Definizione di adattamento
Un adattamento, o tratto adattivo, è una caratteristica prodotta dal DNA o dall’interazione dell’epigenoma con l’ambiente. Anche se non tutti gli adattamenti sono totalmente positivi, perché un adattamento persista in una popolazione deve aumentare la fitness o il successo riproduttivo. Tutta la prole, sia che si formi sessualmente o asessualmente, eredita i suoi tratti dai genitori. Nella riproduzione asessuata si creano cloni per lo più identici.
L’adattamento nasce nelle popolazioni asessuate attraverso mutazioni nel DNA, errori di copiatura del DNA, o l’interazione del DNA con i cambiamenti dell’ambiente. Nelle popolazioni che si riproducono sessualmente, l’adattamento avviene attraverso meccanismi simili con gli effetti aggiunti della ricombinazione durante la meiosi e una molecola di DNA più complessa. Un adattamento può diventare vestigiale, o inutilizzato, quando i cambiamenti nella popolazione o nell’ambiente lo rendono inutile. Un adattamento ha anche alcuni compromessi, come l’energia necessaria per creare un adattamento o l’aumento della predazione che un adattamento può causare.
Tipi di adattamento
Mutazione genetica e ricombinazione
L’acido desossiribonucleico, o DNA, è la molecola che porta le informazioni necessarie per creare e mantenere la vita. Il DNA è composto da una serie di nucleotidi, 4 piccole sostanze chimiche che si concatenano. La sequenza di queste sostanze chimiche può essere letta da enzimi e organelli specializzati all’interno delle cellule per produrre nuove proteine. Queste proteine hanno varie funzioni e determinano il funzionamento della cellula nel suo ambiente.
Da quando le prime proteine e i primi costituenti cellulari si sono aggregati per formare la prima cellula autoreplicante, l’interazione tra DNA e ambiente ha guidato l’adattamento. Gli organismi unicellulari si basano esclusivamente sull’adattamento molecolare, poiché la loro struttura di base proibisce la natura complessa dello sviluppo di nuove arti e altre strutture. Invece, un adattamento in un procariote deriva da mutazioni vantaggiose all’interno del loro DNA che creano nuove proteine o alterano gli effetti delle proteine attuali. Le reazioni chimiche attivate da queste proteine permettono agli organismi di raccogliere in modo più efficiente le sostanze nutritive, crescere e dividersi. L’adattamento persiste nella popolazione finché aumenta la fitness e la riproduzione.
Negli eucarioti e nelle specie pluricellulari, il processo di mutazione guida anche l’adattamento. Come nei procarioti, il DNA è controllato da un sistema di proteine che interagisce con l’ambiente, noto come epigenoma. Negli eucarioti, la complessità di questo sistema è aumentata. Un adattamento può influenzare l’organismo a qualsiasi livello, dalla creazione di un modo diverso di replicare il DNA allo sviluppo di organelli e strutture del corpo completamente nuovi. Gli studi hanno dimostrato che le mutazioni sono spesso deleterie, o non adattano l’organismo all’ambiente. Queste mutazioni non sono tipicamente considerate adattamenti perché non persistono nella popolazione ad alti livelli. Tuttavia, quando l’ambiente cambia, i tratti mal adattati possono diventare benefici e persistere come adattamento a un nuovo scenario.
Cambiamenti nell’ambiente
I cambiamenti nell’ambiente sono la seconda grande categoria di adattamento. In molti casi l’epigenoma è altrettanto o più importante del DNA stesso. Grandi cambiamenti ambientali, come un cambiamento nella temperatura o nell’acidità dell’oceano, possono influenzare un gran numero di specie. Quando l’ambiente cambia, le proteine degli organismi iniziano a funzionare in modo diverso. I cambiamenti al DNA o al modo in cui l’epigenoma interagisce con il nuovo ambiente possono portare a un nuovo adattamento. Per esempio, la vita sulla Terra dipende attualmente da un sistema di ossigeno e anidride carbonica, che gli organismi usano per l’energia e la respirazione. Gli scienziati hanno stimato che questo ambiente non era presente fino a quando gli organismi fotosintetici hanno iniziato a creare ossigeno e a depositarlo nell’atmosfera. Le nuove sostanze chimiche nell’atmosfera hanno iniziato un’ondata di adattamento che ha portato al bioma attuale che abbiamo ora.
Come sempre più specie si sono differenziate, le loro interazioni tra loro hanno iniziato a guidare l’adattamento tanto quanto la semplice composizione dell’atmosfera. Vaste reti alimentari si sono sviluppate e sono andate in pezzi nel corso di miliardi di anni di vita. Questi eventi sono stati guidati in parte dalla capacità degli organismi di formare rapidamente un adattamento ad una situazione e continuare a riprodursi. Tuttavia, durante molti di questi eventi, fino al 90% delle specie non è sopravvissuto al brusco cambiamento. Mentre l’adattamento può rendere gli organismi più competitivi in un ambiente, può anche renderli meno flessibili per sopravvivere in un ambiente che cambia.
