Pallido, ridotto e cieco, il pesce delle caverne somalo vive una vita tranquilla nelle acque più affamate di luce del mondo. Con il loro orribile pallore e senza occhi di cui parlare, questi pesci pastosi non sembrano avere molto in comune con i mammiferi, ma c'è molto di più nell'umile pesce delle caverne di quanto non sembri.
Gli scienziati hanno riferito ieri sulla rivista Current Biology che i pesci delle caverne potrebbero far luce su un misterioso capitolo dell'evoluzione dei mammiferi: la perdita della riparazione del DNA ad energia solare. La maggior parte degli organismi ha meccanismi per riparare le proprie molecole di DNA attivate dalla luce solare, ma i mammiferi hanno perso il tratto da qualche parte lungo la strada - e così ha fatto il pesce delle caverne somalo.
Come manuale di istruzioni per la vita, il DNA è un bene prezioso. Il danno prolungato a questo codice vitale contribuisce sia all'invecchiamento che all'aumentata suscettibilità al cancro. Sfortunatamente, il processo di copia e lettura del DNA può essere pieno di errori e l'ambiente intorno a noi è pieno di pericoli, che vanno dai prodotti chimici dannosi ai raggi di luce ultravioletta in grado di alterare le sequenze genetiche.
Ma grazie a una suite di macchine cellulari in grado di riparare il DNA compromesso, la maggior parte di questi incidenti genetici viene corretta senza conseguenze. Tra queste cruciali capacità di riparazione vi è il sistema di fotorattivazione, che utilizza un enzima ad energia solare chiamato fotolasi per correggere gli errori nel DNA causati dall'esposizione alle radiazioni UV. Questo intelligente meccanismo di difesa significa che lo stesso pericolo che danneggia il DNA, la luce solare, attiva anche un sistema di riparazione del codice genetico.
I mammiferi e i pesci delle caverne sono piuttosto diversi, ma entrambi si sono adattati alla vita al buio. Molti mammiferi notturni, come questo gatto, hanno uno strato di tessuto nell'occhio che migliora la loro visione notturna e fa sembrare i loro occhi "lucenti". (Thomas Euler / flickr) Mentre la fotoreaattivazione è diffusa in tutto l'albero della vita, è completamente assente nei mammiferi. E per molto tempo, abbiamo pensato di essere soli. Ma gli scienziati hanno iniziato a scoprire una manciata di specie fungine e nematode (e alcune popolazioni selezionate di crostacei legati alla caverna) che avevano anche perso le loro capacità di riparazione del DNA alimentate a energia solare. La più recente aggiunta al gruppo delle dimore oscure, il pesce delle caverne somalo, potrebbe essere il primo vertebrato non mammifero ad aver subito un passo simile nella storia dell'evoluzione.
"[Photoreactivation] è un sistema che è così conservato, dai batteri fino alle piante e a molti animali", afferma Nicholas Foulkes, biologo dell'Istituto di tecnologia di Karlsruhe in Germania. "Quando vedi la perdita della funzione, è profonda."
Quindi, come potrebbe un pesce delle caverne assomigliare a un mammifero? La risposta, a quanto pare, ci tiene letteralmente al buio. I nostri antenati dei mammiferi hanno goduto di uno stile di vita altamente notturno, afferma il biologo evoluzionista Roi Maor dell'University College di Londra. Centinaia di milioni di anni fa, i nostri antenati a sangue caldo potrebbero essersi nascosti durante il giorno per evitare di essere mangiati dai dinosauri amanti del sole.
Questa natura notturna potrebbe aver attivato un principio "usalo o perdilo" nella nostra evoluzione. I tratti più solari (come la fotoreaattivazione a energia solare) avrebbero potuto essere scartati a causa di circa 100 milioni di anni di inutilizzo, afferma Maor. Queste perdite genetiche sono poi persistite nei tempi moderni, anche dopo che i mammiferi hanno iniziato ad avventurarsi di nuovo alla luce del giorno.
Il gruppo di ricerca di Foulkes, incluso l'autore principale del nuovo studio Haiyu Zhao, ha iniziato a studiare la riparazione del DNA in altri animali notturni per saperne di più sulla perdita dei meccanismi di fotoreaattivazione. Il pesce delle caverne somalo ( Phreatichthys andruzzii ), con la sua avversione alla luce solare, era una creatura perfetta da esaminare.
