Esprimere la sensibilità visiva

Qualche tempo fa [*] avevamo parlato dei ciclidi e della probabile loro attitudine particolarissima alla speciazione simpatrica (cioè, in assenza di barriere geografiche), indicandone come possibile meccanismo la divergenza di preferenze sessuali:«All’interno di una specie, gradualmente si definiscono due tipi di femmine: un sottogruppo tende a preferire maschi con una certa colorazione, l’altro predilige maschi con una colorazione molto diversa

Qualche tempo fa [*] avevamo parlato dei ciclidi e della probabile loro attitudine particolarissima alla speciazione simpatrica (cioè, in assenza di barriere geografiche), indicandone come possibile meccanismo la divergenza di preferenze sessuali:

«All’interno di una specie, gradualmente si definiscono due tipi di femmine: un sottogruppo tende a preferire maschi con una certa colorazione, l’altro predilige maschi con una colorazione molto diversa (opposta). I maschi con colorazioni estreme e le femmine con preferenze estreme lasceranno più discendenti. Nella prole della generazione successiva, nasceranno femmine con preferenze un po’ più marcate, e maschi con un colorazioni un po’ più caratterizzate. Meno maschi e femmine con caratteristiche intermedie. Col tempo, si potrebbe arrivare a un isolamento quasi completo dei due gruppi all’interno della stessa specie».

Diventa allora importante studiare la variabilità della sensibilità visiva, che nei ciclidi dipende sicuramente dalla variabilità di sette geni che codificano per l’opsina – una proteina che si trova nei coni dell’occhio, proprio quell’occhio attraverso cui le femmine, tra le altre cose, scelgono il partner.

Un paio di anni fa una ricerca sui ciclidi del lago Vittoria (Terai et al. 2006) individuava le opsine come oggetti di ricerca molto interessanti, in quanto caratteri con una forte base genetica (la sequenza di una proteina è esattamente codificata in un gene) che influenzano in maniera importante sia le capacità di sopravvivenza nell’ambiente sia le preferenze sessuali. Nella loro ricerca Terai e colleghi andavano a verificare la variazione geografica nei geni delle opsine di individui della stessa specie che vivevano in località diverse del lago caratterizzate da condizioni di illuminazione differenti. Trovarono correlazioni interessanti, e ipotizzarono così una situazione in cui – diciamo così – differenti pressioni selettive modificano i geni delle opsine in una direzione o nell’altra, influenzando in questo modo le preferenze sessuali, e quindi a lungo andare anche le colorazioni maschili, portando infine alla speciazione in assenza di vere e proprie barriere geografiche.

Oggi, in un articolo in pubblicazione su BMC Biology, entra in gioco lo sviluppo.

Ormai non possiamo più dare per scontato che i geni “esprimano” caratteri – neanche semplici proteine – in maniera lineare. Meccanismi di regolazione attivi nello sviluppo e nel genoma fanno sì che gli stessi (diciamo) sette geni possano essere utilizzati dagli organismi in modi diversi, dando forma a una varietà di prodotti e tratti. Ecco cosa si intende per “modulazione”.

Un gruppo di ricercatori americani guidati da Karen L. Carleton ha confrontato non i geni delle opsine bensì i pattern, le traiettorie di espressione di tali geni in diverse specie di ciclidi del lago Malawi, e in una specie ad esse imparentata probabilmente simile al loro antenato comune, la tilapia Oreochromis niloticus.

La catena di reazioni che costituisce l’espressione dei geni cambia nel corso della vita dell’organismo, in particolare in stadi di sviluppo diversi vengono utilizzati segmenti diversi dei medesimi geni: questa espressione differenziale dei geni opsinici è un potente meccanismo per la sintonizzazione del sistema visivo durante lo sviluppo. I risultati dello studio individuano che tutte le specie considerate hanno gli stessi sette geni dell’opsina, ma le specie ciclidi del lago Malawi si dividono in gruppi:

– nelle le larve delle specie abitatrici delle rocce si esprimono i geni della sensibilità alle onde corte (banda del rosso) come nei piccoli della tilapia; crescendo, in alcune specie c’è una ritenzione di questi caratteri larvali, in altre c’è uno spostamento verso i geni espressi nelle giovani tilapie, senza arrivare però ai pattern di espressione che si trovano nelle tilapie adulte;

– nelle specie abitatrici dei fondali sabbiosi si esprimono già allo stadio larvale i geni della sensibilità alle onde lunghe (blu-violetto), i medesimi espressi nelle tilapie adulte che però vi arrivano gradualmente nello sviluppo.

Questi pattern di espressione caratterizzati da eterocronie (cambiamenti nella tempistica dello sviluppo) e da neotenia (blocco dello sviluppo e ritenzione di caratteri giovanili) suggeriscono come la sensibilità visiva possa modificarsi in modo semplice e rapido nel corso dell’evoluzione, sebbene siano necessari ulteriori studi su altre specie per determinare quanto queste modificazioni dello sviluppo siano labili o stabili.

I ciclidi – concludono gli autori – hanno sensibilità visive che differiscono da specie a specie. Queste sensibilità possono variare nel corso dello sviluppo, con spostamenti eterocronici che risultano in sensibilità alternative nell’adulto. Tali cambiamenti possono avere importanti ripercussioni sulle preferenze nell’accoppiamento, sulla scelta del partner e in ultima analisi sulla speciazione.

«Stiamo lavorando per determinare se le specie imparentate differiscono effettivamente per sensibilità visiva, come questa sia collegata alle colorazioni dei maschi, e se queste differenze influenzino davvero le preferenze sessuali delle femmine».

Emanuele Serrelli

 
Riferimenti:
[*] Qual è il confine tra le specie?, notizia del 03/03/2008
– Carleton, KL, TC Spady , JT Streelman, MR Kidd, WN Mcfarland, ER Loew (2008), “Visual sensitivities tuned by heterochronic shifts in opsin gene expression“, BMC Biology 6, in publication.
– Terai, Y; Seehausen, O; Sasaki, T, et al. (2006), “Divergent selection on opsins drives incipient speciation in Lake Victoria cichlids”, PLOS Biology 4, pp. 2244-225.

 Immagine tratta da “The Brain from Top to Bottom – an interactive web site on the human brain and behavior” (http://thebrain.mcgill.ca)