Ipotesi della Regina Rossa

L'Ipotesi della Regina Rossa, anche chiamata la corsa della Regina Rossa, Effetto della Regina Rossa, o semplicemente Regina Rossa, è un'ipotesi evolutiva. Il termine è preso dalla corsa della Regina Rossa nell'opera di Lewis Carroll intitolata Attraverso lo specchio e quel che Alice vi trovò, in cui la Regina Rossa dice:

(EN)

«Now, here, you see, it takes all the running you can do, to keep in the same place, if you want to get somewhere else, you must run at least twice as fast as that!.»

(IT)

«Ora, in questo luogo, come puoi vedere, ci vuole tutta la velocità di cui si dispone se si vuole rimanere nello stesso posto; se si vuole andare da qualche altra parte, si deve correre almeno due volte più veloce di così!»

L'Ipotesi della Regina Rossa può essere esplicata in questo modo:

In riferimento ad un sistema evolutivo, un continuo miglioramento dell'adattamento è necessario per le specie anche solo per mantenere l’adattamento relativo all’ambiente in cui esso si è evoluto ed evolve.

L'ipotesi è usata per spiegare due fenomeni diversi: il vantaggio della riproduzione sessuale al livello di individui, e le continue strategie evolutive che intercorrono tra specie in competizione. Nel primo caso (che è un esempio di microevoluzione), nel quale in ogni individuo vengono mescolati i geni della madre e del padre, la riproduzione sessuale può permettere ad una specie di evolvere rapidamente per continuare a tenere la nicchia ecologica che già occupa nell'ecosistema. Nel secondo caso (che è un esempio di macroevoluzione), la probabilità dell'estinzione per gruppi (di solito le famiglie) di organismi si suppone essere costante all'interno del gruppo, e casuale fra gruppi. L'antitesi dell'Ipotesi della Regina Rossa è l'Ipotesi del Burlone di Corte, in cui la macroevoluzione è guidata soprattutto da eventi abiotici e forze.

Strategie evolutive

Originalmente proposta da Leigh Van Valen (1973), la metafora di una strategia evolutiva è stata considerata adatta per la descrizione di processi biologici con dinamica simile alla corsa agli armamenti evolutiva. Van Valen propose l'Ipotesi della Regina Rossa come una tangente esplicativa alla sua "Legge dell'Estinzione" (1973), che deriva dall'osservazione delle probabilità costanti di estinzione all'interno di famiglie di organismi, durante un tempo geologico. Di fatto, Van Valen scoprì che l'abilità di una famiglia di organismi di sopravvivere non migliora col tempo, e che la probabilità dell'estinzione per ogni famiglia data è casuale. L'ipotesi della Regina Rossa come formulata da Van Valen provvede un puntellamento concettuale alle discussioni sulle strategie evolutive, anche se una prova diretta dell'ipotesi rimane elusiva, in particolare a livello di macroevoluzione. Questo concetto rimane simile a quello di un sistema che rispetta un punto critico organizzato.

Per esempio, poiché ogni miglioramento in una specie conduce ad un vantaggio selettivo per quella specie, la variazione normalmente condurrà continuamente ad aumenti di fitness in una specie o in un'altra. Comunque, differentemente dal fenomeno di coevoluzione, il miglioramento di una specie implica un vantaggio competitivo sull'altra specie, in modo da conquistare un più grande spazio di risorse disponibili a tutti. Questo vuole dire che quel aumento di fitness in un sistema evolutivo porta a calo di fitness in un altro sistema. L'unico modo che ha una specie coinvolta in una competizione per le risorse, per mantenere il suo fitness relativo a quello dell'altra specie in competizione, è migliorare il suo specifico fitness.

L'esempio più ovvio di questo effetto sono le strategie evolutive relative ai predatori e alle prede, dove sviluppare una migliore offensiva (per esempio le volpi che corrono più velocemente dei loro genitori) è compensata da una migliore difesa dalla preda (per esempio conigli che corrono più velocemente dei loro genitori). In questo caso si considerano i miglioramenti relativi (conigli che corrono più velocemente delle volpi o viceversa) che diventano anche miglioramenti assoluti del fitness.

Tali esempi di strategie evolutive possono essere applicate anche a conflitti umani e possono essere considerati una causa prominente di conflitto. Secondo Azar Gat, l'effetto della Regina Rossa è stabilito quando due gruppi in competizione si trovano in un dilemma di sicurezza. Il dilemma di sicurezza è il risultato di misure difensive prese per migliorare la propria sicurezza e comprende il possesso di inerenti capacità offensive; ciò comporta una strategia militare. Questa strategia, in maniera maggiore rispetto all'esempio precedentemente citato, causa in ogni rivale il consumo sempre maggiore delle risorse per distanziare l'altro e guadagnare un vantaggio. Se un vantaggio è guadagnato, il conflitto termina ed il gruppo con più risorse vince. La maggior parte delle volte i rivali continuano comunque a competere, provocando così l'effetto della Regina Rossa, perché nessuno è capace di guadagnare un vantaggio. Più la strategia è lungimirante, meno razionale diventa. Di conseguenza è provocato un dilemma del prigioniero. Ogni rivale non può fermare la sua strategia a causa di un sospetto reciproco e della paura che l'altro gruppo possa guadagnare un vantaggio tattico significativo. A causa di ciò, l'effetto della Regina Rossa è una conseguenza comune della competizione tra uomini e dei conflitti militari, soprattutto nella corsa agli armamenti.

