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Introduzione

Selezione artificiale Modificazione delle caratteristiche genetiche di piante coltivate e di animali da allevamento, ottenuta facendo riprodurre gli organismi in modo controllato. Scopo principale della selezione artificiale è quello di produrre organismi con determinate caratteristiche, confacenti ai bisogni dell'uomo. In tal senso, ad esempio, si possono produrre piante con fiori più profumati da utilizzare a scopo ornamentale, ma anche più resistenti ad alcune malattie o che fruttificano in modo particolarmente abbondante; oppure, si possono selezionare bovini ad elevata produttività di latte o di carne, oppure animali da impiegare in competizioni sportive (cavalli da corsa o cani da caccia).

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Cenni storici

La selezione artificiale fu impiegata già in epoche antiche, come dimostrano i dipinti trovati nelle tombe egizie, risalenti a circa 4000 anni fa e raffiguranti incroci controllati fra cani. Inoltre, vi sono testimonianze del fatto che molte antiche civiltà disponevano di varietà domestiche di bovini, pecore e capre, nonché di gran parte dei cereali coltivati ancora oggi. I metodi di incrocio utilizzati nel mondo antico erano, tuttavia, basati su molteplici incroci effettuati in modo casuale, fino a quando si otteneva un individuo con le caratteristiche volute. Le numerose varietà ottenute con incroci controllati, attualmente presenti, sono state ottenute solo dopo il XVI secolo; si è potuto procedere a una pianificazione degli incroci grazie alla riscoperta, ai primi del Novecento, dell'importanza delle leggi di Mendel sulla trasmissione dei caratteri ereditari, e al successivo sviluppo della genetica.

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Metodi utilizzati

Le tecniche utilizzate nella selezione artificiale possono essere suddivise in due tipi: la selezione di massa, usata prima del Novecento, prima della scoperta dei principi di trasmissione dei caratteri ereditari, e la selezione genetica, basata sull'applicazione delle leggi di Mendel e su metodi statistici.

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Selezione di massa

Nel periodo precedente alle scoperte del monaco austriaco Gregor J. Mendel, gli allevatori selezionavano da ciascuna generazione gli animali o le piante che mostravano maggiormente le caratteristiche desiderate e li incrociavano tra loro. Questo metodo, conosciuto come selezione di massa, benché abbia prodotto alcuni risultati notevoli, presentava anche numerosi problemi: si trattava di un processo lento e insicuro, che peraltro non garantiva il miglioramento dei caratteri della specie, ma solo di isolati individui; operando incroci all'interno di piccole mandrie o greggi, nel caso di animali, o di piccole coltivazioni, nel caso di piante, gli allevatori o i coltivatori talvolta perdevano in una generazione quanto avevano guadagnato in molte generazioni precedenti; insieme al miglioramento di un carattere (ad esempio, la produzione del latte nelle mucche), talvolta si assisteva al peggioramento di altri (ad esempio, la fertilità o la resistenza alle malattie); specialmente negli incroci tra organismi vegetali, gli ibridi, riproducendosi a loro volta, spesso non producevano successive generazioni dotate delle caratteristiche di interesse, ma regredivano all'aspetto di uno o dell'altro genitore; il reincrocio, cioè l'incrocio tra un ibrido e uno degli individui parentali, impiegato comunemente per fissare i caratteri desiderati nella discendenza, produceva spesso organismi scarsamente fertili e vigorosi.

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Selezione genetica

Con la riscoperta del lavoro di Mendel e lo sviluppo della genetica, la selezione artificiale ha assunto un carattere più scientifico e prevedibile. Gli studi di Mendel dimostrano che i caratteri ereditari sono trasmessi come unità discrete (oggi chiamate geni) e non si mescolano nelle generazioni successive, né vengono eliminati da altri caratteri. In sostanza, le leggi di Mendel insegnano che dall'analisi dei risultati di un incrocio è possibile prevedere quali tipi di discendenza compariranno nella generazione successiva e in quali proporzioni. Sebbene Mendel avesse lavorato su caratteri semplici e qualitativi (piante basse o alte, semi lisci o rugosi e così via), i genetisti del XX secolo hanno dimostrato che anche la trasmissione dei caratteri quantitativi (ad esempio, l'altezza degli esseri umani, che può variare in un'ampia gamma di valori) può essere spiegata con la combinazione di più fattori mendeliani. Inoltre, con l'introduzione di metodi statistici, i moderni sistemi di incrocio hanno portato a notevoli miglioramenti in una grande varietà di organismi di importanza agricola. Nonostante tutte queste innovazioni, tuttavia, alcuni metodi di base, come la scelta di genitori con caratteri desiderabili e la selezione di individui particolari della discendenza ottenuta, sono rimasti gli stessi dal XVIII secolo a oggi.

