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L’elusivo calcolo dell’altruismo e la selezione parentale – parte 2

Posted by on 24, Apr, 2018 in news

L’elusivo calcolo dell’altruismo e la selezione parentale – parte 2

Il modo in cui può essersi evoluto il comportamento cooperativo di formiche, api e altri insetti continua a sfidare l’analisi formale. Ma una nuova teoria – che include la diversificazione dei rischi di fronte all’imprevedibilità della natura – può aiutare a cambiare gli strumenti matematici usati per analizzare il fenomeno e far progredire le conoscenze

di Jordana Cepelewicz / Quanta – da (Le Scienze del 21.04.2018)

Sapere quando si applicano le regole
La regola di Hamilton non è mai stata destinata a essere applicata soltanto alle colonie di insetti eusociali. Dovrebbe descrivere tutti gli organismi sociali che agiscono in modo cooperativo, come le marmotte che fischiano per avvertire i loro simili della vicinanza di un predatore (a rischio di attirare il predatore verso di sé) e le ghiandaie occidentali che si dedicano ad allevare la prole di altre ghiandaie. Ci sono anche alcune specie, come alcune api, che sono “facoltativamente sociali”, vale a dire che si impegnano nel comportamento sociale solo a volte, spesso in risposta a specifiche condizioni ecologiche o ambientali, altrimenti rimangono solitarie.

L'elusivo calcolo dell'altruismo e la selezione parentale
© age fotostock / AGF

Come la regola di Hamilton possa spiegare tutte queste diverse forme di altruismo è stato oggetto di un dibattito che si può far risalire agli anni sessanta, quando lo scontro riguardava i livelli di selezione.

La regola di Hamilton favorisce la cooperazione attraverso la relazione fra singoli parenti. Al contrario, un’altra teoria, chiamata selezione multilivello (o selezione di gruppo), espande questo approccio per applicarlo alle interazioni all’interno e tra interi gruppi di organismi. Molti biologi non pensano che la selezione tra gruppi possa essere abbastanza forte da promuovere gli adattamenti. L’ortodossia della biologia evoluzionista vuole che la selezione agisca principalmente all’interno di gruppi, e che la selezione tra gruppi sia ristretta a casi molto particolari.

Negli ultimi anni, tuttavia, vari gruppi di ricercatori hanno dimostrato che la selezione parentale e la selezione multilivello possono essere matematicamente equivalenti: i due concetti rappresentano semplicemente modi diversi di scomporre la correlazione tra i tratti ereditari e la forma fisica in “componenti di piccole dimensioni”, dice Andrew Gardner, biologo al’Università di St. Andrews, in Scozia. “Per la selezione parentale, si tratta di vantaggi diretti o indiretti. Per la selezione multilivello, è all’interno di gruppi e tra gruppi”.

Questi sviluppi potrebbero suggerire che la teoria della fitness inclusiva sia di nuovo in auge. Ma secondo alcuni critici, come Martin Nowak, docente di biologia e matematica all’Università di Harvard, non tutto va bene nella sua spiegazione dell’altruismo, o anche dell’eusocialità. Nowak non è in disaccordo solo sul fatto che la selezione parentale e la selezione multilivello siano equivalenti; dice che i presupposti matematici generali della regola di Hamilton per valutare la fitness sono fuorvianti.

I semi della disputa sono stati piantati nel 2010 con la pubblicazione di un controverso articolo su “Nature”. I suoi autori, Nowak, Corina Tarnita ed E.O. Wilson, al tempo tutti a Harvard, hanno sostenuto che la teoria della fitness inclusiva non possa essere applicata alle interazioni reali che avvengono in natura. Secondo gli autori, in essa vengono fatti troppi presupposti, il più problematico dei quali è che costi e benefici dell’altruismo siano additivi e che possano essere modellati linearmente. La regola di Hamilton non sarebbe in grado di prevedere il risultato, per esempio, se due o più operaie dovessero cooperare per conferire dei vantaggi a un individuo.

In risposta all’articolo, più di 100 biologi hanno fieramente difeso la teoriadella fitness inclusiva. Lo scontro si è gradualmente focalizzato sulla regola di Hamilton: all’articolo di “Nature” che criticava le imperfezioni di una versione molto specifica, hanno opposto l’osservazione che una forma più generale dell’equazione non avrebbe sofferto degli stessi problemi.

