I ricercatori hanno scoperto che ci sono stati cambiamenti evolutivi significativi nel gene che codifica per la proteina criptocromo 4 e che alcuni gruppi di uccelli lo hanno perso completamente.

Questi risultati sono indicativi dell'adattamento alle diverse condizioni ambientali e supportano la teoria secondo cui il criptocromo 4 funziona come una proteina sensore.

Lo studio è stato motivato da una ricerca condotta dalle Università di Oldenburg e Oxford (Regno Unito), che ha dimostrato che la magnetorecezione si basa su un complesso processo quantomeccanico che avviene in alcune cellule della retina degli uccelli migratori.

In un articolo pubblicato sulla rivista Nature nel 2021, il team anglo-tedesco ha presentato dei risultati secondo i quali era molto probabile che il magnetorecettore cercato fosse il criptocromo 4:in primo luogo, sono stati in grado di dimostrare che la proteina è presente nella retina degli uccelli e, in secondo luogo, entrambi gli esperimenti con proteine ​​prodotte battericamente e i calcoli del modello hanno mostrato che il criptocromo 4 mostra il sospetto effetto quantistico in risposta ai campi magnetici.

È interessante notare che la ricerca ha anche dimostrato che queste proteine ​​sono significativamente più sensibili ai campi magnetici nei pettirossi, che sono uccelli migratori, rispetto ai polli e ai piccioni, che sono specie residenti.

"Di conseguenza, il motivo per cui il criptocromo 4 è più sensibile nei pettirossi che nei polli e nei piccioni deve essere trovato nella sequenza del DNA della proteina", afferma Langebrake, che è stato l'autore principale dello studio. "La sequenza è stata probabilmente ottimizzata dai processi evolutivi di questi uccelli migratori notturni."

Nel presente studio, il team guidato da Langebrake e Liedvogel ha quindi studiato per la prima volta la magnetorecezione da una prospettiva evolutiva. I ricercatori hanno analizzato i geni del criptocromo 4 di 363 specie di uccelli, dal kiwi maculato al passero canoro.

In primo luogo, hanno confrontato il tasso evolutivo della proteina con quello di due criptocromi correlati e hanno scoperto che le sequenze genetiche dei crittocromi utilizzati per il confronto erano molto simili in tutte le specie di uccelli:sembrano essere cambiate molto poco nel corso dell'evoluzione. Ciò è molto probabilmente dovuto al loro ruolo chiave nella regolazione dell'orologio interno, un meccanismo essenziale per tutti gli uccelli e nel quale eventuali modifiche avrebbero effetti estremamente negativi.

Il criptocromo 4, al contrario, si è rivelato molto variabile. "Ciò suggerisce che la proteina è importante per l'adattamento a specifiche condizioni ambientali", spiega Liedvogel, professore di ornitologia all'Università di Oldenburg e direttore dell'Istituto di ricerca aviaria. La specializzazione risultante potrebbe essere la magnetorecezione. "Un modello simile è stato osservato in altre proteine ​​sensoriali, come i pigmenti sensibili alla luce negli occhi," spiega.

I ricercatori hanno poi esaminato più da vicino come si è evoluta la sequenza genetica del criptocromo 4 nella storia evolutiva degli uccelli. I risultati hanno portato gli scienziati a concludere che, in particolare, nel caso dell'ordine dei passeriformi (Passeriformes), la proteina è stata ottimizzata attraverso una rapida selezione. "I nostri risultati indicano che i processi evolutivi potrebbero aver portato alla specializzazione del criptocromo 4 come magnetorecettore negli uccelli canori", afferma Langebrake.

Un'altra scoperta interessante è stata che in tre cladi di uccelli tropicali - pappagalli, colibrì e Tyranni (Suboscines), noti anche come tiranni - le informazioni per il criptocromo 4 sono andate perse nel processo evolutivo, il che significa che questi uccelli non sono in grado di produrre la proteina . Ciò indica che non svolge un ruolo vitale nella loro sopravvivenza. Tuttavia, mentre i pappagalli e i colibrì sono sedentari, alcuni tiranni sono migranti a lunga distanza che, come i piccoli uccelli canori europei, volano sia di giorno che di notte.

"Il fatto che, a differenza dei pettirossi, non abbiano il criptocromo 4 li rende un sistema ideale per indagare varie ipotesi sulla magnetorecezione", afferma Langebrake.

Una domanda interessante qui è:i Tyranni hanno sviluppato un senso magnetico che funziona indipendentemente dal criptocromo 4? Oppure riescono ad orientarsi senza il senso magnetico?

Un'altra possibilità è che il loro senso magnetico abbia le stesse caratteristiche di quello dei pettirossi, che dipende dalla luce e può essere disturbato, ad esempio, dalle onde radio. "I primi due scenari confermerebbero fortemente l'ipotesi del criptocromo 4, mentre il terzo porrebbe un problema alla teoria", sottolinea il biologo.

Come passo successivo, il gruppo di ricerca intende quindi studiare l’orientamento magnetico dei Tyranni e chiarire se possiedono o meno un senso magnetico. "Il clade Tyranni ci fornisce uno strumento naturale per comprendere la funzione del criptocromo 4 e l'importanza della magnetorecezione negli uccelli migratori", afferma Liedvogel, delineando un punto di partenza per ulteriori ricerche.

La ricerca è pubblicata sulla rivista Proceedings of the Royal Society B:Biological Sciences .