La felce d’acqua delle Galapagos mostra che un ambiente uniforme inibisce la divergenza biologica

Sono sostanzialmente due i fattori che influenzano e determinano l’insediamento, o il mancato insediamento, di una certa specie vivente, animale o vegetale, all’interno di un nuovo habitat, nel quale essa sia giunta dall’esterno per le cause più varie: il grado di uniformità di quel particolare ambiente e il grado di "affollamento" biologico in esso presente.

Se un ambiente naturale è molto uniforme — sia esso costituito da una spiaggia, rocciosa o sabbiosa; da una montagna o da una valle alpina; da un bosco o una brughiera; e così via — scatta un fenomeno che è noto ai naturalisti con il termine di "esclusione competitiva": in sostanza, si tratta della impossibilità, per due specie viventi — o, a maggior ragione, per più di due specie — di occupare una medesima nicchia ecologica. Ciascuna nicchia ecologica non tollera la presenza simultanea di più d’una specie: e la regola, contrariamente a quello che potrebbero pensare i devoti seguaci di un evoluzionismo solo superficialmente orecchiato, o impropriamente schematizzato e generalizzato, non è la vittoria del più "forte", ma del primo arrivato. Infatti, una volta che una determinata nicchia ecologica sia stata occupata da una certa specie vivente, le specie arrivate in un secondo momento la trovano già occupata e non riescono a disputarle il relativo territorio, perché non trovano nemmeno la possibilità iniziale di riprodursi e di accrescersi numericamente (la nicchia, infatti, ricordiamolo, non corrisponde a un territorio, ma alla posizione di una specie, più raramente di una popolazione, all’interno di un dato ecosistema)

Il secondo fattore da cui dipende il successo di una specie nell’occupare la propria nicchia è, come abbiamo detto, il grado di affollamento biologico presente in quel dato territorio. In un territorio molto affollato da diverse specie, ciascuna di queste ha sviluppato una serie di adattamenti finalizzati a ritagliarsi il proprio spazio: per cui può accadere di vedere, all’interno di uno stesso habitat, due o più specie simili di animali o di piante, aventi, però, delle caratteristiche di riproduzione, di nutrizione e di crescita, radicalmente differenti tra loro, quasi che appartenessero ad ambienti molto diversificati: e ciò a dispetto di una somiglianza esteriore che può anche essere, in alcuni casi, davvero impressionante. Grande è la sorpresa del profano nel constatare, ad esempio, che due specie di uccelli quasi uguali – quasi uguali all’occhio non troppo esperto, si capisce -, e viventi nel medesimo territorio, entro lo stesso habitat, differiscono poi, di fatto, in ogni aspetto della loro vita e del loro comportamento, e non sono assolutamente in grado di accoppiarsi fra loro e di generare una prole.

È chiaro che, quanto più un ambiente è biologicamente uniforme — cioè presenta condizioni molto specifiche di umidità, temperatura, regime dei venti, illuminazione solare, caratteristiche fisiche e chimiche del suolo — e tanto più simili dovranno essere le specie capaci di popolarlo: non qualunque specie può colonizzare un nuovo habitat, ma solo quelle che sono suscettibili di adattarsi a quelle determinate condizioni. Ebbene: in un ambiente molto uniforme, le nicchie ecologiche sono quanto mai rigide, per così dire; sopravvive o chi è arrivato per primo, o chi è capace di adattarsi al massimo grado, diversificando le proprie funzioni vitali, ma sempre, evidentemente, all’interno di quelle condizioni date. Insomma: o riesce ad insediarsi una sola specie, ad esclusione di tutte quelle che potranno giungere in un secondo momento; oppure possono insediarsi diverse specie, a condizione che ciascuna di essi si diversifichi quanto basta per occupare una, ci si perdoni l’espressione non troppo rigorosa dal puto di vista scientifico, "sotto-nicchia".

Scrive Flavia Pisani nel suo manuale «Il disegno della vita. Corso di biologia» (Torino, Loescher Editore, 1993, pp. 529-530):

«Non sempre […] l’ambiente è così vario da permettere la moltiplicazione delle nicchie e la diversificazione [come lo è nel caso di due cormorani, "Phalacrocorax carbo" e "Phalacrocorax aristotelis", che vivono sulle stesse spiagge della Gran Bretagna, ma che, nonostante si assomiglino moltissimo, appartengono a due specie diverse, che si nutrono di pesci diversi e non si incrociano fra loro, pur nidificando sugli stessi scogli].

