Come i batteri si adattano spontaneamente ai cambiamenti ambientali

Un team internazionale di scienziati ha per la prima volta osservato in laboratorio una strategia evolutiva chiamata “bet hedging”, ovvero “diversificazione del rischio”.

Il termine inglese “bet hedging” descrive il modo con cui gli organismi riescono ad assicurare la sopravvivenza della loro specie in ambienti in rapida evoluzione, generando una progenie capace di sopravvivere in condizioni di vita diverse. Si tratta probabilmente di una delle più antiche tecniche di adattamento evoluzionistiche.


I ricercatori della Germania, Paesi Bassi e Nuova Zelanda hanno pubblicato sulla rivista Nature le loro osservazioni sulla “diversificazione del rischio” nella specie batterica Pseudomonas fluorescens.

Per compiere i loro esperimenti gli scienziati hanno introdotto ceppi di Pseudomonas in due diversi ambienti di coltura. La variante che aveva soppiantato le altre varianti in un ambiente, è stata introdotta nell’altro ambiente – e viceversa – dove la mutazione precedentemente vantaggiosa non sarebbe più risultata utile. Si è dimostrato che le nuove mutazioni, e quindi le nuove varianti, si sono evolute per compensare questo svantaggio.

I ricercatori hanno scoperto che i batteri hanno infine sviluppato dei ceppi con la stessa struttura genetica, che produceva sempre due varianti diverse, in entrambi gli ambienti. Questi pseudomonas nati dalla diversificazione del rischio hanno avuto la meglio sui genotipi che si erano adattati soltanto per mutazione.

I cambiamenti evoluzionistici di solito avvengono nelle generazioni in cui i portatori delle mutazioni favorevoli prevalgono su quelli con caratteristiche meno vantaggiose, ma la diversificazione del rischio produce una generazione di progenie geneticamente identica. Alcuni individui di questa nuova generazione possono comunque risultare più adattati all’ambiente in cui si trovano. Altri sono avvantaggiati in condizioni completamente diverse, in modo da riuscire a sopravvivere in caso di cambiamenti ambientali radicali.

Il fenomeno è stato osservato in organismi che vanno dai batteri fino alle piante e agli animali. I patogeni batterici, ad esempio, possiedono cellule superficiali diverse (lisce o ruvide, ecc.), riducendo in questo modo il rischio di essere individuate dal sistema immunitario dell’ospite.

“I nostri esperimenti dimostrano che la diversificazione del rischio rappresenta un’ottima strategia per l’adattamento tempestivo agli ambienti che cambiano”, ha detto uno degli autori dello studio, il dottor Christian Kost dell’Istituto Max Planck per l’ecologia chimica in Germania. “Se un unico genotipo produce diverse varianti allo stesso tempo, potrebbe rispondere più velocemente ai cambiamenti importanti che avvengono in quell’ambiente.

Lo studio conclude: “Approfondimenti sui dati molecolari sottostanti rivelano il modo in cui l’evoluzione manipola il metabolismo centrale, per produrre una strategia che per svilupparsi probabilmente ha avuto bisogno – si potrebbe pensare – di decine di migliaia di generazioni. L’evoluzione rapida e ripetitiva della diversificazione del rischio nel corso dei nostri esperimenti indica che potrebbe trattarsi di una delle più antiche soluzioni evoluzionistiche della vita in ambienti variabili, forse addirittura antecedente i meccanismi di reazione ambientale della regolazione genetica.

Pseudomonas fluorescens – che possiede un metabolismo estremamente flessibile – è un batterio che si trova nel suolo e nell’acqua. Alcuni ceppi di Pseudomonas fluorescens sono utili per la protezione delle piante dai parassiti e da altri fattori di biocontrollo. Nelle colture il batterio produce un antibiotico. Pseudomonas fluorescens viene anche usato per ricavare lo yogurt dal latte. Le cellule si dividono ogni 52 minuti, rendendole particolarmente adatte per lo studio dell’evoluzione.

Per ulteriori informazioni, visitare:

Nature
http://www.nature.com/nature/

Società Max Planck
http://www.mpg.de/