Un nuovo modello matematico sviluppato presso l’Università dell’Illinois a Urbana-Champaign rivela come i principali gruppi evolutivi, come i phyla o le classi, derivino dalla diversità esistente all’interno di una popolazione di organismi. Il modello si basa su teorie precedenti come l’equilibrio punteggiato e l’evoluzione neutra, ma tiene conto esplicitamente delle fluttuazioni nella diversità genetica della popolazione nel tempo.

Il modello, descritto in un recente studio pubblicato sulla rivista Nature Communications, suggerisce che le principali transizioni nell’evoluzione si verificano quando le popolazioni attraversano periodi di rapida divergenza genetica, seguiti da periodi di stasi genetica. Questi periodi di divergenza e stasi sono guidati da fluttuazioni nella dimensione della popolazione, che a loro volta sono influenzate da vari fattori ambientali.

"Il nostro modello fornisce un quadro teorico per comprendere come nascono i principali gruppi evolutivi", ha affermato l'autore principale dello studio, il dottor Daniel W. McShea, professore di ecologia ed evoluzione all'Illinois. "È un nuovo modo di pensare al ruolo della diversità genetica nel promuovere l'innovazione evolutiva e nel generare nuove forme di vita."

Una delle informazioni chiave del modello è che i periodi di divergenza genetica hanno maggiori probabilità di verificarsi in popolazioni più piccole. Questo perché le popolazioni più piccole sono più suscettibili agli effetti della deriva genetica, che è una fluttuazione casuale nella frequenza dei geni in una popolazione. La deriva genetica può far sì che le mutazioni benefiche si fissino più rapidamente in popolazioni più piccole, portando a un’evoluzione più rapida.

Al contrario, periodi di stasi genetica hanno maggiori probabilità di verificarsi in popolazioni più numerose. Questo perché popolazioni più numerose hanno maggiori probabilità di avere un livello più elevato di diversità genetica, che attenua gli effetti della deriva genetica. Una maggiore diversità genetica può anche consentire l’accumulo di varianti genetiche che potrebbero conferire vantaggi in termini di fitness in futuro, ponendo le basi per successivi periodi di divergenza.

Il modello suggerisce inoltre che le fluttuazioni ambientali possono svolgere un ruolo nell’innescare importanti transizioni evolutive. Ad esempio, un improvviso aumento della disponibilità di una nuova risorsa, o un cambiamento climatico, potrebbero far sì che una popolazione si divida rapidamente in nuovi gruppi adattati alle nuove condizioni.

"L'interazione dinamica tra la diversità genetica della popolazione e le fluttuazioni ambientali è un motore fondamentale dell'innovazione e della diversificazione evolutiva", ha affermato McShea. “Il nostro modello fornisce un nuovo modo per comprendere questa interazione ed esplorare i meccanismi che modellano il corso dell’evoluzione su scale temporali di lunga durata”.

I ricercatori sperano che il loro modello possa ispirare ulteriori studi teorici ed empirici per indagare il ruolo della diversità genetica e delle fluttuazioni ambientali nel processo di evoluzione. Comprendendo meglio i fattori che contribuiscono alle principali transizioni evolutive, gli scienziati possono acquisire nuove conoscenze sulla storia della vita sulla Terra e sul potenziale di futuri cambiamenti evolutivi.