Evoluzione degli uccelli: avevamo sbagliato tutto
Un pezzo congelato di genoma riscrive la nostra comprensione dell'albero genealogico degli uccelli
[8 Aprile 2024]
65 milioni di anni fa, un'enorme meteorite segnò la fine per la maggior parte dei dinosauri, ma non di tutti, visto che dopo prosperarono gli uccelli, tecnicamente dei dinosauri con le ali.
Gli scienziati hanno passato secoli a classificare circa 10.000 specie di uccelli in albero genealogico per capire come gli ultimi dinosauri sopravvissuti avessero conquistato i cieli e il sequenziamento economico del DNA avrebbe dovuto rendere tutto più semplice, come è avvenuto per innumerevoli altre specie. Ma a quanto pare gli uccelli li hanno ingannati.
Infatti, due nuovi studi – "A region of suppressed recombination misleads neoavian phylogenomics" pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) da un team di ricercatori guidato da Siavash Mirarab che insegna ingegneria informatica all'università della California San Diego (UCSD), e "Complexity of avian evolution revealed by family-level genomes", pubblicato su Nature da un team di ricercatori guidato da Josefin Stiller della Københavns Universitet – rivelano che un altro evento avvenuto 65 milioni di anni fa ha fuorviato la ricerca scientifica dalla vera storia degli uccelli e hanno scoperto che «Una sezione di un cromosoma è rimasta congelata nel tempo per milioni di anni e si è rifiutata di mescolarsi con il DNA vicino come avrebbe dovuto». Questa sezione, appena il 2% del genoma degli uccelli, ha convinto gli scienziati che la maggior parte degli uccelli poteva essere raggruppata in due categorie principali, con fenicotteri e colombe come cugini evolutivi. L'albero genealogico più accurato, che tiene conto della sezione fuorviante del genoma, identifica 4 gruppi principali e identifica i fenicotteri e le colombe come imparentati più lontanamente.
Entrambi gli studi fanno parte del B10K avian genomics project guidato da Guojie Zhang dell'università di Zhejiang, da Erich Jarvis della Rockefeller University e Tom Gilbert della Københavns Universitet
Il biologi Edward Braun dell'università della Florida, autore senior dello studio pubblicato su PNAS, spiega che «Il mio laboratorio si sta occupando di questo problema dell'evoluzione degli uccelli da più tempo di quanto io voglia pensare. Non avevamo idea che una grossa porzione del genoma si comportasse in modo insolito. In un certo senso ci siamo imbattuti in esso».
Braun ha supervisionato il team internazionale di ricercatori guidati da Mirarab, che ha pubblicato le prove che questo pezzo "appiccicoso" di DNA ha confuso la vera storia dell'evoluzione degli uccelli.
Mirarab e Braun hanno anche contribuito allo studio pubblicato su Nature che delinea l'albero genealogico aggiornato degli uccelli e conferma che i Neoaves, un gruppo che comprende la stragrande maggioranza delle specie di uccelli, hanno subito una rapida radiazione in corrispondenza del passaggio da Cretaceo al aleogene (K-Pg). I ricercatori scrivono che «La valutazione degli impatti delle diverse partizioni genomiche ha mostrato un'elevata eterogeneità nel genoma. Abbiamo scoperto forti aumenti delle dimensioni effettive della popolazione, dei tassi di sostituzione e delle dimensioni relative del cervello in seguito all'evento di estinzione del K-Pg, supportando l'ipotesi che le opportunità ecologiche emergenti abbiano catalizzato la diversificazione degli uccelli moderni. La stima filogenetica risultante fornisce nuove informazioni sulla rapida radiazione degli uccelli moderni e fornisce un albero portante ricco di taxon per futuri studi comparativi».
Ma nel dicembre 2014, Braun e i suoi collaboratori avevano pubblicato su Science lo studio "Whole-genome analyses resolve early branches in the tree of life of modern birds" che disegnava un albero genealogico per i Neoaves.. Sulla base dei genomi di 48 specie, hanno diviso i Neoaves in due grandi categorie: colombe e fenicotteri in un gruppo, tutto il resto nell'altro. Ripetendo quest'anno un'analisi simile utilizzando 363 specie, è emerso un albero genealogico diverso che ha diviso colombe e fenicotteri in due gruppi distinti.
Con in mano due alberi genealogici che si escludevano a vicenda, gli scienziati hanno cercato di capire quale albero fosse corretto e Braun. racconta che «Quando abbiamo esaminato i singoli geni e quale albero supportavano, all'improvviso è emerso che tutti i geni che supportano l'albero più vecchio si trovano tutti nello stesso punto. Questo è quel che ha dato inizio a tutto».
Esaminando questo punto, il team di Braun ha notato che non era così mescolato come avrebbe dovuto essere dopo milioni di anni di riproduzione sessuale. I ricercatori spiegano ancora: «Come gli esseri umani, gli uccelli combinano i geni di un padre e di una madre nella generazione successiva. Ma sia gli uccelli che gli esseri umani mescolano prima i geni che hanno ereditato dai loro genitori quando creano sperma e uova. Questo processo è chiamato ricombinazione e massimizza la diversità genetica di una specie assicurandosi che non esistano due fratelli uguali».
Il team di Braun ha trovato prove che «Una sezione del cromosoma di un uccello aveva soppresso questo processo di ricombinazione per alcuni milioni di anni, nel periodo in cui i dinosauri scomparivano. Non è chiaro se l'evento di estinzione e le anomalie genomiche siano correlate». Il risultato è che «In questo pezzo di DNA congelato, I fenicotteri e le colombe sembravano simili tra loro. Ma prendendo in considerazione l'intero genoma, è diventato chiaro che i due gruppi sono imparentati in modo più lontano».
Braun aggiunge: «Quel che sorprende è che questo periodo di ricombinazione soppressa potrebbe fuorviare l'analisi. E poiché potrebbe fuorviare l'analisi, in realtà sarebbe stato rilevabile più di 60 milioni di anni nel futuro. Questa è la parte bella. Un mistero simile potrebbe nascondersi anche nei genomi di altri organismi. Abbiamo scoperto questa regione fuorviante negli uccelli perché abbiamo investito molta energia nel sequenziamento dei genomi degli uccelli. Penso in giro ci siano casi come questo per altre specie che semplicemente non sono conosciuti in questo momento».