Evoluzione: un gene tira l’altro

Anche quando funzionano solo in squadra per raggiungere un risultato utile alla sopravvivenza, più geni possono essersi evoluti in tempi diversi: ogni mutazione necessaria per la funzione finale, anche se non sufficiente, crea i presupposti per quella successiva


Il tema dell’irriducibile complessità è stato cavalcato a lungo dagli antievoluzionisti come possibile (a torto) tallone d’Achille della teoria dell’evoluzione. L’argomento principale è sempre lo stesso: alcune soluzioni utili alla sopravvivenza osservate in natura non potrebbero funzionare se anche solo uno dei loro elementi non fosse presente. Questo discorso è stato a volte anche applicato alle mutazioni necessarie perché più geni acquisiscano determinate funzioni e permettano agli individui di meglio adattarsi all’ambiente. Tuttavia, in questo caso, i geni che agiscono in concerto a formare un adattamento straordinariamente complesso, non è affatto necessario che si siano evoluti contemporaneamente: se un primo gene del gruppo raggiunge la sequenza ‘ideale’ e da questa mutazione deriva anche solo un minimo vantaggio per la sopravvivenza dell’individuo portatore, anche del tutto slegato da quello che sarà il futuro meccanismo complesso, questa mutazione sarà conservata e creerà l’ambiente, interno al genoma di una specie, adatto a favorire le mutazioni degli altri geni. Potrebbe essere addirittura non necessario che il gene mutato porti vantaggi. Perché la selezione lo conservi è sufficiente che abbia un effetto neutro.

La prova provata
Una prova a supporto del processo evolutivo sopra descritto è stata ottenuta grazie al lavoro di Joel W. McGlothlin del Virginia Tech e dal suo gruppo di ricerca, composto da ricercatori di varie università statunitensi e olandesi, che hanno pubblicato una ricerca sulla rivista Current Biology. Gli autori hanno esaminato il genoma di 78 specie di serpenti e quello di alcune specie di lucertole, il gruppo tassonomico più strettamente affine evolutivamente ai serpenti, per cercare di ricostruire il percorso che ha reso in grado alcuni di questi rettili, in particolare la specie Thamnophis sirtalis (o serpente giarrettiera), di nutrirsi di anfibi altamente velenosi, in grado di secernere il pericolosissimo veleno tetrodotossina (TTX). Il serpente giarrettiera è immune agli effetti mortali della TTX grazie alla mutazione di tre geni, due presenti sui nervi periferici e uno situato sui muscoli, grazie alle quali non resta paralizzato fino a soffocare dopo aver mangiato gli anfibi velenosi.

Una lunga storia
I dati relativi al genoma sembrano dimostrare che la prima delle due mutazione dei nervi è avvenuta intorno ai 170 milioni di anni fa, nel corso del periodo Giurassico. Questa mutazione è presente in tutti i serpenti e in alcune lucertole, facendo supporre che i serpenti l’abbiano ereditata da un antenato comune. Dato che ricostruzioni del percorso evolutivo degli attuali anfibi velenosi dimostrano che non erano ancora in grado di produrre TTX nel Giurassico, il vantaggio evolutivo del mantenimento di questa prima mutazione è probabilmente legato all’olfatto, dal momento che la proteina mutata è presente anche sulle cellule dell’organo vomeronasale (l’organo con cui i serpenti “assaggiano” l’aria grazie al tipico movimento della lingua). La mutazione rende però i suoi portatori capaci di non soffrire dell’intorpidimento del corpo causato dall’ingestione di quantità di TTX anche molto piccole, un effetto sgradevole che induce i predatori non dotati della mutazione a evitare le prede anche solo blandamente tossiche. La seconda mutazione è avvenuta almeno quattro volte indipendentemente in altrettante linee evolutive di serpenti a partire da 38 milioni di anni fa, lo stesso periodo in cui gli anfibi iniziavano a sviluppare il veleno. Questa mutazione può essere avvenuta in risposta alla presenza di prede velenose, ma in assenza della mutazione precedente, i serpenti avrebbero evitato del tutto le prede in grado di secernere TTX e la nuova mutazione non avrebbe avuto alcun vantaggio selettivo. La terza mutazione, che consente ai muscoli di non rimanere paralizzati dal veleno degli anfibi, è comparsa indipendentemente, a partire da 12 milioni di anni fa, in cinque specie di serpente che si sono altamente specializzate nel cacciare le specie di anfibio più velenose. Anche se alcune delle cinque specie non sono imparentate fra loro, evolutivamente, in tutte erano già presenti le due mutazioni a livello dei nervi.

Voga
Che, a partire da un gene utile o quantomeno neutro, si arrivi a gruppi di geni che sembrano lavorare in modo coordinato tra loro, come in una squadra, non deve sorprendere più di tanto: nel suo celebre libro: “Il gene egoista” Richard Dawkins usa la metafora dell’individuo come una barca e dei geni come vogatori. Un vogatore, per quanto eccezionale, che non parla la lingua dei suoi colleghi difficilmente porterà a una barca veloce. In questa metafora, ovviamente, la velocità della barca rappresenta la sopravvivenza e la capacità di riprodursi di un individuo. Oltre che dall’ambiente i geni sono selezionati dagli altri geni con cui si trovano a lavorare, quello che ad occhi inesperti appare frutto di un progetto intelligente è come sempre solo la conseguenza di mutazione e selezione. Basta avere abbastanza tempo.


Riferimenti:
McGlothlin JW, Kobiela ME, Feldman CR, Castoe TA, Geffeney SL, Hanifin CT, Toledo G, Vonk FJ, Richardson MK, Brodie ED Jr, Pfrender ME, Brodie ED 3rd. Historical Contingency in a Multigene Family Facilitates Adaptive Evolution of Toxin Resistance. Curr Biol. 2016 Jun 20;26(12):1616-21. doi: 10.1016/j.cub.2016.04.056. 

Immagine: By Wilson44691 (Own work) [Public domain], via Wikimedia Commons