Il ruolo del caso nell’evoluzione

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Contingenze storiche ed evoluzione: quello che alcune molecole dei vertebrati spiegano sui meccanismi evolutivi

Cosa sarebbe successo se il meteorite responsabile dell’estinzione del Cretaceo avesse mancato la Terra? Probabilmente essa sarebbe ancora popolata di grandi rettili e i mammiferi sarebbero rimasti creature insignificanti capaci di sopravvivere solo in poche nicchie ecologiche marginali. L’estinzione di massa del Cretaceo è solo il più famoso di numerosi esempi, nella storia della vita, in cui un evento casuale e imprevedibile è stato necessario perché gli animali, le piante e tutti gli altri esseri viventi diventassero così come li vediamo oggi.
Ma potendo eliminare gli eventi catastrofici e disponendo di un ambiente costante o, al più, in lento cambiamento, quanto diventerebbe prevedibile il percorso evolutivo della vita? Secondo quanto evidenziato da una ricerca svolta da Michael J. Harms e Joseph W. Thornton, delle università di Chicago e dell’Oregon, e pubblicata su Nature, la risposta è che l’evoluzione rimarrebbe ancora del tutto imprevedibile: gli esseri viventi che osserviamo oggi sono frutto di un percorso evolutivo non solo unico, ma anche assai improbabile. La vita come la conosciamo oggi è frutto di un unico percorso evolutivo non ripetibile.
A portare gli autori a queste conclusioni, è stato lo studio della biochimica di un importante elemento del metabolismo di tutti i vertebrati, il recettore per il cortisolo. Tramite la tecnica della ricostruzione dello stato ancestrale, gli autori hanno ricostruito quale fosse la più probabile sequenza di questa molecola presente nell’antenato comune di tutti i vertebrati. Prodotta transgenicamente, questa proteina ha mostrato di essere un recettore funzionante, ma aspecifico, capace cioè di attivarsi legando un qualsiasi glucocorticoide. Tutte le versione attuali del recettore differiscono da quella ancestrale per alcune sostituzioni di aminoacidi, divise dagli autori in mutazioni di cambio funzionale (F) e permissive (P). Le mutazioni di tipo P sono dette permissive perché, da sole, non sono in grado di alterare la funzione del recettore ancestrale. Quando però si tenta, sperimentalmente, di inserire le sole mutazioni F nel recettore ancestrale il risultato è una proteina non funzionante. Le mutazioni di tipo P sono dunque fondamentali tanto quanto le F, anche se non conferiscono nuove caratteristiche alla proteina.
I ricercatori hanno perciò provato a produrre versioni del recettore ancestrale non alterate, o in cui erano state inserite solo mutazioni F, e a sottoporle a mutagenesi casuale. I recettori ottenuti sono stati poi stati inseriti in cellule di lievito, modificate per essere incapaci di crescere senza l’attivazione di questo recettore, per stabilire quante delle versioni mutate ottenute fossero funzionali. 
Delle circa 4000 versioni testate solo una si è dimostrata compatibile col funzionamento tanto della versione moderna quanto di quella ancestrale del recettore: quella che conteneva le mutazioni P “storiche”, cioè realmente avvenute nel corso dell’evoluzione. Tenuto conto che il passaggio dalla forma ancestrale a quella moderna del recettore non può essere avvenuta attraverso una forma intermedia inattiva e che le mutazioni P non possono essere state favorite dalla selezione, i ricercatori hanno stabilito che i recettori per il cortisolo, così come è possibile osservarli oggi nei moderni vertebrati, possono essere frutto solo di un unico e improbabile percorso evolutivo, in cui la comparsa casuale delle mutazioni P è stata seguita dalla comparsa altrettanto casuale di quelle F.
Gli autori sottolineano nella loro argomentazione che un recettore per il cortisolo si sarebbe probabilmente potuto evolvere anche attraverso mutazioni in una porzione (dominio) differente dello stesso recettore ancestrale, rispetto a quella presa in esame dallo studio; o addirittura a partire da una proteina del tutto diversa. Ma forme di vita con questo recettore alternativo sarebbero un’altra vita rispetto a quella che oggi conosciamo. E se le conclusioni dell’esperimento si dimostrassero valide in senso generale, questo varrebbe per qualunque altra proteina osservabile nei viventi attuali.
Daniele Paulis
Riferimenti:
Harms MJ, Thornton JW. Historical contingency and its biophysical basis in
glucocorticoid receptor evolution. Nature. 2014 Jun 15. doi: 10.1038/nature13410.