Definizione di evoluzione convergente
L’evoluzione convergente è il processo in cui organismi che non sono strettamente correlati evolvono indipendentemente caratteristiche simili. Gli adattamenti possono assumere la forma di forme corporee simili, colori, organi e altri adattamenti che costituiscono il fenotipo dell’organismo.
L’evoluzione convergente crea strutture analoghe o ‘omoplasie’, quelle che hanno forme o funzioni simili tra specie divergenti, ma che non erano presenti nell’antenato comune delle due. D’altra parte, le strutture omologhe, cioè un organo o un osso specifico che appare in molti organismi diversi, anche se spesso in una forma leggermente diversa, possono indicare una divergenza da un antenato comune.
Ci sono diverse circostanze che possono determinare un’evoluzione convergente. Spesso, la convergenza si verifica quando gli organismi devono adattarsi a condizioni ambientali simili, come nell’evoluzione delle foglie spesse che trattengono l’acqua e degli aculei sui cactus e sulle specie di Euphorbia, che sono adattati a tollerare condizioni di estrema siccità ma sono originari di continenti diversi. Può anche verificarsi quando due diversi organismi occupano una nicchia simile, per esempio, la colorazione verde criptica dei boa smeraldo (Corallus caninus) del Sud America e dei pitoni verdi (Chondropython viridis) dell’Australia, che vivono entrambi in alto nel baldacchino di foreste pluviali simili e occupano una nicchia che predano gli uccelli.
La convergenza del ciclo di vita e dei tratti comportamentali, come le strutture di colonie sociali simili tra i topi talpa nudi (Heterocephalus glaber) e molte specie di api e formiche sociali, può avvenire anche per massimizzare il successo riproduttivo degli individui e all’interno delle colonie. A livello molecolare, l’evoluzione indipendente di proteine e tossine si è verificata anche in molti phyla separati; per esempio, gli anemoni di mare (Cnidaria), i serpenti (Vertebrati), gli scorpioni (Artropodi) e le lumache a cono (Molluschi) producono tutti neurotossine che agiscono in modo simile sui recettori neurotrasmettitoriali delle loro prede.
L’evoluzione convergente può avvenire anche attraverso complessi mimetici, in cui gli organismi si evolvono per replicare la morfologia di altre specie. Questo adattamento avvantaggia il mimico sia in termini di protezione quando imita il fenotipo di un organismo che è tossico o altrimenti pericoloso (mimetismo batesiano), o permettendo al mimico di sfruttare una risorsa o un’interazione essendo scambiato per il modello (mimetismo mülleriano).
Il processo di evoluzione convergente è in contrasto con l’evoluzione divergente, per cui le specie strettamente correlate evolvono tratti diversi, e l’evoluzione parallela, in cui tratti simili si sviluppano in specie correlate, ma distinte, da un antenato comune ma da cladi diversi.
Esempi di evoluzione convergente
Evoluzione convergente delle ali
Un esempio diffuso di evoluzione convergente è l’evoluzione delle ali e del volo a motore negli uccelli, nei pipistrelli e negli pterosauri (ora estinti), ognuno dei quali appartiene a una diversa classe di organismi e quindi hanno antenati comuni molto lontani.
Le prove fossili hanno determinato che il volo si è evoluto negli pterosauri (rettili volanti del tardo Triassico) intorno al 225mya e negli uccelli intorno al 150mya, mentre i pipistrelli mammiferi hanno sviluppato le ali intorno al 50-60mya. L’evoluzione del volo a motore è avvenuta solo una volta in ciascuna di queste stirpi, anche se ci sono alcuni organismi, per esempio gli uccelli struzzi, che sono successivamente tornati ad essere senza volo pur mantenendo le loro strutture alari.
Le diverse strutture alari di uccelli, pipistrelli e pterosauri sono sostenute ciascuna da un arto modificato a cinque dita. Ogni arto è composto da un omero, un radio e un’ulna, un pollice e le ossa delle dita, ed è una struttura omologa, contenente le stesse ossa che compongono gli arti di molti animali tra cui gli esseri umani, le balene e i coccodrilli; tuttavia, la forma di ogni osso differisce notevolmente tra ogni forma.
Un quarto dito allungato forma l’ala dello pterosauro, con le altre dita usate come artigli. Negli uccelli, un raggio e un’ulna allungati, così come le ossa delle dita fuse insieme per la forza, sostengono l’ala. Infine, le ali di un pipistrello differiscono in quanto sono formate da una membrana che è tesa su quattro dita allungate. La ragione per cui ognuna di queste diverse formazioni ossee si traduce nella stessa forma dell’ala è dovuta alla fisica di base del volo: ali di forma molto diversa non permetterebbero all’animale di volare.
