L’ereditabilità dei caratteri acquisiti dopo stress ambientali

(Sapienza Università di Roma) – Nonostante la “generale” condivisione della teoria darwiniana sulla selezione naturale, la comunità scientifica non ha mai completamente abbandonato le ipotesi di apparente eredità di caratteri acquisiti per effetto di fattori ambientali.

Il gruppo di ricerca del Dipartimento di Biologia e biotecnologie “Charles Darwin”, formato da Laura Fanti, Lucia Piacentini, Ugo Cappucci, Assunta M. Casale e Sergio Pimpinelli, ha osservato il fenomeno mediante esperimenti condotti su moscerini della frutta Drosophila melanogaster. I risultati dello studio, selezionato per il F1000Prime, sono pubblicati sulla rivista Genetics.

Già negli anni ’40 Conrad Waddington aveva sottoposto durante la metamorfosi i moscerini a uno shock termico; questi, nella fase adulta mostravano caratteri morfologici anomali, dopo cicli ripetuti di stress a ogni generazione, tali caratteri divenivano ereditabili, cioè venivano trasmessi alle generazioni successive anche in assenza di stress.

Mentre Waddington aveva ipotizzato che i caratteri anomali non fossero acquisiti a seguito dello stress ambientale, ma che fossero dovuti a una variabilità genetica pre-esistente, ovvero che ci fossero caratteri criptici già presenti nel genoma dei moscerini, il team della Sapienza è giunto a una nuova spiegazione.

Utilizzando le nuove tecnologie molecolari che fanno uso del sequenziamento del DNA, i ricercatori hanno dimostrato che queste anomalie sono dovute a cambiamenti ex-novo del genoma, a seguito dello stress.

Infatti, lo stress da calore può causare sia rotture nel DNA, e quindi la perdita di geni, sia il movimento di elementi trasponibili (o trasposoni), ovvero di particolari sequenze che hanno la capacità di “saltare” da una parte all’altra del genoma, provocando mutazioni.

Pertanto, l’eredità dei caratteri anomali a seguito dello shock non è dovuta a una variazione criptica presente nel genoma, ma a meccanismi di mutagenesi.

“Questo modello – spiega Laura Fanti – ha importanti implicazioni evolutive. I cambiamenti ambientali possono indurre negli organismi modificazioni adattative non ereditarie – attraverso i cosiddetti meccanismi epigenetici – ma anche mutazioni nelle loro cellule germinali con il conseguente aumento della variabilità genetica”.

Le variazioni fenotipiche, comparse in conseguenza di uno stress ambientale (sottoposto durante una fase critica dello sviluppo), possono infatti essere “incorporate” nel patrimonio genetico dell’organismo biologico mediante induzione e selezione di varianti geniche corrispondenti, cosicché tali varianti continueranno a essere prodotte anche in assenza di qualsiasi stimolo esterno.

Reinterpretare la stabilizzazione dei caratteri adattivi per mezzo della selezione naturale significa proporre un nuovo meccanismo di evoluzione, all’interno però di una cornice darwiniana.

“La comprensione dei meccanismi evolutivi che hanno portato alla comparsa di tutte le forme di vita esistenti sul pianeta – conclude Laura Fanti – è importante perché ci offre la possibilità di comprendere i cambiamenti attuali e prevedere quelli futuri, permettendoci di compiere scelte opportune per la salvaguardia dell’ambiente e anche della nostra salute”.

Riferimenti:  Canalization by Selection of de Novo Induced Mutations – Laura Fanti, Lucia Piacentini, Ugo Cappucci, Assunta M. Casale and Sergio Pimpinelli – Genetics