[22/04/2011] News
Le farfalle "curiose" ed esploratrici sono geneticamente diverse
Molecular Ecology, ha pubblicato uno studio, "Functional genomics of life history variation in a butterfly metapopulation" che attraverso le farfalle aiuta a capire i meccanismi fondamentali per i cambiamenti nella storia delle vita ed a comprendere l'adattamento per selezione naturale. Lo studio, fnanziato in parte dal progetto "Ecological, molecular, and evolutionary spatial dynamics" (Spatialdinanucs) ha ottenuto un contributo di 2,48 milioni di euro dal Consiglio europeo della ricerca.
«Sebbene la ricerca in questo campo abbia fatto progressi - spiega il bollettino scientifico dell'Ue Cordis - 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».
Il team di ricerca, del quale fanno parte Ilkka Hanski dell'Università di Helsinki in Finlandia, James Marden e Christopher Wheat della Pennsylvania State University negli Usa, 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».
Hanski ha studiato le farfalle Glanville fritillary (Melitaea cinxia - nella foto) delle Isole Åland in Finlandia, utilizzando una nuova tecnologia di sequenziamento genetico per caratterizzare migliaia di geni codificanti proteine. Un lavoro che gli ha fatto vincere il premio Craaford 2001, considerato la versione ecologica del premio Nobel. «Il progetto delle Glanville fritillary in Finlandia è iniziato nel 1991 e ha avuto un ruolo importante nello sviluppo della biologia delle meta popolazioni - spiega Hanski su Cordis - 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».
Marden sottolinea che «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". 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. 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 ricercatori finlandesi e americani 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) e 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 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».
Hanski conclude: «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».