I tardigradi sono animali che prosperano negli estremi. Conosciuto anche come orsi d'acqua o maialini di muschio, gli invertebrati acquatici e microscopici possono sopravvivere a temperature di congelamento e ebollizione e alle dure condizioni dello spazio esterno. Un tardigrado essiccato può essere rianimato semplicemente aggiungendo acqua, anche decenni dopo. Si trovano in tutti i continenti, compresa l'Antartide, e vivono in ambienti che vanno dalle trincee oceaniche più profonde ai deserti più caldi fino alle cime dell'Himalaya.
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Ora gli scienziati hanno scoperto che i tardigradi possiedono ancora un'altra pretesa estrema alla fama: il loro genoma contiene il DNA più estraneo di qualsiasi specie animale conosciuta.
Invece di ereditare tutti i loro geni dai loro antenati, i tardigradi ottengono un sesto enorme della loro composizione genetica da piante, batteri, funghi e archaean non correlati, i ricercatori riportano oggi nel PNAS . Il bizzarro mashup evidenzia il fatto che le specie possono prendere forma in modi molto meno lineari che comunemente immaginavano.
"Quando la maggior parte delle persone pensa alla diversità della vita e al flusso di informazioni genetiche, immagina un albero con grandi rami che generano quelli più piccoli, ma senza alcuna connessione tra gli arti", afferma il leader dello studio Thomas Boothby, membro postdottorato presso la Fondazione di ricerca sulla vita presso l'Università della Carolina del Nord, Chapel Hill. "Stiamo iniziando a renderci conto che invece dell'albero della vita, potrebbe essere più appropriato pensare alla rete della vita".
Boothby si rivolse al genoma tardigrado nella speranza di scoprire le basi più elementari delle strategie di sopravvivenza estrema delle creature. Per catalogare ogni gene, lui e i suoi colleghi hanno prima estratto e sequenziato molti brevi frammenti di DNA da migliaia di tardigradi. Usando un programma per computer, ricucirono quelle sequenze per produrre il codice nella sua interezza.
"Quando l'abbiamo fatto, inizialmente abbiamo visto che c'erano molti geni che sembravano non provenire da animali", afferma Boothby. "La nostra reazione istintiva è stata quella di aver incasinato qualcosa e aver contaminato il nostro campione".
Per ricontrollare, il team si è rivolto alla reazione a catena della polimerasi, un metodo che amplifica le regioni target di materiale genetico solo se si abbinano a primer specifici. In questo caso, volevano vedere se potevano amplificare i geni animali e batterici come singole unità, il che sarebbe possibile solo se fossero fisicamente collegati all'interno dello stesso genoma. "Lo abbiamo fatto per oltre 100 geni, con successo del 98 percento", afferma Boothby.
Convinto che la loro lettura del genoma fosse corretta, il team ha quindi ricostruito la progenie evolutiva di specifiche sequenze geniche. Ciò ha confermato che quelli che sembravano geni estranei in realtà erano proprio questo, piuttosto che simili a quelli sviluppati dai tardigradi stessi.
"I risultati ci hanno detto in modo abbastanza inequivocabile che i geni che sembrano estranei provengono davvero da non animali", afferma Boothby.
Tutto sommato, i geni tardigradi sono fatti del 17, 5% di materiale estraneo. La maggior parte di quegli strani geni ha origini batteriche: migliaia di specie sono rappresentate nella composizione genetica del tardigrado. Molti dei geni sono noti o sospettati di svolgere ruoli in tolleranza allo stress per i loro proprietari originali.
"Penso che i risultati siano estremamente sorprendenti", afferma Andrew Roger, biologo della Dalhousie University in Canada. Che un animale possa acquisire una parte così grande dei suoi geni da fonti straniere è "sorprendente e senza precedenti".
In alcuni casi, i geni estranei hanno effettivamente sostituito quelli tardigradi, mentre in altri i tardigradi hanno conservato le proprie versioni ma hanno incorporato copie singole o multiple di una o più specie di batteri. "Supponiamo che questo non sia stato un evento occasionale, ma probabilmente era in corso e potrebbe ancora accadere oggi", afferma Boothby.
I tardigradi ottengono fino al 17, 5% dei loro geni da organismi non correlati. (STEVE GSCHMEISSNER / Science Photo Library / Corbis) I ricercatori sanno da anni che batteri e altri microbi possono impegnarsi nel trasferimento genico orizzontale, lo scambio di materiale genetico tra specie non correlate. Ma solo di recente gli scienziati hanno iniziato a rendersi conto che questo metodo di sviluppo genetico può verificarsi anche negli animali.
Rispetto ai tardigradi, i genomi di altri animali, inclusi gli umani, contengono pochissimo materiale estraneo. Fino ad ora, i rotiferi - un altro microscopico animale acquatico - detengono il record dall'8 al 9 percento. Per i tardigradi e i rotiferi, la forte dose di geni estranei probabilmente gioca un ruolo significativo nel conferire loro capacità di sopravvivenza superiori.
"Se riescono ad acquisire DNA da organismi che vivono già in ambienti stressanti, potrebbero essere in grado di raccogliere alcuni degli stessi trucchi", afferma Boothby. Ma esattamente come i tardigradi sono riusciti a mettere insieme così tanto materiale genetico estraneo rimane sconosciuto.
Boothby e i suoi colleghi sospettano che la capacità degli animali di seccarsi e rianimarsi possa avere un ruolo. Quando i tardigradi si seccano, i loro genomi si frammentano. Dopo che il liquido vivificante li ha ripristinati, le membrane che circondano le loro cellule rimangono fuoriuscite per un po 'di tempo e, poiché le cellule lavorano rapidamente per riparare i propri genomi, possono accidentalmente lavorare un po' di DNA dall'ambiente.
"Questo documento conferma l'importanza dello studio dell'intero genoma, qui applicato a un modello animale insolito ma molto interessante e spesso trascurato", afferma Roberto Bertolani, zoologo evoluzionista dell'Università di Modena e Reggio Emilia in Italia.
"Un punto interessante che gli autori sottolineano è la possibile relazione tra essiccazione, perdita di membrana e rotture del DNA che possono predisporre questi animali a incorporare e integrare molti geni estranei."
Per ora questa è solo un'ipotesi, quindi Boothby ha intenzione di indagare su questa e altre domande persistenti. Il suo lavoro con questa creatura estrema potrebbe anche dare agli umani una possibilità migliore di sopravvivere: studiare un giorno i geni tardigradi può aiutare un giorno lo sviluppo di farmaci e vaccini che non devono più essere tenuti sul ghiaccio e che invece possono essere essiccati e rianimati sul posto in un clinica rurale o zona di crisi.
