Un notevole esempio di speciazione ecologica in corso

In un piccolo lago di cratere in Tanzania sono state “colte sul fatto” due popolazioni di pesci che stano divergendo e sono riproduttivamente isolate, e identificati i geni probabilmente responsabili della divergenza

Il modello della speciazione ecologica ha assunto progressiva importanza negli ultimi anni (Pikaia ne ha parlato, ad esempio, qui e qui). Il concetto di speciazione ecologica supera la distinzione geografica alla quale siamo stati abituati (allopatica, parapatrica, simpatrica) per porre invece l’accento sulle condizioni ecologiche che possono generare interruzione del flusso genico (il come al posto del dove). E l’interruzione del flusso genico è importante per determinare l’isolamento riproduttivo, un fenomeno chiave per la speciazione, se si accettano le definizioni biologiche di specie.

Un gruppo di ricercatori prevalentemente britannico, ma con apporti tanzaniani e giapponesi, ha studiato alcuni laghetti nel distretto di Rungwe in Tanzania, e ha scoperto che in sei laghi vi erano specie endemiche di peci ciclidi aplocromini del genere Astatotilapia, strettamente imparentati con A. calliptera, una specie largamente distribuita nella regione. Nel piccolo lago vulcanico Massoko, che ha solo 700 m di diametro e un’età probabile di 50.000 anni, i ricercatori hanno raccolto due forme di ciclidi con maschi assai differenziati: nelle acque profonde (20-25 m) e poco illuminate i maschi sono blu scuri, mentre nelle acque litoranee (meno di 5 m) i maschi sono verde-giallo. I maschi al di sotto di 65 mm non erano assegnabili a nessuna delle due forme. I ricercatori hanno poi raccolto Astatotilapia in altri corsi d’acqua e laghi dei dintorni, e costruito un albero filogenetico basandosi su alcune sequenze di DNA, dimostrando la monofilia dei pesci del lago Massoko. L’analisi morfologica delle due forme di colore diverso ha rivelato pure differenze significative nella forma della testa e del corpo, dei denti faringei e della massa corporea; per di più, differenze nei rapporti isotopici indicano importanti differenze nelle diete, e dunque adattamenti a diverse nicchie trofiche.

Il passo successivo è stato ottenere la sequenza dell’intero genoma di 12 individui, sei gialli e sei blu, del lago Massoko, più 16 individui di A. calliptera del lago Malawi, e alcune sequenze meno complete di 87 individui (!) delle due forme, più alcuni maschi piccoli non assegnabili del lago Massoko. Ciò ha permesso di chiarire che i pesci del Massoko hanno avuto origine da una popolazione del vicino fiume Mbaka, circa 10.000 anni fa, mentre le due popolazioni del lago hanno iniziato a divergere fra 500 e 1000 anni fa. Gli individui della popolazione bentonica formano un gruppo monofiletico derivante dalla forma litorale. Quando i ricercatori hanno misurato le differenze genetiche confrontando gli interi genomi delle popolazioni bentoniche e litorali delle Astatotilapia del lago Massoko, hanno trovato dei valori bassissimi.  Ma le differenze ci sono, solo che sono “appiattite” dal confronto degli interi genomi. Confrontando singoli tratti di DNA hanno potuto identificare 98 “isole di speciazione” con differenze significative, contenenti geni che hanno a che fare con la percezione sensoriale (rodopsina e altre proteine associate con al visione al crepuscolo), segnali ormonali e morfogenesi. I ricercatori hanno poi verificato l’isolamento riproduttivo fra le forme bentoniche e litorali, dimostrando una preferenza per l’accoppiamento da parte delle femmine litorali con i maschi appartenenti alla loro stessa forma, mentre tale preferenza non era marcata nelle forme bentoniche.

L’insegnamento di questa ricerca, pubblicata su Science, va ben al di là di un caso di speciazione incipiente: i grandi laghi africani ospitano delle straordinarie radiazioni adattative di ciclidi, con centinaia e centinaia di specie. Concludono gli autori che le forme del lago Massoko: “… mostrano chiare differenze in caratteri normalmente associati con le radiazioni adattative dei pesci ciclidi: forma corporea, morfologia del faringe, dieta, preferenze per il microhabitat, pigmenti retinici fotosensibili, colore dei maschi e preferenze nell’accoppiamento. Quindi il nostro studio suggerisce processi e specifiche regioni del genoma da investigare per scoprire se sono coinvolti negli eventi di speciazione che hanno causato la grande radiazione dei ciclidi nel lago Malawi, Victoria e Tanganika.”


Riferimenti
Malinsky, R.J. Challis, A. M. Tyers, S. Schiffels, Y. Terai, B.P. Ngatunga, E.A. Miska, R. Durbin, M.J. Genner, G.F. Turner Genomic islands of speciation separate cichlid ecomorphs in an East African crater lake. Science, 350, 1493-1498, 2015

Credit image: Malinsky et al. 2015. Science, 350, 1493-1498