Il segreto dell’evoluzione umana? Liberarsi dal giogo della selezione naturale

Crani fossili delle specie dell'albero dell'evoluzione umana. Flickr

Da quando ha fatto capolino nell’albero dell’evoluzione umana, quasi tre milioni di anni fa, il genere Homo si è differenziato in almeno una dozzina di specie diverse che hanno popolato vaste regioni dell’Africa e dell’Eurasia. L’ultima arrivata, Homo sapiens, noi, oggi è l’unica sopravvissuta.

In questo intervallo di tempo, da un punto di vista evoluzionistico è accaduto di tutto: a più riprese le specie ancestrali sono uscite dall’Africa spingendosi fino all’estremo Oriente, hanno addomesticato il fuoco, hanno imparato a costruire strumenti sempre più sofisticati e specie diverse si sono rincontrate e accoppiate tra loro, lasciando discendenti.

In questo quadro ingarbugliato, gli evoluzionisti hanno individuato almeno due tendenze che sono emerse come piuttosto lineari. La prima è il cosiddetto trend di encefalizzazione: le dimensioni del cranio di quasi tutte le specie del genere Homo (sebbene con un paio di eccezioni) sono aumentate nel tempo.

La seconda riguarda la progressiva riduzione dell’apparato masticatorio: dal marcato prognatismo delle forme più ancestrali si è arrivati a mascelle meno sporgenti e denti più piccoli.

Questa apparente direzionalità viene spesso interpretata come la firma di una selezione naturale che nel tempo affina i tratti su cui agisce, rendendo i loro portatori più adattati dall’ambiente in cui vivono. Un cervello più grande fornirebbe un vantaggio in termini di facoltà cognitive più sviluppate, mentre una dieta composta di cibi tagliati e cucinati renderebbe inutilmente costoso mantenere un apparato masticatorio grande e robusto: il vantaggio di una sua riduzione deriverebbe quindi dal minor dispendio energetico per l’organismo.

Un recente lavoro pubblicato su Nature Communications ha messo alla prova questa ipotesi della selezione adattativa, analizzando una sessantina di crani fossili antichi e una ventina di crani di Homo sapiens recenti, per vedere se i dati morfologici, passati e presenti, effettivamente confermassero un cambiamento costante, graduale e indirizzato verso teste più grandi da una parte e bocche più piccole dall’altra. I risultati che hanno ottenuto suggeriscono che, come sempre, in evoluzione umana le cose sono più complicate di come appaiono.

Sebbene le analisi confermino l’esistenza dei due trend evolutivi, mostrano che questi cambiamenti possono essere spiegati molto più efficacemente da processi evolutivi definiti neutrali (netrual evolution) e da lunghi periodi di stasi evolutiva.

Comprendere l’azione della selezione naturale

Oltre a un’azione costante e direzionale della selezione, gli autori dello studio (Mark Hubbe dell’università del Tennessee e Katerina Harvati dell’università di Tubinga) hanno ipotizzato che l’evoluzione possa aver percorso altre vie.

Invece di forgiare nuovi tratti, la selezione naturale può funzionare in un modo meno intuitivo, per esempio eliminando tutte quelle modifiche che spontaneamente insorgono dalle mutazioni genetiche, mantenendo immutati nel tempo i tratti già presenti nella popolazione. Anche se non c’è cambiamento, la selezione in realtà sta facendo il suo lavoro. In questi casi si parla di stasi evolutiva, che può essere forte (nessun cambiamento nel tempo) o moderata (ammette qualche piccolo cambiamento).

Va ricordato poi che la selezione dispone di ciò che la variazione propone. Se la selezione stabilizzante è forte, tutte le proposte di modifiche che giungono dalle mutazioni (la variazione, appunto) verranno rigettate. Se però, per varie ragioni, la selezione allenta la sua presa, la forza creativa della variazione è più libera di esplorare, anche in ordine sparso. È questo cambiamento non direzionato che viene chiamato evoluzione neutrale: il cambiamento c’è, ma non è determinato da un’azione selettiva.

