Un nuovo studio del Max Planck Institute for Evolutionary Biology di Plön e dell'Università del Sussex nel Regno Unito mostra che l'età di un gene determina la velocità con cui si adattano. Questi risultati dimostrano come l'evoluzione genica avvenga come una "camminata adattativa" nel tempo.

Nuove specie sorgono ed evolvono perché gli individui accumulano mutazioni nel loro genoma, alcune delle quali non hanno alcun effetto. Altri portano a cambiamenti che conferiscono ai loro vettori vantaggi competitivi distinti. Già nel 1932 Sewall Wright introdusse una metafora che ispirò decenni di ricerca teorica e sperimentale nella biologia evolutiva per descrivere il processo di adattamento. Wright ha descritto il modello del "paesaggio fitness".

Qui ha descritto una popolazione in evoluzione come "escursionisti" che si muovono verso un picco di forma fisica. Proprio come un alpinista che sale lentamente sulla cima di una montagna. Nel 1998, Orr ha dimostrato che questa "camminata adattativa" segue una semplice regola di rendimenti decrescenti:più una popolazione è lontana dal suo picco di forma fisica, maggiori sono i passi che compie.

Una previsione di questa teoria è che i geni "giovani" di recente evoluzione tendono ad accumulare mutazioni più adattative con effetti maggiori rispetto ai geni più vecchi perché sono più lontani dal loro picco di forma fisica. È proprio questa l'ipotesi che hanno voluto testare Ana Filipa Moutinho e Julien Dutheil del Max Planck Institute for Evolutionary Biology, insieme ad Adam Eyre-Walker dell'Università del Sussex.

Tuttavia, testare questa ipotesi si è rivelato piuttosto difficile. La registrazione storica delle mutazioni accumulate in un gene di solito non è disponibile e i loro effetti sull'idoneità sono in gran parte sconosciuti. Inoltre, altre proprietà dei geni, come la loro lunghezza, possono distorcere l'effetto dell'età del gene. Pertanto, gli autori hanno proposto un nuovo approccio per testare il modello di cammino adattivo dell'evoluzione genica.

In primo luogo, hanno utilizzato modelli genetici di popolazione in grado di valutare la variazione dell'effetto fitness delle mutazioni. Per fare ciò, hanno confrontato i genomi di diversi individui in una popolazione e hanno misurato il tasso di evoluzione adattativa in diverse categorie di geni. Allo stesso modo, hanno sfruttato il fatto che non tutti i geni in un genoma hanno la stessa età.

Alcuni geni sono giovani e condivisi solo da poche specie strettamente imparentate, mentre altri sono più vecchi e condivisi da specie che si sono separate milioni di anni fa. Infine, hanno utilizzato la distribuzione delle mutazioni tra geni di età diverse per capire come le mutazioni adattative si diffondono nel tempo.

Utilizzando due specie distinte, il moscerino della frutta Drosophila melanogaster e la piccola pianta fiorita Arabidopsis thaliana, questo studio ha dimostrato che l'età di un gene influisce in modo significativo sul tasso di adattamento molecolare e che le mutazioni nei geni giovani tendono ad avere effetti maggiori. Questi risultati forniscono la prima forte evidenza empirica che l'evoluzione molecolare segue un modello di cammino adattivo su una scala temporale evolutiva profonda e aggiunge un nuovo livello di evidenza alla teoria del paesaggio del fitness proposta quasi 100 anni fa.

La ricerca è stata pubblicata su PLOS Biology . + Esplora ulteriormente

La fusione genica come meccanismo importante per generare nuovi geni nei genomi di Oryza