I grandi cambiamenti evolutivi sono frutto di una sorta di bricolage genetico, che utilizza, rielaborandolo, materiale preesistente. Lo ha dimostrato una nuova ricerca sul batterio Escherichia coli, i cui risultati sono riportati sulla rivista “Nature” in un articolo firmato da un gruppo di ricercatori guidati da Richard Lenski del Dipartimento di microbiologia e genetica molecolare della Michigan State University.
Secondo il punto di vista darwiniano, l'evoluzione procede attraverso cambiamenti graduali, sottoposti a selezione naturale. Le regole dell’ereditarietà elaborate da Gregor Mendel sono invece basate su unità discrete, i geni appunto. Questi due quadri concettuali vengono compendiati nella moderna sintesi evolutiva, che prevede cambiamenti evolutivi incrementali frutto di mutazioni a carico dei geni.
Ma questo è sufficiente per spiegare l’origine di grandi cambiamenti fenotipici, quali la comparsa dei fiori per le specie vegetali, o di un organo della visione negli animali? Non potendo ricostruire milioni di anni di evoluzione naturale, non resta che affidarsi alla sperimentazione di laboratorio con organismi molto semplici e che riproducono alcuni meccanismi genetici cruciali in un arco di tempo osservabile dall'uomo.
È con questo obiettivo che Lenski iniziò il suo progetto di evoluzione sperimentale nel lontano 1988, a partire da un clone (un gruppo di cellule tra loro geneticamente identiche) di Escherichia coli, un batterio noto per la sua notevole velocità di crescita in coltura. Da questo sono poi state ricavate 12 popolazioni indipendenti, ciascuna delle quali è stata posta in contenitore con un mezzo di coltura molto semplice, in cui l’unica fonte di carbonio era il glucosio.
Per quasi 25 anni, ciascuna di queste popolazioni è stata trasferita ogni giorno in un nuovo contenitore, fino a produrre
ben 55.000 generazioni di E. coli, periodicamente campionate e congelate a -80 °C per conservare un archivio storico della loro evoluzione. Gli stessi campioni congelati potevano essere riportati in vita con facilità.
I primi adattamenti evolutivi sono stati osservati fin dall'inizio dell’esperimento, ma dopo circa 31.000 generazioni è intervenuto un cambiamento notevole: una delle popolazioni ha evoluto la capacità di nutrirsi di citrato, un agente chelante presente nel mezzo di coltura che facilita l’assorbimento del ferro. In realtà E. coli ha già questa capacità, ma soltanto in condizioni di assenza di ossigeno, quindi diverse da quelle dello studio, in cui l'ossigeno era presente.
Ma quali sono le trasformazioni genetiche che permettono l’emergere di un tratto così importante? Per scoprirlo, i ricercatori hanno confrontato il genoma della popolazione di E. coli che aveva evoluto la capacità di utilizzare il citrato in presenza di ossigeno, battezzata "Cit+", con popolazioni ancestrali recuperate dal congelatore non dotate di questa capacità, denominate “Cit-”.
A questo punto interviene un’analisi più raffinata dei geni coinvolti nell’utilizzazione del citrato, ovvero citT, citG ed rnk: in particolare, nelle cellule Cit+, questi ultimi due risultano non più distinti ma fusi in un nuovo gene con funzionalità nuove. In parole povere, il "balzo evolutivo" – la capacità di nutrirsi di citrato – viene compiuto rielaborando in modo nuovo materiale genetico preesistente.
Secondo gli autori, il risultato rappresenta una pietra miliare verso la spiegazione delle grandi innovazioni fenotipiche sulla base di processi microevolutivi graduali: la cui mancanza, tra l’altro, ha finora offerto il fianco alle argomentazioni antievoluzionistiche dei fautori del creazionismo.
http://www.lescienze.it/news/2012/09/21/news/batterio_chiave_evoluzione_escherichia_coli_geni-1265370/