Allentare i vincoli della selezione

Secondo l’analisi proposta da Hubbe e Harvati, l’evoluzione del genere Homo è stata caratterizzata principalmente da periodi di stasi e fasi in cui le pressioni selettive venivano rilassate e permettevano una maggiore produzione e persistenza di variazione.

Sebbene si tratti di un andamento alternato, non assomiglierebbe, secondo i due ricercatori, al modello degli equilibri punteggiati che prevede lunghi periodi di stasi, interrotti da intense fasi creative in cui si concentrano le novità morfologiche e i processi di differenziazione tra specie.

“La morfologia del cranio nel genere Homo è stata probabilmente modellata sia da fattori che hanno limitato l'accumulo di variazioni – favorendo quindi lunghi periodi di stasi evolutiva – sia da processi stocastici” scrivono nel paper, facendo riferimento all’evoluzione neutrale. “Il modello più comunemente proposto, secondo cui l'evoluzione umana sarebbe stata guidata da pressioni selettive graduali che nel tempo hanno prodotto differenze adattative (l'ipotesi messa alla prova in questo studio), tende invece a trascurare l'importanza di questi vincoli e delle forze che mantengono stabile la morfologia”.

Alcune limitazioni

Quando si studia l’evoluzione umana, non si può non tenere conto che si tratta di una small data science, ossia di una disciplina che deve fare i conti con quelle poche testimonianze fossili che sopravvivono all’inesorabile oblio del tempo geologico. Gli autori sottolineano quindi che se disponessero di più dati su cui testare i possibili modelli esplicativi (selezione direzionata, stasi, evoluzione neutrale, ecc.), non è detto che otterrebbero gli stessi risultati restituiti dallo studio appena pubblicato.

“In altre parole, sebbene i dati disponibili non forniscano alcun sostegno a modelli più complessi, è possibile che semplicemente non disponiamo delle informazioni necessarie per metterli adeguatamente alla prova” ammettono. “Di conseguenza, non possiamo escludere che processi adattativi [selezione direzionata, ndr] abbiano agito in porzioni limitate della linea evolutiva, né che le pressioni selettive siano cambiate in parallelo con variazioni ambientali relativamente rapide [equilibri punteggiati, ndr] nel corso dell’evoluzione del nostro genere”.

Biologia e cultura

L’idea che l’allentamento delle pressioni selettive abbia favorito la creatività morfologica delle specie del genere Homo, inclusa la nostra Homo sapiens, resta per ora la spiegazione migliore proposta dallo studio.

“Una riduzione della forza dei vincoli selettivi porta a un aumento della variabilità all’interno di una linea evolutiva” scrivono i due ricercatori. “Poiché il potenziale evolutivo di una linea è positivamente correlato alla quantità di variabilità fenotipica disponibile, la perdita o l’allentamento della selezione stabilizzante è probabilmente associata a tassi evolutivi più rapidi. Di conseguenza, individuare i momenti chiave in cui i vincoli selettivi vengono meno è di fondamentale importanza per comprendere le traiettorie evolutive degli ominini”.

I momenti chiave a cui fanno riferimento Hubbe e Harvati non necessariamente vanno intesi come singoli accadimenti, ma piuttosto come processi che si sono dispiegati nel tempo. Addomesticando il fuoco, costruendo strumenti più sofisticati, allargando il gruppo sociale e rendendolo più coeso con un sistema di comunicazione via via più affidabile, le specie del genere Homo hanno prima imparato a proteggersi dai predatori per poi arrivare loro stesse a occupare una posizione apicale nella loro nicchia ecologica.

Questo riposizionamento nella piramide ecologica è stato possibile in buona parte grazie a innovazioni comportamentali (come la domesticazione del fuoco o la capacità di costruire strumenti): una volta stabilizzatisi nel tempo, questi cambiamenti hanno sortito effetti a livello ecologico (per esempio minor necessità di masticare carne cruda), che poi si sono tradotti in cambiamenti biologici nella popolazione (sopravvivevano e si riproducevano individui con i denti più piccoli).

I momenti chiave in evoluzione umana molto probabilmente sono stati quelli in cui le innovazioni culturali hanno iniziato a influenzare il dominio biologico.