Le farfalle curiose sono geneticamente diverse
Capire i meccanismi fondamentali per i cambiamenti nella storia delle vita è basilare per comprendere l'adattamento per selezione naturale. Sebbene la ricerca in questo campo abbia fatto progressi, gli studi di genomica funzionale degli adattamenti della storia della vita sono appena agli inizi. Un team di scienziati provenienti da Finlandia e Stati Uniti sta dando il proprio contributo a questo settore della ricerca. Hanno scoperto che i discendenti delle farfalle "esploratrici" che hanno colonizzato nuovi habitat sono geneticamente diversi dai loro cugini che preferiscono rimanere dove sono. Finanziato in parte dal progetto SPATIALDYNAMICS ("Ecological, molecular, and evolutionary spatial dynamics") che ha ricevuto un contributo avanzato del Consiglio europeo della ricerca (CER) del valore di 2,48 Mio EUR nell'ambito del Settimo programma quadro (7° PQ), lo studio è stato presentato sulla rivista Molecular Ecology. Del team di ricerca fanno parte il professor Ilkka Hanski dell'Università di Helsinki in Finlandia e il professor James Marden e il dott. Christopher Wheat della Pennsylvania State University (Penn State) negli Stati Uniti. Il team ha scoperto le basi genetiche di una maturazione delle uova più veloce, una maggiore abilità nel volo e un più potente metabolismo dell'energia nei discendenti delle farfalle esploratrici. Questi tratti hanno dato a queste farfalle viaggiatrici un vantaggio. Secondo gli scienziati, i risultati potrebbero portare a una migliore comprensione di come la selezione naturale possa agire in specie che occupano territori spazialmente distinti dell'habitat. Il professor Ilkka Hanski ha studiato le farfalle Glanville fritillary delle Isole Åland in Finlandia usando una nuova tecnologia di sequenziamento genetico per caratterizzare migliaia di geni codificanti proteine. Il lavoro del professor Hanski sulle farfalle gli ha fatto vincere il premio Craaford di quest'anno, premio che gli esperti considerano come la versione ecologica del premio Nobel. "Il progetto delle Glanville fritillary in Finlandia è stato iniziato nel 1991 e ha avuto un ruolo importante nello sviluppo della biologia delle metapopolazioni," commenta il professor Hanski. "Le farfalle abitano una grande rete di 4000 piccoli prati. Non ci sono popolazioni grandi e la persistenza al livello del terreno si basa quindi su un equilibrio tra estinzioni stocastiche locali e ri-colonizzazioni di prati non occupati. Una serie di studi ha dimostrato che le femmine che fondano nuove popolazioni locali sono più dispersive rispetto alle femmine medie nella metapopolazione e ci sono anche altre differenze tra le farfalle in popolazioni appena fondate rispetto a quelle più antiche," aggiunge. Da parte sua, il professor Marden dice: "Le farfalle, come molte altre specie, sono specialiste. Sono esigenti rispetto al luogo dove vivere. Tale caratteristica dà a una specie quello che gli ecologisti chiamano una distribuzione a macchia. In un ambiente a macchia, gli organismi individuali si trovano di fronte a una scelta fondamentale tra rimanere nella loro zona nativa o avventurarsi per trovare una zona diversa di habitat adatto. Rimanere nel proprio luogo d'origine è più sicuro per la sopravvivenza immediata ma potrebbe esporre la propria prole a una massa di parassiti, mentre la dispersione è pericolosa ma offre potenzialmente un grande guadagno se si trova una zona grande e non occupata. "Volevamo capire meglio i geni e la fisiologia coinvolti nella determinazione di tratti "casalinghi" rispetto a quelli esplorativi, "avventurosi"," aggiunge il professor Marden. "I biologi evolutivi sono affascinati dalle questioni costi-benefici come il modo in cui la selezione naturale produce e mantiene sia le varietà "casalinghe" che quelle "avventurose" all'interno delle specie. Secondo gli esperti, la dicotomia "casalinghi contro avventurieri" ha un ruolo fondamentale nell'ecologia perché i cambiamenti di habitat, come gli eventi fortuiti e le malattie, provocano l'estinzione locale di piccole popolazioni in zone singole. "La persistenza delle specie su scala regionale ha bisogno che il tasso di fondazione di nuove popolazioni sia alto almeno quanto il tasso di estinzione delle popolazioni locali," dice il professor Marden. "La dispersione di soggetti femmina è il fattore che determina il tasso di fondazione, insieme al numero di zone colonizzate e alle distanze tra di esse." I laboratori di Marden e di Hanski hanno misurato e confrontato la variazione nei livelli di espressione genetica nelle femmine di popolazioni di farfalle stabili (cioè popolazioni antiche e locali che hanno resistito per almeno cinque anni) con nuove popolazioni locali che sono state fondate da farfalle esploratrici. Una differenza significativa è stata osservata tra le nuove e le vecchie popolazioni di farfalle, specificamente in come esprimevano certi geni che controllano la tempistica e il rilascio di proteine immagazzinate per la produzione di uova e il mantenimento delle proteine dei muscoli del volo. Il team ha scoperto variazioni del tasso metabolico del volo delle farfalle (misura del rendimento muscolare e della capacità di volare). Il team ha scoperto che anche un altro gene aveva un ruolo fondamentale nella capacità di volare delle farfalle: il fosfoglucosio isomerasi (Pgi). Hanno inoltre scoperto che una piccolissima parte del gene succinato deidrogenasi (Sdhd) non si trova nelle femmine delle nuove popolazioni. "La variante del gene Pgi sembra essere associata alla velocità e la variante Sdhd sembra essere associata alla resistenza," spiega il professor Marden. "È facile capire il perché questi tratti e i geni a essi associati si troverebbero più frequentemente in popolazioni nuove. Una migliore capacità di volo permette a certe farfalle di raggiungere e colonizzare nuove zone di habitat." Commentando queste scoperte, il professor Hanski dice: "Questo nuovo studio dimostra che ci sono differenze significative nell'espressione genetica tra popolazioni nuove e vecchie. Molti di questi geni hanno funzioni collegate ai tratti fisiologici e storici di cui si è dimostrato che mostrano differenze tra tipi di popolazione, suggerendo così le ipotesi sulla base genetica della variazione storica tra le popolazioni. Il mio gruppo a Helsinki sta attualmente sequenziando il genoma completo delle Glanville fritillary e stiamo sviluppando associazioni e collegamenti con qualsiasi materiale sulla variazione fenotipica in tutto il sistema di studio."Per ulteriori informazioni, visitare: Università di Helsinki: http://www.helsinki.fi/university/ Pennsylvania State University: http://www.psu.edu/ Molecular Ecology: http://www.blackwellpublishing.com/journal.asp?ref=0962-1083 Consiglio europeo della ricerca (CER): http://erc.europa.eu/
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Finlandia, Stati Uniti