Un gruppo di ricerca ha sequenziato il genoma di Euphasia superba, il krill antartico, nel tentativo di individuare le mutazioni che hanno permesso a questa specie di adattarsi all’evoluzione delle condizioni climatiche e ambientali e di raggiungere quindi un vasto territorio. Il risultato di questo sequenziamento è stato pubblicato qualche settimana fa su Cell e ha dato del filo da torcere agli scienziati, in quanto il krill antartico presenta uno dei genomi più lunghi e duplicati di tutti gli animali. Allo studio ha partecipato un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Biologia dell’Università di Padova, composto da Cristiano De Pittà, Gabriele Sales e Alberto Biscontin (ora all’Università di Udine).

Una specie chiave per l’ecosistema antartico (e non solo)

Il krill antartico (Euphausia superba), è un piccolo crostaceo che vive nelle acque che circondano l’Antartide. È una delle specie più abbondanti del pianeta ed è fondamentale per quell’ecosistema: si nutre delle alghe che crescono sul ghiaccio e sfama una grande varietà di mammiferi, uccelli, pesci e molluschi. Homo sapiens, invece, pesca questo animale soprattutto per usarlo come mangime per pesci o come esca. La domanda delle specie di krill è aumentata nel corso del tempo, e continua ad aumentare. Nonostante l’abbondanza, questo dato desta qualche preoccupazione sulla sostenibilità di questa risorsa. Se consideriamo la biomassa stimata della specie, potrebbe sembrare strano che i 300/500 milioni di tonnellate di krill antartico siano difficili da studiare e osservare. Quando però si ha a che fare con popolazioni di organismi che misurano 65 mm formate da 30000 individui per m³ e che vivono per gran parte del tempo a circa 1500 o 2000 metri, all’interno di un oceano burrascoso come quello antartico, le sfide crescenti impongono alla scienza come alla pesca determinati limiti, che tutto sommato proteggono questa specie dalla pesca eccessiva.

A cosa serve un genoma così grande

Gli scienziati sono molto interessati a questi piccoli invertebrati fondamentali nella catena trofica globale, e con questo studio hanno cercato di capire meglio lo stato di salute della specie e individuare gli adattamenti agli stress ambientali che hanno sviluppato per difendersi nei confronti del cambiamento climatico.

«Il complesso processo di sequenziamento ha permesso di identificare 625 geni la cui espressione risulta essere sotto il controllo diretto dell’orologio biologico della specie» ha dichiarato il biologo e co-autore Alberto Biscontin (Università di Padova) nello spiegare la ricerca. «Questi potrebbero quindi rappresentare il fulcro del processo di adattamento fisiologico e comportamentale di questo organismo alle estreme variazioni stagionali a cui viene abitualmente sottoposto».

Secondo la ricerca, dunque, l’elevata distribuzione geografica della specie è dovuta alle sue grandi capacità adattative nei confronti delle variazioni estreme che colpiscono l’oceano Antartico lungo il corso dell’anno. Quanto però è grande il genoma di E. superba e come è riuscito a raggiungere queste notevoli dimensioni?

Sembra che siano state molto importanti le espansioni di elementi trasponibili intergenici. I trasposoni sono elementi genetici capaci di spostarsi e copiarsi da una posizione all’altra del genoma, modificandolo. Modifica dopo modifica, il genoma del krill è cresciuto enormemente, tanto che ora le sue dimensioni sono stimate a circa 42-48 gigabasi, contro i 3,2 gigabasi di Homo sapiens.  

Adattarsi al clima che cambia

Per quanto un genoma davvero grande sia molto più difficile da gestire, disporre di molti geni per affrontare le più diverse condizioni climatiche è molto vantaggioso, se si vuole sopravvivere in un ambiente estremo come quello antartico. Grazie ai tanti geni duplicati nel krill, l’evoluzione ha potuto selezionare molte varianti utili nel lungo e nel breve termine per affrontate le sfide connesse al clima e al cambiamento delle condizioni ambientali.

In base al genoma gli studiosi hanno anche provato a ricostruire anche la storia delle popolazioni di krill. Ci racconta che 10 milioni di anni fa il numero di individui si è drasticamente ridotto, probabilmente a causa delle ampie variazioni glaciali-interglaciali. 100.000 anni fa invece il krill antartico si è espanso moltissimo, probabilmente perché l’ultima era glaciale ampliò il suo habitat. 

Secondo il professor Gabriele Sales «Il genoma di Euphausia superba ha così riaperto il dibattito sul significato biologico dei grandi genomi e rappresenta una preziosissima risorsa che fornirà nuovi e importanti sviluppi per una comprensione migliore della biologia e del ruolo ecologico di questa specie», legandosi alle opportunità che questo studio potrà fornire alle prossime ricerche intenzionate ad approfondire l’evoluzione delle specie antartiche in contesti di eccessivo surriscaldamento o di raffreddamento delle correnti oceaniche.

 

Riferimenti:

Shao, Changwei, et al. “The enormous repetitive Antarctic krill genome reveals environmental adaptations and population insights.” Cell, vol. 186, no. 6, 16 Mar. 2023, pp. 1279-1294.e19, doi:10.1016/j.cell.2023.02.005.