Dai primi anni 2000 a oggi il progresso della biologia evolutiva è andato di pari passo con quello della biologia molecolare, in particolare della genomica. I numerosi progetti genoma portati a termine in questo periodo, a partire dal più celebre cioè quello sul genoma umano, hanno permesso di raccogliere numerose evidenze sulla storia evolutiva delle specie viventi (e ora, grazie al DNA antico, anche di alcune specie estinte). Ne è nato un intero campo di studi, la genomica comparata, il cui obiettivo è proprio quello di confrontare il genoma di diverse specie, non solo per ricostruirne le relazioni filogenetiche ma anche per individuare le sequenze (geni, elementi regolativi, etc.) più o meno conservate e comprendere ciò che rende unica ogni specie e la sua storia evolutiva.  L’elenco degli organismi (virus, batteri, animali, piante) di cui possiamo leggere la sequenza del DNA aumenta di anno in anno, anche grazie allo sviluppo di nuove tecnologie di sequenziamento, ma rimangono ancora da esplorare terre vastissime e sconosciute, nell’enorme biodiversità del pianeta. 

Per esempio, tra gli Artropodi (crostacei, insetti, chelicerati e miriapodi), il Phylum più ricco di specie tra quelli esistenti, solo la classe dei miriapodi (centopiedi e millepiedi) è assente dall’elenco dei gruppi di organismi con almeno un genoma sequenziato. Questa lacuna inizia ora a essere colmata grazie a uno studio, pubblicato di recente su PLoS Biology, che riporta i risultati del sequenziamento del genoma del centopiedi Strigamia maritima, un miriapode diffuso negli ambienti costieri dell’Europa nord-occidentale, dalla Francia fino alla penisola scandinava. S. maritima è un predatore dotato di appendici velenose, dette forcipule, con cui caccia piccoli invertebrati. Lo studio descrive nel dettaglio la struttura del genoma di questo centopiedi, compreso il genoma mitocondriale, e l’organizzazione di diverse famiglie di geni legati allo sviluppo embrionale e al sistema neuro-endocrino e immunitario. 

L’adattamento a una vita pressoché sotterranea ha portato alla perdita dei geni responsabili della visione. Tuttavia, S. maritima, sebbene cieco, è capace di evitare gli spazi luminosi, perciò la percezione degli stimoli luminosi deve avvenire attraverso qualche altro tipo di sistema sensoriale o attraverso recettori della luce ancora non individuati. La perdita della visione, quindi anche dei geni corrispondenti, non stupisce, in un organismo adattato a questo ambiente. Sorprende, invece, l’assenza dei geni responsabili della regolazione del ritmo circadiano, l’orologio biologico che scandisce il ciclo dei processi fisiologici e metabolici, dal momento che esso è presente in altri organismi privi di visione. Se S. maritima possiede un sistema di regolazione del ritmo circadiano, questo deve dipendere da meccanismi differenti da quelli presenti in altri artropodi.

Dal genoma di S. maritima emergono indizi interessanti anche sulle relazioni filogenetiche tra i miriapodi e le altre classi di Artropodi. La posizione dei miriapodi nell’albero evolutivo degli Artropodi è stata oggetto di discussione ma oggi questa classe viene considerata un sister group, come viene definito in cladistica, del ramo evolutivo che porta agli insetti e ai crostacei. La struttura anatomica dei miriapodi, il cui corpo è composto da segmenti di lunghezza simile senza una distinzione tra torace e addome, evidenzia caratteristiche ancestrali e mostra come il piano corporeo di questi organismi sia rimasto in buona parte immutato dall’epoca della loro comparsa, nel periodo Siluriano. Tracce del loro carattere ancestrale sono visibili anche nel DNA di S. maritima. Come scrivono gli autori, infatti, l’analisi di diverse famiglie geniche evidenzia come il genoma di S. maritimaabbia subito molte meno perdite di geni e meno riarrangiamenti nella sua struttura, rispetto al genoma di altri artropodi comeDrosophila melanogaster. 

Altre differenze tra il genoma di S. maritima e quello degli altri artropodi, in questo caso gli insetti, sono particolarmente interessanti, perché sono il frutto di due eventi distinti nella storia evolutiva di questi due gruppi. Sia i miriapodi che gli insetti, infatti, hanno vissuto il passaggio dalla vita acquatica a quella terrestre, ma questo evento è avvenuto in tempi diversi. Questo, come affermano gli autori, ha fatto sì che questi due gruppi trovassero soluzioni evolutive differenti a problemi simili. L’esempio più notevole è rappresentato dalla famiglia di geni dei recettori olfattivi che, a differenza degli insetti, è assente nel genoma diS. maritima. Nei miriapodi l’orientamento attraverso la percezione delle molecole presenti nell’aria è stato reso possibile dall’espansione di altre famiglie di geni e quindi di recettori, diversi da quelli utilizzati da altri artropodi, a conferma, ancora una volta, del potere creativo dell’evoluzione. 

Antonio Scalari


Riferimento: 

Chipman, Ariel D., Ferrier, David E. K.; Brena, Carlo et al. The First Myriapod Genome Sequence Reveals Conservative Arthropod Gene Content and Genome Organisation in the Centipede Strigamia maritima. PLoS Biology, November 25, 2014 DOI: 10.1371/journal.pbio.1002005 

Immagine di Antony Barber, da Marinespecies.org