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Filogenesi

Che cos'è la filogenesi?

La filogenesi è il processo di ricostruzione dei rapporti evolutivi esistenti tra le specie, al fine di descrivere la storia evolutiva dei viventi.

Si concretizza nella realizzazione di schemi grafici in cui le distanze evolutive tra le specie siano chiaramente identificabili ed in cui si evidenzino i punti di divergenza tra specie affini attraverso l’identificazione di antenati comuni.

Il più classico esempio di rappresentazione grafica della filogenesi è l’albero genealogico.

Attraverso lo studio della filogenesi si ottengono informazioni utili anche ai tassonomisti per raggruppare gli organismi in clade che abbiano una corrispondenza con le evidenze evolutive.

Lo studio della filogenesi è in definitiva uno sguardo all’evoluzione. Le principali spinte evolutive infatti hanno portato alla diversificazione del mondo naturale attraverso fenomeni di divergenza evolutiva e di convergenza adattativa la cui ricostruzione è l’elemento chiave per la definizione dei rapporti filogenetici tra specie e gruppi.

I meccanismi di indagine dei rapporti evolutivi si basano su due approcci molto distanti, uno di tipo morfologico ed un di tipo molecolare.

Approccio morfologico alla filogenesi

L’approccio morfologico è l’approccio classico, che parte dal presupposto che l’esistenza di caratteri comuni sia indice di un passato evolutivo comune.

In questa indagine diventa indispensabile la ricerca dell’ ”antenato comune”, ricercato attraverso l’evidenza della presenza di un carattere morfologico ben preciso che, essendo in comune tra due gruppi più o meno distanti, doveva essere presente in un qualche organismo di cui entrambi sono discendenti e da cui lo avrebbero ereditato.

A volte il percorso che si fa per ricostruire la filogenesi di un organismo è un percorso opposto: posto che l’analisi morfologica non permette di chiarire il posizionamento filogenetico di una specie o di un gruppo, si ricercano antenati di quest’ultimo che posseggano ancora dei tratti in comune con altri organismi della stessa linea evolutiva andati perduti nell’evoluzione della specie oggetto dello studio.

Un processo di questo tipo è stato determinante, ad esempio, per definire la filogenesi dei cetacei.

Se, infatti, appariva chiaro che questi si fossero evoluti da antenati terrestri, non era altrettanto evidente quale fosse il gruppo di animali terrestri da cui questi si fossero divisi prendendo la via della vita acquatica.

La risposta è arrivata dall’analisi di reperti fossili di balene ancestrali, in cui gli arti posteriori erano ancora presenti e in cui è stato possibile osservare la forma di un particolare osso, l’astragalo, che, confrontato con quello dei principali gruppi di mammiferi, ha permesso di attribuire alle balena l’appartenenza agli artiodattili, portando così alla definizione di un nuovo gruppo, i “cetartiodattili” che comprende i cetacei e gli altri artiodattili quali antilopi, giraffe, maiali, cervi ed ippopotami, questi ultimi uniti a delfini e balene a formare un  unico sottordine, quello dei Cetancodonta. 

L’utilizzo delle somiglianze morfologiche per definire la filogenesi delle specie deve tenere in grande considerazione il fenomeno della convergenza adattativa, quel processo per il quale organismi che occupano la medesima nicchia ecologica finiscono con lo sviluppare caratteri morfologici simili, in maniera indipendente gli uni dagli altri.

Un classico caso di convergenza adattativa e’ quello delle ali, sviluppatesi in maniera indipendente in uccelli, insetti e pipistrelli pur senza che vi sia alcun legame filogenetico tra di essi.

Approccio molecolare alla filogenesi

Un altro approccio, più moderno, è dato dall’analisi delle somiglianze molecolari. Molte molecole infatti sono così importanti da essere presenti con le medesime funzioni in molti gruppi di organismi, spesso anche molto lontani tra loro dal punto di vista evolutivo.

Sebbene queste molecole siano presenti in più specie, esse non sono tra di loro del tutto identiche.

Stiamo parlando soprattutto di molecole di tipo proteico o acidi nucleici, molecole cioè formate dalla sequenza di un elevatissimo numero di componenti di base, che nelle proteine sono gli amminoacidi e negli acidi nucleici sono le basi azotate.

La presenza di lunghe catene amminoacidiche o nucleotidiche fa si che tra organismi differenti la stessa molecola presenti delle piccole differenze le quali, pur non andando a modificare sostanzialmente il ruolo e le funzioni di quella molecola, rappresentano un modo per misurare la distanza evolutiva tra le specie.

Tenendo presente i dati statistici sulla frequenza delle mutazioni è infatti possibile risalire al momento in cui sarebbe avvenuta la separazione tra due specie, sulla base del numero di amminoacidi o basi azotate che differiscono nelle due molecole.

L’approccio molecolare si sta rivelando sempre più importante per riscrivere la storia naturale del nostro pianeta, permettendo di evidenziare vicinanze evolutive impossibile da determinare attraverso le analisi morfologiche e gettando nuova luce sui meccanismi che hanno portato la vita sul pianeta ad essere quella che noi conosciamo

L’albero filogenetico

Come detto, la rappresentazione schematica risultante dall’analisi filogenetica è rappresentata dal cosiddetto albero, in cui partendo dalle radici verso i rami più esterni è possibile osservare i vari passaggi che hanno portato alla diversificazione delle specie da un antenato comune fino alla distribuzione delle specie attuali.

La radice dell’albero rappresenta l’antenato comune a tutti gli organismi rappresentati sull’albero, mentre ad ogni nodo si colloca l’antenato comune più recente tra tutti gli organismi che si collocano ai nodi successivi.

La lunghezza dei rami rappresenta la distanza evolutiva tra le specie in termini di tempo o di numero di modifiche molecolari.

Albero filogenetico radicato

Figura 1: albero filogenetico radicato.

Esiste anche la possibilità di descrivere i risultati con un albero non radicato, dove è evidente solo la distanza evolutiva tra gli organismi ma non le loro relazioni in termini evolutivi.

Albero filogenetico non radicato

Figura 2: albero filogenetico non radicato.

Gruppi monofiletici, parafiletici, polifiletici

L’analisi delle somiglianze nelle componenti morfologiche e funzionali ha portato all’elaborazione, da parte dei tassonomi, di gruppi di organismi organizzati in taxa secondo uno schema gerarchico.

Talvolta, dall’esame molecolare o da studi più approfonditi, si osserva come la corrispondenza tra filogenesi e raggruppamento tassonomico non corrisponda.

Si definiscono pertanto tre possibili tipi di raggruppamenti:

1) Gruppo monofiletico: è il gruppo naturale completo, in cui è rappresentato il più recente antenato comune di tutti i rappresentanti e tutti i discendenti che de esso siano derivati. I mammiferi sono un gruppo monofiletico.

2) Gruppo parafiletico: è un gruppo naturale incompleto: tutti i componenti sono discendenti dello stesso antenato comune, il quale è rappresentato nel gruppo, ma il raggruppamento esclude alcuni organismi che pure discendono dal medesimo antenato. Quello dei dinosauri in senso classico, ad esempio, è un gruppo parafiletico poiché non contempla gli uccelli che invece, dal punto di vista evolutivo, ne dovrebbero fare parte.

3) Gruppo polifiletico: è un raggruppamento del tutto innaturale, in cui i membri non sono vincolati da stretti rapporti evolutivi non essendo discendenti di uno stesso progenitore. E’ il caso, ad esempio delle alghe verdi.

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