I genomi degli animali seguono "autostrade evoluzionarie" irreversibili in migliaia di specie

Gli scienziati hanno scoperto che i genomi degli animali si evolvono lungo una serie limitata di "autostrade evoluzionarie" irreversibili, rivelando un progetto genetico comune che si estende per milioni di anni e migliaia di specie. Questa scoperta deriva da un'analisi innovativa di oltre 5.800 genomi a scala cromosomica che rappresentano 4.454 specie in 19 fili animali. La ricerca, guidata da un team internazionale con sede all'Università di Vienna, è stata pubblicata su Science Advances e segna il più grande studio comparativo dei genomi animali fino ad oggi.

Lo studio identifica i percorsi specifici attraverso i quali i genomi si sono evoluti, mostrando che mentre le singole specie differiscono notevolmente in aspetto e biologia, le loro strutture genomiche sottostanti condividono similitudini fondamentali. Queste somiglianze derivano da un antenato comune che visse più di 600 milioni di anni fa. Nel corso del tempo, i cromosomi all'interno di queste specie hanno subito fusioni, divisioni e riarrangiamenti, ma il modello generale di cambiamento segue percorsi prevedibili piuttosto che verificarsi casualmente. I ricercatori hanno sviluppato un nuovo quadro analitico noto come "topologia del genoma evolutivo" per visualizzare e confrontare l'enorme set di dati.

Questo metodo consente agli scienziati di proiettare la diversità dei genomi animali su una mappa unificata, rivelando le "autostrade" lungo le quali progredisce l'evoluzione del genoma. Ogni percorso rappresenta una serie di trasformazioni genetiche che hanno plasmato il lignaggio di diversi gruppi di animali. Secondo lo studio, il concetto di "fusione con miscelazione" svolge un ruolo centrale nel plasmare queste autostrade evoluzionarie. Questo processo si verifica quando due cromosomi si fondono, causando che i loro geni si mescolino in un modo che non può essere invertito.

Questi marcatori aiutano a distinguere i principali gruppi animali e a stabilire le loro posizioni nello "spazio dell'architettura del genoma", un paesaggio concettuale che riflette l'organizzazione strutturale dei genomi tra le specie. Man mano che le specie divergono l'una dall'altra, i loro genomi prendono percorsi sempre più distinti. Alcuni gruppi mantengono un numero più elevato di cromosomi, mentre altri subiscono riduzioni a causa di ripetute fusioni. Al contrario, alcune specie subiscono separazioni cromosomiche, portando a un aumento del numero. Indipendentemente dalla direzione del cambiamento, il processo di "fusione con miscelazione" assicura che una volta che un lignaggio prende un percorso particolare, non può tornare al suo stato precedente.

Questa irreversibilità contribuisce alla divergenza delle strutture genomiche tra i diversi gruppi animali. Le implicazioni di questa ricerca vanno oltre la comprensione teorica. Mettendo in mappatura queste autostrade evoluzionarie, gli scienziati ottengono informazioni su come i genomi potrebbero continuare ad evolversi in futuro. Inoltre, i risultati offrono applicazioni pratiche per la conservazione della biodiversità animale. Comprendere le basi genetiche delle specie può informare le strategie per proteggere le popolazioni in pericolo e preservare la diversità genetica.

Darrin Schultz, che ha guidato la ricerca come ricercatore post-dottorato presso l'Università di Vienna ed è ora un assistente professore alla Lehigh University e Lehigh Oceans, ha sottolineato l'importanza di visualizzare migliaia di genomi su una singola mappa. Ha notato che questa prospettiva consente ai ricercatori di tracciare i viaggi evolutivi unici intrapresi da diversi gruppi di animali. Inoltre, manipolando la struttura della mappa, gli scienziati possono confrontare come varie specie si sono divergenti dopo la loro divisione da un antenato comune. Oleg Simakov, professore all'Università di Vienna e co-leader dello studio, ha evidenziato la doppia importanza dei risultati.

Non solo illuminano il passato, ma aprono anche nuove strade per prevedere le tendenze evoluzionarie future. Questa conoscenza può guidare gli sforzi per salvaguardare il patrimonio genetico di diverse specie animali contro le pressioni ambientali e la perdita di habitat. Lo studio sottolinea il potere della genomica moderna di scoprire connessioni nascoste tra organismi apparentemente disparati. Man mano che più genomi diventano disponibili in formati ad alta risoluzione, i ricercatori prevedono ulteriori affinamenti del modello di autostrade evoluzionarie. Studi futuri potrebbero esplorare come questi percorsi influenzano tratti come processi di sviluppo, suscettibilità alle malattie e adattamenti ecologici.