Nata e fuggita da un acquario la specie invasiva che clona se stessa

Il gambero marmorizzato Procambarus virginalis è una specie partenogenetica di gambero d’acqua dolce altamente invasiva originatasi di recente. L’analisi filogenetica ne rivela la storia evolutiva e apre interessanti opportunità per ulteriori ricerche

Trent’anni fa non esisteva nemmeno, venne per la prima volta osservato nel 1995 in un acquario tedesco. Oggi, con decine di milioni di esemplari con alto tasso di riproduttività, ha letteralmente invaso in appena una decina di anni vaste aree del Madagascar, causando alterazione degli ecosistemi coinvolti e rischio di estinzione per le specie autoctone. Anche in molti paesi europei tra cui l’Italia, in particolare in Toscana e in Veneto, esemplari liberi in natura sono stati osservati, nonostante nell’Unione Europea dal 2014 ne sia vietata l’importazione, il possesso, la vendita e il rilascio nell’ambiente date le gravi alterazioni che possono causare agli ecosistemi dulciacquicoli. E problematiche simili rischiano di emergere anche negli Stati Uniti e in Giappone.

Parliamo del “gambero marmorizzato”, nome scientifico Procambarus virginalis, organismo di acqua dolce formato solo da esemplari femmine che si riproducono per partenogenesi apomittica, ovvero oogenesi direttamente da mitosi senza meiosi, con uova che sviluppano direttamente embrioni senza necessità di fecondazione. Questi gamberi “clonano se stessi”, e in pochi mesi da un singolo esemplare si possono sviluppare centinaia di individui geneticamente identici.

Un articolo pubblicato sulla rivista Nature Ecology & Evolution riporta in dettaglio le analisi svolte da un gruppo multidisciplinare di ricercatori coordinato dal Dr. Frank Lyko del German Cancer Research Center di Heidelberg, analisi che suggeriscono che la specie autoclonante sia emersa come ibrido genetico durante gli anni Novanta del secolo scorso, e ricostruiscono un percorso evolutivo che comprende in sequenza mutazione, speciazione improvvisa ed espansione clonale.

I ricercatori hanno inizialmente sequenziato e analizzato genomi di gamberi marmorizzati provenienti da diverse popolazioni malgasce e tedesche, per confrontarli tra di loro e con genomi di specie affini. La nuova specie contiene tre set cromosomici, un genotipo triploide e non diploide come usuale nella maggioranza delle specie animali; invece di rappresentare un problema, l’alterazione cromosomica è un vantaggio per questi gamberi, molto resistenti e capaci di adattarsi con estrema facilità ai diversi ambienti in cui incautamente sono stati più volte dall’uomo rilasciati. Il confronto tra i genomi delle diverse popolazioni di P. virginalis ha evidenziato un altissimo livello di identità genetica, in contrasto con quanto si può osservare dalla comparazione di genomi di altre specie partenogeniche note e con storie evolutive lunghe milioni di anni. Il risultato conferma che gli esemplari malgasci discendono dal più antico ceppo osservato negli acquari tedeschi, che le popolazioni di gamberi marmorizzati siano di origine molto recente e rappresentino un singolo clone.

I processi di speciazione animale generalmente richiedono tempi lunghi, migliaia di anni o più, ma non in questo caso. La comparazione con i genomi delle specie filogeneticamente affini suggerisce che i gamberi marmorizzati hanno avuto origine attraverso una macromutazione avvenuta in un esemplare del gambero americano ”slough”, Procambarus fallax, che in natura vive in acque dolci della Florida e della Georgia. Negli anni Novanta, molto probabilmente all’interno di un acquario americano o tedesco, P. virginalis si origina istantaneamente da un “incidente genetico”, un singolo atto di riproduzione sessuale che coinvolge una cellula germinale mutata di un esemplare di P. fallax. Difatti il gambero marmorizzato possiede 276 cromosomi, numero esatto in triplice copia del set aploide dei cromosomi di P. fallax, specie che come la maggior parte dei decapodi presenta riproduzione sessuale gonocorica, con fecondazione esterna, tra individui maschili e femminili. L’analisi di un tasso globale di eterozigosi superiore rispetto a quello presente in altri genomi di specie affini e la bassa percentuale di polimorfismi di sequenza triallelica osservate fornisce forte supporto per caratterizzare per il gambero marmorizzato un genotipo AA’B, ovvero due serie quasi identiche di cromosomi omologhi e una terza serie sempre omologa ma con maggiore divergenza. Si conferma quindi l’ipotesi della avvenuta fecondazione tra un gamete mutato autopoliploide (diploide invece che aploide) con un gamete normalmente aploide di individui di P. fallax, probabilmente appartenenti a popolazioni nordamericane in natura distanti.

Le informazioni ottenute saranno utili per ulteriori ricerche su questo gruppo di animali scientificamente rilevante per modalità di speciazione, riproduzione, caratteristiche di adattamento e impatto ambientale. Grazie alla loro giovanissima età evolutiva, i gamberi marmorizzati offrono opportunità uniche per analizzare e tracciare l’evolvere di un genoma clonale in una fase molto precoce. Si potrebbero ottenere informazioni interessanti su alcuni dei meccanismi della speciazione e della sessualità animale, ulteriori osservazioni sul come triploidismo e presenza di meccanismi epigenetici abbiano fornito questo immediato vantaggio in adattabilità per i gamberi marmorizzati, ed in che misura e con quali condizioni una riproduzione basata solo sulla partenogenesi possa risultare vantaggiosa a breve e lungo termine. Seguire la storia futura del P. virginalis, analizzare le variabilità genetiche che dovrebbero emergere all’interno del genoma complessivo della specie grazie a mutazioni, pressione selettiva, deriva genetica, potrebbe forse fornire interessanti spunti di riflessione su alcuni dei processi evolutivi fondamentali.

Non è sfuggito al gruppo di ricerca di Lyko, difatti si tratta di una delle principali motivazioni alla base delle ricerche compiute, che i meccanismi che regolano l’evoluzione di un genoma clonale sono noti per svolgere un ruolo importante nell’evoluzione, sviluppo e moltiplicazione delle invasive linee cellulari tumorali. I gamberi marmorizzati potrebbero quindi fornire nuove importanti informazioni relative alle modalità di sviluppo e trasmissione delle mutazioni genetiche che compaiono in diverse tipologie di cancro.


Riferimenti:
Julian Gutekunst, Ranja Andriantsoa, Cassandra Falckenhayn, Katharina Hanna, Wolfgang Stein, Jeanne Rasamy & Frank Lyko, “Clonal genome evolution and rapid invasive spread of the marbled crayfish”, Nature Ecology & Evolution volume 2, 2018, doi:10.1038/s41559-018-0467-9

Immagine: By Chucholl C. [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], from Wikimedia Commons