Il destino di un ecosistema potrebbe dipendere da un singolo gene chiave di volta?

Nel 1963, armato di piede di porco e curiosità, Robert Paine iniziò un esperimento che cambiò il modo in cui pensiamo agli ecosistemi. In una serie di pozze di marea sulla costa di Washington, il giovane ecologista dell’Università di Washington ha raccolto stelle marine arancioni e viola, Pisaster ochraceuse li scagliò nella baia di Mukkaw.

La perdita di quella singola specie ha trasformato le pozze di marea. Le cozze che erano il cibo preferito delle stelle marine presero il sopravvento, spiazzando molte altre specie. Le intuizioni hanno portato Paine a coniare il termine “specie chiave di volta” per descrivere una specie critica in grado di determinare il destino di un intero ecosistema, come la chiave di volta centrale che impedisce il crollo di un arco. L’idea ha svolto un ruolo fondamentale nella comprensione degli ecosistemi, come il modo in cui l’eradicazione dei lupi intorno al Parco Nazionale di Yellowstone ha portato a un’ondata di pascolo da parte degli alci che ha spazzato via le popolazioni di salici ed eroso gli ecosistemi dei corsi d’acqua. Sottolinea, in un’epoca di estinzioni di massa, come la perdita anche di una singola specie possa devastare.

Ora, un gruppo di scienziati ha portato l’intuizione a un livello ancora più piccolo. Hanno trovato quello che chiamano un gene chiave di volta. Sebbene i risultati provengano da un laboratorio, sottolinea i potenziali rischi ecologici derivanti dalla perdita di biodiversità, anche all’interno di una specie.

“I nostri risultati mostrano che l’attuale perdita di diversità genetica può avere effetti a cascata che portano a cambiamenti bruschi e catastrofici nella persistenza e nel funzionamento degli ecosistemi terrestri”, afferma Matt Barbour, ricercatore dell’Università di Zurigo in Svizzera che ha contribuito a condurre la ricerca.

Per vedere come sottili differenze genetiche all’interno della stessa specie potessero risuonare in un intero ecosistema, gli scienziati di Zurigo e dell’Università della California, Davis si sono rivolti a un topo da laboratorio del mondo vegetale, Arabidopsis thaliana, noto anche come crescione dell’orecchio di topo o crescione. La pianta minuscola ed esile con fiori delicati è spesso considerata un’erbaccia e può essere trovata germogliare da luoghi sgradevoli come le crepe di un marciapiede.

Ma per gli scienziati, la pianta rustica ha diversi vantaggi. È ampiamente utilizzato nella ricerca sulle piante come organismo modello ed è stato sezionato fino al livello genetico. È anche un alimento popolare tra gli afidi, ponendolo al fondo di una sequenza di relazioni tra specie diverse.

In questo caso, Barbour e gli altri ricercatori hanno sfruttato queste relazioni creando ecosistemi in miniatura in piccoli contenitori semplificati a soli quattro organismi: la pianta, due afidi che si nutrono della pianta e una vespa parassita che depone le uova sugli afidi.

Per testare l’effetto di un singolo cambiamento genetico nella pianta, hanno preso quattro diversi ceppi di Arabidopsis, ciascuno con una singola differenza in una parte del suo codice genetico che ha influenzato la produzione di sostanze chimiche in grado di respingere gli afidi. Ognuna di queste varianti si trova anche in natura. Hanno quindi creato 60 mini-ecosistemi in piccole scatole con pareti a rete, ognuna con diverse combinazioni di piante.

Tutti questi piccoli mondi sono cambiati mentre gli scienziati hanno seguito i loro progressi per circa quattro mesi. In alcuni casi, tutti gli insetti morirono di fame e scomparvero. In altri casi, una delle due specie di afidi è scomparsa. In altri ancora, il sistema si ruppe gradualmente finché rimasero solo la pianta e una specie di afide.

Quando i ricercatori si sono seduti attraverso i modelli di estinzione, una caratteristica si è distinto. Ecosistemi con una versione della pianta in cui un singolo gene (AOP2) è stato disattivato ed era molto meno probabile che assistessero a un’estinzione. Il tasso di estinzione è diminuito del 29% quando era presente una pianta con il gene AOP2 disabile, i ricercatori hanno riferito la scorsa settimana in Scienza.

Si scopre che oltre ad essere coinvolto nella produzione di sostanze chimiche per la difesa delle piante, il gene influenza anche il tasso di crescita della pianta. Con il gene inattivato, la pianta è cresciuta più velocemente, consentendole di stare meglio al passo con le richieste degli afidi, hanno scoperto i ricercatori.

Sebbene un laboratorio controllato sia ben lontano dal mondo disordinato e dalle sue intricate reti alimentari, i ricercatori osservano che i loro risultati mostrano che anche una differenza in un singolo gene può avere conseguenze di vasta portata.

I risultati dimostrano la potenziale importanza di combinare strumenti genetici ed ecologici per comprendere come i cambiamenti genetici potrebbero influenzare il destino degli ecosistemi, scrivono gli autori. Sottolinea anche i pericoli di perdere la variazione genetica all’interno di una specie come i suoi numeri ridotti o il potenziale impatto dall’introduzione di organismi con un ritocco genetico che risulta essere significativo. Quel gene, dopotutto, potrebbe rivelarsi una chiave di volta molto simile alla stella marina di Paine.

Barbour, et. al. “Un gene chiave di volta è alla base della persistenza di una rete alimentare sperimentale”. Scienza. mar. 31, 2022.

Immagine: © Rivista Anthropocene

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