Le complesse interazioni tra gli animali hanno anche portato a diverse forme di selezione che influenzano e formano l’adattamento tra gli organismi coinvolti. Nella selezione sessuale, per esempio, le differenze e le strategie di adattamento tra i generi non sono necessariamente determinate dall’ambiente, ma semplicemente dalle strane preferenze di selezione degli individui che cercano di riprodursi. Molti uccelli mostrano maschi molto colorati, selezionati dalle femmine dai colori spenti. L’adattamento del colore nei maschi è una caratteristica usata per attrarre più femmine. L’adattamento del colore spento delle femmine, invece, è il risultato di una selezione più direzionale del rapporto predatore preda. Le femmine meno colorate hanno meno probabilità di essere individuate dai predatori. Mentre questi due tratti adattativi si contraddicono a vicenda, hanno persistito perché beneficiano i maschi e le femmine in modi diversi.
Esempi di adattamento
Beetle rinoceronte
Se hai mai visto un coleottero rinoceronte, probabilmente ti sei chiesto per cosa usa quelle enormi corna. Qui sotto c’è un coleottero rinoceronte maschio, con il suo caratteristico copricapo.
Come tutti gli artropodi, il coleottero è diviso in segmenti. Queste varie sezioni sono molto sensibili all’adattamento. Nel coleottero rinoceronte, la sezione della testa ha sviluppato queste grandi spine. I coleotteri maschi usano queste grandi sporgenze per combattere tra loro, in competizione per le femmine. Si presume che i coleotteri ancestrali avessero poche o nessuna corna. Man mano che i coleotteri competevano per le compagne nel corso di molte generazioni, le mutazioni che creavano un modo migliore per staccare l’avversario dai piedi venivano premiate. Nel corso del tempo, è emerso questo adattamento di grandi corna. Le corna con la maggiore capacità di sconfiggere gli avversari permettono a quei maschi di riprodursi di più e l’adattamento persisterà all’interno della popolazione.
Tratto digestivo nei mammiferi
Se doveste sezionare vari mammiferi, trovereste qualcosa di molto particolare nelle dimensioni e nella composizione del loro tratto digestivo. I carnivori, come i lupi e i gatti, hanno tratti digestivi molto brevi e semplici. Infatti, più un animale è carnivoro, più il tratto digestivo è corto e semplice. La carne e i prodotti animali sono facilmente digeribili. L’adattamento di un intestino corto permette a questi animali di elaborare rapidamente l’energia del loro pasto di carne, prima che inizi a marcire nel loro intestino.
Gli erbivori, invece, hanno un sistema digestivo lungo e complesso. Alcuni mammiferi, i ruminanti, hanno più stomaci per elaborare l’energia delle erbe e di altre piante dure. Gli erbivori non ruminanti hanno complesse contorsioni nelle loro budella che aumentano la superficie e la quantità di tempo che il cibo passa nel tratto digestivo. Questo adattamento permette agli animali di elaborare tutta l’energia del materiale vegetale. È interessante notare che gli esseri umani hanno un intestino molto complesso, un adattamento per gli erbivori. Parte della complessa storia dietro la dieta, la nutrizione e la salute deriva probabilmente dal fatto che la dieta occidentale si concentra sulla carne, piuttosto che sugli alimenti che il nostro corpo si è adattato a mangiare.
Quiz
1. Una volpe ha una cucciolata di 3 cuccioli. 1 dei cuccioli viene casualmente mangiato da un’aquila. Solo 1 dei cuccioli rimanenti impara a nutrirsi con successo, l’altro muore di fame. Quale dei seguenti potrebbe essere considerato un adattamento? L’apprendimento che ha permesso al sopravvissuto di nutrirsi da solo
B. Qualsiasi base genetica per l’intelligenza della volpe sopravvissuta
C. La fortuna di sopravvivere all’aquila
2. Ci sono circa 80.000 specie di animali con una colonna vertebrale di base, compreso tutto, dai pesci agli elefanti. Gli insetti, invece, rappresentano circa 5.000.000 di specie. Qual è una spiegazione per la differenza nel numero di specie? L’adattabilità della pianta del corpo degli insetti
B. Maggiore cura della prole
C. Distribuzione globale
3. Una nuova tecnica conosciuta come CRISPR (Crisp-ur) è basata sul sistema immunitario di alcuni batteri. Questi batteri, per proteggersi dall’invasione di specie di virus, immagazzinano informazioni sul virus nel proprio DNA. Così, quando si replicano, la loro prole ha una difesa contro il virus. Quale delle seguenti descrive accuratamente questo processo?
A. Adattamento
B. Apprendimento
C. Un po’ di entrambi?