Discussioni sul sesso e sulla riproduzione non erano parte dell'Ipotesi della Regina Rossa di Van Valen. La versione della microevoluzione legata all'Ipotesi della Regina Rossa fu proposta da Bell (1982), citando Lewis Carroll, ma non citando Van Valen.

Il paradosso del sesso: il "costo" del genere maschile

Lo scrittore di scienza Matt Ridley ha reso famoso il termine "regina rossa" in collegamento con la selezione sessuale nel suo libro "La Regina Rossa". Ridley prese parte al dibattito in biologia teoretica sul beneficio adattivo della riproduzione sessuale in quelle specie nelle quali appariva. Il collegamento tra la Regina Rossa e questo dibattito sorge dal fatto che la teoria tradizionalmente accettata (Vicario di Raglio) mostrò solamente un beneficio adattivo a livello della specie o del gruppo, ma non a livello genetico (anche se deve essere aggiunto qui che il versatile adattamento del 'Vicario di Raglio' è molto utile a quelle specie che appartengono ai livelli più bassi della catena alimentare). Al contrario, la teoria della Regina Rossa sulla continua corsa agli armamenti degli organismi con i loro parassiti può spiegare l'utilità della riproduzione sessuale a livello genetico ammettendo che il ruolo del sesso è preservare geni che sono momentaneamente svantaggiosi, ma che potrebbero diventare vantaggiosi contro una probabile popolazione futura di parassiti.

Il sesso è un enigma evolutivo. Nella maggior parte delle specie sessuali, i maschi costituiscono metà della popolazione, ma ancora non partoriscono direttamente discendenti e generalmente contribuiscono poco alla sopravvivenza dei discendenti. Infatti, in alcune specie, come i leoni, i maschi portano una minaccia positiva per i giovani generati dagli altri maschi. Inoltre, maschi e femmine devono spendere risorse per attirare e competere per il partner. La selezione sessuale può favorire anche parti che riducono il fitness di un organismo, come un piumaggio brillantemente colorato negli Paradisaeidae (uccelli del paradiso) che aumenta la probabilità di un individuo di essere notato sia dai predatori sia da potenziali partner (veda il Principio dell'handicap per più informazioni su questo). In questo modo, la riproduzione sessuale può essere estremamente inefficiente.

Una possibile spiegazione per il fatto che quasi tutti i vertebrati sono sessuali è che il sesso aumenta la percentuale alla quale può accadere un adattamento. Questo è per due ragioni. In primo luogo, se una mutazione vantaggiosa accade in una linea asessuata, è impossibile per quella mutazione essere riparata senza annientare tutte le altre linee, che possono avere mutazioni vantaggiose e diverse per sé stessi a loro volta. In secondo luogo, il sesso mescola gli alleli. È probabile che degli esempi di variazione genetica siano vantaggiosi solamente quando accoppiati con altre mutazioni, ed il sesso aumenta la probabilità che capitino tali accoppiamenti. Anche nella riproduzione asessuata, specialmente negli organismi che effettuano partenogenesi, le mutazioni che conferiscono un allele vantaggioso devono accadere due volte prima che l'allele vantaggioso sia fissato nella popolazione. Questo comporta una fase molto più lunga dove l'eterozigote con l'allele svantaggiato (relativo al nuovo allele vantaggioso) sia riparato nella popolazione.

L'evidenza delle osservazioni

L'evidenza di questa spiegazione per l'evoluzione del sesso, è data dal paragone tra la percentuale dell'evoluzione molecolare di geni per le chinasi ed le immunoglobuline nel sistema immunitario, con geni che codificano le altre proteine. I geni che codificano proteine per il sistema immunitario evolvono notevolmente più veloci.

Ulteriori evidenze per l'ipotesi della Regina Rossa sono offerte dall'osservazione di dinamiche a lungo termine e dalla coevoluzione parassita in una popolazione "mista" (sessuata ed asessuata) di lumache (Potamopyrgus antipodarum). Il numero di individui sessuati, il numero di individui asessuati e le percentuali di infezione di parassita per entrambi sono monitorati. Fu trovato che i cloni che erano abbondanti all'inizio dello studio, divennero col tempo più suscettibili ai parassiti. Con l'aumentare delle infezioni parassita, gli unici cloni abbondanti diminuirono drammaticamente in numero. Alcuni tipi di cloni scomparvero completamente. Nel contempo, popolazioni di lumaca sessuate rimasero col tempo molto più stabili.

I ricercatori usarono il microscopico verme piatto Caenorhabditis elegans come ospite e il batterio patogeno Serratia marcescens per generare un sistema di coevoluzione di ospite-parassita in un ambiente controllato, permettendo di avere più di 70 esperimenti di evoluzione che esaminano l'Ipotesi di Regina Rossa.

I ricercatori manipolarono geneticamente il sistema di accoppiamento del C. elegans, causando popolazioni che si accoppiavano sessualmente tra loro, per autofecondazione, o un misto di entrambi, che si riproducevano all'interno della stessa popolazione. Poi misero quelle popolazioni nel parassita S. marcescens. Fu trovato che le popolazioni autofecondate di C. elegans furono portati rapidamente all'estinzione dai parassiti coevoluti mentre il sesso permise alle popolazioni di rimanere in pace coi loro parassiti, un risultato in accordo con l'Ipotesi della Regina Rossa.

Voci correlate

• Teoria del caos
• Teoria degli equilibri punteggiati