Oggi è il Darwin Day, e uno studio di Nature getta nuova luce sugli studi del grande naturalista

Il gene che forma l'evoluzione dei fringuelli delle Galapagos. Ci sono 3 nuove specie?

[12 febbraio 2015]

In occasione dell’International Darwin Day (il celebre naturalista britannico nacque il 12 febbraio 1809, ricorrenza oggi celebrata in tutto il mondo) Nature pubblica lo studio “Evolution of Darwin’s finches and their beaks revealed by genome sequencing” nel quale un team di ricercatori delle università svedesi  di Uppsala e di  Umeå e di quella americana di Princeton University identificano un gene nei fringuelli delle Galápagos studiati dal grande naturalista inglese e che influenzano la forma del loro becco, svolgendo un ruolo nell’evoluzione degli uccelli che parte da un antenato comune risalente più di un milione di anni fa.

Lo studio sarebbe piaciuto molto a Darwin, che studiò  i fringuelli che poi presero il suo nome  nel 1835, nel viaggio che lo avrebbe portato a pubblicare “L’origine delle specie”, nel 1859, visto che  illustra le basi genetiche dell’evoluzione, compreso come geni possono fluire da una specie all’altra, e come le diverse versioni di un gene all’interno di una specie possono contribuire alla formazione di specie completamente nuove.

Peter Grant, del Department of Ecology and Evolutionary Biology della Princeton University, spiega che «Ora sappiamo di più sulla base genetica per i nostri studi evolutivi, e questa, dopo tutti questi anni, è una scoperta molto soddisfacente e  molto emozionante scoperta. Grant e sua moglie Rosemary studiano i fringuelli da  40 anni su Daphne Major e Genovesa due isole aride e rocciose delle Galapagos.

Lo studio pubblicato su Nature rivela come avviene l’evoluzione:  «a passi esitanti e disordinati, con molte opportunità per i geni di diffondersi in diverse specie e creare nuove linee – dicono i ricercatori della Princeton – Date le giuste condizioni, come l’isolamento dalla popolazione originale e un accumulo di differenze genetiche, questi lignaggi possono eventualmente evolversi in una specie completamente nuova».

Lavorando sui campioni di DNA raccolti dai Grants, i ricercatori di Uppsala hanno identificato il gene che influenza la forma del becco confrontando i genomi di 120 uccelli, membri di tutte le 15 specie conosciute come “fringuelli di Darwin”. Hanno scoperto  un tratto di DNA che sembrava diverso nelle specie con i becchi smussati, come il fringuello terricolo grosso (Geospiza magnirostris) , rispetto alla specie con becchi a punta, come il fringuello terricolo grosso dei cactus (Geospiza conirostris). Grazie a quel tratto di DNA, i ricercatori hanno trovato un gene chiamato ALX1, che era stato precedentemente identificato nell’uomo e nei topi come associato alla formazione delle caratteristiche facciali. Le mutazioni che inattivano questo gene causano gravi malformazioni alla nascita negli esseri umani.

Secondo Leif Andersson, del Department of Medical Biochemistry and Microbiology dell’università di Uppsala e che insegna anche alla Texas A & M University, «Questo è un esempio interessante in cui  mutazioni lievi in ​​un gene che è fondamentale per il normale sviluppo portano  ad un’evoluzione fenotipica osservabile. Ma la scoperta più eccitante e interessante dello studio  è che il gene anche varia tra gli individui della stessa specie. Ad esempio, la specie del fringuello terricolo medio ( G. fortis ) comprende alcuni uccelli con becchi massicci ed altri con quelli a punta».

Grantt sottolinea che «questo dato è significativo perché dimostra come può avvenire  l’evoluzione. All’interno di una specie, quando alcuni individui hanno una caratteristica che aiuta la loro sopravvivenza,  come un becco smussato che permette loro di spezzare i rivestimenti di semi duri per aprirli, passeranno i geni di  quel tratto per la loro prole, mentre gli individui con becchi a punta moriranno. Questa è la variazione genetica sulla quale  può funzionare la selezione naturale».

