Uno dei modelli più interessanti su larga scala nell'evoluzione è il parallelismo. Ad esempio, il volo si è evoluto molte volte, in parallelo, da numerosi organismi non volanti; molte specie di vertebrati che non sono pesci si sono evolute nuotando, in parallelo. Uno studio ha scoperto l'evoluzione parallela dell'armatura tra i pesci spinaci d'acqua dolce di numerosi antenati d'acqua salata.
Un'altra cosa interessante sull'evoluzione, che è stata apprezzata solo negli ultimi decenni, è il fatto che non esiste una semplice corrispondenza tra geni e tratti. Raramente un gene determina un tratto e raramente un tratto varia a causa di un gene. Ci sono dozzine di esempi di semplici relazioni tra geni e tratti, molti dei quali sono stati scoperti anni fa. Poiché queste relazioni erano relativamente facili da trovare e descrivere, i nostri libri di testo ne sono pieni e il nostro pensiero sulla genetica è stato per lungo tempo basato su di essi. Ma è un po 'come basare la nostra concezione di come funzionano tutti i veicoli comprendendo a fondo il funzionamento di un carro giocattolo. La meccanica e l'ingegneria di un piccolo carro rosso non ci aiuteranno a capire scale mobili, sottomarini o sistemi di lancio lunare Apollo. Ora pensiamo che la maggior parte dei geni influenzi tratti multipli e che la maggior parte dei tratti siano influenzati da più geni, e che sia tutto molto complesso.
Un recente studio che esamina il comportamento dello spinarello sembra essere un esempio di un gene che colpisce più tratti.
Gli spinarelli sono membri della famiglia di pesci Gasterosteidae, con specie che vivono in acqua salata e fresca. Gli stickleback d'acqua dolce si sono evoluti da antenati d'acqua salata che sono stati bloccati senza sbocco sul mare meno di circa 17000 anni fa in molte località dell'emisfero settentrionale. Per questo motivo, le differenze tra gli spinotti d'acqua dolce e salata rappresentano l'evoluzione recente e rapida tra un noto gruppo di specie e sono quindi particolarmente interessanti per gli scienziati.
Gli spinarelli d'acqua salata hanno fino a 36 placche ossee associate a un numero minore di spine acuminate. Questi piatti e spine proteggono il pesce dai predatori, ma sono costosi da produrre e mantenere. Le placche ossee richiedono calcio extra, cosa rara in alcuni ambienti e limitano i movimenti del corpo del pesce.
Gli spinarelli d'acqua dolce tendono ad avere meno spine e placche ossee. Alcuni hanno uno spazio nella fila di piatti (questo è chiamato "parziale morph") mentre altri hanno solo alcuni piatti nella parte posteriore del pesce ("low morph"). L'acqua dolce ha meno calcio dell'acqua salata, quindi potrebbe essere un adattamento a una risorsa limitante. Inoltre, gli ambienti di acqua dolce tendono ad avere meno predatori rispetto agli ambienti di acqua salata, quindi le caratteristiche protettive delle placche ossee potrebbero essere meno importanti nell'acqua dolce; forse c'era una selezione naturale rilassata su questa armatura, e nel tempo si è persa in molte popolazioni diverse in parallelo.
In uno studio del 2005, gli scienziati hanno esaminato un gene ( Eda ) che determina la crescita della placca ossea e hanno scoperto che gli stickleback d'acqua dolce avevano una variante del gene che causava la formazione di un minor numero di placche in quelle popolazioni. Il gene Eda probabilmente svolge una funzione regolatoria, quindi potrebbe determinare uno di una gamma di fenotipi dalla versione con acqua salata completamente corazzata alle due versioni corazzate minori trovate in acqua dolce. Una combinazione di analisi genetiche e di popolazione ha portato i ricercatori a scoprire che la maggior parte degli spinaci d'acqua dolce nell'emisfero settentrionale che presentano una perdita di placche ossee lo fanno perché hanno tutti ereditato una variante di Eda che è rara nelle popolazioni di acqua salata originali. Quindi il tratto si è evoluto in parallelo in molti lignaggi, tutti provenienti da diverse popolazioni di acqua salata, ma si è anche evoluto da una singola forma preesistente del gene. Tuttavia, è stato anche scoperto che uno o più stickleback dell'emisfero settentrionale con placche ossee ridotte hanno ottenuto questo tratto da un cambiamento genetico completamente diverso.
