Quali fattori influiscono sulla fitness di un carattere?

La selezione naturale è miope: i tratti che conferiscono un beneficio alla popolazione sul breve periodo non sono per forza vantaggiosi sul lungo periodo. Il successo evolutivo di un allele dipende molto dal contesto ambientale, sociale e genetico in cui si esprime

Il cambiamento evolutivo è determinato dalla successiva diffusione di varianti genetiche (alleli) in una popolazione. I biologi spesso riescono a prevedere l’esito della selezione naturale su una certa variante genetica misurando gli effetti che essa produce in termini di sopravvivenza e di successo riproduttivo degli individui che la portano. Tuttavia alcuni alleli possono avere effetti molto diversi sulla fitness degli individui in relazione al contesto ambientale, sociale e genetico nel quale si esprimono. In alcuni casi infatti, il successo evolutivo di un certo allele può essere influenzato dalla presenza di altri alleli del genoma che sono polimorfici (cioè che hanno diverse varianti) nella popolazione. In questi casi, la teoria prevede che la selezione naturale favorirà la diffusione un certo allele fintanto che esso porterà un vantaggio a tutta la sua linea genetica. Questo ragionamento implica che la selezione naturale favorisce gli alleli che risultano vantaggiosi per i genomi nel loro complesso più che per i singoli individui.

Senza contare poi che l’idoneità di una variante genetica, piuttosto che rimanere costante, cambia nel tempo e in relazione ai diversi ambienti, conferendo alternativamente un vantaggio o uno svantaggio ai suoi portatori, come nel caso dell’anemia falciforme (Pikaia ne ha parlato qui) o del mimetismo animale (Pikaia ne ha parlato qui). Questa variabilità rende molto complesso cercare di comprendere in anticipo il successo evolutivo di un allele nel lungo periodo e apre numerosi problemi teorici legati alla selezione degli alleli che influenzano caratteri complessi quali il sesso e la cooperazione o l’evoluzione in ambienti variabili.

Queste sono alcune delle problematiche affrontate nella nuova review pubblicata su Annual Review of Ecology, Evolution and Systematics, che fornisce una panoramica dei fattori che influenzano il destino evolutivo degli alleli in questi scenari complessi. Il lavoro mette in luce l’importanza di migliorare i modelli predittivi che spiegano le dinamiche di selezione dei caratteri che servono sì a comprendere come funziona l’evoluzione, ma anche per migliorare la nostra conoscenza in altri campi della biologia come per esempio la prevenzione delle malattie infettive. Tali modelli infatti possono avere particolare rilevanza per lo studio di patogeni infettivi, in cui gli alleli sono esposti a differenti combinazioni di interazioni ambientali, genetiche e sociali.

“Il successo di alcune varianti infettive di malattie come l’influenza, la Zika, l’HIV e l’Ebola dipende molto dalle diverse pressioni selettive che esse incontrano mentre si diffondono tra i diversi ospiti dove  incontrano combinazioni diverse di farmaci e risposte immunitarie”, ha dichiarato uno degli autori, Christopher Graves, “Comprendere come l’evoluzione procede in scenari di pressioni selettive altamente variabili accrescerà la nostra capacità di prevedere la resistenza ai farmaci, le epidemie e, in ultima analisi, la creazione e l’implementazione di strategie più intelligenti in materia di farmaci e vaccini”.

Weinreich, coautore del lavoro, ha sottolineato invece come anche caratteri quali l’emergenza della resistenza agli antibiotici nei batteri può dipendere dal contesto genetico: mutazioni di un particolare enzima che possono conferire resistenza ai farmaci talvolta non lo fanno, a seconda di quali altre mutazioni sono presenti o assenti sul genoma del batterio.

Gli autori rilevano che sebbene sia stato compiuto un progresso teorico per comprendere processi di selezione, siamo ancora lontani da una teoria di genetica di popolazione capace di prevedere il destino di un allele in scenari complessi che tengano in considerazione nello stesso tempo le variazioni nel tempo della fitness degli individui e contemporaneamente l’ influenza che può generare il resto del genoma.


Riferimenti:
Graves & Weinreich 2017, Variability in Fitness Effects Can Preclude Selection of the Fittest Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics, ( 2017) doi.org/10.1146/annurev-ecolsys-110316-022722

Fonte delle interviste: David Orenstein phys.org/news September 8, 2017

Immagine: Biston betularia forma chiara e scura licenza di pubblico dominio CC BY-SA 3.0