Come aveva già scoperto Darwin, la forma e le dimensioni del becco sono cruciali per la sopravvivenza dei fringuelli in isole che subiscono periodicamente siccità estreme, piogge come conseguenza di  El Niño ed eruzioni vulcaniche. Gli uccelli usano il becco come strumento  per rompere ed aprire i gusci dei semi, estrarre gli insetti dalle piante o succhiare nettare dai fiori di cactus. Quando un’isola è colpita dalla siccità, un uccello in grado di ricavare cibo da più fonti sopravviverà, mentre altri uccelli non lo faranno.

Negli ultimi 40 anni i ricercatori hanno scoperto che, quando la siccità ha colpito Daphne Major nel 1977, 1985 e 2004, la forma e le dimensioni del becco, attraverso la selezione naturale, hanno svolto un ruolo significativo nell’evoluzione delle specie di fringuelli. «Ora abbiamo una spiegazione genetica alla base di qualcosa che abbiamo visto per tre volte nel corso degli ultimi 40 anni» ha detto Rosemary Grant.

«Quello che abbiamo scoperto sono fondamentalmente due varianti di ALX1 – ha spiegato Andersson – Una è associato ai becchi a punta, che è la forma ancestrale Poi c’è una variante associata ai becchi smussati Questa è la forma derivata. La versione becco smussato è una innovazione genetica che si è verificato nelle isole. Tuttavia, questo non significa che l’ALX1 conytrolli da solo la forma del becco. Ci sono più geni che contribuiscono. Ma pensiamo che ALX1 sia uno dei più importanti, se non il fattore più importante che ha cambiato le isole»

Lo studio pubblicato su Nature aggiunge ulteriori conoscenze a quello che già si sapeva su come i geni vengono trasferiti da una specie all’altra quando individui di due specie strettamente correlate accoppiano. «Anche se in molte specie di uccelli i pulcini prodotti sarebbero sterili, la prole ibrida dei fringuelli delle Galapagos può accoppiarsi con un individuo di una delle due specie parentali – spiegano ancora i coniugi Grant – I pulcini risultanti si identificheranno con una o l’altra delle specie madri attraverso il canto e l’aspetto, ma porteranno i geni di entrambi i genitori. Attraverso questo processo, noto come flusso genico o introgressione, il  materiale genetico può spostarsi  tra le specie e contribuire allo sviluppo di nuove specie».

In realtà, secondo lo studio genetico, nelle Galapagos ci sarebbero 3 “nuove” specie di fringuelli di Darwin da aggiungere alle 15 già conosciute.

Le precedenti ricerche avevano dimostrato che negli ultimi 40 anni c’era stato del flusso genico nei fringuelli di Daphne Major, ma il nuovo studio ha trovato ampia prove di  flusso genico nel corso dei circa un milione di anni, il periodo in cui i fringuelli di Darwin hanno occupato l’arcipelago delle Galapagos, il che ha aiutato i ricercatori aggiornare la loro comprensione su come i vari lignaggi nel tempo hanno preso strade divergenti.

Altri genetisti hanno avuto reazioni contrastanti sui  risultati dello studio: Julia Day, dell’University College London, ha detto a BBC News di essere stata colpita dal livello di mescolanza tra le specie di fringuelli: «Sono un esempio da manuale per le  radiazioni. Il fatto che stanno trovando questa ibridazione in atto – questa mescolanza genetica – è una scoperta abbastanza seminale. Quando si guarda a loro risultati, è possibile vedere gli alberi evolutivi] sono piuttosto confusi in termini di gruppi di specie tradizionali».

Peter Keightley, dell’università di Edimburgo, anche se è in gran parte convinto dai risultati, non è molto sorpreso che i fringuelli delle Galapagos si siano incrociati in modo così esteso: «Queste isole sono abbastanza vicine tra loro. Quindi non è sorprendente che volino volo da un’isola all’altra. Infatti, alcune delle specie tradizionali potrebbero non  essere realmente distinte».

Ma Peter Grant conclude evidenziando: «Siamo stati in grado di fare una stima molto più sicura di quali specie siano più vecchie e quali più giovani  e del tempo in cui questa evoluzione è successa».