Eredità epigenetica e cambiamento climatico

Un recente studio mostra come tratti epigenetici possono dare, seppur in maniera limitata, un contributo alla sopravvivenza in un contesto di forte cambiamento climatico come l’attuale


Il ritmo attuale del cambiamento climatico supera di 1-2 ordini di grandezza gli eventi storici registrati, il che rende difficile l’adattamento di molti organismi ed ecosistemi (Pikaia ne ha parlato qui e qui). L’adattamento delle specie prevede una modifica del genoma nel corso delle generazioni in risposta a diversi fattori, soprattutto ambientali. Questo processo non è altro che l’evoluzione per selezione naturale: un processo che richiede tempi ben più lunghi rispetto all’attuale cambiamento climatico. Tuttavia esiste un’altra forma di modifica dell’informazione del DNA, spesso veicolata da stress ambientali (Pikaia ne ha parlato qui e qui) che permettono l’attivazione o la disattivazione di sequenze: l’epigenetica. I processi epigenetici, a differenza della selezione naturale, influenzano la struttura e l’espressione del DNA con stimoli chimici. Essi attivano o disattivano, anche durante la vita di un singolo individuo, le aree del genoma che sono responsabili di determinate caratteristiche o risposte alle condizioni ambientali. In teoria, se questo avviene nei gameti dei genitori, la loro prole potrebbe avere un vantaggio se l’ambiente mantiene le caratteristiche di stress della generazione precedente. Molti scienziati si aspettano quindi che le variazioni epigenetiche del genoma reagiscano in modo particolarmente rapido e quindi possano aumentare le probabilità di sopravvivenza degli organismi di fronte a rapidi cambiamenti.

Un team di ricercatori internazionale ha studiato se e come questi fattori epigenetici contribuiscano all’adattamento. Utilizzando una specie di pesce del Mar Baltico (Pikaia ne ha parlato qui), lo spinarello a tre spine (Gasterosteus aculeatus), il team ha indagato il ruolo dell’epigenetica nei processi di adattamento in contesti di rapidi cambiamenti delle condizioni ambientali e stress. Lo studio, pubblicato su Science Advances, mostra che le modifiche epigenetiche influenzano l’adattamento, ma anche che i cambiamenti genetici veicolati da stress, da una generazione all’altra, hanno dei ridotti effetti positivi sulla successiva generazione rispetto a quanto ipotizzato in precedenza. Essi hanno utilizzato lo spinarello del Baltico perché attualmente è adattato a diverse condizioni di salinità che vanno dall’acqua salata all’acqua dolce. Inoltre, il Mar Baltico è un laboratorio naturale per la ricerca sul cambiamento climatico, perché gli effetti del cambiamento climatico sono già molto evidenti lì. La salinità delle acque è infatti influenzata anche dalla temperatura e possono esserci variazioni notevoli sulla concentrazione di sale che portano squilibrio osmotico agli esseri viventi acquatici.

Per capire come i pesci rispondono alle conseguenze del cambiamento climatico sulle acque, i ricercatori hanno esaminato esemplari di popolazioni di spinarello provenienti da diverse regioni del Mare del Nord e del Mar Baltico con diversi livelli di salinità. I dati raccolti mostrano che le diverse popolazioni differiscono sia per la loro composizione genetica, sia per quella epigenetica e hanno diverse tolleranze ai cambiamenti di salinità. In un esperimento che ha coinvolto due generazioni di spinarelli, il team è stato in grado di dimostrare che i cambiamenti epigenetici migliorano la risposta della seconda generazione agli stress ambientali causati dal cambiamento climatico. E’ emerso che i tratti epigenetici permettono agli individui di regolare il loro equilibrio ionico “istantaneamente” rispetto al cambiamento di salinità dell’acqua di mare, senza richiedere alcun ulteriore adattamento a livello genetico. I ricercatori, considerando i corrispondenti effetti fenotipici positivi, ritengono che la plasticità adattiva transgenerazionale possa giocare un ruolo concreto nell’acclimatazione alla salinità. Nel complesso, lo studio dimostra che purtroppo anche l’epigenetica non è sufficiente per gli organismi come risposta a lungo termine alle modifiche dell’ambiente causate da un rapido cambiamento climatico.

In conclusione i ricercatori sostengono che il cambiamento climatico sia una delle maggiori sfide per le specie e gli ecosistemi, e i meccanismi naturali a disposizione degli organismi per rispondere potrebbero non essere sufficienti se il cambiamento climatico rimane così forte e rapido.


Riferimenti: 
Melanie J. Heckwolf, Britta S. Meyer, Robert Häsler, Marc P. Höppner, Christophe Eizaguirre, Thorsten B. H. Reusch. Two different epigenetic information channels in wild three-spined sticklebacks are involved in salinity adaptation. Science Advances, 2020; 6 (12): eaaz1138 DOI: 10.1126/sciadv.aaz1138

Immagine: JSutton93 / CC BY-SA, via Wikimedia Commons