Portarsi dietro una tenia che è un terzo del proprio peso corporeo può essere una vera seccatura. Quindi il pesce spinarello a tre spine ha evoluto la resistenza alle tenie, ma la resistenza ha dei costi, un team di ricercatori mostra in Scienza l'8 settembre.

Quando i tre spinarelli lasciarono le acque marine per colonizzare i laghi d'acqua dolce settentrionali circa 12.000 anni fa, incontrarono tenie d'acqua dolce. Le tenie hanno invaso i loro addomi e sono cresciute, raggiungendo dimensioni enormi da un quarto a un terzo del peso corporeo del pesce ospite. Sarebbe come un essere umano di taglia media che trasporta una tenia di 50 libbre. Alcune popolazioni di spinarelli hanno sviluppato rapidamente una difesa:incontrando una tenia, il loro sistema immunitario forma tessuto cicatriziale attorno ad esso, bloccandone la crescita. Ma altre popolazioni di spinarello tollerano invece i vermi, sfregiando solo poco o per niente.

Gruppi di spinarelli che sfregiano contro le tenie e quelli che non lo fanno possono vivere abbastanza vicini l'uno all'altro, in laghi a pochi chilometri di distanza. Finora, nessuno ha capito perché alcune popolazioni di spinarelli si sono evolute in un modo e altre in un altro.

"Lo vediamo in Alaska, nella Columbia Britannica. I colleghi lo hanno visto in Scandinavia", afferma il biologo UConn Dan Bolnick.

"La cosa interessante della coevoluzione tra tenie e pesci è che è un processo straordinariamente dinamico e ci sono risultati diversi in questa battaglia evolutiva in ogni luogo in cui guardiamo", afferma Jesse Weber, biologo dell'Università del Wisconsin-Madison. Bolnick, Weber e Natalie Steinel, biologa e direttrice associata del Center for Pathogen Research &Training presso l'Università del Massachusetts-Lowell, hanno lavorato insieme per rispondere alla domanda sulla resistenza ai parassiti dello spinarello. Lungo la strada, hanno dimostrato che la resistenza ai parassiti non è sempre una buona cosa.

Hanno studiato spinarelli dei vicini laghi Roberts e Gosling sull'isola di Vancouver nella Columbia Britannica. Entrambi i laghi hanno tenie ed entrambi hanno spinarelli. Le due popolazioni di spinarelli sono estremamente simili. La differenza principale è che i pesci Roberts sfregiano in modo aggressivo per impedire la crescita delle tenie, mentre i pesci paperi no. L'unica altra ovvia differenza è che le femmine di Roberts si riproducono con molto meno successo delle femmine di Gosling, apparentemente perché tutto il tessuto cicatriziale nei loro addominali lo rende più difficile.

I ricercatori volevano sapere quali geni fossero responsabili delle cicatrici e se le cicatrici fossero la ragione per cui le femmine di Roberts non si riproducevano altrettanto bene. Ma se si limitassero a confrontare direttamente i genomi dei pesci Roberts e Gosling, potrebbero essere confusi da altre differenze genetiche tra le popolazioni che erano irrilevanti per lo sfregio. Hanno dovuto mescolare le due popolazioni in modo che l'unica differenza consistente tra due pesci fosse il tratto cicatriziale.

Per rimescolare il mazzo genetico, i ricercatori hanno incrociato il pesce del lago Roberts con il pesce di Gosling. Questi ibridi Roberts-Gosling erano tutti simili, ciascuno con metà dei propri geni da ciascuna popolazione. Quindi questi ibridi sono stati accoppiati insieme per creare una seconda generazione. La seconda generazione aveva molte diverse combinazioni di geni con pesci individuali con tratti diversi l'uno dall'altro, dai loro genitori ibridi e dalla generazione dei nonni Roberts e Gosling.

È stata questa seconda generazione geneticamente mischiata che i ricercatori hanno poi esposto alle tenie.

Dopo averli esposti per un numero specifico di giorni, il team ha esaminato la quantità relativa di cicatrici e tenie in ciascun pesce. Hanno analizzato i genomi di pesci con un carico di vermi pesante e lo hanno confrontato con il DNA di pesci con cicatrici pesanti. Hanno ristretto le differenze a una manciata di geni, quindi hanno guardato attentamente per vedere quale dei geni fosse molto attivo. E hanno scoperto che uno dei geni più attivi era un gene che è anche strettamente associato alle cicatrici nei topi.

Potresti essere sorpreso che i topi sfregiano allo stesso modo dei pesci. Ma le cicatrici sono controllate dal sistema immunitario, che è simile in tutti i vertebrati, dai pesci ai topi fino a noi.

I ricercatori hanno quindi esaminato quel gene nelle due popolazioni originali. Nel genoma degli spinarelli del lago Gosling, i pesci che tollerano le tenie senza lasciare cicatrici, i ricercatori hanno scoperto che il gene si era evoluto di recente. Sembrava esserci una costante pressione evolutiva per tollerare le tenie invece di sfregiarle dentro.

"Questo è uno dei pochissimi documenti realizzati sia in natura che in laboratorio per mostrare un grande costo di fitness per la resistenza ai parassiti", afferma Bolnick. Ma ha senso. Gli spinarelli femmine con molte cicatrici hanno l'80% in meno di probabilità di riprodursi con successo. Le tenie non sembrano influenzare la riproduzione, anche se rallentano il pesce e rendono più probabile che venga mangiato da un uccello.

"Mentre saltiamo e guardiamo questi sistemi, possiamo imparare moltissimo non solo sul processo di evoluzione, ma anche su nuovi meccanismi con valore applicato alle persone e al bestiame. Meccanismi come il modo in cui il tuo sistema immunitario riconosce un parassita, come tu resistere a un parassita e come disattivare una risposta immunitaria indesiderata", afferma Weber.

"Questo lavoro è importante in quanto mette in evidenza la variabilità immunologica (e quindi la capacità di resistere alle infezioni) che esiste all'interno e tra le popolazioni, come si manifesta e come può influenzare i risultati sulla salute", ha affermato Natalie Steinel di UMass Lowell. "In questo articolo affrontiamo le questioni della coevoluzione immunitaria/patogena utilizzando i pesci, ma questi principi sono ampiamente applicabili ad altri sistemi animali, comprese le infezioni umane. Per gestire con successo le malattie infettive, dobbiamo comprendere l'equilibrio tra costi e benefici che deriva da una risposta immunitaria". + Esplora ulteriormente

Studia in dettaglio come alcuni pesci affrontano i parassiti, con implicazioni per la salute umana