Come i "supergeni" nei pesci aiutano a sviluppare nuove specie
Una delle grandi domande della biologia è come nascono le nuove specie e come nasce l'incredibile diversità della natura. Un nuovo studio, pubblicato sulla rivista "Science" da un team internazionale, ci avvicina alla risposta. Dimostra il ruolo importante di una specialità genetica, i cosiddetti "supergeni".
Vari ciclidi del Malawi nelle acque poco profonde di Otter Point, Malawi
Copyright: LIB, Hannes Svardal
I ciclidi del lago Malawi, in Africa orientale, forniscono un indizio affascinante per capire come si è evoluta la diversità della vita sulla Terra. In questo unico lago, oltre 800 specie diverse di ciclidi si sono evolute da un antenato comune. Questa evoluzione è avvenuta in una frazione del tempo che separa l'uomo dallo scimpanzé. È inoltre notevole che la formazione di così tante specie sia avvenuta senza barriere fisiche. I pesci hanno vissuto in uno stesso specchio d'acqua durante il processo, senza che i ciclidi fossero localmente separati.
Un numero sorprendente di specie, sorprendentemente veloce
Alcuni di questi ciclidi sono diventati grandi pesci predatori durante questa evoluzione, altri si sono adattati a mangiare alghe, scavare nella sabbia o nutrirsi di plancton. Ogni specie ha trovato la propria nicchia ecologica. Come è potuto accadere tutto questo così rapidamente?
Nello studio, gli autori principali Hannes Svardal dell'Università di Anversa e Moritz Blumer dell'Università di Cambridge, insieme a un team di ricerca internazionale, hanno analizzato il materiale genetico dei ciclidi. Astrid Böhne dell'Istituto Leibniz per l'analisi del cambiamento della biodiversità di Bonn ha analizzato i possibili cromosomi sessuali insieme ad altri ricercatori.
Durante le loro indagini, i ricercatori hanno notato una caratteristica particolare nei geni: "Abbiamo scoperto che in alcune specie, ampie parti del DNA su cinque cromosomi sono invertite - un tipo di mutazione nota come inversione cromosomica", dice Hannes Svardal. Astrid Böhne sottolinea che un numero sorprendente di specie di ciclidi del Malawi ha subito un'inversione di regioni genomiche: "Queste inversioni giocano un ruolo importante nel successo delle specie di ciclidi nel lago Malawi. Siamo riusciti a dimostrare che le inversioni nei ciclidi del Malawi sono state trasmesse attraverso il flusso genico tra le specie, che a sua volta ha formato nuove specie in modo esplosivo. Queste si sono adattate in vari modi alle diverse condizioni ecologiche del lago e hanno modificato i loro corpi di conseguenza".
Mantenere le specie separate
Normalmente, quando gli animali si riproducono, il DNA viene rimescolato in un processo chiamato "ricombinazione": il materiale genetico di entrambi i genitori viene combinato. Tuttavia, quando un cromosoma viene capovolto, la ricombinazione in quella regione viene bloccata. Ciò significa che alcune combinazioni di geni possono essere trasmesse inalterate, generazione dopo generazione. Questi blocchi di geni conservati vengono talvolta definiti "supergeni".
Nei ciclidi del Malawi, questi supergeni sembrano svolgere diversi ruoli importanti. Sebbene le specie di ciclidi possano ancora incrociarsi, il DNA invertito aiuta a separare le specie. Impedisce che i loro geni si mescolino troppo. Ciò è particolarmente utile nelle zone del lago in cui i pesci vivono fianco a fianco, come ad esempio nelle aree sabbiose aperte, dove non c'è separazione fisica tra gli habitat.
Un fattore chiave nell'evoluzione
È interessante notare che i geni di questi supergeni spesso controllano tratti cruciali per la sopravvivenza e la riproduzione, come la vista, l'udito e il comportamento. I pesci che vivono fino a 200 metri di profondità in un lago, per esempio, hanno bisogno di capacità visive diverse da quelle dei pesci che vivono in superficie. I supergeni aiutano a mantenere questi speciali adattamenti. L'autore principale Moritz Blumer, dottorando presso l'Università di Cambridge, sottolinea: "Abbiamo trovato casi in cui eventi di ibridazione, cioè di accoppiamento tra specie, hanno permesso il trasferimento di intere inversioni. Ciò significa che alcuni adattamenti ecologici sono stati trasferiti".
Cosa possiamo imparare dai ciclidi sulle altre specie?
La coautrice Valentina Burskaia dell'Università di Anversa sottolinea un altro dettaglio affascinante: i ricercatori hanno scoperto che "in alcuni casi, queste regioni invertite funzionano ora come cromosomi sessuali e contribuiscono a determinare se un pesce diventa maschio o femmina. Poiché i cromosomi sessuali possono influenzare il modo in cui si formano le nuove specie, ciò solleva nuove interessanti domande sul funzionamento dell'evoluzione".
Sebbene lo studio attuale si concentri sui ciclidi, le inversioni cromosomiche si verificano anche in molti altri animali, compresi gli esseri umani. Sono sempre più riconosciute come un fattore chiave dell'evoluzione e della biodiversità.
La pubblicazione su Science fornisce quindi importanti indicazioni sul processo di speciazione, che i ricercatori studiano da tempo. La comprensione di come nascono e si diffondono i supergeni ci avvicina alla risposta a una delle più grandi domande della scienza: come la vita sulla Terra sia diventata così ricca e diversificata.
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