Anche se gli uccelli e gli pterosauri condividono un antenato comune molto lontano, e gli uccelli condividono anche un antenato comune con i pipistrelli, nessuno di questi antenati aveva ali o era in grado di volare. In ognuno di questi lignaggi, l’ala è quindi una struttura analoga perché le ossa sono state disposte in modo diverso per ottenere indipendentemente una struttura funzionalmente simile.
Evoluzione convergente tra mammiferi placentali e marsupiali
I mammiferi placentali, che hanno prole che subisce la gestazione all’interno dell’utero e nasce abbastanza avanzata, e i marsupiali, la cui prole nasce molto immatura e continua a svilupparsi all’interno di un sacchetto sul corpo della madre, divergevano da un antenato comune circa 100 milioni di anni fa.
Separati dalla divisione dei continenti, i mammiferi si sono evoluti per occupare nicchie in Europa, Africa e America, mentre i marsupiali hanno occupato nicchie simili in Australia e nelle isole circostanti; questa storia ha prodotto molti esempi di evoluzione convergente.
Gli animali di ciascun gruppo hanno sviluppato strutture analoghe simili a seconda di fattori come l’habitat, le abitudini alimentari e le esigenze di locomozione.
Gli animali che scavano si sono evoluti nella talpa e nel marsupiale talpa, che hanno forme corporee simili, artigli per scavare e mancano di una vista efficiente.
Il Thylacine (ora estinto) riempiva la stessa nicchia del lupo: un predatore apicale con denti affilati, mascelle potenti e velocità per cacciare con successo.
Gli scoiattoli volanti placentari e i marsupiali Sugar Glider si sono entrambi evoluti dallo stesso antenato comune senza volo, che si è diviso circa 65 milioni di anni fa. Questi due animali sono estremamente simili nell’aspetto e nel comportamento; sono approssimativamente della stessa dimensione, hanno grandi occhi per la ricerca nel buio, sono ricoperti di morbida pelliccia e hanno il ventre leggero. Le strutture simili alle ali sono fatte di pelle, che viene tesa tra l’arto anteriore e quello posteriore, e non permettono il volo assistito. Tuttavia, si teorizza che queste possano essere strutture analoghe che appaiono come un precursore del volo.
Le immagini mostrano la pelle tesa tra gli arti di uno Sugar Glider e di uno Scoiattolo Volante, evoluti per permettere il movimento planatorio.
Altri esempi di evoluzione convergente
- L’evoluzione di occhi complessi nei vertebrati, nei cefalopodi (calamari e polpi) e negli artropodi (crostacei, insetti e ragni).
- La forma affusolata del corpo di delfini, squali e ittiosauri (estinti).
- L’evoluzione dell’ecolocalizzazione in balene e pipistrelli.
- La forma della conchiglia appaiata di molluschi bivalvi e brachiopodi.
- La capacità di produrre seta di ragni, bachi da seta, falene della seta e formiche tessitrici.
- Le lunghe strutture (lingue e becchi) evolute per raccogliere il nettare nei colibrì, nelle api, nelle falene e nelle farfalle.
- L’evoluzione delle macchie oculari sulle ali delle farfalle e le code dei pesci.
- Le spine sul corpo delle echidne (monotremi), dei ricci (mammiferi) e degli istrici (roditori).
- L’alimentazione con filtri in molte balene (come le megattere e i fanoni), negli squali (come gli squali balena e gli squali elefante) e nelle mante.
- L’evoluzione del fusto legnoso nelle piante da seme, negli equiseti e negli alberi.
- La capacità di costruire la barriera corallina di molti organismi marini come coralli, spugne, cnidari e batteri.
- Evoluzione divergente – L’evoluzione e l’accumulo di tratti diversi tra gruppi, che porta alla formazione di nuove specie.
- Strutture vestigiali – Una struttura o un attributo che è presente in un organismo ma che ha perso la sua funzione ancestrale.
- Strutture analoghe – Un organo o una struttura che è visivamente simile o svolge la stessa funzione in due specie diverse, anche se non è presente nel loro antenato comune.
- Strutture omologhe – Un organo o una struttura nel corpo, che è ereditato da un antenato comune tra le specie.
Quiz
1. Le strutture analoghe sono:
A. Strutture che rimangono invariate nel corso dell’evoluzione
B. Strutture che sono condivise con gli antenati comuni di altre specie
C. Strutture che sono simili in funzione o aspetto in due specie che non sono presenti nel loro antenato comune
D. Strutture che sono presenti negli antenati comuni di due specie e non sono ancora presenti
2. Quale dei seguenti NON è un esempio di evoluzione convergente? Le capacità di mimetizzazione del polpo e dei camaleonti che cambiano colore
B. La presenza di strutture polmonari negli esseri umani e nei gatti
C. Le forme del corpo affusolate nei serpenti e nelle lucertole senza gambe
D. La simile forma delle ali di falene e pipistrelli