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Importanza della selezione artificiale

La selezione artificiale di animali e piante compiuta negli ultimi due secoli ha notevolmente migliorato i prodotti agricoli e, di conseguenza, l'approvvigionamento alimentare del pianeta. Soprattutto a partire dalla rivoluzione industriale, sia in Europa sia negli Stati Uniti la riproduzione controllata delle specie animali e vegetali si è effettuata in modo sempre più sistematico e su larga scala, in parte stimolata dalla domanda crescente di alimenti e prodotti agricoli da parte della popolazione urbana in espansione. Nel XX secolo, l'incremento della popolazione mondiale ha portato a un'ulteriore crescita della produzione agricola, ottenuta grazie alla cosiddetta 'rivoluzione verde', un progetto internazionale, su grande scala, che nella seconda metà del secolo, tra il 1950 e il 1975 ha portato alla creazione di varietà di colture ad alta produttività (grano, riso, mais), adatte specialmente ai paesi in via di sviluppo con popolazioni in rapido aumento. Spesso, tuttavia, le colture ottenute dalla rivoluzione verde richiedevano per il proprio mantenimento tecnologie avanzate e costose, come fertilizzanti chimici, pesticidi e sistemi di irrigazione, che le hanno rese perlopiù inutilizzabili dalle società agricole a cui erano state originariamente destinate. Più efficienti, in questo senso, sembrano essere le moderne tecniche di ingegneria genetica, che permettono di trasferire geni, e quindi caratteri, da una varietà o una specie a un'altra, permettendo, così, di produrre varietà vigorose ad alta produttività.

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Selezione artificiale negli animali

Oggi le pratiche di riproduzione controllata negli animali da allevamento si basano sulla selezione di massa (fondata unicamente sulle qualità individuali), integrata con altri tre metodi: selezione del pedigree, selezione familiare e selezione della discendenza. La selezione del pedigree si concentra sulle qualità degli antenati piuttosto che dell'individuo; può essere particolarmente utile nel valutare gli animali giovani di cui non si conosce ancora la storia riproduttiva e per i caratteri ad alta ereditabilità, anche se è un processo lento. La selezione familiare è basata sulle qualità dei parenti collaterali, come i fratelli o i fratellastri, e avviene in modo più rapido della precedente; si usa spesso insieme alla selezione individuale ed è utile nella valutazione dei caratteri limitati a un sesso (come la capacità di deporre le uova o di produzione del latte). La selezione della discendenza sceglie gli individui in base alle caratteristiche dei loro discendenti ed è particolarmente utile per alcuni caratteri limitati a un sesso, come la produzione del latte nella discendenza di un toro, o per i caratteri la cui ereditabilità è bassa o poco conosciuta; anche la selezione della discendenza è un processo lento, poiché occorre aspettare una o due generazioni prima di poter valutare le qualità della discendenza. Qualunque forma di selezione ha, comunque, dei limiti massimi di miglioramento, dovuti alla quantità finita delle variazioni presenti nella popolazione.