Gli stagni delle isole Galapagos, che non sono né grandi né numerosi, sono tutti ricoperti dalle foglie della stessa felce acquatica. In questo caso una sola specie sfrutta per intero un certo tipo di habitat e si potrebbe pensare che questa pianta debba la sua supremazia al fatto di essere più adatta di tutte le sue simili a quel determinato ambiente e che l’abbia occupato da sempre. Dall’analisi dei fossili contenuti negli strati di fango che formano il fondo degli stagni risulta invece che, in passato, le acque stagnanti erano ricoperte da un’altra felce [cioè "Azolla filiculoides" invece di "Azolla microphylla"]. Nei sedimenti che risalgono a circa 50.000 anni fa sono infatti racchiuse le spore fossili di una specie diversa. La successione dei sedimenti ci dà ancora un’altra informazione: tra l’epoca in cui gli stagni erano dominati dalla felce antica e quella attuale, c’è stato un lungo periodo di siccità, caratterizzato da depositi di argilla; in quel periodo gli stagni erano secchi.

La ricostruzione più logica dei fatti può essere allora la seguente. Le spore della felce più antica raggiunsero le Galapagos attaccate alle zampe di qualche uccello. Poi, sempre viaggiando con gli uccelli acquatici, la felce si propagò di stagno in stagno e di isola in isola, fino a occupare tutti gli habitat adatti alla sua crescita. Il periodo di siccità che aveva causato il prosciugamento degli stagni, causò anche la sua estinzione. Quando finì la siccità e si formarono nuovamente gli stagni, le spore di un’altra specie di felce raggiunsero l’arcipelago attaccate alle zampe di un uccello e la storia si ripeté da capo.

Se la stessa storia dovesse ripetersi un’altra volta, quale pianta invaderà gli stagni? Quella che, per una semplice combinazione, arriverà per prima a colonizzarli. Una volta però che una felce si è stabilita e ha invaso l’habitat, le spore di altre felci non hanno nessuna probabilità di successo: l’occupante le esclude dalla sua nicchia.

Questo è un altro principio importante e generale: una stessa nicchia non sopporta due occupanti e quindi uno dei due finisce per soccombere (nell’esempio, ha successo chi arriva per primo).

L’impossibilità per due specie di occupare una stessa nicchia prende il nome di "esclusione competitiva". L’esclusione competitiva è un fenomeno comune quando gli ambienti sono molto uniformi e offrono quindi poche possibilità di diversificazione, come nel caso appena visto, o quando sono molto affollati e le possibilità di diversificazione sono già state realizzate [come nel caso della migrazione delle specie di Mammiferi nordamericani emigrati nel Suda America durante gli ultimi cinque milioni di anni].»

Il caso della felce acquatica Azolla, qui sopra illustrato, è, effettivamente, un caso emblematico di quel meccanismo ecologico che viene denominato "esclusione competitiva". Le isole Galapagos, situate a circa 1.000 km. dalla terraferma più vicina, quella dell’Ecuador, sono un ecosistema molto appartato, come tutte le isole oceaniche (ne abbiamo già parlato nell’articolo «Le isole Galapagos furono collegate, un tempo, alla terraferma del Sud America?», pubblicato su «Il Corriere delle Regioni» in data 13/10/2015). Le si potrebbe credere anche un ecosistema uniforme, dato che hanno caratteristiche simili e che giacciono a cavallo dell’Equatore, con un clima e un regime di umidità e di circolazione dei venti e delle correnti marine, che sono sostanzialmente uniformi; invece, al loro interno, ospitano una notevole varietà di habitat e, pertanto, anche di possibili nicchie ecologiche. Benché il paesaggio dell’arcipelago sia, nel complesso, arido, tranne che nelle alture delle isole più grandi, maggiormente interessate dalle precipitazioni piovose, tuttavia non mancano paesaggi umidi, per la presenza di alcuni stagni, sia pure di modeste dimensioni, nei quali alligna la caratteristica vegetazione di palude, ivi comprese le felci acquatiche (o, per parlare in maniera più esatta, le pteridofite acquatiche). Il clima delle Galapagos si può definire tropicale arido, con una stagione calda un po’ più umida, che va da gennaio a maggio, e una stagione fresca e secca, sovente anche nebbiosa e nuvolosa (condizioni dovute all’incontro di ben tre correnti marine: due fredde, provenienti da Sud, quella di Humboldt e quella di Cromwell, quest’ultima sottomarina, ed una calda, quella di El Niño, proveniente da Nord), che va da luglio a novembre.

