Strisce sì o strisce no? Il caso dei ciclidi africani

La presenza o assenza delle strisce orizzontali dei ciclidi africani sarebbe dovuta all’azione di un unico gene, che agirebbe come soppressore. Ciò spiegherebbe come l’evoluzione possa ripetersi in tempi anche molto brevi

Come può l’evoluzione di un medesimo carattere ripetersi in tempi e modi differenti? E’ questa la domanda che si sono posti alcuni ricercatori della University of Konstanz, in Germania. Per poter rispondere, il professor F. Kratochwil, leader del gruppo, e colleghi, hanno preso in considerazione un pattern di colorazione molto diffuso nel regno animale: le strisce orizzontali. I risultati del loro studio, pubblicati su Science, dimostrerebbero che, almeno nei ciclidi africani, un singolo gene sarebbe in grado di determinare la presenza o assenza del suddetto pattern di colorazione, spiegando almeno in parte il perché l’evoluzione possa ripetersi in tempi anche molto rapidi.

I ciclidi (famiglia Cichlidae) sono un ampio gruppo di pesci di acqua dolce, che comprende circa 1660 specie. Tra queste, 1200 vivono nei laghi Malawi, Victoria e Tanganika dell’Africa orientale e sono tra le più famose e studiate, prima di tutto perché la maggior parte è endemica e si è originata in tempi relativamente brevi (Pikaia ne ha già parlato ad esempio qui). L’aspetto più interessante però, è che in queste specie, nonostante le grandi differenze in termini di comportamento sociale, forma, colori, ed altri aspetti biologici, alcune caratteristiche si siano evolute in maniera indipendente nei diversi laghi.

Una di queste è la presenza/assenza di strisce orizzontali, carattere più volte scomparso e ricomparso nel tempo, in maniera indipendente, nelle specie presenti in diversi laghi. Le strisce orizzontali rappresentano quindi un ottimo esempio di convergenza evolutiva, ovvero del fenomeno per cui organismi diversi sviluppano strutture simili in risposta a stimoli ambientali simili. Se dal punto di vista fenotipico in natura ne sono presenti numerosissimi esempi (Pikaia ne ha parlato per esempio qui), altrettanto non si può dire a livello molecolare.

Per verificare quali geni e quali meccanismi molecolari fossero responsabili della comparsa o della scomparsa delle strisce, gli scienziati hanno effettuato incroci tra specie diverse (poiché evolutivamente recenti, è possibile effettuare incroci tra specie differenti di ciclidi africani) e analisi del genoma, utilizzando anche la tecnologia CRISPR-CAS. In questo modo, è stato possibile determinare il cromosoma contenente le “istruzioni” per la formazione delle strisce, e il gene rilevante, che si è rivelato essere agrp2 (Agouti related protein 2), ovvero una copia del gene agouti, responsabile della colorazione della pelliccia nei mammiferi.

Il gene agrp2, è presente in tutte le specie di ciclidi analizzate, ma ciò che differisce sono gli elementi regolatori associati a tale gene. Dagli esperimenti effettuati, è emerso che quando tale porzione cromosomica viene rimossa (ad esempio tramite tecnologia CRISPR) l’individuo svilupperà le strisce, mentre se agrp2 viene attivato, la produzione di strisce viene soppressa.  Risulta dunque che tale gene agisce come un “inibitore delle strisce”.

Il meccanismo di funzionamento di agrp2 rende un po’ più comprensibile come l’evoluzione ripetuta possa essere possibile anche in tempi molto brevi: l’attivazione o la repressione di un gene è una strategia estremamente più rapida e semplice rispetto alla modifica del genoma stesso. Ciò significa che quando una specie di ciclidi “perde” le strisce, non è detto che sia per sempre. Tale conclusione, va controcorrente rispetto a quanto affermato dal paleontologo Loius Dollo nel 1893, secondo il quale “un organismo è incapace di ritornare anche solo parzialmente a un precedente stadio già realizzato dai suoi antenati”, affermazione che forse già da un po’ poteva considerarsi anacronistica.

Anche sulla base di quanto recentemente dimostrato, risulta pacifico che i “principi” che regolano la paleontologia e l’evoluzione, semmai ve ne siano, debbano essere rivisti e discussi ancora una volta.


Riferimento:
Claudius F. Kratochwil, Yipeng Liang, Jan Gerwin, Joost M. Woltering, Sabine Urban, Frederico Henning, Gonzalo Machado-Schiaffino, C. Darrin Hulsey, Axel Meyer. Agouti-related peptide 2 facilitates convergent evolution of stripe patterns across cichlid fish radiationsScience, 2018 DOI: 10.1126/science.aao6809

Credit Image: Claudius Kratochwil