In un mondo minacciato dalla crisi climatica, risulta cruciale conoscere in che modo e a quale ritmo le specie si adattano al clima che cambia. Tuttavia, la ricerca sull’evoluzione delle specie nel lungo periodo generalmente si concentra su organismi da laboratorio con generazioni estremamente veloci, come i batteri, oppure viene condotta da singoli gruppi isolati.

Un esperimento evolutivo su scala globale

Per questo motivo il biologo e genetista Expósito-Alonso e il suo gruppo hanno deciso di provare un approccio diverso, studiando sul campo l’evoluzione di Arabidopsis thaliana per cinque anni in 30 siti diversi con climi differenti.

A. thaliana è una piccola pianta erbacea annuale appartenente alla famiglia delle Brassicaceae ed è uno degli organismi modello più usati per lo studio del regno vegetale, con un genoma largamente conosciuto e studiato.

Nel 2017 i ricercatori hanno creato una rete di citizen scientists tra varie regioni del mondo con climi differenti, come l’Europa centrale, il Mediterraneo, il Levante e gli Stati Uniti, e hanno inviato loro dei set geneticamente eterogenei di semi di A. thaliana. In ognuno dei 30 siti, o giardini, i semi sono stati distribuiti in 12 zolle di terreno, ottenendo così 360 repliche dello stesso esperimento in condizioni climatiche diverse. Ogni anno i ricercatori hanno raccolto campioni da analizzare e hanno fatto germogliare i semi della generazione precedente. In questo modo hanno potuto studiare come le popolazioni evolvono, adattandosi al clima generazione dopo generazione.

Segnali ripetibili di selezione naturale

Il sequenziamento ha rivelato che le diverse piantine nello stesso giardino avevano subito gli stessi mutamenti genetici, in particolare nella frequenza di alleli legati al periodo della fioritura e alla resistenza all’aridità e alle alte temperature: le varianti genetiche più vantaggiose in un determinato ambiente si diffondevano più velocemente delle altre.

Inoltre, i ricercatori hanno osservato che nei giardini situati in fasce climatiche simili avvenivano gli stessi cambiamenti genetici, un meccanismo noto come evoluzione convergente, e che, coerentemente, in climi diversi si diffondevano varianti alleliche differenti. La ripetibilità di questi mutamenti genetici dimostra senza ombra di dubbio che si tratta di adattamenti per selezione naturale, dovuta alla pressione delle condizioni ambientali. L’evoluzione e l’azione della selezione naturale possono quindi essere studiate nel lungo periodo anche in specie multicellulari e non in laboratorio, bensì “sul campo”, in condizioni ecologicamente realistiche.

Quando l’adattamento non basta

Non tutte le zolle di Arabidopsis, però, sono state capaci di adattarsi al clima e sono quindi andate incontro all’inevitabile estinzione, soprattutto nei climi più torridi, come nel deserto del Negev. In questi casi l’estinzione era preceduta sì da cambiamenti genetici, ma casuali e non replicabili: in altre parole, ogni zolla mostrava cambiamenti nelle frequenze alleliche diversi da quelli osservati nelle altre. Questi cambiamenti, dunque, non erano dovuti alla selezione naturale ma alla deriva genetica, i cui effetti sono resi più gravi dalla piccola dimensione delle popolazioni. Pertanto, è evidente che le popolazioni che non sono state in grado di adattarsi durante i primi anni hanno poi finito per estinguersi.

Conoscere i limiti dell’evoluzione

Questo è importante perché sapere come la genetica delle specie reagisce ai cambiamenti climatici ci permette di comprendere come aiutare le specie vulnerabili, soprattutto ora che il surriscaldamento globale rende molte regioni del pianeta più calde e aride. Essere in grado di leggere i cambiamenti genetici e conoscerne i ritmi potrebbe permettere ai ricercatori di intervenire prima che l’estinzione abbia luogo per migliaia di specie a rischio.

Per molte specie con sufficiente variabilità genetica l’adattamento veloce al cambiamento climatico può essere possibile, ma dobbiamo conoscerne i limiti.

Riferimenti

Wu X., Bellagio T., Peng Y. et al. (2026). “Rapid adaptation and extinction in synchronized outdoor evolution experiments of Arabidopsis”. Science, 391, eadz0777. https://doi.org/10.1126/science.adz0777

GrENE-net. Genomics of Rapid Evolution in Novel Environments.

Illustrazione: Emma Vidal per Moisés Expósito-Alonso/UC Berkeley, via EurekAlert