Un ragno della famiglia Nephilidae: sono ben visibili le otto zampe, ciascuna delle quali è dotata di sette segmenti (Foto: Wikimedia Commons).
Da dove salta fuori il ginocchio dei ragni?
La domanda è più che legittima, soprattutto se si considera che altri membri della famiglia degli artropodi sono privi di ginocchia, come per esempio gli insetti o i crostacei. Ma allora da dove salta fuori, evolutivamente parlando, il ginocchio dei ragni? Come talvolta accade, la risposta arriva da una ricerca il cui obiettivo era un altro: capire perché alcuni ragni hanno zampe molto più lunghe di altri (un elemento che spesso è usato nella classificazione degli aracnidi). Gli scienziati si sono concentrati su un particolare gene, chiamato dachshund (abbreviato dac), già noto per la sua capacità di controllare lo sviluppo delle zampette di Drosophila melanogaster. I moscerini che sono privi di questo gene hanno zampe più corte, tanto da ricordare le zampe di un bassotto (dachshund in tedesco). Ed è così che, studiando il gene dac, i ricercatori hanno scoperto che il genoma dei ragni conteneva una seconda copia del gene, chiamato dac2. Durante lo sviluppo embrionale, il gene dac2 viene espresso quasi esclusivamente a livello del ginocchio e se la sua espressione viene spenta (con la tecnica dell’RNA interference), il ginocchio non si forma e risulta fuso al segmento della tibia (in questa animazione di Nature, puoi vedere come funziona l'RNA interference). Questi due esperimenti dimostrano che il gene dac2 è fondamentale per il corretto sviluppo del ginocchio del ragno.
Otto zampe di sette segmenti ciascuna: uno di essi, quella disegnata in blu, è il ginocchio (Immagine: Wikimedia Commons).
Da dove arriva il gene dac2?
Il gene dac2 deriva da un evento di duplicazione genica. Durante la meiosi, l'appaiamento sfalsato dei cromosomi omologhi può portare a un evento di crossing-over ineguale, a causa del quale un gene può generare una copia di se stesso. Questa seconda copia del gene può andare incontro a diversi destini: (1) può essere eliminato dal genoma, per evitare fenomeni di ridondanza di uno stesso gene nel genoma, oppure (2) può accumulare tante mutazioni da perdere le sue funzioni: si forma così uno pseudogene, un fossile genico ormai inattivo (anche se non sempre è così, come spiega questo articolo dell'Aula di Scienze sugli pseudo-enzimi). Esistono tuttavia casi in cui il doppione genico muta solo leggermente: (3) il nuovo gene inizia a così a svolgere compiti sempre più specializzati. Per esempio, se il gene originario controllava la formazione di un arto, il doppione genico può controllare la sua crescita in lunghezza in una particolare fase dello sviluppo embrionale. Esiste infine un ultimo possibile destino di un gene duplicato: (4) in casi rari quanto affascinanti, il gene duplicato inizia a svolgere funzioni completamente nuove. Si parla in questo caso di neofunzionalizzazione, vale a dire proprio quello che è successo a dac2 (un altro esempio è dato dai geni responsabili della visione tricromatica, come puoi approfondire in questo articolo dell'Aula di Scienze). La duplicazione del gene dachshund ha portato nei ragni ad acquisire un nuovo segmento degli arti, il ginocchio, così vantaggioso da essere selezionato positivamente in tutti gli artropodi. Rimane ora da capire in quale modo il nuovo gene sia intervenuto, a livello molecolare, a sovvertire lo sviluppo dei segmenti delle zampe. Così come resta da capire perché certi insetti, come le zecche, che pure sono dotate di ginocchia, non abbiano una seconda copia del gene dac. È comunque sbalorditivo il fatto che la "semplice" duplicazione di un gene abbia potuto portare ad uno schema corporeo tanto diverso: è la dimostrazione del fatto che la neofunzionalizzazione è uno degli strumenti con cui l'evoluzione può portare alla rapida comparsa di nuove caratteristiche morfologiche. Foto Box e Banner: Wikimedia Commons
