Trovare i geni che aiutano i martin pescatori a immergersi senza danneggiare il cervello

Il tipo di immersione che fanno i martin pescatori – ciò che i ricercatori chiamano “immersione in tuffo” – è un’impresa aeronautica. “Si tratta di un’immersione ad alta velocità dall’aria all’acqua, ed è effettuata da pochissime specie di uccelli”, afferma Chad Eliason, ricercatore presso il Field Museum di Chicago e primo autore dello studio. Ma è un comportamento potenzialmente rischioso.

“Per potersi tuffare a testa in giù come fanno, i martin pescatori devono aver sviluppato altri tratti che impediscano loro di farsi male al cervello”, afferma Shannon Hackett, curatrice associata della sezione uccelli al Field Museum e autrice senior dello studio.

Non tutti i martin pescatori pescano effettivamente: molte specie di questi uccelli mangiano prede che vivono sulla terraferma come insetti, lucertole e persino altri martin pescatori. In precedenza, i coautori Jenna McCollough e Michael Andersen, ricercatori dell’Università del New Mexico, avevano guidato il team utilizzando il DNA per dimostrare che i gruppi di martin pescatori che mangiano pesce non sono i parenti più stretti l’uno dell’altro all’interno dell’albero genealogico del martin pescatore. Ciò significa che i martin pescatori hanno evoluto la loro dieta a base di pesce – e le capacità subacquee per procurarsela – in un certo numero di tempi separati, piuttosto che evolversi tutti da un antenato comune mangiatore di pesce.

“Il fatto che ci siano così tante transizioni alla subacquea è ciò che rende questo gruppo affascinante e potente, dal punto di vista della ricerca scientifica”, afferma Hackett. “Se un tratto si evolve una moltitudine di volte diverse in modo indipendente, significa che hai il potere di trovare una spiegazione generale del perché ciò accade.”

Per questo studio, i ricercatori – tra cui i coautori Lauren Mellenthin attualmente alla Yale University, ma che era una stagista universitaria al Field Museum al momento in cui è stata condotta questa ricerca, Taylor Hains dell’Università di Chicago e il Field Museum, Stacy Pirro presso Iridian Genomes, Michael Anderson e Jenna McCullough dell’Università del New Mexico hanno esaminato il DNA di 30 specie di martin pescatori, sia pescivori che non.

“Per ottenere tutto il DNA del martin pescatore, abbiamo utilizzato campioni nelle collezioni del Field Museum”, afferma Eliason, che lavora presso il Grainger Bioinformatics Center e il Negaunee Integrative Research Center del Field. “Quando i nostri scienziati lavorano sul campo, prelevano campioni di tessuto dagli esemplari di uccelli che raccolgono, come pezzi di muscolo o fegato. Questi campioni di tessuto vengono conservati al Field Museum, congelati in azoto liquido, per preservare il DNA.”

Nel Pritzker DNA Laboratory della Field, i ricercatori hanno iniziato il processo di sequenziamento dei genomi completi di ciascuna specie, generando l’intero codice genetico di ciascun uccello. Da lì, hanno utilizzato un software per confrontare i miliardi di paia di basi che compongono questi genomi per cercare le variazioni genetiche che i martin pescatori subacquei hanno in comune.

Gli scienziati hanno scoperto che gli uccelli mangiatori di pesce avevano diversi geni modificati associati alla dieta e alla struttura del cervello. Ad esempio, hanno trovato mutazioni nel gene AGT degli uccelli, che è stato associato alla flessibilità alimentare in altre specie, e nel gene MAPT, che codifica per le proteine ​​tau legate al comportamento alimentare.

Le proteine ​​tau aiutano a stabilizzare minuscole strutture all’interno del cervello, ma l’accumulo di troppe proteine ​​tau può essere una cosa negativa. Negli esseri umani, lesioni cerebrali traumatiche e morbo di Alzheimer sono associati ad un accumulo di tau. “Ho imparato molto sulla proteina tau quando ero il responsabile delle commozioni cerebrali della squadra di hockey di mio figlio”, afferma Hackett. “Ho iniziato a chiedermi, perché i martin pescatori non muoiono perché il loro cervello si riduce in poltiglia? Ci deve essere qualcosa che stanno facendo che li protegga dalle influenze negative derivanti dall’atterraggio ripetuto con la testa sulla superficie dell’acqua.”

Hackett sospetta che le proteine ​​tau possano essere una sorta di arma a doppio taglio. “Gli stessi geni che mantengono i neuroni nel cervello in ordine e in ordine sono quelli che falliscono quando subisci ripetute commozioni cerebrali se sei un giocatore di football o se ti viene l’Alzheimer”, dice. “La mia ipotesi è che ci sia una sorta di forte pressione selettiva su quelle proteine ​​per proteggere in qualche modo il cervello degli uccelli.”

Ora che queste variazioni genomiche correlate sono state identificate, dice Hackett, “la domanda successiva è: che effetto hanno le mutazioni nei geni di questi uccelli sulle proteine ​​che vengono prodotte? Quali cambiamenti di forma ci sono? Cosa sta succedendo per compensare un cervello per le forze d’urto?”

“Ora sappiamo quali dei geni sottostanti stanno cambiando e contribuiscono a creare le differenze che vediamo nella famiglia del martin pescatore”, afferma Eliason. “Ma ora che sappiamo quali geni osservare, si creano ancora più misteri. È così che funziona la scienza.”

Oltre a una migliore comprensione della genetica del martin pescatore e delle potenziali implicazioni per la comprensione delle lesioni cerebrali, Hackett afferma che questo studio è importante perché evidenzia il valore delle collezioni dei musei.

“Uno dei campioni da cui abbiamo ottenuto il DNA in questo studio ha trent’anni. All’epoca in cui è stato raccolto, non potevamo fare neanche lontanamente il tipo di analisi che possiamo fare oggi – non potevamo nemmeno fare alcune di queste.” roba di cinque anni fa”, dice Hackett. “Risale alla capacità dei singoli esemplari di raccontare nuove storie nel tempo. E chissà cosa potremo imparare da questi esemplari in futuro? Ecco perché amo le collezioni dei musei.”