Costi e benefici della meiosi

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Oltre ad incrementare la variabilità genetica della prole, la meiosi, mediante l’appaiamento di cromosomi omologhi, consente a riparare i danni genetici da stress ossidativo: un importante vantaggio evolutivo

Negli ultimi decenni, la comprensione delle diverse fasi della meiosi è diventata più approfondita, ma non vi è altrettanta chiarezza su quale sia il suo effettivo vantaggio in termini evolutivi. Nella meiosi, la ricombinazione dei cromosomi può portare alla perdita di combinazioni genetiche favorevoli, è un processo dispendioso in termini di tempo, nonché rischioso in quanto soggetto a errori.

Tradizionalmente l’outcrossing, ossia lo scambio di materiale genetico con il DNA proveniente da un partner sessuale, è sempre stata ritenuta come il vantaggio maggiore della riproduzione sessuata per il suo ruolo nell’incrementare la variabilità genetica, ma negli ultimi decenni studi teorici ed empirici sembrano mettere in discussione questa ipotesi. Non è sempre detto infatti né che il sesso aumenti la variabilità genetica all’interno di una popolazione, né che eventuali variazioni genetiche conseguenti siano selezionate positivamente.

In un articolo pubblicato sulla rivista Proceedings of the Royal Society B, i ricercatori Ghader Mirzaghaderi (Università del Kurdistan) e Elvira Hörandl (Università di Göttingen) hanno analizzando le origini della meiosi, le sue fasi e il modo in cui queste variano in natura, investigando l’idea che alcune fasi si conservino con variazioni minime in tutti gli eucarioti, in quanto fondamentali per la loro sopravvivenza e fertilità, mentre l’espressione di altre funzioni sia facoltativa e dipendente dal contesto.

Nel normale ciclo di vita delle cellule eucariote, il DNA viene quasi inevitabilmente danneggiato; tra le cause di questi danni vi sono forme reattive dell’ossigeno che si vengono a creare durante la respirazione cellulare ad opera dei mitocondri, tipica degli eucarioti. Queste molecole reattive producono lesioni da stress ossidativo, come rotture del doppio filamento e altri danni fisici; perciò, per le cellule eucariote è essenziale dotarsi di uno o più meccanismi di riparazione. Si pensa che la pressione selettiva che ha favorito la diffusione della meiosi sia proprio quella di sfruttare l’appaiamento con una molecola omologa di DNA per permettere la riparazione di danni e rotture alla doppia elica usando la molecola omologa come “stampo”. È stato osservato che questo processo migliora di molto la qualità del DNA nei discendenti.

Anche nella riproduzione asessuata, salvo in rarissime eccezioni (dove comunque esistono meccanismi alternativi di riparazione del DNA) la meiosi è conservata. È stato anzi dimostrato che è possibile mantenere la variabilità genetica tramite altri meccanismi meiotici che non richiedono un partner sessuale. La riproduzione asessuata nella maggior parte degli animali resta comunque un’opzione facoltativa limitata a situazioni particolari; nel breve periodo per esempio può aumentare l’efficienza con cui una specie colonizza un nuovo territorio e può tornare utile in mancanza di partner sessuali, ma può causare perdita di funzionalità dei geni e riduzione dell’adattabilità, aumentando il rischio di estinzione sul lungo periodo.  

Gli autori dello studio concludono dunque che la fase principale e più diffusa della meiosi, indispensabile per la vita degli eucarioti, consiste nell’appaiamento di cromosomi omologhi e nella conseguente delle riparazione dei danni genetici da stress ossidativo. Questa fase è mantenuta da una pressione selettiva molto forte in quanto la sua mancanza ha conseguenze negative sulla fertilità.


Riferimento:
Mirzaghaderi G., Hörandl E., The evolution of meiotic sex and its alternatives, Proc. R. Soc. B 283 (2016), doi: 10.1098/rspb.2016.1221

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