Dolly l’amazzone, il pesce clone che sfida le teorie sull’evoluzione asessuata
Anche in natura, come nell’agricoltura e nell’allevamento di animali, i discendenti degli ibridi hanno più successo
[14 Febbraio 2018]
La teoria evoluzionistica classica suggerisce che le specie che attuano la riproduzione asessuata si dovrebbero estinguere rapidamente, perché nel tempo i loro genomi accumulano mutazioni mortali, ma lo studio “Clonal polymorphism and high heterozygosity in the celibate genome of the Amazon molly” pubblicato su Nature Ecology & Evolution da un team internazionale di ricercatori, mette in dubbio la rapidità di questo declino.
Infatti, nonostante migliaia di anni di riproduzione sessuata, il genoma di un piccolo pesce, la Molly amazzone (Poecilia formosa) è notevolmente stabile e la specie è sopravvissuta. Questo pesce, il cui areale in natura si estende al confine tra Texas e Messico, non produce discendenti maschi. Le femmine si riproducono per patogenesi e producono figlie cloni geneticamente identiche a loro. La cosa strana – una delle gtante meraviglie della natura – è che le Molly amazzoni si accoppiano con i maschi di altre specie affini perché solo il loro sperma dà alla cellula uovo il segnale riproduttivo. Come spiegano all’Universität Würzuburg che ha guiidato il team di ricerca, «Infatti, lo sperma invade anche la cellula uovo; tuttavia, non ha luogo uno scambio di materiale genetico. Piuttosto, l’uovo di solito distrugge completamente il genoma maschile».
Manfred Schartl. un biochimico del Lehrstuhls für Physiologische Chemie am Biozentrum dell’università di Würzburg. tiene la cattedra di Chimica Fisiologica presso il Biozentrum dell’Università di Würzburg, fa notare che «Secondo le teorie popolari, questa specie non dovrebbe più esistere. Dovrebbe essersi estinta nel corso dell’evoluzione molto tempo fa». E allora perché la Molly amazzone esiste ancora? Per rispondere a questa domanda, Schartl e i suoi colleghi hanno decodificato il materiale genetico della specie e lo hanno confrontato con quella delle specie con le quali è imparentata, scoprendo che questo pescetto contraddice le teorie più comuni sull’evoluzione
Schartl riassume: «In ogni corredo genetico qualche volta si verificano errori. Negli animali, se la loro progenie sono cloni puri, questi errori si accumulerebbero nel corso delle generazioni fino a che alla fine non esisterebbero più individui sani. Le specie che possono riprodursi sessualmente, eliminano questi errori più facilmente, dato che il numero di cromosomi nella formazione di cellule uovo e spermatozoi viene diviso a metà e viene ricombinato nella fertilizzazione di ogni metà del genoma materno e del genoma paterno».
Quindi, a lungo termine, i cloni materni non dovrebbero sopravvivere perché non riuscirebbero ad adattarsi velocemente all’ambiente a causa della mancanza di ricombinazione del suo genoma, come invece fanno i loro competitori che si propagano per via sessuale. Nel corso dell’evoluzione, che applica il principio di “sopravvivenza del più adatto”, dovrebbero quindi sopravvivere solo poche generazioni. Negli ambienti della biologia evolutiva, questo accumulo graduale e fatale di mutazioni mortali è noto come Muller’s ratchet, in onore di Hermann Muller, lo scienziato vincitore del Premio Nobel che ha elaborato la teoria. Allora perché la teoria non funziona nelle Dolly amazzoni? Gli scienziati hanno studiato il genoma della Poecilia formosa con due specie strettamente imparentate: P. latipinna e P. mexicana, che si riproducono sessualmente in modo normale e hanno scoperto che le differenze sono piccole, tutti e tre hanno 25.220 geni che codificano proteine. Sorprendentemente, i geni che non sono necessari a un pesce femmina, come i geni per la spermatogenesi, lo sviluppo dei maschi o per la divisione della maturazione delle cellule di uovo e spermatozoo, possono essere trovati anche nel genoma di P. formosa
Schartl sottolinea: «Abbiamo scoperto pochi segni di degenerazione genetica nella Dolly amazzone, ma piuttosto una variabilità genetica unica e una chiara evidenza di un’evoluzione continua. Soprattutto i geni che sono importanti per il sistema immunitario, hanno mostrato nel genoma di P. formosa un alto grado di variabilità genetica».