Da allora, di fronte alla sola versione più generale della regola di Hamilton, i punti oggetto del contendere si sono ulteriormente modificati. Tanto che, “almeno in una certa misura, non sono poi così in contrasto come pensano” i contendenti, ha detto Jonathan Birch, un filosofo studioso dell’evoluzione sociale e le scienze biologiche alla London School of Economics and Political Science. Oggi quando i biologi discutono la regola di Hamilton, parlano in gran parte di ciò che ritengono che possa dire loro e quando usare quali modelli.

Nowak e altri sostengono che la versione generale della formula sia una tautologia che non può essere testata empiricamente. Per loro, la regola di Hamilton è essenzialmente una semplice verità statistica sulla fitness parentale evolutiva di diversi gruppi, che manca di autentico valore esplicativo. “Non è un’affermazione su questioni biologiche o sulla selezione naturale”, ha detto Nowak. “Si tratta solo di statistiche, di un rapporto matematico. Come dire che 2 più 2 è uguale a 4”.

Benjamin Allen, professore assistente di matematica all’Emmanuel College di Boston, concorda. “Questa formulazione della regola non fa altro che dare a posteriori un aspetto razionale alle osservazioni”, ha detto. “Non permette di fare previsioni. Non c’è modo di vedere come un’osservazione possa condurre sistematicamente alla successiva.

Allen e Nowak preferiscono usare modelli basati sulla struttura della popolazione, spesso dettagliati, causali e specifici di ogni caso. Invece di mettere in primo piano la parentela, si concentrano sui costi e sui benefici degli atti cooperativi e pongono domande specifiche su fattori quali mutazioni, ereditarietà e interazioni. Nel caso dell’articolo di “Nature” del 2010, per esempio, Nowak, Tarnita e Wilson hanno sostenuto che la selezione naturale ha favorito l’aumento dell’eusocialità tra gli insetti sociali perché le strategie di sopravvivenza che hanno permesso alla regina di vivere più a lungo e deporre più uova erano vantaggiose per le piccole colonie.

L'elusivo calcolo dell'altruismo e la selezione parentale

Colonia di amebe Dictyostelium discoideum. Quando le condizioni ambientali diventano difficili, alcuni dei componenti della colonia si sacrificano per costruire steli per elevare gli altri mentre diffondono spore (Cortesia  Usman Bashir)

Ma altri pensano che le semplificazioni e le generalizzazioni della regola di Hamilton possano comunque avere un valore informativo. Il contesto della teoria della fitness inclusiva fornisce un buon modo per immaginare il ruolo svolto dalla selezione parentale e dai rapporti di paretela.

Secondo Birch, è troppo aspettarsi che un’equazione a tre variabili possa essere un predittore preciso delle dinamiche evolutive. Dovrebbe invece essere intesa come un modo per organizzare il pensiero degli scienziati sulle cause dell’evoluzione sociale, consentendo loro di distinguere tra fitness diretta e indiretta e capire quali siano le domande di follow-up da porre.

Birch cita come esempio il Dictyostelium discoideum, una specie di amebe sociali. Quando l’ambiente diventa inospitale, questi animali unicellulari si aggregano e si riproducono rilasciando collettivamente nell’aria, da uno stelo sopraelevato, nugoli di spore resistenti. Ma in questo processo, invece di fare spore, il 20 per cento delle amebe si sacrifica per trasformarsi in quello stelo, a esclusivo vantaggio dell’altro 80 per cento.

Per capire la logica evolutiva di questo comportamento, dice Birch, la regola di Hamilton è un punto di partenza essenziale per esaminare quanto correlati siano le cellule del fusto e del corpo cellulare. “La regola di Hamilton dice ai ricercatori dove iniziare a guardare”, dice. “Poi possono andare oltre e costruire un modello più preciso che includa parametri ecologici rilevanti per il caso specifico”.

Ma un nuovo lavoro potrebbe aver fatto un passo avanti nel colmare il divario tra l’approccio generale, incentrato sulle relazioni, e quello ecologico, con incentrato su costi e benefici.

Continua…

(L’originale di questo articolo è stato pubblicato il 10 aprile 2018 da QuantaMagazine.org, una pubblicazione editoriale indipendente online promossa dalla Fondazione Simons per migliorare la comprensione pubblica della scienza. Traduzione ed editing a cura di Le Scienze. Riproduzione autorizzata, tutti i diritti riservati)

Continua….

 


 

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