Le specie conosciute di Azolla sono sette (o sei, a seconda dei criteri di classificazione: le scienze naturali non sono scienze "esatte", come la matematica o la geometria!); i botanici le conoscono bene, perché hanno tutte la particolarità di vivere in simbiosi con un cianobatterio (fino a qualche anno fa non si parlava di cianobatteri, ma di Cianoficee, o "alghe azzurre", o "alghe verdi-azzurre"), denominato Anabaena azollae, perché vive esclusivamente su esse. Per la precisione, quest’alga si insedia in alcune cavità della superficie fogliare superiore della pianta-ospite, ed è in grado di fissare l’azoto atmosferico, rendendo così un servizio anche alla felce. È stato calcolato che esso sia capace di fissare una quantità notevolissima di azoto, da 100 fino a 200 kg. annui per ettaro (un ettaro equivale a 10.000 mq.), ragion per cui viene utilizzato in alcuni Paesi asiatici (come l’India, il Vietnam e la Cina) quale fertilizzante naturale delle risaie. Nelle medesime cavità del lobo fogliare in cui si insedia l’alga Anabaena, si sviluppano i peli epidemici della felce, i quali formano un supporto per il passaggio dei metaboliti (ossia dei prodotti intermedi o finali del processo simbiotico) dall’ospite al simbionte; nonché una particolare mucillagine ed una ricca flora batterica, costituita soprattutto dal genere Arthrobacter.

Le sette specie di Azolla attualmente conosciute — è sempre bene precisare che le nostre conoscenze botaniche, e non solo botaniche, sono sempre provvisorie, e suscettibili di ulteriori ampliamenti, nonché di possibili rettifiche – sono: A. caroliniana, A. filiculoides, A. mexicana, A. microphylla, A. pinnata, A. japonica e A. rubra. Ad esse bisogna poi aggiungere tre sottospecie (da qui le incertezze a livello sistematico): A. africana, A. asiatica ed A. pinnata; nonché, per completare il quadro, alcune specie fossili, trovate in rocce antiche fino a 70 milioni di anni, ossia risalenti al Cretaceo, tra le quali A. arctica, databile a circa 50 milioni di anni fa (cioè all’Eocene).

Negli antichissimi stagni delle isole Galapagos, come abbiamo visto, si era insediata, fluttuando in superficie, la piccola felce acquatica Azolla filiculoides, occupando la relativa nicchia ecologica. Poi subentrò un periodo di aridità, gli stagni si prosciugarono e le felci acquatiche scomparvero. Le isole, nel frattempo, continuavano ad essere frequentate da uccelli acquatici, i quali, in maniera più o meno fortunosa, giungevano dal mondo esterno, con l’aiuto dei venti o delle tempeste tropicali; e, come sempre accade, essi trasportavano su di sé, attaccati alle zampette, i semi di alcune piante o le spore di alcune felci: questa volta si trattava di un’altra specie di felce acquatica, la Azolla microphylla. La nicchia ecologica ad essa corrispondente si era resa di nuovo libera: nessun altro organismo si era insediato sulla superficie degli stagni appena riformatisi per effetto delle piogge, ed essa vi prese dimora, esattamente come aveva fatto la specie sorella, prima di lei. Se pure altre spore, di altre felci acquatiche, giunsero a loro volta sulle isole dopo la rinascita degli stagni interni, ormai la nicchia era occupata e i nuovi arrivati non avrebbero avuto alcuna possibilità di conquistarsi un proprio habitat: due specie viventi, come si è visto, non possono occupare simultaneamente la medesima nicchia.

In tutto questo, non è chi non veda come il grande attore del popolamento vegetale e della formazione degli ecosistemi sia, in ultima analisi, il meno "scientifico" e, quindi, il meno prevedibile di tutti: il caso. È stato per un caso che le spore della prima specie di felce acquatica sono giunte sugli acquitrini delle Galapagos; e sempre per un caso, dopo l’estinzione di quella specie, sono arrivate le spore della seconda. Se alle zampette di un pellicano, di un falco o d’un airone, fossero rimaste attaccate le spore di un’altra pianta, di un’altra felce acquatica, possiamo facilmente immaginare che sarebbero state queste ultime a popolare gli stagni, qualora avessero avuto la ventura di arrivare per prime. Questo, almeno è quel che par di capire a un osservatore esterno, il quale consideri questa particolare vicenda della biogeografia insulare, o che rifletta, più in generale, su come isole, continenti e gli stessi mari vengano popolati dagli esseri viventi.

A questo punto, tuttavia, anche l’ecologo o il botanico dovrebbero avere la modestia di sospendere il giudizio, nel risalire indietro da una causa all’altra, sino a formulare, eventualmente, delle conclusioni di carattere generale, diciamo di filosofia della natura. Siamo proprio sicuri di sapere che cosa sia il caso? Non potrebbe darsi che, dietro questo nome, si nasconda una qualche forma di ordine più alto, che noi — tuttavia – non riusciamo a cogliere, perché il nostro punto d’osservazione è troppo limitato, e la nostra facoltà visiva, troppo modesta?

Fonte dell'immagine in evidenza: Foto di Vidar Nordli-Mathisen su Unsplash