Una nuova ricerca dell'UC San Francisco rileva che sebbene i giovani uccelli canori maschi siano geneticamente predisposti a suonare come i loro padri, un'esperienza precoce arricchita con un padre adottivo può superare questo destino genetico. Questa scoperta ha implicazioni sorprendenti per il nostro pensiero su come l'esperienza influenzi la genetica di tratti umani complessi come la capacità di apprendimento o persino le malattie psichiatriche, dicono gli autori.

Neuroscienziati come Michael Brainard dell'UCSF, dottorato di ricerca, hanno studiato a lungo uccelli canori come il fringuello bengalese (Lonchura striata domestica) come modello di come comportamenti complessi come il linguaggio umano siano modellati dall'esperienza precoce. Come il linguaggio umano, il canto di accoppiamento unico di un fringuello maschio viene appreso presto nella vita ascoltando e imitando i "tutori" adulti. In natura, questo di solito è il padre dell'uccello, ma i giovani uccelli allevati da adulti non imparentati in laboratorio impareranno invece a cantare la canzone del loro padre adottivo.

Ora il laboratorio di Brainard ha dimostrato che non tutte le prime esperienze sono uguali nella loro influenza sui giovani uccelli impressionabili:esposti solo a un "tutore sintetico" computerizzato, " I giovani uccelli torneranno a cantare come un padre biologico che non hanno mai conosciuto o sentito. La ricerca, pubblicata la settimana del 25 dicembre, 2017 in PNAS —suggerisce che il canto dei fringuelli ha una componente genetica più forte di quanto fosse stato precedentemente realizzato, ma anche che questa spinta genetica può essere soppressa dal giusto tipo di esperienza della prima infanzia.

"Ciò che abbiamo visto è che il contributo genetico al canto di un uccello dipende dalle specificità dell'esperienza di quell'uccello. Questa è una dimostrazione sorprendente che l'ereditarietà per comportamenti complessi come il canto degli uccelli non è fissa, come spesso si pensa, ma invece può variare notevolmente a seconda dell'esperienza di un individuo, "disse Brainard, un professore di fisiologia e di psichiatria all'UCSF, Investigatore dell'Howard Hughes Medical Institute, e membro dell'UCSF Weill Institute for Neurosciences.

Come notato, i ricercatori hanno a lungo considerato che la struttura del canto degli uccelli adulti fosse dominata dall'influenza di qualsiasi canto che un uccello ode quando è un pulcino. Però, David Mets, dottorato di ricerca, uno studioso postdottorato nel laboratorio Brainard e il primo autore del nuovo articolo, notato una sorprendente quantità di variazione tra i canti dei singoli fringuelli bengalesi in laboratorio, anche quando tutti gli uccelli sono stati esposti allo stesso canto del tutore controllato sperimentalmente all'inizio della vita.

Per determinare se queste differenze potrebbero essere causate da un contributo genetico precedentemente trascurato al canto degli uccelli, Mets ha sviluppato un'attenta serie di esperimenti per controllare il contributo della genetica e dell'esperienza. Ha rimosso le uova dai loro nidi poco dopo che erano state deposte per assicurarsi che i pulcini non avessero mai sentito la canzone dei loro padri, anche nell'uovo. Quindi ha esposto i piccoli solo a canzoni generate al computer attentamente controllate, che ha variato nel tempo nel tentativo di influenzare il tempo del canto che i giovani uccelli avrebbero imparato.

Con grande sorpresa dei ricercatori, hanno scoperto che questi uccelli ignoravano in gran parte il tempo dei canti sintetici, e svilupparono canzoni per adulti con tempi molto più vicini alle canzoni dei loro padri, che non avevano mai sentito. I ricercatori hanno quantificato questa osservazione, mostrando che il 55 percento della variabilità nei canti degli uccelli sperimentali potrebbe essere spiegato dalle differenze nei canti dei loro padri, ma solo il 21 percento era guidato dalle differenze nella canzone sintetica che sentivano da ragazze.

In una seconda serie di esperimenti, Mets si è sbarazzato del tutore sintetico e ha invece esposto i pulcini di fringuello - che non avevano mai sentito le canzoni dei loro padri - a maschi adulti vivi non imparentati. I ricercatori sono rimasti ancora una volta sorpresi nello scoprire un completo ribaltamento dei risultati osservati con il tutoraggio sintetico:il canto del tutor dal vivo ha contribuito per il 53 percento al tempo dei canti adulti dei giovani uccelli, con differenze nelle canzoni dei loro padri che contribuiscono solo per il 16%.

"Questo è stato davvero emozionante perché ha dimostrato che l'esperienza fornita da un tutor dal vivo può effettivamente ridurre il contributo della genetica a comportamenti complessi come il canto degli uccelli, "Mets ha detto. "Sapevamo prima che i tutor dal vivo aiutassero gli uccelli a imparare meglio e più velocemente, ma siamo rimasti sorpresi di scoprire che questa esperienza può effettivamente scavalcare la genetica dell'uccello".

"Ci siamo abituati all'idea che tratti e comportamenti complessi possano avere una grande componente genetica, "Brainard ha aggiunto, citando studi umani su gemelli identici separati alla nascita che tuttavia condividono sorprendenti somiglianze in cose come il loro senso dell'umorismo, senso della moda, e così via. "Ma quelle storie tendono a presumere che la componente genetica sia fissa:il rendimento scolastico è del 20 percento genetico o dell'80 percento genetico. Qui stiamo dimostrando che il contributo della genetica è tutt'altro che fisso, nel caso dei risultati accademici, la scuola a cui vai può benissimo superare qualsiasi contributo della genetica."

I risultati sollevano la possibilità che studi genetici umani che non tengono conto delle differenze nell'esperienza degli individui potrebbero produrre conclusioni fuorvianti sui contributi genetici a comportamenti complessi, Brainard ha detto.

I ricercatori ora sperano di utilizzare il fringuello bengalese come modello per esplorare come la genetica e l'esperienza interagiscono nel cervello per influenzare comportamenti complessi come il canto degli uccelli. "Dove nel cervello sono i geni del padre e le prime esperienze di vita in competizione per il controllo sul tempo delle canzoni?" ha chiesto Mets. "Questa è la prossima domanda davvero eccitante."

I risultati suggeriscono anche un'opportunità più ampia per comprendere le caratteristiche specifiche delle prime esperienze arricchite che consente loro di scavalcare le predisposizioni genetiche, Brainard ha detto:"Questo è lontano nel futuro, Certo, ma evidenzia il potenziale di un intervento comportamentale precoce per aiutare a mitigare i tratti genetici negativi, come una predisposizione alla malattia psichiatrica”.