3: La biodiversità marina

La biodiversità marina

Origine ed evoluzione della vita in mare

Due elementi sono fondamentali per dare origine alla vita:

• Presenza di acqua allo stato liquido.
• Presenza di polimeri organici come acidi nucleici e proteine.

Circa 4.5 miliardi di anni fa le rocce fuse liberavano gas, i quali giunti sulla superficie hanno fornito le materie prime per la formazione dell’atmosfera e dell’oceano primitivo. La fusione del nucleo ha poi portato alla differenziazione di regioni con densità diverse: gli elementi pesanti si sono spostati verso il centro della terra costituendo un nucleo fuso, mentre i silicati (più leggeri) si sono mossi verso la superficie. Questa stratificazione del pianeta ha dato luogo alla tettonica, fenomeno che a sua volta ha portato alla formazione dei continenti.

Inizialmente la luna era molto vicina alla terra e ciò aveva come conseguenza la formazione di numerose maree, il cui attrito ha dissipato progressivamente l’energia di rotazione della terra, rallentandone il movimento. Con la formazione degli oceani si sono poste le basi per l’origine della vita. Con “mare primigenio” si intende l’ambiente primitivo da cui ha preso origine la vita e il processo evolutivo delle varie forme viventi. I primi organismi viventi comparvero sotto forma di coacervi di molecole complesse, nutrendosi di molecole organiche.

L’atmosfera inizialmente era composta da metano, ammoniaca e idrogeno e successivamente da anidride carbonica, azoto e vapore acqueo. La vita è basata su polimeri come gli acidi nucleici e le proteine, che svolgono le funzioni biologiche di replicazione e catalisi. Queste molecole sono state sintetizzate a partire dall’assemblaggio di monomeri semplici. Nel periodo successivo alla formazione della terra, i composti organici erano assenti a causa delle alte temperature in superficie: una diminuzione di temperatura della superficie comporta l’accumularsi di composti organici sui fondali marini.

Nel 1920 si pensò che un “brodo primordiale” si sia formato da materia non vivente. Nel 1953 si studiò che le condizioni della terra primordiale derivassero a partire da reagenti, i quali interagiscono con metano, idrogeno e ammoniaca. Una proprietà caratteristica ed identificativa della vita è la replicazione. La vita dalla non vita viene si distingue grazie alle capacità:

• Effettuare copie di se stessi;
• Rendere attiva la molecola che potrebbe essere utilizzata nel processo di replicazione;
• Durare abbastanza per garantire la replicazione e di conseguenza la sopravvivenza della prole.

Molecole di RNA in grado di promuovere la propria auto-replicazione, si sono evolute in proteine e DNA. A partire da circa 3.5 miliardi di anni fa la vita si sarebbe evoluta in organismi unicellulari, simili ai cianobatteri. Tutte le classi del regno animale sono presenti in mare.

Meccanismi di speciazione in mare

La speciazione è il processo che porta alla nascita di nuove specie. Se l’adattamento è di tipo plastico (cambia con il variare delle condizioni ambientali) e non acquista una valenza genetica, fa parte dello spettro di tolleranza dell’organismo; se invece il cambiamento ambientale determina una selezione genetica per alcuni organismi, si hanno le basi per un processo di speciazione. Questa nascita di nuove specie avviene tramite due modalità:

• Anagenesi (o evoluzione filetica): popolazione ancestrale subisce un cambiamento graduale nel tempo.
• Cladogenesi (o speciazione): popolazione originaria si suddivide in più sub popolazioni che costituiscono nuove specie. È l’unico meccanismo che porta alla diversificazione evolutiva e quindi all’aumento del numero di specie.

La speciazione rappresenta l’origine della discontinuità riproduttiva tra popolazioni precedentemente interfeconde. Perché la speciazione abbia successo è necessario che le popolazioni in via di differenziamento siano protette dall’influsso dei geni portati da individui che migrano dalle popolazioni circostanti. La diffusione di geni dovuta a fenomeni di migrazione è detta flusso genico, il quale tende a rendere più omogenee le popolazione, riducendone le differenze. Quando il flusso è interrotto dai meccanismi di isolamento riproduttivo, allora aumenta la possibilità di formazione di una nuova specie. Con il termine di isolamento riproduttivo, si indica quel fenomeno per cui gruppi di individui della stessa specie rimangono separati e non hanno possibilità di scambiare geni.

Esistono diversi processi di speciazione:

• Speciazione allopatrica o geografica: prevede la presenza di barriere fisiche che impediscono il contatto dei due gruppi in precedenza appartenenti alla stessa specie. Questo tipo di speciazione può avvenire secondo due modelli:
  • Dicopatrico: popolazione ancestrale di grande dimensione viene suddivisa in due sub-popolazioni tramite una barriera fisica che gli individui non sono in grado di superare. Successivamente le popolazioni accumulano differenze genetiche tali da determinare l’isolamento riproduttivo.
  • Peripatrico: si parte da pochi individui isolati geograficamente dalla popolazione di origine a causa della frammentazione di questa o in seguito all’occupazione di una nuova area (dispersione). Il patrimonio genetico sarà differente da quello della popolazione d’origine a causa della deriva genetica (effetto del fondatore).

  Una volta che la barriera non c’è più si verificano differenti condizioni:

  • Le due popolazioni non si incrociano;
  • Le due popolazioni si incrociano, ma tendono a fondersi in un’unica popolazione a causa della riduzione della fitness degli ibridi che non è molto alta;
  • Le due popolazioni si incrociano, ma gli ibridi hanno vitalità ridotta e per questo motivo saranno favoriti gli incroci fra membri della stessa popolazione.
• Speciazione simpatrica: i due gruppi appartenenti alla stessa specie si isolano da un punto di vista riproduttivo, senza il bisogno di barriere fisiche. Le forze riproduttive agiscono in parti differenti di una popolazione a distribuzione continua.
• Speciazione parapatrica o semigeografica: si ha in specie ad ampia distribuzione in cui l’isolamento riproduttivo si instaura tra membri di popolazioni adiacenti in assenza di barriere geografiche.

Biodiversità nei processi storici

I dati storici...