophyta), che sono il più antico gruppo di piante vascolari terrestri comparse circa 400 milioni di anni fa nel Devoniano inferiore.

Le felci sebbene siano spesso considerate un “relitto” dell’era dei dinosauri, hanno attraversato immani cambiamenti ambientali, non meno di quattro estinzioni di massa e sono sopravvissute alla competizione con le nuove specie di piante, fino ad essere oggi presenti con circa 11000 specie di cui molte epifite che si sono coevolute con le angiosperme: sono dunque un ottimo modello di studio per studiare i processi e i meccanismi che regolano l’andamento della biodiversità.

Per valutare i livelli di diversità delle specie di felci estinte i ricercatori hanno utilizzato i dati raccolti dalle testimonianze fossili, mentre per valutare la diversità delle specie viventi sono stati utilizzati dati di filogenesi molecolare. Per testare l’associazione tra i dati di diversità e i modelli evolutivi diversi modelli evolutivi queste informazioni sono state poi integrate con dati ecologici e le variazioni osservate nella diversità della felci sono state poi confrontate con la variazione in altri gruppi di piante e cambiamenti dell’ambiente, come la deriva continentale e i cambiamenti climatici.

I risultati di questo lavoro hanno evidenziato come i fattori che influenzano l’estinzione e l’origine delle specie siano diversi: i cambiamenti nell’ambiente (fattori abiotici) influenzano fortemente le estinzioni ma, sorprendentemente, non sembrano avere effetti sull’origine di nuove specie. La speciazione, invece, è un processo neutrale che si accelera quando la diversità delle felci è più bassa (fattori biotici). Quindi il primo fattore che guida le dinamiche di diversificazione (almeno nelle felci) è la variazione dell’ambiente, che determina le estinzioni, mentre la speciazione è il risultato di una occupazione opportunistica delle nicchie ecologiche disponibili.

I modelli evolutivi tradizionali (Regina Rossa/Buffone di Corte) sono quindi due facce della stessa medaglia e per funzionare devono studiare estinzione e speciazione separatamente.


Riferimenti
Lehtonen,et al Environmentally driven extinction and opportunistic origination explain fern diversification patterns. Scientific Reports, 2017; 7 (1) doi: 10.1038/s41598-017-05263-7

Immagine: di L. Shyamal , licenza di pubblico dominio CC BY-SA 2.5