Evoluzione dei colori delle ali di Heliconius

Interazione tra flessibilità dello sviluppo e determinismo nell'evoluzione dei modelli mimici della farfalla Heliconius

Un team internazionale di scienziati che lavorano con le farfalle Heliconius presso lo Smithsonian Tropical Research Institute (STRI) di Panama si trovava di fronte a un mistero: in che modo le coppie di farfalle, provenienti dall'area situata dal Perù alla Costa Rica, evolvono più o meno con gli stessi schemi geometrici delle ali? La risposta, pubblicata su Current Biology, (1) cambia per sempre il modo in cui l'evoluzione viene compresa.

La dottoressa Carolina Concha autrice dell'articolo e post-dottorato presso il Smithsonian Tropical Research Institute (STRI), ha affermato: “Il nostro team è il primo a riferire che sebbene l'evoluzione di simili modelli di colore in Heliconius possa essere guidata da forze simili - come i predatori che evitano un particolare tipo di farfalla - il percorso verso quel risultato non è prevedibile. Questo ci ha davvero sorpreso perché rivela l'importanza della storia e delle possibilità nel modellare i percorsi genetici che portano al mimetismo delle ali delle farfalle.”

I brillanti colori delle ali di Heliconius segnalano ai predatori la tossicità delle farfalle. Modelli di ali maschili appariscenti segnalano alle femmine che stanno scegliendo le specie giuste con cui accoppiarsi. In qualche modo queste due forze, predazione e accoppiamento, portano a simili modelli di ali in gruppi di farfalle isolate nelle valli montane e ai piedi delle Ande. Eliminando un singolo gene chiamato WntA in 12 specie diverse, comprese le loro varianti, i biologi molecolari del team potevano constatare se le farfalle in una coppia, con gli stessi schemi delle ali, stavano usando gli stessi percorsi genetici per colorare e modellare le loro ali.

Il dottor Arnaud Martin, (2) co-autrice e capo del Butterfly Evo-Devo Lab della George Washington University, ha dichiarato: “supponiamo di dare a due squadre i medesimi blocchi di lego e venga chiesto loro di costruire lo stesso progetto. Ogni squadra svolgerà il compito in modo diverso, ma alla fine, il risultato è lo stesso. Le farfalle affrontano sfide molto più serie: costruiscono strutture fatte di scaglie di ali che sono essenziali per la loro sopravvivenza e capacità di riprodursi.”

Le domande sul mimetismo delle farfalle hanno incuriosito i biologi per decenni, ma la tecnologia per rimuovere selettivamente un singolo gene in un organismo vivo non esisteva fino a circa cinque anni fa. Ora, con l'editing genico CRISPR / Cas 9, sta diventando molto più facile cimentarsi con il codice genetico. Quando i ricercatori eliminano un importante gene di patterning come il WntA, cambia la struttura microscopica e il colore delle squame che compongono l'ala della farfalla e, di conseguenza, il pattern cambia. Lo studio solleva una serie di domande, come il modo in cui il WntA interagisce con altri geni per finire con un'area che è rossa o nera. Ora il team vuole sapere come viene controllato il gene WntA.

Il dottor Riccardo Papa, (3) coautore e professore di l'Università di Puerto Rico. ha affermato: “abbiamo appreso che mentre un gene dello sviluppo (WntA) può avere un ruolo importante nell'evoluzione della maggior parte dei modelli di colore delle ali di farfalla, il suo uso preciso per colorare l'ala di una farfalla non è completamente prevedibile. Le specie distinte con identici schemi di colore delle ali, come le farfalle mimetiche, possono evolversi usando strategie molecolari diverse. Immagina le medesie note suonate su strumenti diversi!”

Il dottor Owen McMillan, scienziato del personale e capo del laboratorio di genomica ecologica della STRI, dice: “alcune persone dicono che Panama sia una parola indigena che significa abbondanza di farfalle. I laboratori Smithsonian di Gamboa sono sicuramente uno dei posti migliori al mondo per capire come si evolvono le farfalle e speriamo che ricercatori ispirati si uniranno a noi qui mentre continuiamo a fare domande su queste stupende creature.”

Hanno contribuito a questo studio venticinque autori delle seguenti istituzioni scientifiche: Smithsonian Tropical Research Institute, University of Oxford, del George Washington University, Mississippi State University, University of Cambridge, University of Puerto Rico, Universidade Estadual de Campinas, Universidad del Rosario, University of Chicago and North Carolina State University.

Lo Smithsonian Tropical Research Institute, con sede a Panama City, Panama, è un'unità della Smithsonian Institution. L'istituto promuove la comprensione della biodiversità tropicale e la sua importanza per il benessere umano, forma gli studenti a condurre ricerche nei tropici e promuove la conservazione aumentando la consapevolezza pubblica della bellezza e dell'importanza degli ecosistemi tropicali.

Riferimenti:

(1) Interplay between Developmental Flexibility and Determinism in the Evolution of Mimetic Heliconius Wing Patterns

(2) Arnaud Martin

(3) Riccardo Papa

Descrizione foto: un esemplare di farfalla di Heliconius. - Credit: Smithsonian Tropical Research Institute (STRI).

Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Is evolution predictable?