Secondo Giobbe Forni, ricercatore presso l'Università di Bologna, "La mappatura della presenza e dell'assenza di tratti su un albero di specie suggerisce che alcuni tratti potrebbero essere andati perduti nei lignaggi che hanno portato alle specie esistenti e poi successivamente reintegrati. Ali negli insetti stecco sono considerati uno degli esempi più iconici di questo processo evolutivo."

Ciò implica che i geni alla base di questi tratti potrebbero essere preservati, in alcuni casi, per milioni di anni. Sfortunatamente, la ricerca sulle basi molecolari di tale riemersione è scarsa, lasciando fino ad ora i meccanismi sottostanti responsabili di tale conservazione in gran parte aperti alla speculazione.

In un nuovo studio pubblicato su Genome Biology and Evolution , Forni e i suoi colleghi hanno fatto luce su un'altra caratteristica complessa che è andata perduta in alcuni insetti stecco:la produzione di maschi.

La perdita della capacità di produrre maschi si traduce in popolazioni di sole femmine, che si riproducono per partenogenesi, una forma di riproduzione asessuata. Lo studio rivela che i geni che sono altamente connessi nelle reti regolatorie e coinvolti in molteplici processi biologici possono essere mantenuti molto tempo dopo la perdita di un tratto, fornendo una potenziale strada per la riemergenza di un tratto su lunghe scale temporali evolutive.

Nel nuovo studio, Forni e i suoi coautori Barbara Mantovani, Alexander S. Mikheyev e Andrea Luchetti hanno eseguito un'analisi comparativa di tre specie di insetti stecco del genere Bacillus. Mentre le popolazioni di Bacillus grandii marettimi sono composte da maschi e femmine che si riproducono sessualmente, Bacillus atticus comprende popolazioni composte solo da femmine che si riproducono per partenogenesi.

Una terza specie, Bacillus rossius, comprende popolazioni sia sessuali che partenogenetiche. Studiando il destino dei geni coinvolti nella riproduzione maschile in queste tre specie, gli autori hanno cercato di indagare la misura in cui i geni vengono preservati dopo la perdita dei tratti e i potenziali meccanismi che guidano questa conservazione.

I ricercatori hanno prima identificato le reti genetiche la cui espressione era correlata alla riproduzione maschile o femminile nella specie sessuale B. marettimi e poi hanno valutato gli stessi geni in B. atticus e B. rossius. Sorprendentemente, i geni legati al sesso maschile non hanno mostrato segni di selezione indebolita o di evoluzione accelerata rispetto ai geni legati alla femmina nelle specie partenogenetiche. Inoltre, i modelli di espressione genetica legati al maschio erano parzialmente preservati in entrambe le specie partenogenetiche.

Scavando più a fondo, i ricercatori hanno scoperto che i geni nelle reti legate alle donne erano espressi principalmente nei tessuti riproduttivi femminili, mentre quelli nelle reti legate agli uomini erano espressi nei tessuti riproduttivi maschili e femminili, comprese le femmine sia sessuali che partenogenetiche. Ciò suggerisce che i geni legati al maschio possono anche svolgere un ruolo nella riproduzione femminile.

Il coinvolgimento di un gene in molteplici processi biologici è noto come pleiotropia e questo fenomeno può spiegare la conservazione dei geni legati al maschio in questi insetti stecco partenogenetici, come precedentemente ipotizzato.

Inoltre, gli autori hanno scoperto che i geni che erano altamente connessi a molti altri geni nella rete avevano maggiori probabilità di essere espressi nei tessuti riproduttivi dei partenogeni, suggerendo che la connettività di rete di un gene può anche influenzare la sua conservazione del gene dopo la perdita dei tratti.

Nel loro insieme, questi risultati indicano "che la struttura molecolare del processo riproduttivo maschile, un tempo perduto, può persistere a causa di effetti pleiotropici su altri tratti", spiega Forni. "Geni diversi possono intraprendere diverse traiettorie di conservazione e decadimento a seconda del livello di pleiotropia all'interno della rete di regolazione genetica."

Questo studio non solo fa luce sulla persistenza dell'architettura genetica dopo la perdita dei tratti, ma offre anche uno sguardo potenziale sull'emergere di maschi rari e sul sesso criptico (cioè generazione episodica di maschi e riproduzione sessuale), che sono stati osservati in un numero crescente di lignaggi che si pensava avessero perso la capacità di produrre maschi molto tempo fa. Ciò apre nuove potenziali strade per la ricerca, con implicazioni che potrebbero andare ben oltre gli insetti stecco.

"Resta fondamentale osservare quanto sia diffusa la conservazione genetica dopo la perdita dei tratti su scala più ampia. Sebbene il complesso delle specie Bacillus offra un quadro utile per affrontare questi problemi, sarebbe utile analizzare un complesso di specie più ampio in cui si sono verificate molteplici transizioni tra strategie riproduttive". ," nota Forni.

"Mentre è spesso necessario fare affidamento su specie modello per scoprire e analizzare i processi biologici, è ancora più importante verificare le nostre ipotesi in un contesto più ampio. Ciò sarà possibile solo se dedicheremo maggiori sforzi all'osservazione e all'analisi della sorprendente diversità delle specie organismi e i loro intricati adattamenti."