Dal DNA di un pesce cieco somalo, indizi sul nostro passato evolutivo

Uno studio italiano: ecco cosa ci possono svelare un pesce cieco e i dinosauri sulla vulnerabilità umana alla radiazione solare

[15 ottobre 2018]

Lo studio “Modulation of DNA Repair Systems in Blind CavefishduringEvolution in Constant Darkness”  pubblicato su Current Biologi da un team di ricercatori dell’università di Ferrara (Giuseppe Di Mauro, Pietro Negrini, Elena Frigato, Cristiano Bertolucci), dell’università di Napoli “Federico Secondo” ( Andrea Maria Guarino) e di diverse istituzioni scientifiche e università tedesche (Haiyu Zhao, Daniela Vallone, Sebastian Lungu-Mitea, Thomas Braunbeck, Hongju Ma, Tilman Lamparter, e Nicholas S. Foulkes), ha individuato nel DNA di un pesce cieco, il Phreatichthys andruzzii, che vive nelle falde idriche del deserto somalo preziosissimi indizi sulla storia evolutiva dei mammiferi.

Nicholas Foulkes del Karlsruher Institut für Technologie  (KIT), uno degli autori dello studio realizzato grazie a finanziamenti dell’università di Ferrara e del “Miur-Daad Joint Mobility Program” per la mobilità accademica tra Italia e Germania, spiega: .«Abbiamo rivelato in una specie di pesci rupestri ciechi la perdita di un antico sistema di riparazione del DNA che è fortemente conservato». Bertolucci, del Dipartimento di scienze della vita e biotecnologie dell’università di Ferrara aggiunge che  «P. andruzzii,questo il nome scientifico del pesce, ci ha fornito una conferma importante per quella che viene definita la teoria “NocturnalBottleneck”».  I ricercatori italiani evidenziano che «Secondo questa teoria, nell’era Mesozoica i mammiferisono riusciti a sopravvivere al dominio dei dinosauri relegando le proprie attività nelle ore notturne. Vivere in condizioni di buio o di scarsissima luce per circa 160 milioni di anni, cioè per tutto il Mesozoico, ha permesso ai nostri antenati, i mammiferi placentati, di cui facciamo parte, di sfuggire ai grandi predatori e di evolversi fino ai giorni nostri. Ma un prolungato periodo senza esposizione alla luce del sole lascia tracce, per esempio disattivando la capacità, che invece persiste in altri organismi come batteri e funghi, di riparare i danni al DNA causati dalle radiazioni solari. Proprio questo meccanismo è stato osservato nel pesce studiato».

Bertolucci spiega ancora: «P. andruzzii è un animale ipogeo, vive cioè in ambienti sotterranei in condizioni estreme di buio assoluto, temperatura costante e scarsità di risorse. Negli ultimi 3 milioni di anni, si è evoluto adattandosi all’assenza di luce. Ha perso gli occhi, ha sviluppato albinismo e soprattutto ha perso la capacità di riparare i danni al DNA causati dalle radiazioni ultraviolette (UV) del sole. Questo quindi il nesso coi nostri antenati poiché, in effetti, gli unici vertebrati noti per questa stessa caratteristica sono proprio i mammiferi placentati. Una possibile conferma che anche i nostri antenati abbiamo trascorso lunghi periodi al buio per sfuggire alla minaccia dei dinosauri».

Ma come può un pesce cieco delle caverne somale somigliare a un mammifero? SEondo quanto ha detto il biologo evoluzionista Roi Maor dell University College London a Smithsonian Magazine, «I nostri antenati di mammiferi avevano uno stile di vita molto notturno. Centinaia di milioni di anni fa, i nostri antenati a sangue caldo potrebbero essersi nascosti durante il giorno per evitare di essere mangiati dai dinosauri amanti del sole. Questa natura notturna può aver attivato v il principio “use it or lose it”. I tratti più legati alla luce del sole  (come la fotoreattazione all’energia solare) potrebbero essere stati scartati circa 100 milioni di anni fa a causa del loro mancato utilizzo. Queste perdite genetiche hanno poi continuato a persistere nel tempo, anche dopo che i moderni mammiferi hanno iniziato a tornare alla luce del giorno».

All’università di Ferrara sottolineano che «Questa scoperta e, in generale, gli studi su P. andruzzii possono avere ulteriori rilevanti ricadute per la materia: Le caratteristiche genetiche dei pesci ipogei consentono di disporre di preziosissimi modelli “mutanti naturali” per analizzare meccanismi normalmente influenzati dalla luce solare, come l’orologio circadiano e la fotorecezione».

Il team di ricerca italo-tedesco guidato da Zhao del KIT è interessato a comprendere l’evoluzione in condizioni ambientali estreme e in particolare i cambiamenti nei sistemi di riparazione del DNA. Il pesce cieco che vive nelle grotte sommerse somale non ancora disseccate dalla siccità  rappresenta un modello ideale per i loro studi «perché ha vissuto senza alcuna esposizione ai raggi UV o alla luce visibile del sole per più di 3 milioni di anni». I ricercatori hanno scoperto che P. andruzzii ha «mutazioni che interrompono la funzione dei geni essenziali alla riparazione del DNA. Manca anche un elemento di miglioramento regolatore, che coordina e migliora la riparazione del DNA in risposta alla luce solare in altre specie, attivando altri geni “on”».

Sulla Terra ci sono oltre 200 specie di pesci delle caverne, ma il pesce cieco somalo è il primo a aver perso il sistema di “fotoreattazione”. Anche tra i pesci delle caverne, tuttavia, P. andruzzii è un’eccezione: «Avendo passato gli ultimi 3 milioni di anni lontano dal  sole . dice Foulkes – Nell’oscurità eterna delle caverne sottomarine, è nell’interesse di questo nuotatore conservare l’energia per la lunga strada che deve percorrere. Questi pesci possono vivere fino a cinquant’anni , il che significa che devono  liberarsi di qualsiasi bagaglio genetico non necessario. E’ come aver colto l’evoluzione in flagrante, E’ possibile vedere il processo attraverso il quale sta perdendo il sistema di riparazione. Altre specie di pesci delle caverne che non sono rimaste isolate nei loro ambienti ipogei così tanto come  P. andruzzii mostrano meccanismi di fotoreattazione normali, o addirittura migliorati. Pertanto, le nuove scoperte”evidenziano un livello più estremo di adattamento nel P. andruzzii rispetto ad altre specie di pesci cavernicol, I risultati  vanno ad aggiungersi alle prove che un tempo  i mammiferi moderni vivevano nell’oscurità. Molte caratteristiche dei mammiferi moderni, come l’anatomia e la funzione dell’occhio, mostrano  caratteristiche rivelatrici di uno stile di vita notturno. Questo Significa che ora possiamo dire con più sicurezza che gli antenati dei mammiferi hanno vissuto un periodo prolungato della loro evoluzione nell’oscurità completa».

I ricercatori italo-tedeschi hanno in programma di studiare altri sistemi di riparazione del DNA del  pesce cieco somalo e sono anche curiosi di esplorare i collegamenti tra il loro oologio circadiano e la riparazione del DNA, meccanismi che per funzionare normalmente si basano entrambi sulla luce solare.