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Introduzione

Adattamento Capacità dei viventi di modificare alcuni aspetti anatomici, fisiologici o comportamentali in modo da adeguarsi ai cambiamenti delle condizioni ambientali esterne.

Si considerano processi di adattamento sia le trasformazioni evolutive che si sono svolte in tempi geologici (adattamenti evolutivi), sia le modificazioni fisiologiche che riguardano un singolo individuo e che si verificano all'interno del suo ciclo vitale.

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Adattamento fisiologico

L'adattamento dei singoli individui alle variazioni ambientali, all'interno del loro ciclo vitale, comprende i fenomeni di omeostasi, mediante i quali gli organismi, detti regolatori, rispondono alle modificazioni esterne: essi possono attivare sistemi di controllo che mantengono comunque costanti uno o più parametri corporei (temperatura, concentrazione di ioni, pressione osmotica dei liquidi ecc.), con un meccanismo di omeostasi diretta; oppure possono variare un parametro in dipendenza dalle variazioni esterne ma riportare su valori di normalità altri parametri corporei che da quello dipendono (ad esempio, modificando la temperatura corporea al variare di quella esterna, ma mantenendo sui valori iniziali le velocità delle reazioni metaboliche e dei fenomeni di trasporto delle sostanze, parametri che dipendono dalla temperatura), meccanismo che prende il nome di omeostasi indiretta.

La capacità di adattamento degli organismi si esprime anche mediante la modificazione del cosiddetto intervallo di resistenza. Ciascun organismo, infatti, per le sue caratteristiche tipiche della specie, può tollerare, per ciascun parametro esterno (come quantità di luce, concentrazione, temperatura, disponibilità di ossigeno) solo certi valori (che definiscono l'intervallo di resistenza), al di sotto o al di sopra dei quali esso non riesce a sopravvivere. Ad esempio, le pozze d'acqua marina che si formano nelle cavità delle scogliere, a causa dell'evaporazione dell'acqua, diventano in breve tempo molto più concentrate dell'acqua di mare e molti degli organismi che vi finiscono, trasportati dalle onde, non riescono a sopravvivere perché non tollerano una presenza di sali che può essere assai maggiore di quella delle acque marine. Se però la variazione delle condizioni ambientali avviene in modo graduale, gli organismi possono adattarsi e aumentare la loro possibilità di sopravvivenza anche quando i fattori esterni superano i valori del loro intervallo di resistenza. Alla base di questo adattamento è l'adattamento enzimatico, ossia la capacità della cellula di produrre enzimi che possono funzionare anche nei valori estremi del parametro considerato. Gli organismi più capaci di adattarsi in tal senso sono quelli regolatori, che mantenendo costante per omeostasi il loro ambiente interno, possono sopportare meglio variazioni ambientali anche ampie. Tali organismi vengono indicati con il prefisso euri- (ad esempio, euritermi sono gli organismi che sopportano ampi cambiamenti della temperatura esterna). In contrapposizione, sono detti pecilo- gli organismi incapaci di omeostasi (conformi) che sopportano intervalli dei parametri ambientali più ristretti (ad esempio, sono pecilotermi gli organismi che tollerano piccole variazioni della temperatura esterna). Vedi anche Acclimatazione.

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Adattamento evolutivo

L'adattamento evolutivo comprende quelle modificazioni che, in base alla teoria darwiniana dell'evoluzione, sono comparse negli organismi in modo casuale e sono poi state sottoposte, nell'arco di milioni di anni, a forze selettive, determinate a loro volta da lente e casuali variazioni ambientali. Uno degli esempi di adattamento descritti da Charles Darwin è di tipo anatomico ed è costituito dal becco e dalla lingua del picchio: queste strutture, infatti, risultano perfettamente costruite per estrarre gli insetti nascosti nella corteccia degli alberi. Alcuni insetti presentano delicate colorazioni che li mimetizzano nell'ambiente, mentre alcune specie velenose di farfalle assumono appariscenti colorazioni di avvertimento per i predatori. Queste livree vengono spesso imitate da specie simili, ma innocue, che sfruttano così la protezione fornita dall'adozione di un'apparenza nociva.

Gli adattamenti possono anche essere di tipo comportamentale. Un esempio è fornito dalle scimmie chiamate cercopitechi, nei cui gruppi il capo-branco, a seconda del tipo di predatore avvistato, emette grida di allarme diverse. Ciascuna di queste grida produce, a sua volta, una risposta differente e specifica negli altri membri del branco. Altri esempi sono forniti dalla femmina del gallo della salvia (vedi Tetraonini), che respinge i corteggiatori se questi risultano infestati da parassiti, o dalle femmine dei topi, che distinguono i maschi privi di parassiti dal loro odore.

Altri adattamenti contribuiscono ad assicurare il successo riproduttivo dell'individuo. Ad esempio, le appendici a cucchiaio presenti nel pene di alcune libellule sono un utile accorgimento per rimuovere lo sperma di un rivale prima di depositare il proprio. I nidi delle termiti sono costruiti in modo tale da assicurare alle larve una temperatura costante e intermedia tra quella molto elevata del giorno e quella molto bassa della notte nella savana. Infine, la forma e i colori di alcune orchidee ricordano in modo impressionante la forma dell'addome dell'ape femmina: queste piante attirano, così, in modo ingannevole l'insetto maschio, che una volta posatosi riprende il volo, carico di polline da disperdere su altre orchidee.

