Quale relazione tra evoluzione fenotipica e molecolare?

Dai grilli che non cantano alle anguille elettriche: le basi molecolari dell’evoluzione fenotipica stupiscono per diversità delle vie che possono intraprendere


Uno degli aspetti maggiormente dibattuti in biologia evoluzionistica è la relazione tra evoluzione fenotipica ed evoluzione molecolare. Cambiamenti fenotipici simili implicano le stesse variazioni a livello genomico? Oppure lo stesso fenotipo può essere raggiunto per diverse vie di evoluzione molecolare? Hanno provato a rispondere a questa domanda due importanti ricerche su due tra le più prestigiose riviste scientifiche mondiali. 

Il primo lavoro, pubblicato su Current Biology, riguarda la specie di grillo Teleogryllus oceanicus, che vive nelle isole Hawaii. In diverse isole di questo arcipelago si sta diffondendo un fenotipo maschile che non canta, in quanto il tipico canto di corteggiamento, oltre ad attirare le femmine della propria specie, attira anche un pericoloso parassitoide che depone le proprie uova all’interno dei grilli e ne causa sistematicamente la morte. Lo studio ha indagato le basi molecolari che hanno portato all’origine del fenotipo non-canterino, evidenziando la presenza in isole diverse di mutazioni differenti a carico di geni legati ai cromosomi sessuali maschili (le femmine infatti non cantano). I risultati suggeriscono quindi che la presenza dello stesso fenotipo in isole diverse non è dovuta ad episodi migratori tra un’isola e l’altra, ma che la perdita della capacità di cantare si sia evoluta in maniera parallela ed indipendente su isole diverse in risposta alla medesima pressione ambientale. In questo caso, dunque, ci troviamo in una situazione in cui lo stesso fenotipo in diverse popolazioni della stessa specie è mediato da diverse vie di evoluzione molecolare. Questo studio propenderebbe quindi per la non prevedibilità dell’evoluzione molecolare.

Discorso diverso vale per il secondo, pubblicato su Science, che ha invece sequenziato l’intero genoma dell’anguilla elettrica (Electrophorus electricus) e lo ha confrontato con il trascrittoma degli organi elettrici di altre tre specie in cui questa struttura si è evoluta indipendentemente. L’organo elettrico è un muscolo modificato in modo tale da produrre scariche elettriche, utilizzate sia per comunicare tra individui della stessa specie sia come arma di difesa ed offesa, che si è evoluto indipendentemente in svariate specie ittiche. Dai risultati emerge che, nonostante milioni di anni di evoluzione parallela, nelle diverse specie l’evoluzione degli organi elettrici è stata il risultato di evoluzione molecolare molto simile: ad esempio, coinvolge gli stessi geni e i medesimi fattori di trascrizione, indicando una corrispondenza in specie diverse tra evoluzione molecolare e fenotipica. Diversamente dal caso dei grilli, qui abbiamo lo stesso fenotipo in specie diverse che è determinato dalle medesime vie di evoluzione molecolare, suggerendo l’esistenza di una ripetibilità dei processi evolutivi. 

Che conclusioni dovremmo trarre da questi (e da molti altri) studi? Probabilmente che non esiste una regola generale che lega evoluzione fenotipica ed evoluzione molecolare e che, in maniera del tutto contingente, possano avvenire entrambe le possibilità illustrate sopra. Lo scenario che emerge da questi importanti studi mostra dunque che la regola generale dell’evoluzione è proprio la contingenza dei processi che la determinano. 

Andrea Romano


Riferimenti:

Pascoal et al. Rapid Convergent Evolution in Wild Crickets. Current Biology

Gallant et al. Genomic basis for the convergent evolution of electric organs. Science