L’evoluzione può essere prevedibile?

Le strade dell’evoluzione sono infinite e a volte convergono. Ma possiamo conoscerne i bivi e le direzioni in anticipo? Secondo uno studio pubblicato su Current Biology, la risposta a questa annosa domanda si nasconde nelle ali di alcune farfalle…
Francesca Buoninconti, 22 Novembre 2019
Micron
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Giornalista scientifica

Le strade dell’evoluzione sono infinite e a volte convergono. Ma possiamo conoscere i bivi e le direzioni in anticipo? In altre parole, l’evoluzione può essere prevedibile? Secondo quanto afferma sulle pagine di Current Biology un team internazionale di scienziati dello Smithsonian Tropical Research Institute (STRI) di Panama, la risposta a questa annosa domanda si nasconde nei variopinti disegni alari delle farfalle appartenenti al genere Heliconius. Un gruppo di lepidotteri tropicali, che segnala ai predatori la sua tossicità proprio grazie ai particolari pattern alari.

Cruccio e delizia degli evoluzionisti sin dall’epoca vittoriana, le Heliconius incarnano il classico esempio di mimetismo mulleriano: anche i parenti lontani possono risultare apparentemente identici nella colorazione. Una strategia vantaggiosa, perché condividere gli stessi colori e gli stessi disegni di avvertimento consente ai predatori di imparare a starne alla larga più in fretta. Di sicuro l’evoluzione favorisce il mimetismo, eppure nessuno è mai riuscito a capire se queste farfalle hanno utilizzato la stessa “ricetta evolutiva” per arrivare ad assomigliarsi così tanto. Almeno fino a oggi.

Per capire se dunque l’evoluzione può essere prevedibile e ricalcare gli stessi percorsi, i ricercatori si sono concentrati sull’attività del gene WntA: uno dei quattro geni che hanno un ruolo fondamentale nello sviluppo del disegno e dei colori delle ali di tutto il genere Heliconius, che conta una quarantina di specie diffuse dal Sud al Centro America compreso, spesso con areali sovrapposti.

In particolare, il gruppo guidato da Carolina Concha si è focalizzato sui disegni alari di tre coppie di specie, lontanamente imparentate, ma apparentemente identiche, che vivono tra il Costa Rica e l’Equador, condividendo grosse porzioni dell’areale. Concha e colleghi sono partiti da un’ipotesi molto semplice: se il gene WntA avesse avuto lo stesso ruolo nel determinare i pattern alari nelle tre coppie, allora le ali degli insetti sarebbero rimaste identiche tra loro anche una volta eliminato il gene con la ormai celebre tecnica Crispr-Cas9.

Ma perché scegliere proprio il genere Heliconius? Questo gruppo è in realtà un ottimo modello di studio: circa 12 milioni di anni fa, si è diviso in due cladi che sono andati diversificandosi in molti aspetti della loro ecologia e biologia riproduttiva. Uno comprende le specie H. erato, H. sapho e H. sara con le loro sottospecie, chiamato ESS; e un altro annovera le specie H. melpomene, H. cydno e H. silvaniform con le relative sottospecie, chiamato MCS. Negli ultimi quattro milioni e mezzo di anni, però, alcune di queste sottospecie di cladi differenti hanno finito per assomigliarsi in modo impressionante.

Tra Panama e il Costa Rica, per esempio, le coppie H. erato demophoon (ESS) e H. melpomene rosina (MCS), e H. hewitsoni (ESS) e H. pachinus (MCS) sono imitazioni perfette l’una dell’altra. Così come H. sapho sapho (ESS) e H. cydno chioneus (MCS), diffuse tra Panama e il Perù. E proprio queste tre coppie sono diventate le protagoniste dello studio di Carolina Concha.

Nella forma normale – con il gene WntA – tutte e sei hanno ali nere con varie bande e strisce di colori diversi. Le prime due hanno macchie rosse sulle ali anteriori, e due sottili strisce gialle su quelle posteriori. Le seconde hanno tre bande chiare: due sulle ali anteriori e una sola su quelle posteriori. Mentre le specie della terza coppia hanno una vistosa striscia bianca sulle ali anteriori e le ali posteriori bordate di bianco.

Quando però i ricercatori hanno eliminato dalle uova di queste specie il gene WntA con la tecnica Crispr-Cas 9, si sono accorti di aver trovato la risposta alla domanda iniziale. I bruchi di ciascuna specie hanno sviluppato pattern alari completamente diversi tra loro. E dunque l’evoluzione non è prevedibile: ogni volta, per ognuna delle sei specie, l’evoluzione ha seguito percorsi diversi pur arrivando a un risultato praticamente identico.

Così se per l’H. erato demophoon (ESS) la rimozione di WntA non sembrava aver avuto effetti, per H. melpomene rosina (MCS) le bande rosse e gialle erano notevolmente aumentate di spessore. Mentre il pattern alare di H. cydno chioneus (MCS) senza WntA non era molto diverso, per H. sapho sapho (ESS) era aumentato enormemente la quantità di bianco. Infine la doppia banda chiara di H. hewitsoni (ESS) sulle ali anteriori si era fusa in un’unica grande macchia bianca con quella sulle ali posteriori e in H. pachinus (MCS) tutte e tre le strisce chiare si erano allargate.

Tutte e sei le specie, quindi, utilizzano il gene WntA per “disegnare” e colorare le loro ali, ma ciascuna di loro lo utilizza in modo diverso. Il mimetismo in questo caso è stato guidato da una convergenza evolutiva sempre differente, che ha agito in modo imprevedibile e non ripetitivo.

Sopresi dal risultato, i ricercatori si sono quindi chiesti quanto il gene WntA influenzi il disegno finale dell’ala e dunque hanno effettuato lo stesso test su un totale di 12 specie e 10 sottospecie del genere Heliconius. E di nuovo, le farfalle a cui era stato rimosso WntA con Crispr-Cas9 presentavano ali del tutto diverse. WntA non è però l’unico gene che ha un ruolo nel produrre il disegno alare, e infatti le prossime ricerche del gruppo saranno proprio incentrate su WntA e gli altri geni per capire quali entrano in gioco e in che modo.

WntA agisce dunque diversamente in queste specie lontanamente imparentate. E se immaginiamo l’evoluzione come un labirinto in cui l’uscita è la soluzione ottimale, è come se le specie avessero individuato più percorsi nel labirinto per arrivare all’uscita e quindi allo stesso schema di colori. Una cosa che “potrebbe avvenire molto più spesso di quanto pensiamo” conclude Concha.

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