Il team internazionale, che ha coinvolto ricercatori dell’Università di Cambridge e del Museo di Storia Naturale, ha fatto la scoperta studiando l’evoluzione dei lepidotteri, un gruppo di insetti che comprende farfalle e falene.
Il riutilizzo dei geni si è dimostrato un meccanismo versatile e cruciale per l’evoluzione, consentendo la diversificazione e l’adattamento della vita sulla Terra. Tuttavia, il modo esatto in cui avviene questo processo rimane poco compreso. La ricerca del team, pubblicata sulla rivista Nature Ecology &Evolution, aiuta a far luce su questo mistero descrivendo in dettaglio i cambiamenti molecolari ed evolutivi alla base dell’evoluzione di un tratto complesso in un gruppo tossico di bruchi.
"Siamo stati entusiasti di scoprire che le difese tossiche delle falene cinabro si sono evolute attraverso l'evoluzione di nuove interazioni molecolari tra due proteine, consentendo ai bruchi di trarre vantaggio dalle sostanze chimiche vegetali", ha affermato l'autrice principale, la dott.ssa Marta Maroja, ex Dipartimento di Zoologia di Cambridge, e ora con sede presso l'Università di Turku, in Finlandia.
Le falene del cinabro (Tyria jacobaeae) si trovano in gran parte dell'Europa e dell'Asia. I loro bruchi si nutrono esclusivamente delle foglie tossiche delle piante di erba tossica e sequestrano le sostanze chimiche vegetali per diventare sgradevoli e successivamente velenose per i potenziali predatori.
Attraverso una combinazione di esperimenti di laboratorio e sul campo, il team ha prima testato il ruolo difensivo delle tossine sequestrate dai bruchi. Hanno scoperto che i bruchi della falena cinabro che si erano nutriti di erba tossica venivano rifiutati ed evitati dai predatori, mentre i bruchi allevati su piante prive di sostanze chimiche difensive perdevano le loro proprietà tossiche e diventavano appetibili ai predatori.
I ricercatori hanno poi utilizzato un ampio approccio di genomica comparativa, analizzando i genomi e i trascrittomi (l’insieme di molecole di RNA espresse dal genoma) dei bruchi della falena cinabro e di diverse specie affini. Questa analisi ha rivelato che la difesa tossica dei bruchi si è evoluta come conseguenza di cambiamenti all’interno di un percorso di disintossicazione normalmente presente nel sistema digestivo di tutti i bruchi.
Un gene normalmente coinvolto nella disintossicazione delle sostanze chimiche vegetali nell’intestino è stato duplicato in un antenato della falena cinabro e la copia è stata successivamente reclutata nelle ghiandole della seta, che secernono la seta utilizzata per creare i loro bozzoli protettivi. La seta rigurgitata del bruco funge da meccanismo di difesa, creando una sgradevole secrezione schiumosa che ricopre il loro corpo ed è tossica per i predatori.
"La nostra ricerca non solo individua le origini della difesa tossica trovata nei bruchi della falena cinabro, ma evidenzia anche come il loro antenato potrebbe potenzialmente sfruttare la sua dieta tossica riproponendo componenti del suo percorso di disintossicazione digestiva", ha affermato l'autore senior Dr Mathieu Joron, anch'egli del Dipartimento di Zoologia dell'Università di Cambridge e con sede presso il Museo di Storia Naturale di Londra.
“L’evoluzione è spesso vista come un processo di costruzione da zero di nuovi e complessi adattamenti. Tuttavia, il nostro studio contribuisce a un crescente corpus di ricerche che mostrano come l’evoluzione possa agire anche modificando le caratteristiche esistenti, riproponendo geni e meccanismi molecolari, per produrre nuovi tratti complessi che hanno conseguenze affascinanti per l’ecologia degli animali”, ha affermato la dott.ssa Maroja.
