La vita all’estremo: cosa ci insegna sulla sopravvivenza l’unico insetto dell’Antartide

Grazie alla sua straordinaria genetica il dittero resiste a due inverni in condizioni ambientali critiche

[19 agosto 2014]

Il Belgica antartide è l’unico insetto endemico dell’Antartide, e con la sua particolare natura riesce a offrire un ottimo modello per comprendere  le risposte alle temperature estreme e  la tolleranza a congelamento, disidratazione, stress osmotico, radiazioni ultraviolette ed altre forme di stress ambientale. Nello studio “Compact genome of the Antarctic midge is likely an adaptation to an extreme environment”, pubblicato su Nature Communications, un team di ricercatori statunitensi e francesi presentano il primo “genome assembly” di questo  estremofilo, il primo dittero della famiglia Chironomidae, e il primo eucariote  antartico sequenziato e dicono che «con  99 megabasi, B. antartide ha il più piccolo genoma di un insetto sequenziato finora. Anche se ha un numero di geni simile agli altri Ditteri, il genoma del moscerino ha bassissima densità ripetizione e una riduzione della lunghezza dell’introne. Gli estremi ambientali sembrano limitare l’architettura del genoma, non il contenuto dei geni. I pochi elementi trasponibili presenti sono principalmente retroelementi antichi ed inattivi. L’abbondanza di geni associati allo sviluppo, alla regolazione del metabolismo ed alle  risposte agli stimoli esterni può riflettere adattamenti per sopravvivere in questo ambiente difficile».

Lo studio mette quindi in evidenza i geni ed i processi biologici che possono aver permesso questo insetto di adattarsi ad un ambiente naturale estremo. Il Belgica antartide vive nelle affioramenti rocciosi della Penisola Antartica e viene definito un estremofilo grazie alla sua capacità di sopravvivere al congelamento, all’essiccazione, ad elevate concentrazioni saline, ai venti forti e ad intense esposizioni ai raggi ultravioletti.

Joanna Kelley, del Dipartimento di genetica della Stanford University, e i suoi colleghi hanno assemblato il genoma di B. antartide  per capire come questo insetto si sia evoluto per far fronte a condizioni ambientali così estreme ed è così che hanno scoperto una riduzione del numero di sequenze genetiche ripetitive e tratti più brevi di separazione del DNA codificanti le regioni del genoma, rispetto ad altri insetti quali zanzare e mosche. Il team ha inoltre segnalare una grande varietà di geni associati alo sviluppo, al metabolismo ed alla risposta agli stimoli, che si sarebbero evoluti nel tempo a causa della forte pressione selettiva.

Il genoma del dittero antartico ha infatti solo 99 milioni di paia di basi (i mattoni del DNA), rispetto ai 3,2 miliardi nel genoma umano. Fino ad ora il reciord apparteneva al  pidocchio (105 milioni di coppie di basi) ed al parassita alato Strepsiptera (108 milioni di coppie di basi).

Le larve di B. antartide  si sviluppano nel corso di due inverni antartici, perdendo ogni volta quasi metà della loro massa corporea con la disidratazione. La durata della vita di un insetto adulto è di 7-10 giorni, durante i quali avvengono accoppiamento e deposizione delle uova- Adattamenti inusuali, come il “winglessness” e la capacità di tollerare condizioni di freddo e siccità eccezionali, consentono al dittero di sopportare venti fortissimi e temperature estreme.

«E ‘molto piccolo – ha detto la Kelley a BBc Nature News – E’ stata una grande sorpresa. Sono rimasta molto colpita. Questo è il primo estremofilo insetto ad essere sequenziato, il che significa che è una fantastica base per futuri studi comparativi. Per quanto riguarda l’evoluzione del genoma, un lavoro precedente ha suggerito che le dimensioni della popolazione effettivamente piccole dovrebbero portare a genomi più grandi, il che è il contrario di ciò che vediamo nel dittero». Ma  mentre il genoma è di piccole dimensioni, il moscerino ha circa 13.500 geni, simile al numero di altri ditteri.

I ricercatori hanno anche scoperto che il genoma del B. antartide  ha pochi geni coinvolti nella ricezione degli odori, il che potrebbe essere dovuto al fatto che l’insetto deve strisciare per cercare  cibo e compagni, invece che affidarsi agli odori. Secondo il team il genoma di questo eccezionale dittero è anche «estremamente economica» rispetto ad altri insetti affini, con pochissime sequenze genetiche ripetute e brevi tratti di DNA, chiamati introni, che separando le regioni codificanti del genoma. «Pensiamo che il piccolo genoma possa essere un adattamento all’ambiente estremo che affronta l’insetto – conclude la Kelley – Gli altri piccoli genomi degli insetti sembrano essere legati al tempo di sviluppo. Dato che il moscerino passa due inverni antartici come larva essiccata e poi ha per la crescita una breve estate antartica, questa è una questione aperta per Belgica antarctica».

Il team della  Kelley ora spera di confrontare gli altri organismi antartici e sub-antartiche per vedere se hanno genomi simili.