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Inincrocio ed esogamia

Dalla metà del XVIII secolo in poi, gli allevatori hanno iniziato a combinare i diversi metodi di selezione con l'inincrocio e l'esogamia del bestiame: per fissare o intensificare un particolare carattere, i greggi o le mandrie vengono suddivisi in gruppi più piccoli e inincrociati intensivamente per diverse generazioni (l'inincrocio comprende incroci tra fratelli e fratellastri e reincroci tra figli e genitori), mentre per aumentare il vigore e per evitare l'accumulo di caratteri non voluti, gli individui delle razze ottenute per inincrocio vengono incrociati per esogamia, cioè con individui esterni al gruppo o addirittura appartenenti ad altre razze. L'esogamia presenta l'ulteriore vantaggio di aumentare la variabilità e produrre nuove combinazioni di caratteri. Nel XX secolo gli inincroci e le esogamie sono stati effettuati sempre più per inseminazione artificiale, via via che si sono perfezionati i metodi di congelamento e di conservazione dello sperma. Con questi metodi, nei paesi occidentali si è potuto migliorare la produzione di molti tipi di animali da allevamento, specialmente a partire dalla seconda guerra mondiale. Negli Stati Uniti, ad esempio, la produzione di latte dal 1955 al 1967 è aumentata con un incremento medio del 2,27% all'anno, più della metà del quale viene attribuito a effettivi miglioramenti genetici della razza. Risultati simili si sono osservati nella produzione della carne dei maiali e nella capacità di deporre le uova delle galline. Vedi anche Allevamenti da latte; Allevamenti di ovaiole.

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Riproduzione controllata nelle piante

In principio la selezione artificiale nelle piante è simile a quella negli animali, cioè sfrutta le varie forme di selezione insieme a tecniche di inincrocio ed esogamia. Vi sono, tuttavia, alcune differenze importanti, dovute alle particolari caratteristiche della riproduzione vegetale. Diversamente dagli animali, molte piante hanno, infatti, oltre alla normale impollinazione incrociata, anche la capacità di autofecondarsi o di autoimpollinarsi, cioè di fecondare la cellula uovo con il polline prodotto dallo stesso individuo. Rispetto all'autofecondazione, tuttavia, l'impollinazione incrociata produce una maggiore variabilità genetica. Circa la metà delle piante di interesse agricolo, tra cui grano, orzo, fagioli, piselli e pomodori, si riproduce per autofecondazione, mentre l'altra metà, tra cui carote, palme da datteri, asparagi, luppolo, trifoglio bianco e cavolfiore, presenta impollinazione incrociata. Le piante ad autoimpollinazione sono più facili da riprodurre e geneticamente più uniformi, a causa dei continui inincroci.

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Impollinazione artificiale

L'impollinazione incrociata artificiale è, invece, più laboriosa, poiché è cruciale impedire che del polline estraneo a quello desiderato penetri nel fiore: a questo scopo, i coltivatori rimuovono con cura gli stami da ciascun fiore, spolverano i pistilli della stessa pianta con il polline del tipo desiderato e, infine, coprono il fiore con un sacchetto. Il processo di controllo dell'impollinazione è forse più facile nelle forme ad autoimpollinazione come il mais, dove gli organi maschili e femminili sono portati da fiori distinti (i pennacchi sono gli stami e le barbe sono gli stili dei pistilli): in questo caso, basta togliere le barbe alle piante da destinare all'impollinazione. Oggi, tuttavia, questa operazione non è più necessaria, in quanto in numerose piante e specialmente nel mais è stata introdotta una caratteristica genetica, chiamata sterilità citoplasmatica maschile (CMS), per cui i ceppi CMS producono fiori maschili sterili: è, quindi, sufficiente piantare file alternate di ceppi normali e CMS, per assicurare la massima impollinazione incrociata e ridurre il lavoro manuale.

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Selezione di linea pura e ibridazione

I coltivatori di piante integrano i metodi di selezione di massa, inincrocio ed esogamia, con altre procedure come la selezione di una linea pura e l'ibridazione. La selezione di una linea pura richiede inincroci e selezioni continue per uno o più caratteri, fino a produrre una popolazione più o meno geneticamente omogenea (omozigote). L'ibridazione consiste, invece, nell'incrocio di varietà o specie distinte per produrre ibridi contenenti una combinazione di caratteri superiore a quelli dei genitori. Siccome le piante possono formare ibridi vitali molto più facilmente degli animali, l'ibridazione è stata per molto tempo un passaggio fondamentale nella riproduzione controllata delle piante. Il principale esempio di ibridazione del XX secolo è il mais ibrido. Nonostante le molte qualità superiori, soprattutto in termini di produttività e vigore, gli ibridi non sono sempre fertili, oppure, se sono fertili, non trasmettono sempre i caratteri di interesse alla generazione successiva e, per questo motivo, ogni stagione gli agricoltori devono procurarsi nuovi semi.