Skip to main content

Evolutionary origins of complex ecological adaptations

Article Category

Article available in the folowing languages:

Rivelare i segreti genetici dell’evoluzione della vita

I tratti genetici che sembrano complessi possono in realtà evolversi facilmente e gli scambi genetici tra le specie possono accelerare il processo evolutivo. Queste scoperte rivoluzionarie potrebbero mutare radicalmente la nostra comprensione della vita sul pianeta.

Ricerca di base

La selezione naturale è un processo che porta, nel tempo, a mutamenti nelle caratteristiche di una specie. Alcuni individui si adattano meglio all’ambiente grazie ai loro geni: essi sopravviveranno e si riprodurranno meglio, e di conseguenza i loro geni saranno presenti in una quantità maggiore di individui nella prossima generazione. «Un eccellente esempio di selezione naturale che agisce rapidamente è la comparsa di batteri resistenti agli antibiotici», osserva Pascal-Antoine Christin, coordinatore del progetto ComplEvol e ricercatore presso l’Università di Sheffield, nel Regno Unito. «Quando vengono applicati gli antibiotici, i batteri che trasportano geni resistenti saranno gli unici a produrre nuovi individui. Pertanto, tale resistenza incrementerà molto rapidamente la frequenza». Sebbene gli scienziati comprendano perfettamente come funzioni la selezione naturale, il processo attraverso il quale emergono tratti di straordinaria complessità è compreso in modo meno approfondito. Ad esempio, alcuni tratti forniscono un vantaggio solo quando più elementi si uniscono.

Spiegazione dell’evoluzione della pianta

Nel progetto ComplEvol, Christin si è concentrato sul comprendere meglio come si sia evoluto un processo vegetale complesso chiamato fotosintesi C4. «Le piante hanno sviluppato la fotosintesi C4 per adattarsi alle atmosfere a basse emissioni di CO2 che hanno prevalso negli ultimi 30 milioni di anni», spiega. «Tuttavia, il tratto C4 fornisce un vantaggio solo quando più enzimi agiscono insieme. Come è stato possibile?» Christin e la sua squadra hanno studiato le origini della fotosintesi C4 nelle specie erbacee dell’Alloteropsis semialata. «Ci siamo concentrati su questa specie erbacea in parte perché ha sviluppato la fotosintesi C4 abbastanza di recente», aggiunge Christin. «La specie contiene ancora individui privi di quel tratto. Siamo stati in grado di prelevare campioni da entrambi i gruppi C4 e non C4 e di condurre analisi comparative». Christin è stato in grado di dimostrare che la fotosintesi C4 può manifestarsi con poche modifiche. «Gli individui C4 contengono solo pochi geni e cambiamenti cellulari che mancano alle piante non C4», afferma. «Sono necessarie solo poche modifiche affinché emerga la fotosintesi C4. La selezione naturale agisce quindi per migliorare il tratto, rendendolo progressivamente più complesso ed efficiente». Il progetto, che è stato sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca, ha anche evidenziato l’importanza degli scambi genetici per l’evoluzione dei tratti complessi. Christin ha scoperto che alcuni geni necessari per la fotosintesi C4 sono stati «rubati» da altre specie vegetali, accelerando il processo di evoluzione.

Comprendere i processi evolutivi

I risultati del progetto potrebbero essere decisamente significativi. Le colture e le graminacee che utilizzano la fotosintesi C4 dominano le regioni tropicali e subtropicali e includono mais, canna da zucchero, sorgo e miglio. «Ciò dimostra che i tratti estremamente complessi possono in realtà evolversi facilmente», afferma. «Gran parte della loro complessità deriva da modifiche accumulatesi sotto l’azione ripetuta della selezione naturale». Questa affascinante scoperta sarà oggetto di ulteriori approfondimenti. «Per comprendere l’impatto ecologico di ogni elemento della fotosintesi C4, abbiamo in programma di incrociare individui C4 e non C4 di Alloteropsis semialata», spiega. «La loro progenie presenterà soltanto alcune parti del loro genitore C4. Questo ci consentirà di valutare in che modo questi tratti individuali influenzino la sopravvivenza delle piante in assenza di altre parti C4». Inoltre, Christin è interessato a determinare la misura in cui il materiale genetico viene scambiato tra le specie. «Succede in tutte le specie, o solo in alcune? Queste sono domande molto importanti per la nostra comprensione dell’evoluzione, ma hanno anche ripercussioni nel campo dell’agronomia», aggiunge.

Parole chiave

ComplEvol, genetico, evolvere, geni, antibiotici, colture, fotosintesi, genetico, evolutivo

Scopri altri articoli nello stesso settore di applicazione