Evoluzione punteggiata per le lucertole centro-americane

Le lucertole del genere Anolis avrebbero goduto di un ritmo di evoluzione particolarmente rapido grazie a un tasso più elevato di speciazione e diversificazione rispetto a molti vertebrati terrestri, indizi che suffragherebbero un modello di evoluzione punteggiata

Il genoma delle lucertole del genere Anolis avrebbe goduto di un tasso di evoluzione molecolare molto più rapido rispetto alla maggior parte degli altri vertebrati. Questa conclusione è il risultato del confronto tra il genoma di alcune specie di questo genere e altri 27 vertebrati, che fornirebbe indizi di un modello di evoluzione punteggiata per questi rettili. A sostenerlo, uno studio condotto da un team internazionale di ricercatori guidati da Marc Tollis e pubblicato su Genome Biology and Evolution.

Secondo gli studi condotti finora, l’ordine degli Squamati, comprendente tutte le lucertole e i serpenti, è il gruppo che ha goduto della maggiore diversificazione e del più ampio adattamento morfologico tra tutti i vertebrati. Nello specifico, si stima che le circa 400 specie di lucertole del genere Anolis rappresentino un esempio significativo dell’ampia radiazione adattativa di questo ordine, sebbene ad oggi solo il genoma di una di queste, A. carolinensis, una lucertola verde del sud est degli Stati Uniti, sia stato interamente sequenziato.

Infatti, come fanno notare gli autori introducendo lo studio, a fronte di una così ampia radiazione adattativa, le analisi del genoma di queste lucertole e le comparazioni genomiche con altri rettili dell’ordine Squamata e con altri vertebrati sono state condotte in pochi e limitati casi. Secondo i ricercatori, invece, un’analisi più approfondita potrebbe fornire indizi significativi dei meccanismi evolutivi alla base della diversificazione di tutti i vertebrati.

Per provare a chiarire questo quadro, il team di ricercatori ha sequenziato il genoma di 3 specie di lucertole di Panama, A. frenatus, A. auratus, A. apletophallus, le ha confrontate tra loro e con quello già interamente disponibile di A. carolinensis e ha successivamente condotto un’ampia comparazione con il genoma di altri 27 vertebrati. Lo studio si è concentrato nel provare a rispondere a questi tre quesiti: quanto diverge il genoma di queste tre lucertole da quello di A. carolinensis? C’è un legame tra il tasso di evoluzione genomica degli Anolidi e la loro ampia speciazione? Quali sono le regioni del loro genoma più colpite dai cambiamenti?

Lo studio presenta risultati piuttosto articolati. I ricercatori hanno cominciato con una comparazione tra i genomi delle quattro lucertole, confermando una struttura mediamente simile nonostante le nicchie ecologiche differenti delle quattro specie. A. carolinensis ha quasi 23mila geni, il 91% dei quali sono geni ortologhi conservati, percentuale non molto dissimile (circa l’87% in media) a quella che si trova nel genoma delle tre lucertole di cui è appena stato sequenziato il genoma. Anche la percentuale degli elementi ripetuti è simile in tutti e quattro i genomi.

Con questi dati, i ricercatori hanno poi potuto ricostruire la filogenesi di 31 vertebrati (i dati raccolti per i genomi delle quattro lucertole e i dati presenti in letteratura per altre 27 specie di vertebrati), per stimare il più precisamente possibile l’ultimo antenato comune di queste lucertole. I risultati confermano filogeneticamente la datazione a circa 35 milioni di anni fa, in tardo Eocene, per il progenitore comune di A. carolinensis, A. auratus e A. apletophallus, e di circa 45 milioni di anni fa, in pieno Eocene, per quello tra le tre specie sopracitate e A. frenatus .

Proprio questa ricostruzione ha permesso ai ricercatori di calcolare il tasso di sostituzione del DNA per sito per milione di anni per ciascuna delle 31 specie analizzate, concludendo che circa il 26% dell’evoluzione lungo la filogenesi di questi vertebrati è legata ad eventi di speciazione. Da questo calcolo, lo studio ha fotografato, confermando studi precedenti, una evoluzione più rapida per le specie appartenenti all’ordine degli Squamati rispetto a mammiferi, uccelli e rettili come tartarughe e coccodrilli. Dall’analisi dei risultati, gli autori concludono come vi sia un legame tra il tasso di evoluzione molecolare di lucertole e serpenti e il tasso più alto di speciazione.

A questo punto, il team di ricerca si è focalizzato sullo studio di più di 4000 geni dal genoma degli Anolidi analizzati, assegnando un punteggio per ciascun gene studiato rispetto alla velocità di evoluzione. I risultati mostrano che, nel genoma di queste lucertole, i siti più interessati da una sostituzione più rapida sono stati 14 geni implicati nello sviluppo del diencefalo, 17 legati allo sviluppo del sistema endocrino, 3 legati alla spermatogenesi e al raggiungimento della maturità sessuale e 19 coinvolti nello sviluppo dei nervi cranici e nella colorazione e coordinazione del movimento della giogaia, che gli esemplari maschi tendono ad oscillare per avvicinare le femmine durante la stagione riproduttiva.

Nelle conclusioni dei ricercatori, l’evoluzione più rapida non solo rispetto agli altri vertebrati ma soprattutto rispetto agli altri rettili, dei geni legati alla visione del colore (sviluppo del diencefalo), alla produzione di ormoni (sistema endocrino) e alla colorazione della giogaia (determinata da un certo numero di nervi cranici e determinante nei rituali di corteggiamento di queste specie) avrebbero contribuito alla progressiva separazione delle diverse specie fino alla formazione di barriere riproduttive, oltre ad incrementare il tasso di speciazione. Inoltre, annotano i ricercatori, un ruolo non secondario potrebbe essere stato giocato anche dal raggiungimento precoce della maturità sessuale da parte di queste lucertole rispetto agli altri rettili.

Questo meccanismo, nelle conclusioni degli autori, descriverebbe un’evoluzione punteggiata per queste lucertole, caratterizzata da rapidi momenti di speciazione intervallati da più lunghi momenti di stasi nei quali si sarebbero rinforzate le barriere riproduttive. Questi risultati potrebbero aiutare a spiegare le ragioni del successo evolutivo del genere Anolis.


Riferimenti
Tollis et al., Comparative Genomics Reveals Accelerated Evolution in Conserved Pathways during the Diversification of Anole Lizards. Genome Biology and Evolution, 2018; 10 (2): 489 DOI: 10.1093/gbe/evy013

Immagine: By Newtown grafitti [CC BY 2.0], via Wikimedia Commons)