30.4: Genetica della speciazione

La speciazione è il processo evolutivo che ha portato alla formazione di nuove specie distinte, gruppi di popolazioni riproduttivamente isolate.

La genetica della speciazione coinvolge i diversi tratti o meccanismi di isolamento che impediscono lo scambio genico, portando all'isolamento riproduttivo. L'isolamento riproduttivo può essere dovuto a barriere riproduttive che hanno effetti prima o dopo la formazione di uno zigote. I meccanismi pre-zigotici impediscono la fecondazione e i meccanismi post-zigotici riducono la vitalità, o capacità riproduttiva, della prole ibrida.

Ad esempio, i meccanismi pre-zigotici agiscono all'inizio del ciclo di vita di un organismo, imponendo il più forte impedimento al flusso genico e impedendo combinazioni di accoppiamento sfavorevoli. Alcune combinazioni di accoppiamento producono individui ibridi. La selezione naturale può funzionare contro la produzione di ibridi con scarsa forma fisica, aumentando così l'isolamento riproduttivo tra due specie.

Le barriere riproduttive post-zigotiche possono essere dovute all'invitabilità intrinseca degli ibridi. Le complicazioni genetiche derivanti da livelli di ploidia aberrante, diversi accordi cromosomici o incompatibilità geniche in cui gli alleli non funzionano correttamente a diversi tipi genetici e percorsi di sviluppo alternativi negli ibridi. Queste alterazioni genetiche colpiscono sia le piante che gli animali, portando all'isolamento post-zigotico e alla speciazione.

L'Epistasi, o interazioni geniche non alleliche, è una caratteristica distintiva che contribuisce alla speciazione. L'effetto di una variante genica dipende dal background genetico in cui appare. Ad esempio, un allele che dà origine a un fenotipo normale nei membri della stessa specie può funzionare male nell'ambiente genetico degli ibridi. Questa debolezza ibrida può anche portare all'isolamento riproduttivo e alla speciazione.

La speciazione, la formazione evolutiva di nuove specie,

è associata a cambiamenti genetici in una o più popolazioni.

I cambiamenti genetici possono alterare la composizione

molecolare, il comportamento e la struttura fisica

di un organismo, creando barriere genetiche con

conseguente separazione delle specie.

Ad esempio, nelle specie del genere di pianta da fiore

Petunia, un singolo gene codifica il colore dei fiori.

L'alterazione di quel gene può imporre una tale barriera genetica.

Il colore del fiore può determinare quale impollinatore

visita il fiore, causando efficacemente

l'isolamento riproduttivo di popolazioni

con fiori di diverso colore.

Le api solitarie impollinano le specie con fiori viola,

i colibrì impollinano le specie con fiori rosso vivo

e le falene Sfingidi impollinano quelle con fiori bianchi.

Alla fine di questo processo si evolvono diverse specie di Petunia.

Un'altra barriera genetica è l'alterazione

dell'intero patrimonio cromosomico di un organismo.

Ad esempio, l'incrocio o l'ibridazione

di specie diverse di piante Tragopogon

porta alla formazione di nuove specie di Tragopogon.

Poiché la prole ibrida ha più di due serie

di cromosomi omologhi, sono incapaci

di riprodursi con entrambe le specie genitrici,

pur essendo fertili.

Anche la combinazione specifica di un genoma di organismi ospiti

e genomi di tutti i microbi simbiotici ad esso associati

può imporre barriere genetiche

e quindi portare alla speciazione.

Ad esempio, negli incroci tra alcune specie di vespe Nasonia,

fino al 90% dei discendenti muoiono allo stadio larvale.

Gli esperimenti suggeriscono che questa letalità ibrida è risultato

di interazioni tra il genoma delle vespe

e le sue comunità batteriche,

illustrando come le interazioni tra geni e microbi possono

mantenere la separazione delle specie impedendo la riproduzione.

Mentre il ruolo della genetica nella speciazione

è un attivo campo della ricerca, i mutamenti genetici

che abbracciano i singoli geni, la composizione del genoma

e l'interazione di più genomi,

possono contribuire all'isolamento riproduttivo e alla speciazione.