Nuovi dati sui pesci rivelano come le esplosioni evolutive creano specie
Il lago d'acqua dolce più profondo dell'Africa ospita una serie vertiginosa di animali, tra cui centinaia di specie di pesci ciclidi che non si trovano in nessun'altra parte del mondo. Affollano le acque del Lago Tanganica, con squame e strisce nella maggior parte dei colori dell'arcobaleno. Un tipo di ciclide lì misura poco più di un pollice; altri sono lunghi 2-3 piedi. "Quando fai snorkeling in acqua con questi pesci, è semplicemente incredibile quanto siano diversi", ha detto Catherine Wagner , assistente professore di botanica presso l'Università del Wyoming. Nel corso della storia, i pescatori locali hanno tirato su i ciclidi nelle reti per il cibo, ma per diversi decenni ricercatori di tutto il mondo hanno raccolto anche questi pesci nella loro ricerca di comprendere quella rigogliosa diversità.
Uno studio pubblicato di recente su Nature offre una nuova ricchezza di dati sui ciclidi del Lago Tanganica e li utilizza per delineare il flusso e riflusso selvaggio dell'evoluzione di questi pesci, che si sono diversificati da un antenato comune a una sorprendente 240 specie di ciclidi in meno di 10 milioni di anni.
È un tempo molto breve per l'evoluzione di così tante specie, ha affermato Walter Salzburger , professore associato presso l'Istituto zoologico dell'Università di Basilea e autore senior dello studio. E questo processo non è stato graduale o casuale: i dati rivelano che questi ciclidi si sono evoluti prevalentemente a raffiche. "È ancora sorprendente quanto siano chiari e distinti questi impulsi di evoluzione accelerata", ha detto Salzburger.
La mappatura dell'emergenza di tutte queste specie ha richiesto diversi anni al team di Salisburgo. I ricercatori hanno compilato un elenco delle specie di ciclidi del lago dopo aver rintracciato le descrizioni in documenti scientifici, nonché in libri e riviste scritti sui ciclidi (che sono così visivamente sorprendenti da essere diventati popolari pesci d'acquario). Tra un incontro e l'altro con coccodrilli e ippopotami durante i loro mesi in Africa, i ricercatori hanno fatto snorkeling e si sono tuffati per raccogliere esempi di ogni ciclide possibile. I pescatori del lago hanno fornito esemplari che vivono più in profondità di quanto i subacquei possano raggiungere. “Ogni volta che vedevamo una barca, ci chiedevamo: 'Che cosa hai?'”, Ha detto Fabrizia Ronco , ricercatrice post-dottorato presso l'Università di Basilea e prima autrice dello studio. Alla fine, hanno accumulato una collezione di quasi tutte le 240 specie di ciclidi del Lago Tanganica, comprese dozzine che non erano state descritte in precedenza.
Tornati a terra, i ricercatori hanno scansionato i pesci per esaminare le loro strutture scheletriche, studiato le differenze nei loro geni e analizzato la loro composizione chimica per trovare indizi sulla nicchia ecologica occupata da ciascuno. Il team ha accumulato dettagli sufficienti per rivelare come tutte le specie sono correlate e quando si sono discostate l'una dall'altra.
"È solo una quantità fantastica di dati", ha detto Wagner. "Questo era solo un sogno, una scintilla nei nostri occhi 10 anni fa, che saremmo stati in grado di sequenziare così tanti genomi."
Una scoperta è stata che tutte le specie tranne una manciata hanno un antenato comune che visse solo circa 9,7 milioni di anni fa. Ciò corrisponde a poco dopo che si ritiene che si sia formato il lago Tanganica, il che implica fortemente che la specie si sia evoluta all'interno del lago da quella specie ancestrale e non da molteplici eventi di colonizzazione nel corso dei millenni.
Questo fatto ha confermato ai ricercatori che i ciclidi del Tanganica erano soggetti ideali per testare idee sulla radiazione adattativa, un evento evolutivo in cui molte specie diverse emergono rapidamente e si adattano a nuove nicchie ambientali. I teorici dell'evoluzione hanno due modelli su come potrebbe svilupparsi la radiazione adattativa. In uno, la rapida diversificazione in alcuni aspetti della morfologia del corpo produce inizialmente un'esplosione di nuove specie, e poi la speciazione rallenta man mano che le nicchie disponibili si riempiono. Nell'altro modello, le differenze nelle specie emergono gradualmente quando un lignaggio rompe le opportunità a sua disposizione, il che significa che il tasso di speciazione può sia aumentare che diminuire nel tempo. I biologi evoluzionisti hanno trovato solo prove limitate per sostenere una di queste teorie.
