Geni in cerca di variazioni

PZ Myers su Seed ci racconta una interessante vicenda dove parla della genetic accommodation, quel meccanismo che fa comparire nuovi fenotipi che precedono gli specifici genotipi. Andando a guardare bene come funziona il fenomeno, vedremo che, in realtà, non si pone in contraddizione con i principi NeoDawiniani. Manduca è un genere di falene i cui bruchi sono molto grossi, e in

PZ Myers su Seed ci racconta una interessante vicenda dove parla della genetic accommodation, quel meccanismo che fa comparire nuovi fenotipi che precedono gli specifici genotipi. Andando a guardare bene come funziona il fenomeno, vedremo che, in realtà, non si pone in contraddizione con i principi NeoDawiniani.
 
Manduca è un genere di falene i cui bruchi sono molto grossi, e in alcune specie è possibile osservare delle forme con colori diversi nelle fasi giovanili. Manduca quinquemaculata, ad esempio, mostra un interessante polifenismo [organismi con lo stesso assetto genetico sviluppano fenotipi differenti, in ambienti differenti]. In particolare, i bruchi posso presentarsi in due diverse forme: completamente nero (in presenza di temperature fredde assorbono meglio il calore del sole) o verde (a temperature più elevate, si nascondono così meglio tra le foglie). Manduca sexta, invece, non presenta questa flessibilità, solitamente il bruco è verde e la comparsa della forma mutante nera non è legata alla temperatura.

 Suzuki e Nijhout, in uno studio pubblicato l’anno scorso su Science, hanno voluto verificare se fosse stato possibile vedere emergere in M. sexta le abilità polifeniche dell’altra specie. Insomma vedere l’evoluzione all’opera in laboratorio.
 Gli scienziati hanno portato avanti un esperimento con 300 bruchi neri di questa specie di falena, e li hanno sottoposti a uno shock termico (Durante lo sviluppo l’organismo non risponde solo ad un programma genetico, ma interagisce anche con l’ambiente. Si tratta di un processo plastico, e un aumento di temperatura può azionare una forte risposta molecolare che l’organismo mette in atto per resistere allo stress. Questi cambiamenti non avvengono a livello genetico, ma nel processo di sviluppo, quindi a livello del fenotipo).
A questo punto hanno operato una selezione artificiale separando i bruchi che, in seguito allo shock termico, diventavano verdi (linea polifenica, che muta di colore), quelli che restavano neri (linea monofenica) e un gruppo di controllo con individui prelevati a caso. Ciascuno di questi tre gruppi veniva cresciuto e fatto riprodurre. La selezione nei tre gruppi veniva effettuata ad ogni generazione, fino a che alla settima la linea monofenica era diventata esclusivamente nera e quella polifenica era sempre più reattiva, fino a che, alla tredicesima generazione, produceva sempre bruchi che dopo lo stress da neri diventavano verdi. La linea di controllo continuava invece a produrre bruchi che mutavano di colore con frequenza casuale.
 La selezione operata aveva quindi permesso di fare affiorare un tratto che non era visibile nella popolazione originale, ma che emergeva solo con una condizione ambientale inusuale, lo stress termico.

La mutazione del fenotipo indotta dall’aumento di temperatura era ereditabile: la genetic accomodation in realtà non coinvolge nessun nuovo meccanismo genetico, quello che il processo fa è usare la variazione ambientale per smascherare una riserva di informazioni genetiche invisibili, e esporle alla selezione naturale. Il genotipo, di fatto, era già diverso, prima che lo fosse il fenotipo.
 Il fenotipo è l’aspetto critico dell’organismo che è soggetto alla selezione, è un prodotto dello sviluppo, e si svolge con interazioni con l’ambiente.

La forma di un organismo non è dunque già marchiata a fuoco nel suo genoma: essa emerge grazie a interazioni tra geni, tra cellule e tra tessuti, e anche grazie all’interazione dell’organismo con il suo ambiente.

Una popolazione può accumulare variazioni genetiche come quella descritta nello studio senza costi significanti, ma quando le condizioni cambiano, esse posso essere poi schierate per mettere in campo nuovi genotipi che posso rappresentare un grande potenziale per l’evoluzione.

Yuichiro Suzuki and H. Frederik Nijhout. Evolution of a Polyphenism by Genetic Accommodation, Science 3 February 2006: Vol. 311. no. 5761, pp. 650 – 652

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Chiara Ceci