I cambiamenti ambientali possono portare ad una rapida evoluzione

Più facile prevedere ed evitare la resistenza ai farmaci nei virus, nei batteri e nei tumori

[3 settembre 2015]

Kimberly A. Hughes

 

Il nuovo studio  “Non-adaptive plasticity potentiates rapid adaptive evolution of gene expression in nature” pubblicato su Nature da un team di ricercatori delle università statunitensi del Colorado, della Florida e della California-Riverside sta dando le prime risposte a come organismi che vanno dai fiori ai pesci ed ai tumori si evolvono in risposta a rapide trasformazioni ambientali.

Gli scienziati statunitensi evidenziano che «La plasticità fenotipica è la capacità di un singolo genotipo di produrre diversi fenotipi in risposta alle variazioni ambientali. La maggior parte dei tratti sono plastici, ma il grado in cui la plasticità è adattativa o non adattativa dipende dal fatto se i fenotipi indotti dall’ambiente sono più vicino o più lontani dal local optimum. Le teorie esistenti fanno ipotesi contrastanti sul fatto che la plasticità vincoli o faciliti l’evoluzione adattativa. Il dibattito continua  perché pochi studi empirici hanno testato il rapporto tra la plasticità iniziale e la susseguente evoluzione adattativa in popolazioni naturali».

Il team di ricerca dimostra che «La direzione della plasticità genica è generalmente opposta alla direzione dell’evoluzione adattativa».  Per farlo  gli scienziati hanno spostato dei pesci, i guppies di Trinidad (Poecilia reticulata), adattati a vivere con i loro predatori, dei ciclidi, in corsi d’acqua dove non ci sono ciclidi e, dopo tre o quattro generazioni di questi pesciolini che si riproducono più volte all’anno, hanno testato la  divergenza evolutiva nei modelli di espressione genica del loro cervello.

I risultati sono impressionanti e potrebbero avere ricadute a catena su  diverse  aree di ricerca, compresi il cambiamento climatico e il trattamento del cancro.

Infatti, sequenziando il  materiale genetico nei cervelli dei guppy, i  ricercatori hanno scoperto che 135 geni si sono evoluti in risposta al nuovo ambiente. «La maggior parte dei cambiamenti nella espressione genica sono stati interni ed riguardano i processi biologici di un pesce come il metabolismo, la funzione immunitaria e lo sviluppo – dicono al Dipartimento di scienze biologiche della Florida State University – Ma, cosa ancora più importante, la risposta immediata dei geni al cambiamento dell’ambiente non riflettevano l’eventuale cambiamento evolutivo». Un gene che è cambiato in risposta al drastico cambiamento ambientale poi si sarebbe evoluto nella direzione opposta dopo poche generazioni.

Kimberly A. Hughes, dell’università della florida, spiega che «Qualche teoria evoluzionistica suggerisce che i cambiamenti plastici ed evolutivi devono andare nella stessa direzione. Ma i nostri risultati indicano che, almeno nei primissimi stadi dell’evoluzione, i geni che rispondono nel modo “sbagliato” a un cambiamento ambientale sono quelli che si evolveranno più rapidamente».

La Poecilia reticulata  è vista come un soggetto ideale per la ricerca dell’evoluzione perché, vista la rapida prolificità, i cambiamenti evolutivi sono visibili in un breve periodo di tempo. «Il che rende questi risultati interessanti per gli scienziati e solleva grandi domande su come gli altri organismi si evolvono in risposta ai cambiamenti ambientali – dicono i ricercatori della Florida – Ad esempio, i tumori sono messi di fronte ad un cambiamento ambientale quando si confrontano con la chemioterapia o le radiazioni. Le piante e gli animali affrontano cambiamenti ambientali con l’aumento delle temperature globali. Come fanno a cambiare il loro modo di vivere in queste nuove realtà, oppure non riusciranno a sopravvivere?»

La Hughes conclude: «Sappiamo che gli organismi rispondono ai cambiamenti nel loro ambiente ad un tasso molto veloce. Possono ambientarsi. Questo include organismi che sono agenti patogeni degli esseri umani e comprende anche cose come i tumori che si adattano o si acclimatano, per esempio, alla chemioterapia. Possiamo misurare questi rapidi cambiamenti negli agenti patogeni e nei tumori. Possiamo misurare che la plasticità nello stesso modo in cui lo h abbiamo fatto nel cervello dei guppies. E allora potremmo essere in grado di prevedere come l’agente patogeno o il tumore risponde al trattamento per periodi più lunghi. Questo potrebbe aiutare i ricercatori medici e i dottori a  prevedere ed evitare lo sviluppo della resistenza ai farmaci nei virus, nei batteri e nei tumori».