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Scopo dell'adattamento evolutivo

In ogni tipo di adattamento sembra di potere riconoscere un 'finalismo', ovvero la presenza di un progetto interno a causa del quale le strutture si evolvono in una certa direzione, in modo da essere finalizzate a svolgere una particolare funzione. Fino alla formulazione della teoria della selezione naturale, il finalismo degli adattamenti costituiva una sorta di 'prova' dell'esistenza di Dio. Charles Darwin e Alfred Russel Wallace, con le loro teorie, dimostrarono che quelle che appaiono come manifestazioni di un progetto cosciente sono in realtà gli effetti della pressione selettiva della natura. In base a ciò è possibile spiegare anche la presenza negli organismi di strutture che apparentemente non hanno una loro finalità (come i cosiddetti organi vestigiali, di cui un esempio nell'uomo è l'appendice): questi organi, infatti, si possono interpretare come residui di organi che un tempo avevano una loro precisa funzione.

Per capire quale funzione svolge una certa struttura dell'organismo, può essere utile analizzare l'adattamento come fosse un qualunque oggetto, della cui progettazione si vogliono scoprire i principi. È questo un procedimento comune nell'industria, noto con il nome di processo inverso. Un costruttore di aeroplani che voglia, ad esempio, riprodurre il progetto di un'industria concorrente, procede smontando pezzo per pezzo l'aereo a cui è interessato, chiedendosi continuamente il 'perché' delle caratteristiche di ogni singola parte.

Un'analisi di questo tipo può essere applicata, ad esempio, nello studio delle ali degli uccelli: negli avvoltoi queste strutture sono caratterizzate da una grande superficie e da margini fessurati, particolarmente utili nel volo librato; viceversa, le ali strette e con margini interi di un albatro sono elementi vantaggiosi per il volo di crociera. In questo caso, però, la funzione 'volo' tipica delle ali è nota. Quando si è, invece, di fronte a strutture dalla funzione almeno in parte ignota, il continuare a porsi dei 'perché' può contribuire alla formulazione di nuove ipotesi interessanti. Se si considerano ad esempio, le conchiglie di alcune chiocciole di terra, si osserva che esse si differenziano notevolmente tra loro per la presenza o l'assenza di bande scure. Apparentemente, tuttavia, questa differenza non sembra corrispondere a variazioni di stile di vita, habitat o comportamento. In realtà, un'attenta analisi permette di capire vantaggi e motivazioni di questi adattamenti: le chiocciole dalla conchiglia a bande scure assorbono una maggiore quantità di radiazione solare di quelle chiare e, quindi, possono abitare microclimi più freddi e ombrosi di quelle dalla conchiglia priva di bande, adattate ad ambienti più secchi e soleggiati.

Un altro esempio è costituito dalle endorfine: sono molecole naturali, presenti nel cervello dell'uomo e di altri animali, la cui funzione è stata scoperta solo di recente. Un indizio su quale fosse la loro funzione è venuto dal fatto che nel cervello umano sono presenti recettori specifici per la morfina, un potente analgesico sintetico. Dal momento che l'organismo non produce morfina in modo endogeno, per giustificare la presenza di tali recettori si è ipotizzato che esso dovesse fabbricare naturalmente qualche altra sostanza, in qualche modo simile alla morfina. Con questo processo inverso si è scoperta l'esistenza di una sostanza endogena, l'endorfina appunto, dotata di struttura e funzione analoghe a quelle della morfina.

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Analogia, omologia, convergenza evolutiva

Lo studio degli adattamenti evolutivi permette, talvolta, di mettere in relazione organismi appartenenti a specie anche molto diverse tra loro.

Gli adattamenti, infatti, rappresentano le soluzioni ai problemi posti dalla complessità dell'ambiente, nei suoi aspetti biologici, fisici, chimici, ecologici e sociali. Strutture simili si sono evolute in gruppi tassonomici differenti, come risposta a esigenze uguali: l'occhio di un insetto e l'occhio dell'uomo sono un esempio di ciò. Tali strutture prendono il nome di strutture analoghe. Si definisce convergenza evolutiva il fenomeno per cui simili condizioni ambientali hanno favorito lo sviluppo di simili forme viventi (ad esempio, molte specie di mammiferi marsupiali dell'Australia appaiono simili a specie di mammiferi placentati che vivono in altre zone della Terra).

La necessità di adattarsi a condizioni diverse ha invece determinato una diversificazione di strutture che, in origine, si rifacevano a un modello comune. Tipico esempio di tale fenomeno è l'arto dei vertebrati: attualmente gli uccelli possiedono ali, i mammiferi zampe, l'uomo mani e piedi, i cetacei pinne, ma queste strutture derivano da un unico tipo di arto posseduto dal progenitore comune a tutti questi gruppi sistematici. Queste strutture sono dette omologhe.

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I limiti della teoria adattativa

Molti adattamenti vengono ereditati dalle generazioni precedenti, che vivevano in un ambiente probabilmente diverso da quello dei loro discendenti. Esistono, ad esempio, alcune specie vegetali che presentano semi adattati alla dispersione da parte di animali oggi estinti; un altro esempio è fornito da alcuni organi o apparati con funzioni non più necessarie, che rimangono comunque negli organismi, come testimonianza del passato, in forma rudimentale o vestigiale.

Vista la casualità con cui insorgono le variazioni, gli adattamenti sono generalmente una delle tante possibili risposte, ma non necessariamente la migliore, a un problema posto dall'ambiente. Inoltre queste variazioni vanno spesso a sovraimporsi su strutture preesistenti, delle quali conservano numerose tracce: un esempio è la vescica natatoria dei pesci, che si è probabilmente evoluta da un polmone primitivo. Infine, tutti gli adattamenti sono in un certo modo il risultato di un compromesso tra esigenze contrastanti; pertanto, tutte le soluzioni apparentemente vantaggiose possono determinare, in realtà, qualche svantaggio o qualche conseguenza imprevedibile.