Il DNA di 200 anni aiuta a mappare il percorso genetico della piccola mosca verso nuove terre, nei tempi moderni

Andiamo avanti di 200 anni e arriviamo all’umile mosca della frutta, meglio conosciuta dai genetisti come Drosophila melanogaster, è uno degli animali più studiati del pianeta. E il DNA delle curiosità secolari di Fallén e Zetterstedt sta ancora rivelando nuove intuizioni sull’evoluzione della mosca mentre si diffondeva insieme alle persone in nuove parti del mondo.

I ricercatori dell’Università del Wisconsin-Madison e dell’Università di Lund hanno estratto e analizzato il DNA dei moscerini della frutta ospitati nelle collezioni dei musei di Lund, Stoccolma e Copenaghen. Le mosche sono esemplari museali raccolti dai naturalisti in Europa già nel primo decennio del XIX secolo e fino agli anni ’30.

I primi cercatori di mosche ritenevano che valesse la pena tenere qualsiasi insetto su cui riuscivano a mettere le mani – gli esemplari di Fallén includono infatti alcuni che sembrano aver apprezzato la sua uva passa – ma probabilmente non avrebbero potuto concepire Drosophilaè importante per la scienza.

“Questa specie è stata un attore chiave nella scienza biologica di base ormai da oltre un secolo”, afferma John Pool, professore di genetica dell’UW-Madison. “Ci siamo rivolti ad esso per imparare cose sulle regole fondamentali della vita, su come si presenta la variazione genetica nelle popolazioni naturali, su come le diverse forze evolutive modellano la diversità. E questo è solo nel mio campo.”

Ciò significa che i geni dei moscerini della frutta potrebbero essere stati sequenziati, catalogati e descritti più spesso di qualsiasi altro animale. Ma quei campioni provenivano da esemplari moderni. Poiché un moscerino della frutta vive circa 50 giorni, secondo i nuovi campioni di DNA, descritti in uno studio pubblicato oggi sulla rivista Biologia PLOS – provengono da alcuni parenti molto antichi delle mosche che ronzano oggigiorno intorno ai nostri fruttieri.

“Non è così insolito ottenere DNA utile da esemplari molto antichi dei nostri antenati ominidi o di altri animali”, afferma Pool. “Ma il numero di generazioni – circa 3.000 – che sono trascorse nelle popolazioni di mosche da quando alcune di queste che abbiamo sequenziato erano vive è all’incirca lo stesso numero delle nostre generazioni da quando gli esseri umani sono emersi dall’Africa.”

Lo zoologo di Lund Marcus Stensmyr ha recuperato materiale genetico dalle mosche del museo immergendole in una soluzione che rompe le membrane cellulari aperte per liberare grandi molecole all’interno. Le mosche sono state lavate, asciugate e restituite alla collezione del museo. Il loro DNA è stato estratto dalla soluzione e analizzato all’UW-Madison.

Sorprendentemente, i ricercatori hanno scoperto che i moscerini della frutta raccolti in Svezia all’inizio del 1800 erano geneticamente più simili alle mosche del 21° secolo rispetto ai campioni svedesi degli anni ’30. Ciò è probabilmente dovuto al posto delle mosche più vecchie Drosophila storia come alcuni dei primi arrivati ​​così a nord del loro areale originario nell’Africa meridionale. Per qualche tempo, sono stati un piccolo avamposto, in cui le mutazioni casuali avrebbero prodotto differenze più grandi nella popolazione – più di quella che viene chiamata “deriva genetica” – mentre il 1800 diventava il 1900. Le mosche svedesi, però, diventerebbero meno uniche quando il loro numero fosse rafforzato dal più ampio pool genetico europeo.

“Ci sarebbe stato un notevole aumento del trasporto di frutta tra gli anni ’30 e oggi e, in generale, un maggior numero di trasporti umani che probabilmente avrebbero aumentato le opportunità per viaggi su lunghe distanze”. Drosophila migrazione”, dice Pool. “Quindi, quello che pensiamo di vedere tra gli anni ’30 e oggi è l’effetto di quella migrazione che sostanzialmente omogeneizza la variazione genetica.”

Confrontando i cambiamenti nel corso dei secoli dei campioni di mosche ora a loro disposizione, i ricercatori hanno anche identificato una manciata di geni che mostrano segni di pressione evolutiva.

“Questo è stato uno degli interessi chiave del nostro studio, cercare di capire quali geni potrebbero essere stati i più importanti nell’aiutare questa popolazione di mosche ad adattarsi a un clima e un ambiente molto nuovi”, afferma Pool.

Le differenze tra il DNA dei campioni degli anni ’30 e i loro parenti attuali hanno rivelato l’emergere di un gene chiamato Cyp6g1 che ora è noto per rendere le mosche più resistenti al pesticida DDT.

“Questo è stato il nostro miglior risultato per l’intervallo di tempo più recente”, afferma Pool. “E questo aveva perfettamente senso, in termini di quando è stato introdotto il DDT.”

Ciò sarebbe avvenuto negli anni ’40, non molto tempo dopo le fonti museali più recenti dello studio Drosophila erano ancora in volo. Prima di ciò, importanti cambiamenti genetici mostrano che un gene chiamato Ahcy aiuta l’adattamento delle mosche del 19° secolo a temperature più fresche e giornate più corte – fattori importanti nei cicli riproduttivi della mosca – in Svezia (e in altri paesi ad alta latitudine).

Si pensava che un altro gene, ChKov1, fosse correlato agli insetticidi, ma il DNA delle mosche dei musei raccolte nel 1800 ha mostrato che il gene si è evoluto prima ancora che gli insetticidi rilevanti fossero inventati. Precedenti lavori di altri ricercatori avevano suggerito che ChKov1 conferisse resistenza anche a un virus, chiamato sigmavirus, che si ritiene sia apparso nelle mosche circa 200 anni fa.

“I nostri risultati favoriscono fortemente l’ipotesi della resistenza virale rispetto all’ipotesi della resistenza agli insetticidi”, afferma Pool. “Quindi, questo è un esempio di un gene che era già stato suggerito come soggetto alla selezione naturale, ma abbiamo imparato alcune cose nuove al riguardo avendo questi campioni temporali.”

È una testimonianza sia del lavoro svolto molto tempo fa da scienziati curiosi che hanno aperto nuove strade nel loro campo, sia dei professionisti di oggi che utilizzano la tecnologia moderna per ottenere più o meno lo stesso effetto.

“Questo è un esempio di ciò che milioni di esemplari museali in tutto il mondo potrebbero dirci sui cambiamenti avvenuti in molte specie diverse”, afferma Pool.