Lo leggi e lo senti tutto il tempo—”questa è una specie antica di milioni di anni”, o “questo animale è stato intorno per centinaia di migliaia di anni.”Ma come fanno gli scienziati a sapere quanti anni hanno queste specie? Non è che possono usare una macchina del tempo per vedere – non ancora, almeno. Ma l’orologio molecolare può aiutare a fare alcune stime.

Non è magia. Non è nemmeno solo una supposizione casuale. In realtà è solo un problema di matematica di base. Gli scienziati fanno alcune misurazioni e inseriscono i numeri in un’equazione per ottenere una stima dell’età di una specie. Questa tecnica è chiamata orologio molecolare ed è stata ideata dagli scienziati Linus Pauling ed Emile Zuckerkandl nel 1962.

Come funziona l’orologio molecolare?

Misurare l’età di una specie con la tecnica dell’orologio molecolare richiede solo due semplici cose: una stima del numero di mutazioni genetiche tra una specie e il suo parente più prossimo e il tasso medio di mutazione genetica (cioè, quante mutazioni si presentano in una popolazione in un periodo di tempo specificato, come 5 mutazioni all’anno).

Per mostrare come funziona, prendiamo un semplice esempio ipotetico. Facciamo finta di essere tassonomisti-biologi che studiano come gli organismi sono correlati tra loro. Ci viene dato il compito di cercare di capire come i diversi tacchini siano correlati tra loro, e ci sono due specie: il tacchino ocellato (Meleagris ocellata) e il tacchino selvatico (Meleagris gallopavo).

Diciamo che analizziamo il DNA delle due specie e scopriamo che ci sono 5.000 mutazioni che sono diverse tra loro. Conosciamo anche il tasso di mutazione: la specie mostrerà 1.000 nuove mutazioni ogni milione di anni, o 0,001 mutazioni/anno. Se dividiamo il numero di mutazioni per il tasso di mutazione (5.000 mutazioni ÷ 0,001 mutazione/anno), scopriamo che queste due specie di tacchino hanno circa 5 milioni di anni. Ta pa!

Questo approccio non viene senza limitazioni, però. Devi supporre che i geni mutino alla stessa velocità. Se i geni attraversano periodi in cui cambiano molto rapidamente e poi non cambiano affatto, allora è come avere un metro con zecche casuali su di esso. Non puoi più usarlo per misurare la distanza (o il tempo).

A causa di questa limitazione (e altri), c’è in realtà un sacco di scienza e matematica che va dietro le quinte di molti di questi calcoli. Ma nella sua essenza, sta solo misurando il passare del tempo usando il tasso di mutazione come metro.

In che modo gli scienziati usano l’orologio molecolare?

L’orologio molecolare misura fondamentalmente la quantità di tempo da quando due specie si sono divergenti l’una dall’altra. Ovviamente, questa sarebbe un’informazione davvero utile per qualcuno che sta mettendo insieme un albero genealogico per specie correlate (chiamato albero filogenetico), ma gli scienziati possono utilizzare queste informazioni per più di una semplice pianificazione di riunioni familiari davvero epiche.

Gli alberi filogenetici ci aiutano a dare un senso al mondo. Possiamo vedere quali specie sono correlate e quanto strettamente, e possiamo usare queste informazioni per misure di conservazione. Ad esempio, alcuni scienziati hanno proposto di riportare mammut lanosi (Mammuthus primigenius) con l’aiuto di elefanti. Gli elefanti indiani (Elephas maximus) sono le specie viventi più vicine al mammut lanoso, essendosi divise l’una dall’altra circa 7 milioni di anni fa. Utilizzando simili, specie non in via di estinzione negli sforzi di conservazione per cose come allevare la prole, le possibilità di successo sono notevolmente aumentate.

Che ci crediate o no, gli orologi molecolari sono utili anche in medicina legale ed epidemiologia! Gli scienziati hanno usato con successo il metodo dell’orologio molecolare per dimostrare che una persona ha infettato un’altra persona con una malattia, come il caso di questo anestesista spagnolo che ha infettato centinaia di pazienti con epatite C. Gli scienziati usano anche la tecnica dell’orologio molecolare per tracciare patogeni in evoluzione come il virus Zika o il Mycobacterium tuberculosis.

L’orologio molecolare – non uscire di casa senza di esso!

L’orologio molecolare ha dimostrato di essere uno strumento prezioso nel toolkit di un biologo evoluzionista. Senza di essa, non avremmo un quadro completo sulla storia naturale del nostro mondo. Per molti organismi che non fossilizzano bene, come meduse o batteri, è l’unica tecnica che gli scienziati possono usare per datare la specie.