In primo luogo, tuttavia, i ricercatori avevano bisogno di un punto di confronto. Per questo, hanno scelto un altro pesce d'acqua dolce come un foglio: il pesce zebra, un alimento ben studiato in molti laboratori biologici. Come la maggior parte degli altri animali, i genomi del pesce zebra codificano il sistema di fotoreattivazione abilitato alla luce solare, consentendo loro di sopravvivere all'esposizione a dosi elevate di radiazioni UV in ambienti ben illuminati. Ma i pesci zebra zapped UV intrappolati nell'oscurità totale sono più sensibili alle ripercussioni del danno al DNA.
D'altra parte, quando i ricercatori hanno condotto questi stessi esperimenti sul pesce delle caverne somalo, i pesci erano ipersensibili ai raggi UV. In natura, la specie vive in completo isolamento dalla luce solare ed esporre i pesci a condizioni che imitavano la luce solare non li ha aiutati a sopravvivere alle radiazioni UV.
Questi pesci delle caverne somale ciechi sono in realtà abbastanza facili per gli occhi ... anche se non ne hanno nessuno. (Luca Scapoli / Università di Ferrara) Scavando nei genomi dei pesci, i ricercatori hanno scoperto che il pesce zebra produce tre fotolasi riparative che si accendono in presenza della luce solare, mentre il pesce grotta somalo codifica solo un sistema rotto. Dopo un ulteriore esame, i ricercatori sono stati in grado di determinare le differenze nel modo in cui il pesce zebra e il pesce grotta controllavano l'espressione della fotolasi.
In presenza di luce, una "chiave" molecolare nelle cellule di pesce zebra è guidata a un "blocco" genetico, che viene rilasciato per attivare i meccanismi di riparazione del DNA. Il pesce delle caverne, stranamente, sembrava avere blocchi intatti, pronti a scatenare l'espressione della fotolasi - ma le chiavi sembrano essere state perse nel tempo. Il team di Foulkes è attualmente alla ricerca di chiavi danneggiate o mancanti nel genoma dei pesci delle caverne.
"È come se l'evoluzione fosse coinvolta nell'atto", dice Foulkes. "È possibile vedere il processo mediante il quale il sistema di riparazione viene perso."
Oltre 200 specie di pesci delle caverne popolano la Terra, ma questo esemplare somalo è il primo che ha perso il sistema di fotoreaattivazione. Anche tra i pesci delle caverne, tuttavia, P. andruzzii è un estremista, dopo aver trascorso gli ultimi 3 milioni di anni dal sole. Nell'eterna oscurità delle caverne sottomarine, è nel miglior interesse di questo nuotatore conservare energia per la lunga strada da percorrere - secondo Foulkes, questi pesci possono vivere fino a cinquant'anni - il che significa sbarazzarsi di inutili bagagli genetici.
Mentre i mammiferi non condividono gli stili di vita dei pesci delle caverne, queste perdite genetiche possono rivelare le oscure traiettorie evolutive che le specie divergenti condividono. Piuttosto che sviluppare un tratto utile sotto pressione ambientale, le creature sembrano aver abbandonato un sistema che non era più utile, afferma Silvia Fuselli, esperta di pesci delle caverne all'Università di Ferrara in Italia.
"Forse questi pesci stanno riproducendo qualcosa che è successo ai nostri antenati milioni di anni fa", dice Foulkes.
Dato che alcune specie che agitano il sole probabilmente stanno ancora sfuggendo con successo alla scoperta umana nelle caverne cavernose della Terra e nelle trincee di acque profonde, probabilmente non abbiamo trovato le ultime creature che hanno abbandonato la fotoreaattivazione. "Si sta presentando in questi pesci, nei funghi, nei [crostacei] ... sarà qualcosa che la gente trova costantemente", afferma David Carlini, un biologo della American University che studia i crostacei d'acqua dolce che vivono nelle caverne.
E per quanto ne sappiamo, P. andruzzii è ancora piuttosto unico nella maggior parte dei suoi fratelli detestanti della luce. Fino a quando non saranno studiate più specie che preferiscono l'oscurità, il pesce delle caverne somalo potrebbe essere la luce guida per risolvere il mistero di come noi mammiferi abbiamo perso la nostra capacità di guarire al sole.
