Nell'elenco degli strumenti scientifici che ci aiutano a capire la salute, l'evoluzione o l'ambiente, il guppy di Trinidad spesso non viene in mente.

Negli Stati Uniti i pesci sono più spesso considerati animali da acquario e, nella loro nativa Trinidad, i guppy selvatici sono così onnipresenti che sono quasi scontati.

"A Trinidad si chiamano pesci di scarico e la gente del posto ci chiederebbe:'Perché stai studiando i pesci di scarico?'", ha affermato Sarah Fitzpatrick, assistente professore presso il Dipartimento di Biologia Integrativa della Michigan State University.

"I Guppy a Trinidad sono un po' come gli scoiattoli del Michigan", ha affermato Sarah Evans, professoressa associata e collega di dipartimento di Fitzpatrick al College of Natural Science.

Ma grazie a una combinazione unica di biologia ed ecologia, i guppy hanno fornito ai ricercatori informazioni sull'evoluzione per decenni. Evans e Fitzpatrick hanno spinto queste intuizioni un ulteriore passo avanti, mostrando il potenziale dei guppy per aiutare a sondare grandi domande su come i microbi che vivono negli organismi ospiti contribuiscono alla salute, alla sopravvivenza e alla qualità della vita.

Un gruppo di ricerca guidato dagli Spartan, entrambi basati presso il W.K. Kellogg Biological Station, ha pubblicato i suoi risultati il ​​25 maggio sulla rivista Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences .

Man mano che gli scienziati apprendono di più sul microbioma intestinale, la raccolta di microbi che vive nel tratto digestivo di un organismo ospite, sta diventando sempre più chiaro che svolge un ruolo importante nel benessere del suo ospite. In effetti, la salute umana è intimamente legata al nostro microbioma intestinale.

Evans e Fitzpatrick sono interessati ad alcune delle domande più importanti della biologia e volevano capire meglio come cambiano i microbiomi con l'evoluzione degli organismi.

"Poiché il microbioma influisce sulla forma fisica, sulla salute e sulla riproduzione di un organismo, può influenzare l'evoluzione", ha affermato Evans, che è un membro della facoltà principale del programma di ecologia, evoluzione e comportamento della MSU, o EEB.

La natura è piena di esempi interessanti di questo, tra cui le termiti. Lungo il loro percorso evolutivo, le termiti si sono adattate per accogliere nelle loro viscere popolazioni di protozoi unicellulari che consentono loro di digerire il legno.

I panda giganti forniscono un altro esempio. La dieta ha un impatto sul microbioma e i panda mangiano solo foglie. Eppure i microbiomi dei panda possono assomigliare più da vicino a quello dei loro parenti carnivori rispetto ad alcuni dei loro parenti che si nutrono di piante. Ciò è probabilmente dovuto alla forma e alle dimensioni dell'intestino del panda stesso, che si è evoluto da un antenato carnivoro.

Evans e Fitzpatrick volevano indagare meglio quali sono i maggiori fattori che determinano i microbiomi man mano che gli organismi ospiti si evolvono. Potrebbero essere cose come la forma dell'intestino, la dieta o le caratteristiche di un nuovo ambiente, che potrebbe contenere microbi estranei all'ospite. I ricercatori sapevano che i guppy potevano prestare una pinna dal loro unico "laboratorio naturale".

"Trinidad è un'isola continentale", ha affermato Fitzpatrick, che è anche un membro della facoltà principale del programma EEB e coordinatore del Molecular Ecology and Genomics Lab presso la Kellogg Biological Station. "Si è separato dal Sud America molto tempo fa. In realtà ha una continuazione della parte più settentrionale della catena montuosa delle Ande."

Fiumi e torrenti scendono lungo le montagne di Trinidad in sistemi indipendenti. All'interno di ogni sistema idrico ci sono ecosistemi indipendenti di guppy che naturalmente non si allontanano lontano da casa.