Sorprendentemente, quando i ricercatori hanno esaminato i loro dati sui ciclidi, entrambi i modelli sembravano essere rilevanti. I ciclidi si sono evoluti principalmente in tre episodi di radiazione adattativa: uno basato sui cambiamenti nella forma del corpo, uno basato sui cambiamenti nella forma della bocca e uno sui cambiamenti in una seconda serie di mascelle nella gola dei pesci. Un impulso iniziale di evoluzione ha prodotto una sfilza di nuove specie con diverse forme del corpo, che ha fornito supporto all'idea che la speciazione si concentri vicino all'inizio di una radiazione adattativa. Ma negli scatti successivi di speciazione che coinvolgevano le forme della bocca e della mascella, il tasso di evoluzione sembrava aumentare più tardi nel processo. "Le diverse forme sembravano essere importanti nelle diverse fasi della radiazione adattativa", ha detto Ronco.
Questo set di dati sui ciclidi fornisce un'immagine ricca e dettagliata della radiazione adattativa, ma questi modelli potrebbero non essere validi in tutti i casi. Altre ricerche sui ciclidi nei laghi africani, ad esempio, hanno trovato modelli che non si adattano al modello delle fasi. Secondo Joana Isabel Meier , ricercatrice in zoologia presso l'Università di Cambridge, i nuovi dati del lago Tanganica "non sono certo in contrasto con gli stadi della radiazione adattativa", ma sono tutt'altro che consolidati.
"La questione di ciò che determina la diversità biologica ha tormentato i biologi evoluzionisti sin da quando Wallace e Darwin hanno elaborato la loro teoria dell'evoluzione", ha detto Salzburger. Il nuovo studio non fornisce risposte conclusive, ma espone un possibile squilibrio significativo nell'albero evolutivo dei ciclidi. Alcuni rami hanno visto un'abbondanza di forme di specie, mentre altri sono rimasti rari. In queste differenze, i ricercatori hanno individuato una relazione intrigante: le specie di ciclidi geneticamente più diverse provenivano da rami che hanno dato origine a più specie; i rami più sparuti contenevano le specie geneticamente più omogenee.
Questa differenza nella diversità genetica tra i rami potrebbe essere spiegata dall'ibridazione, in cui diverse specie di ciclidi si incrociano e introducono una maggiore diversità genetica in un genoma. "Questa idea è stata in giro, e ci sono state sempre più prove a favore", ha detto Wagner. Si sospetta spesso che l'ibridazione alimenti l'evoluzione esplosiva che costituisce una radiazione adattativa. "Ma questo è un modo diverso di interpretarlo, che l'ibridazione può essere un modello davvero pervasivo", ha detto.
I ricercatori hanno suggerito che se c'è più ibridazione all'interno dei rami dei ciclidi che tra i rami, potrebbe causare la disparità, anche se dai dati non era chiaro che ciò si fosse verificato. Ma l'ibridazione potrebbe svolgere un ruolo ancora più centrale all'inizio dell'evoluzione dei ciclidi, ha detto Meier. L'ibridazione negli antenati dei ciclidi potrebbe persino aver innescato le radiazioni adattative che hanno prodotto così tante specie.
I fattori responsabili di questo contrasto – speciazione prolifica in alcuni rami dei ciclidi e poco in altri – continuano ad attirare l'attenzione dei ricercatori. "Questo è quello che penso sia davvero il pezzo mancante", ha detto Wagner. L'ibridazione può aprire opportunità per una rapida evoluzione. Le risorse a disposizione di una specie potrebbero plasmare la sua evoluzione, o altri organismi vicini potrebbero dettarla. Potrebbe anche essere casuale. Ma il lago Tanganica è "come un piccolo microcosmo per comprendere il funzionamento dell'evoluzione", ha detto Wagner. "La speranza è che alla fine tutti questi set di dati possano unirsi e darci una comprensione davvero incredibile".
Questa è la traduzione automatica di un articolo pubblicato su Quanta Magazine all’URL https://www.quantamagazine.org/new-fish-data-reveal-how-evolutionary-bursts-create-species-20201201/ in data Tue, 01 Dec 2020 16:05:03 +0000.