La mancanza di danni genetici su larga scala non è sicuramente spiegata dal fatto che P. formosa si è evoluta solo da poche generazioni fa: lo studio del suo genoma dimostra che la specie ha avuto origine più di 100.000 anni fa. Con un cambio generazionale ogni tre o quattro mesi, questo significa che si sono già avute più di 500.000 generazioni di P. formosa, eccezionalmente di più di quel che indicavano come limite (circa 20.000 generazioni) le vecchie teorie evolutive come tempo limite per l’estinzione di una specie a riproduzione asessuata. «E tra l’altro – fanno notare i ricercatori tedeschi – anche un multiplo delle generazioni che l’ Homo sapiens può dimostrare».
Gli scienziati evidenziano che «Anche P. formosa probabilmente partecipa a processi evolutivi, ma ciò avviene nell’ambito di una selezione di mutazioni naturali e della competizione tra i rispettivi cloni. In questo caso, la riproduzione asessuata si rivela persino un vantaggio per l’impollinatore dell’amazzone: senza lo sforzo di due sessi, la popolazione ittica può crescere più velocemente e raggiungere dimensioni significative». In realtà tutte le Molly amazzoni sono ibridi: la loro prima progenitrice era figlia di un incrocio tra P. latipinna e P. mexicana e per questo gli scienziati sospettano che un genoma ibrido sia la forza trainante che rende questa specie così resistente. Tuttavia, i geni ibridi devono essere compatibili tra loro il che è abbastanza raro,
In sostituzione delle teorie tradizionali sulla sopravvivenza di specie che si riproducono asessualmente, i ricercatori propongono una nuova teoria, che hanno chiamato “ipotesi di formazione rara”, scendo la quale «Le specie asessuate non sono così rare perché sono inferiori alle altre. Piuttosto, sono rare in natura perché le condizioni per un genoma ibrido di cui hanno bisogno per la sopravvivenza e il successo riproduttivo sono così specifiche».
«Ciò che abbiamo scoperto – spiega ancora Schartl – è che questo pesce ha preservato il suo genoma ibrido e ciò che sappiamo dalla riproduzione agricola o dall’allevamento animale è che quando cerchiamo di fare qualcosa di migliore, alleviamo un ibrido. Pensa che sia questo “vigore ibrido” sia alla base della tenace sopravvivenza della Molly amazzonde. Ciò che la natura ha fatto è stato creare fin dall’inizio un buon ibrido, che poi ha prosperato. Ovviamente ha delle mutazioni ma quello che pensiamo non sia stato preso in considerazione è che l’evoluzione cancella le mutazioni deleterie e che prosperano solo coloro che hanno buone mutazioni che li migliorano».
Un’altra autrice dello studio, Laurence Loewe del Laboratory of genetics e del Wisconsin institute for discovery dell’università del Wisconsin-Madison, ha detto a BBC News: «Di solito le specie senza ricombinazione regolare non sono evolutivamente molto longeve, tuttavia, la Molly amazzone sembra aver trovato un modo di sopravvivere per un tempo sorprendentemente lungo senza accumulare firme di decomposizione genomica. Per capire come, probabilmente dovremo mettere insieme molti degli eccitanti progressi della genetica evolutiva degli ultimi 100 anni».
Gli autori dello studio concludono che questa variabilità, in combinazione con un’ampia risposta immunitaria, contribuisce in modo significativo a fare in modo che quello della Molly amazzone non abbia avuto il solito destino riservato agli organismi superiori asessuati e che i cloni non siano una facile vittima per gli agenti patogeni.