Come concepita da Charles Darwin nel 1800, l’evoluzione è un processo lento e graduale durante il quale gli adattamenti delle specie vengono ereditati in modo incrementale nel corso delle generazioni. Tuttavia, oggi i biologi possono vedere come i cambiamenti evolutivi si svolgono su scale temporali molto più accelerate.
Piuttosto che le piante e gli animali suggestivi delle Isole Galapagos che Darwin studiò per formulare la sua teoria dell’evoluzione, lo studioso post-dottorato Joshua Borin e il professore associato Justin Meyer della Scuola di Scienze Biologiche dell’UC San Diego stanno documentando rapidi processi evolutivi in semplici fiasche da laboratorio.
Borin e Meyer hanno messo insieme batteri e virus in una fiaschetta da laboratorio chiusa – grande solo due cucchiaini da tè – per studiare la coevoluzione in azione. Man mano che i virus infettano i loro vicini batterici, i batteri sviluppano nuove misure difensive per respingere gli attacchi. I virus poi contrastano questi adattamenti con i propri cambiamenti evolutivi che aggirano le nuove misure difensive.
In sole tre settimane, questa corsa agli armamenti accelerata tra i batteri (Escherichia coli) e virus (batteriofago o “fago”) danno luogo a diverse generazioni di adattamenti evolutivi. Le nuove scoperte, pubblicate sulla rivista Scienzarivelano l’emergere di modelli evolutivi distinti.
“In questo studio mostriamo il potere dell’evoluzione”, ha affermato Meyer, professore associato presso il Dipartimento di Ecologia, Comportamento ed Evoluzione. “Vediamo come la coevoluzione tra batteri e fagi guida l’emergere di una rete ecologica altamente complicata. L’evoluzione non deve essere lenta e graduale come pensava Darwin.”
Meyer afferma che il nuovo studio offre nuove prospettive su come si sviluppano intricate reti ecologiche attraverso ecosistemi disparati, siano esse reti alimentari nella savana, reti di impollinatori nella foresta pluviale o microbi che interagiscono nell’oceano.
Man mano che batteri e virus si adattavano alla presenza reciproca nel tempo, sono emersi due importanti modelli ripetitivi. Questi includevano la nidificazione, uno sviluppo in cui le interazioni ristrette tra specialisti di batteri e virus sono “annidate” all’interno di una gamma più ampia di interazioni generaliste; e la modularità, in cui le interazioni tra le specie formano moduli all’interno di gruppi specializzati, ma non tra gruppi.
“Siamo rimasti stupiti nello scoprire che il nostro esperimento di evoluzione in minuscole boccette aveva ricapitolato i modelli complessi che erano stati precedentemente osservati tra batteri e virus raccolti su scala regionale e transoceanica”, ha affermato Borin.
“Quando il nostro gruppo di ricerca ha quantificato per la prima volta questo modello multiscala nei dati di interazione tra batteri ambientali e fagi, abbiamo pensato che l’emergere di tale complessità richiedesse lunghi periodi di evoluzione”, ha aggiunto il coautore dello studio, il professor Joshua Weitz del Dipartimento di Biologia dell’Università del Maryland.
Meyer afferma che catturare questi sviluppi evolutivi “in azione” rafforza il potere dell’evoluzione, che spesso viene sottovalutato. La rapida evoluzione patogena continua a modellare il nostro mondo in modi nuovi. Attraverso il COVID-19 e le nuove mutazioni del SARS-CoV-2, i virus hanno dimostrato la potente capacità di adattamenti evolutivi che si traducono in nuovi ceppi quando incontrano anticorpi, vaccini e altri ostacoli che impediscono loro di infettarsi e diffondersi efficacemente. Questi nuovi concetti nell’evoluzione microbica stanno riformulando il modo in cui vengono trattati i pazienti.
“Abbiamo dimostrato che l’evoluzione può produrre rapidamente reti ecologiche complesse con pochissimo aiuto esterno”, ha affermato Meyer, che ha indicato che esempi di tali forze evolutive esterne includono l’isolamento tramite la distanza geografica, i fattori ambientali e le interazioni con altre specie. “Quindi possiamo usare fagi e batteri come sistema modello per comprendere i principi generali dell’evoluzione e aiutare a mostrare come la vita sulla Terra si è evoluta in ecosistemi così diversi e complessi da inizi semplici.”
In un lavoro correlato, Meyer e Weitz stanno utilizzando l’intelligenza artificiale per studiare come i fagi potrebbero essere utilizzati nella crescente crisi di resistenza agli antibiotici. La ricerca comprende l’analisi dei dati evolutivi per determinare quali mutazioni nei fagi e nei batteri possono portare a infezioni e resistenza. La ricerca evidenzia anche un nuovo sforzo sostenuto dall’Howard Hughes Medical Institute per studiare come i fagi “jumbo” potrebbero essere utilizzati come nuovi agenti terapeutici.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.sciencedaily.com