Questo tratto è quindi un esempio di una caratteristica determinata da più di un gene e un esempio di evoluzione parallela che si verifica con più di un mezzo.
Un secondo studio appena riportato in una riunione scientifica esamina quella che sembra essere una domanda completamente diversa sull'evoluzione dello stickleback. La maggior parte degli stickleback formano scuole, che è un adattamento comune tra i pesci, seguendo il principio che esiste una sicurezza nei numeri. Ma c'è una popolazione di spinaci d'acqua dolce che non forma scuole. Gli spinelli del lago Paxton, nella Columbia Britannica, in Canada, nuotano da soli per la maggior parte del tempo. Invece di formare scuole, si nascondono nella fitta vegetazione sul fondo del lago Paxton.
Il team di ricerca guidato da Anna Greenwood del Fred Hutchinson Cancer Research Center di Seattle ha ideato una macchina per testare e misurare il comportamento scolastico negli stickleback. È costituito da un gruppo mobile di pesci finti che si muovono insieme come una scuola robotica in un cerchio attorno a un grande acquario. Quando i pesci di una popolazione scolastica di spinarelli venivano messi in acqua con questa macchina, si unirono ai pesci finti e nuotarono con loro. Quando i pesci della popolazione non scolarizzata venivano messi in acqua con questa macchina, non facevano scuola. Queste due popolazioni sono così strettamente correlate da poter incrociarsi. I ricercatori hanno testato la prole del pesce di branco e non di branco per vedere quale comportamento ogni pesce avrebbe mostrato. Come previsto, alcuni hanno studiato e altri no. Una volta che i pesci ibridi furono smistati, i loro geni furono esaminati per vedere se c'era una firma particolare che andava con la scuola contro il nuoto solitario.
Si scopre che il gene che sembra controllare il comportamento dell'allevamento in questi pesci non è altro che Eda, lo stesso gene che controlla il numero di placche ossee.
Quindi gli stickleback non solo ci danno un grande esempio di come può svilupparsi l'evoluzione parallela, ma anche un grande esempio di un gene che colpisce più di un tratto. Ma come funziona? I pesci che non sviluppano placche ossee non sviluppano una linea laterale perfettamente funzionante. Una linea laterale è un organo di senso che molti pesci hanno che consente ai pesci di rilevare movimenti altrove nell'acqua. Alcuni pesci predatori usano la linea laterale per trovare la loro preda, altri pesci usano la linea laterale per rilevare i predatori e quindi evitano di diventare prede, e i pesci branco usano la linea laterale per tenere traccia degli altri pesci nella scuola. Apparentemente, gli spinacci con le linee laterali poco sviluppate non possono studiare perché non riescono a percepire correttamente gli altri pesci con cui avrebbero bisogno di coordinare i loro movimenti.
fonti:
Colosimo, Pamela F., Kim E. Hosemann, Sarita Balabhadra, Guadalupe Villarreal, Jr., Mark Dickson, Jane Grimwood, Jeremy Schmutz, Richard M. Myers, Dolph Schluter e David M. Kingsley. 2005. Evoluzione parallela diffusa negli spinaroli mediante fissazione ripetuta di ectodisplasina Alleles Science 25 marzo 2005: 307 (5717), 1928-1933.
Pennisi, Elizabeth. 2012. Pesce robotico indica il gene dell'istruzione. Notizie e analisi. Science 335 (6066): 276-277. DOI: 10.1126 / science.335.6066.276-b
