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Come la dieta guida l'evoluzione
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Le diverse forme di becco e mascella sono esempi illustrativi di come le specie animali si siano adattate a diverse fonti di cibo. In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Nature, i ricercatori mostrano ora come la dieta stessa modella la composizione del tessuto intestinale, utilizzando come esempio i pesci ciclidi, estremamente diversi tra loro.
Sezione delle pieghe intestinali nell'intestino anteriore di Neolamprologus brevis. Sono evidenziati due geni che svolgono un ruolo particolarmente importante nell'intestino delle specie predatrici. Il turchese indica l'attività di un gene coinvolto nell'elaborazione delle proteine; il magenta indica l'attività di un gene coinvolto nel metabolismo energetico.
Patrick Tschopp, University of Basel
Il lago Tanganica, in Africa, ospita uno degli esempi più impressionanti di rapida evoluzione. Qui si sono evolute circa 250 specie di pesci ciclidi, ciascuna specializzata in diverse nicchie ecologiche all'interno del limitato ambiente del lago. Alcuni si nutrono di alghe o plancton, mentre altri sono predatori che tolgono le squame ad altri pesci o predano pesci più piccoli.
Le fonti di cibo dei ciclidi sono di solito evidenti dalla loro bocca: le loro mascelle sono modellate in modo da adattarsi perfettamente alle rispettive diete, ad esempio per raschiare le alghe dalle rocce o strappare le squame da altri pesci. Anche la relazione tra dieta e lunghezza dell'intestino è stata documentata per molte di queste specie.
Un team guidato dal Dr. Antoine Fages, dal Prof. Dr. Patrick Tschopp e dal Prof. Dr. Walter Salzburger dell'Università di Basilea ha ora identificato un altro livello di adattamento a diverse fonti alimentari. "Finora si sapeva poco di come l'apparato digerente si adatta a diete diverse a livello di cellule e processi cellulari", spiega Antoine Fages, primo autore dello studio, che descrive proprio questi adattamenti su Nature, usando i ciclidi come esempio.
Dai tratti esterni alle cellule intestinali
Per la prima volta, i ricercatori hanno collegato la composizione cellulare dell'intestino alle caratteristiche anatomiche e alle nicchie ecologiche delle varie specie di ciclidi. Utilizzando moderni metodi di sequenziamento di singole cellule, il team ha esaminato le cellule intestinali e i programmi genetici attivi al loro interno in 24 specie di ciclidi.
I risultati mostrano che non sono solo i tratti visibili degli animali ad essersi adattati: nei ciclidi carnivori, l'epitelio intestinale - cioè il rivestimento interno dell'intestino - contiene più cellule specializzate nell'assorbimento di grassi e nutrienti. Queste cellule svolgono un ruolo importante nell'elaborazione degli alimenti ricchi di energia.
Spazio per gli adattamenti evolutivi
"Questo suggerisce che la nicchia ecologica influenza indirettamente la specificazione dei tipi di cellule e quindi la composizione dei tessuti nell'intestino", spiega Patrick Tschopp. Inoltre, molti geni attivi in queste cellule sembrano avere poca influenza su altri processi dell'organismo. "Questo offre molto spazio per gli adattamenti evolutivi".
Walter Salzburger riassume: "Mostriamo a livello di singole cellule come gli adattamenti a diete diverse contribuiscano alla diversificazione evolutiva".
Il progetto è stato finanziato da una sovvenzione Sinergia del Fondo Nazionale Svizzero per la Ricerca Scientifica. In linea con lo spirito di questa iniziativa di finanziamento interdisciplinare, lo studio combina la biologia evolutiva e l'ecologia con la ricerca su cellule e tessuti, spaziando dalle caratteristiche esterne e dalle abitudini alimentari alle singole cellule e molecole del tratto digestivo.
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