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Una nuova teoria sull’evoluzione del veleno animale

Una nuova ricerca genetica suggerisce che l’evoluzione del veleno negli animali sia un processo più complesso del previsto, che si svolge a due velocità.
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In uno studio pubblicato sulla rivista PLoS Genetics, gli scienziati della Hebrew University di Gerusalemme forniscono nuovi indizi sull’evoluzione del veleno nel regno animale.  

C'è veleno e veleno

La ricerca prende in esame gli animali capaci di inoculare veleno con il morso o la puntura, quelli che gli anglosassoni chiamano venomous, a differenza di altri animali che invece sono tossici soltanto se mangiati, definiti poisonous (una sottigliezza intraducibile in italiano). In entrambi i casi, però, gli animali risultano tossici, cioè producono veleni, detti tossine, che sono cocktail complessi di lunghi polimeri proteici ​​e altre sostanze chimiche che servono a catturare prede o a difendersi dai predatori. Possono avere vari effetti, dalla paralisi alla lisi di cellule e tessuti.  

Selezione direzionale vs. selezione purificante

È stato ampiamente documentato in molti animali come la produzione di tossine sia il risultato di una corsa evolutiva agli armamenti chimici, in cui l’invenzione di veleni sempre più potenti nei predatori e la comparsa di una crescente resistenza nelle loro prede hanno esercitato una reciproca pressione selettiva.
Un video che illustra la "corsa agli armamenti" di alcuni tra i più velenosi animali attualmente viventi (Fonte: YouTube)
Il veleno animale quindi sembrerebbe il risultato di una selezione positiva o direzionale, in cui un singolo allele cambia continuamente la sua frequenza e si diffonde nella popolazione in tempi relativamente rapidi nella scala evolutiva. In questo caso, la direzione intrapresa è l’aumento della tossicità. Molto meno noto e studiato è, invece, il ruolo nell’evoluzione del veleno della cosiddetta selezione negativa o purificante, cioè la rimozione selettiva di alleli genetici dannosi da una popolazione. Questa lacuna è in parte determinata dal fatto che quasi tutte le ricerche si concentrano su gruppi recenti, come serpenti e gasteropodi del genere Conus che risalgono a 50 milioni di anni fa, trascurando gli animali velenosi più antichi (a eccezione degli scorpioni, che sono molto studiati).  

L'analisi genetica delle sequenze tossiche

Nel nuovo studio, i ricercatori hanno analizzato e confrontato i modelli evolutivi di oltre 3500 sequenze di tossine, provenienti da 85 famiglie geniche. Queste tossine coprono l’intero regno animale, inclusi i gruppi più arcaici come millepiedi, scorpioni, ragni, cefalopodi (polpi, seppie e calamari) e cnidari (meduse, anemoni e idre).

Allineamenti di sequenze amminoacidiche di neurotossine nell'anemone di mare e nello scorpione. Le regioni identiche sono mostrate in blu, mentre gli amminoacidi diversi sono evidenziati in marrone (immagine: PLOS Genetics).

Inaspettatamente, nonostante la loro lunga storia evolutiva, questi gruppi antichi mostrano solo una bassa variazione nelle sequenze geniche delle loro tossine, rispetto ai gruppi più moderni. Inoltre l’evoluzione purificante sembra aver giocato un ruolo molto maggiore di quanto si pensasse. L’analisi genetica ha rivelato che, mentre i veleni dei phyla antichi evolvono più lentamente, attraverso una selezione purificante, quelli dei phyla più recenti si sono diversificati rapidamente sotto l’influenza della selezione positiva.
Uno scorpione: nei gruppi più antichi di animali velenosi sembra prevalere la selezione purificante, che conserva le potenti tossine acquisite ed elimina gli alleli dannosi (Immagine: Wikimedia Commons)  

Una nuova teoria dell’evoluzione del veleno

I risultati consentono di postulare una nuova teoria sull’evoluzione del veleno. Secondo questa teoria, i geni che producono tossine in gruppi recenti di animali velenosi che occupano una nuova nicchia ecologica sono soggetti a una forte pressione della selezione positiva, che diversifica rapidamente le loro tossine. In questo modo aumentano le loro possibilità di paralizzare con efficacia predatori e prede nel nuovo ambiente. Tuttavia, negli animali velenosi più antichi, dove il veleno è già “ottimizzato” e perfettamente adattato a una determinata nicchia ecologica, il tasso di accumulo di variazioni nelle tossine rallenta sotto l’influenza della selezione purificante, che conserva le potenti tossine generate in precedenza. Questi processi evolutivi a due velocità, tuttavia, non sono sempre rigidi ed esclusivi. Specie entrate in una fase di purificazione e fissazione possono rientrare in un periodo di espansione se percepiscono drastici cambiamenti nel proprio ambiente.   Immagine banner in evidenza: Wikimedia Commons Immagine box in homepage: Pixabay
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