Come l'evoluzione impedisce il ritorno al punto di partenza

Nel corso dell'evoluzione, mutazioni restrittive possono cancellare le condizioni che avevano aperto le porte a una certa possibilità evolutiva delle forme ancestrali

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lescienze

E' possibile riavvolgere il corso dell'evoluzione e tornare al punto di partenza? La risposta è no, come spiega un gruppo di ricercatori dell'Università dell'Oregon diretto da Joe Thornton in collaborazione con colleghi della Emory University di Atlanta.

La scoperta che l'evoluzione "ha bruciato i ponti" dietro di sé - hanno detto i ricercatori, che firmano un articolo in proposito su "Nature" - implica che l'attuale versione della vita potrebbe non essere né quella ideale né inevitabile.

"I biologi dell'evoluzione sono stati a lungo affascinati dalla domanda se l'evoluzione potesse venire invertita - ha osservato Thornton - ma il problema è rimasto irrisolto perché solo molto raramente possiamo sapere quali erano le caratteristiche dei nostri lontani antenati, o i meccanismi attraverso cui si sono evoluti nelle forme moderne. Noi abbiamo risolto queste difficoltà studiando il problema a livello molecolare, dove possiamo far risorgere una proteina ancestrale quale era esistita tanto tempo fa e quindi utilizzare manipolazioni molecolari per dissezionare il processo evolutivo sia in avanti che indietro."

Thornton e colleghi si sono concentrati sull'evoluzione di un recettore dei glucocorticoidi (GR), presente già nei primi vertebrati oltre 400 milioni di anni fa, che lega il cortisolo e modula la risposta stressoria e immunitaria e altri fattori metabolici e comportamentali in moltissimi vertebrati. E hanno scoperto che in un arco di tempo breve cinque mutazioni casuali hanno indotto nella struttura della proteina sottili modificazioni assolutamente incompatibili con la forma primordiale del recettore.

In lavori precedenti Thornton aveva mostrato che la proteina GR si era evoluta oltre 400 milioni di anni fa da una proteina ancestrale sensibile all'aldosterone, identificando poi sette antiche mutazioni che avevano portato il recettore a sviluppare la specificità per il cortisolo.

Sapendo come era evoluta la funzione moderna di GR, i ricercatori si sono chiesti se potesse essere fatta tornare alla sua funzione originaria. Per questo hanno "resuscitato" GR quale era subito dopo aver sviluppato per la prima volta la specificità per il cortisolo, per poi invertire le sette mutazioni chiave manipolando la corrispondente sequenza di DNA.

"Ci aspettavamo un recettore promiscuo, proprio come l'antesignano di GR, invece abbiamo ottenuto una proteina del tutto non funzionale, 'morta'. Evidentemente durante l'evoluzione di GR ci sono state altre mutazioni che hanno funzionato come una sorta di punto d'arresto evolutivo, rendendo la proteina incapace di tollerare le caratteristiche ancestrali che pure sussistevano poco tempo prima."

A questo punto i ricercatori, con un complesso lavoro, sono riusciti a identificazione queste mutazioni, che sono risultate essere state cinque.

Quando però i ricercatori hanno invertito queste cinque mutazioni, si sono accorti che la proteina non poteva a questo punto tollerare l'inversione dei sette cambiamenti chiave che l'avrebbero trasformata in un recettore promiscuo proprio come la sua proteina ancestrale.

A dispetto della loro potente azione di inibizione dell'inversione dell'evoluzione, quando erano occorse queste cinque mutazioni non avevano avuto alcun diretto effetto di rilievo sulla funzionalità della proteina. E per quanto esse debbano venire invertite prima che la proteina possa tollerare il suo stato ancestrale, la loro inversione non garantisce affatto il recupero della funzione primigenia. "Ciò significa che anche se la funzione ancestrale tornasse di colpo ottimale, non c'è alcun modo in cui la selezione naturale possa riportare la proteina direttamente indietro alla sua forma ancestrale".

"Nel caso della GR, mutazioni restrittive hanno cancellato le condizioni che precedentemente avevano aperto le porte alla forma ancestrale una possibilità evolutiva. E' verosimile che nel corso della storia altri tipi di mutazioni restrittive abbiano avuto luogo, chiudendo innumerevoli traiettorie che altrimenti avrebbe potuto prendere l'evoluzione."

"Se riavvolgessimo il corso della storia per poi tornare a svolgerlo, si verificherebbero differenti gruppi di mutazioni, al momento apparentemente prive di conseguenze, ma che aprirebbero alcune possibilità evolutive e ne bloccherebbero altre, comprese quelle che hanno portato a ciò che si è evoluto di fatto nel nostro mondo."

"Mostrando come le strutture molecolari sono finemente modellate dall'evoluzione - ha commentato Irene Eckstrand dei National Institutes of Health's - la ricerca di Thornton avrà un forte impatto sia sulla scienza pura che su quella applicata, come la progettazione di farmaci che abbiano come bersaglio specifiche proteine".