(Phys.org)—Una delle cose più sconcertanti dell'evoluzione è che, anche dopo 4 miliardi di anni, non si è fermato. Invece di culminare in una singola specie meglio adattata, oggi la Terra contiene circa 8,7 milioni di specie diverse, tutte cose che un giorno si estingueranno quando una varietà di nuove specie prenderà il loro posto.

Sebbene gli scienziati abbiano cercato di modellare queste dinamiche evolutive in laboratorio, ad esempio utilizzando sistemi di molecole che cambiano in qualche modo nel tempo, la maggior parte di questi modelli alla fine genera una singola specie dominante e poi si ferma. Gli scienziati non capiscono ancora completamente come l'evoluzione continui a generare nuove specie, che è noto verificarsi anche in assenza di pressioni esterne mutevoli.

Ora in un nuovo studio, un team di fisici ha sviluppato un modello teorico e sperimentale di evoluzione che continua senza fine, anche in condizioni esterne costanti. Il modello può aiutare gli scienziati a capire meglio come la biosfera continua ad evolversi per miliardi di anni.

"Speriamo di comprendere le condizioni necessarie delle statistiche darwiniane, in particolare, la coesistenza di specie che hanno ciascuna una vita finita, che emergono con l'evoluzione darwiniana, " coautore Albrecht Ott alla Saarland University di Saarbruecken, Germania, detto Phys.org . "Questo sembra un grosso problema che la ricerca sull'origine della vita deve affrontare. Inoltre, i sistemi molecolari possono aiutare a chiarire i meccanismi di speciazione, in particolare l'emergere e la scomparsa di nicchie".

Il nuovo sistema modello è costituito da polimeri di DNA lineare di diverse lunghezze, dove la lunghezza di un polimero determina la sua "specie". I polimeri possono riprodursi (creando polimeri della stessa lunghezza) o unirsi insieme tramite l'enzima legante il polimero DNA ligasi (creando polimeri più lunghi, che sono nuove specie).

Nei loro esperimenti, i ricercatori hanno iniziato con polimeri lunghi 10 o 20 paia di basi. Dopo averli esposti a variazioni di temperatura che hanno favorito la riproduzione e il legame a vari gradi, i ricercatori hanno scoperto che cominciarono ad emergere polimeri di diverse lunghezze.

I risultati hanno rivelato che l'evoluzione delle specie dipende da quale meccanismo di crescita domina. Nelle situazioni in cui domina il meccanismo di legatura, vengono generate tutte le possibili lunghezze del polimero (tutti i multipli di 20 a partire da una lunghezza di 20, come 40, 60, 80, e 100 paia di basi e oltre).

Ma quando domina la riproduzione, compaiono solo determinate lunghezze (nello specifico, lunghezze di 10, 20, 40, 80, o 160 paia di basi), e solo per periodi di tempo limitati. Ogni lunghezza del polimero segue uno schema in cui i suoi numeri aumentano esponenzialmente, poi plateau, e infine diminuire, permettendo l'emergere di nuove lunghezze di polimeri.

In queste situazioni di dominanza riproduttiva, l'evoluzione di polimeri di diversa lunghezza presenta somiglianze con l'evoluzione darwiniana. Come spiegano i ricercatori, è la dinamica dell'intero sistema che seleziona un particolare, nuove specie (lunghezza del polimero) in modo tale da poter utilizzare la situazione esistente nel modo più efficiente per moltiplicarsi. Ogni volta, il sistema sfugge a questo dominio creando una nuova specie che usa la nuova situazione a proprio vantaggio.

"Crediamo di aver creato un sistema modello che espone un meccanismo dinamico che riflette i tratti essenziali dell'evoluzione darwiniana, ", ha affermato il coautore Karsten Kruse della Saarland University. "In una situazione dominata dalla riproduzione, nel nostro sistema, si verificano solo alcuni tipi di riproduttori molecolari:quelli che beneficiano maggiormente di una data situazione. Però, queste "specie" non riescono a dominare la situazione a causa dell'emergere di altre specie sempre nuove".

Nel futuro, i ricercatori intendono modificare il modello in modo che le molecole acquisiscano funzionalità, rendendoli più simili alle specie biologiche.

"Sebbene la semplicità del nostro sistema sia ciò che ne costituisce la qualità e rende il messaggio così chiaro, non è chiaro come ideare un sistema più complesso che consenta nuove funzionalità in un ambiente darwiniano, " ha detto Ott. "Questo è qualcosa che abbiamo intenzione di affrontare in futuro."