Negli anni '50, i ricercatori sull'evoluzione si resero conto che potevano prendere i guppy da un ecosistema in cui i pesci avevano molti predatori naturali e metterli in un altro dove non ne avevano. Nel tempo, i geni e le caratteristiche del pesce si adatterebbero per riflettere le popolazioni autoctone in quegli ambienti a basso tasso di predatori. Allo stesso modo, i pesci trasferiti da siti a bassa predazione si adatterebbero quando trasferiti in corsi d'acqua con un numero elevato di predatori.

"Ed è ripetibile. Si evolvono in molti degli stessi modi quasi ogni volta", ha detto Evans. "Ecco perché questo sistema è nei libri di testo."

"Dato che sappiamo che i guppy si evolvono molto velocemente in modi paralleli, potremmo chiederci come cambia il microbioma mentre si evolvono i guppy", ha detto Fitzpatrick.

Evans e Fitzpatrick sono tornati negli stessi siti in cui gli scienziati erano soliti studiare l'evoluzione dei guppy per campionare invece il microbioma dei pesci nativi e delle popolazioni trapiantate. Andando in più di una dozzina di siti diversi, hanno campionato lignaggi di pesci che erano stati trapiantati solo cinque anni fa e altri che erano stati spostati più vicino a 60 anni fa.

Lavorando con esperti brasiliani dell'Università statale di Rio de Janeiro, Evans e Fitzpatrick hanno scoperto che i microbiomi dei guppy cambiano in risposta al loro ambiente molto più velocemente dei loro geni e dei loro tratti fisici. Anche la forma delle budella guppy, che determina quali tipi di microbi sopravvivono lì, è cambiata più rapidamente del previsto.

Tuttavia, a differenza dei geni e dei tratti dei discendenti dei pesci trapiantati, le loro popolazioni di microbi intestinali non hanno finito per corrispondere a quelle che si trovano nei pesci originari di un particolare ambiente. Nonostante la mancata corrispondenza, tuttavia, la funzione dei microbiomi era simile. Cioè, i lignaggi di pesci trapiantati avevano microbi diversi che essenzialmente stavano facendo la stessa cosa di quelli nativi.

Evans e Fitzpatrick hanno inventato l'idea per questo studio anni fa, quando erano entrambi ricercatori post-dottorato. Era un'idea spontanea, ma che unisse i punti di forza di Evans, esperto di microbiologia, e Fitzpatrick, esperto di ecologia evolutiva.

"Questa è la cosa eccitante delle collaborazioni interdisciplinari, della fusione di idee e competenze", ha affermato Fitzpatrick. "Allora questo apre nuove e interessanti domande."

I due sono andati a Trinidad per raccogliere campioni nel 2014 e, all'epoca, era un progetto collaterale. Da allora, hanno avviato i propri laboratori di ricerca presso la MSU, rendendo difficile trovare il tempo per completare il progetto, una sfida che è stata ulteriormente aggravata durante la pandemia di COVID-19.

Ora, hanno pubblicato la ricerca in un numero speciale di Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences , che presenta il lavoro delle persone colpite dal coronavirus, in particolare donne e tutori.

"Siamo stati davvero felici di supportare questo numero speciale", ha detto Fitzpatrick. "Tre dei quattro autori sono donne con figli."

Sebbene si trattasse di un numero speciale, la ricerca è stata sottoposta alla tipica e rigorosa revisione tra pari prima della pubblicazione. E i ricercatori hanno ascoltato alcune delle critiche tipiche di uno studio come questo.

Per alcuni revisori, il sistema guppy è troppo disordinato; non dà ai ricercatori abbastanza il controllo che avrebbero con gli esperimenti di laboratorio. Per gli altri, non è abbastanza disordinato. Con l'ecologia unica dei guppy, si chiedono come i risultati ampiamente derivati ​​dai guppy possano essere applicati in natura. Ma un altro modo di vedere le cose è che lo studio non è perfetto e i guppy non lasciano che il perfetto diventi nemico del bene.

"Pensiamo di essere in un punto debole, un laboratorio naturale", ha detto Evans. "C'è potere nell'avere quella via di mezzo."