La corsa agli armamenti tra insetti e piante e il modo con cui ne plasma la diversificazione
Le interazioni tra insetti e piante sono fondamentali per la vita sulla terraferma: esse sono alla base dell’impollinazione e del comportamento erbivoro, processi fondamentali che mantengono la stabilità dell’ecosistema, sostengono l’agricoltura e promuovono la biodiversità. «Queste interazioni hanno inoltre plasmato la storia evolutiva della vita, generando l’incredibile varietà di insetti e piante che vediamo al giorno d’oggi», spiega Fabien Condamine(si apre in una nuova finestra), ricercatore presso il Centro nazionale per la ricerca scientifica(si apre in una nuova finestra) (CNRS) in Francia. «Tutto questo è iniziato più di 400 milioni di anni fa.» Nel progetto GAIA, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca(si apre in una nuova finestra), Condamine e i suoi colleghi si sono prefissi di comprendere queste relazioni su un’ampia scala evolutiva utilizzando le farfalle macaone (Papilionidi) come gruppo modello. Studiando la loro diversificazione, i ricercatori hanno cercato di individuare i modelli e i processi alla base della co-evoluzione di insetti e piante.
Studiare l’evoluzione della corsa agli armamenti tra insetti e piante
Il principale obiettivo di GAIA era quello di ricostruire la corsa agli armamenti evolutivi che si è sviluppata tra le farfalle macaone e le loro piante ospitanti a un livello di dettaglio senza precedenti. A tal fine, il team ha innanzitutto stabilito un nuovo elenco tassonomico contenente circa 640 specie che coprono l’intera famiglia dei Papilionidi, rendendolo uno degli insiemi di dati più completi per qualsiasi famiglia di farfalle mai compilato fino ad oggi. La sfida più grande è stata costituita dalla generazione di dati sull’intero genoma per tutte queste specie, obiettivo che i ricercatori hanno raggiunto producendo genomi di riferimento di alta qualità per i lignaggi principali mediante il sequenziamento in parallelo di quelli di tutte le altre specie, molte delle quali erano rare o disponibili solamente in collezioni museali storiche. Per raggiungere tale finalità i ricercatori hanno ideato un protocollo specifico ottimizzato per il DNA degradato, il quale ha permesso loro di sequenziare antichi esemplari che altrimenti non sarebbero stati sequenziati, non potendo in tal modo venire inclusi nell’albero genealogico. Utilizzando approcci filogenomici all’avanguardia, il team ha quindi costruito l’albero genealogico delle farfalle macaone prima di verificare le ipotesi macroevolutive sulla diversificazione delle associazioni tra pianta e insetto ospite.
Far progredire le conoscenze sulla diversificazione evolutiva
GAIA ha prodotto diversi progressi significativi nella comprensione di queste interazioni chiave. Al di là dell’importante scoperta dell’albero genealogico dei Papilionidi, un dato fondamentale riguarda il fatto che i cambiamenti e le specializzazioni nelle piante ospitanti hanno lasciato chiare firme genomiche di adattamento e innovazione, il che avvalora l’idea secondo cui tali interazioni avrebbero guidato la diversificazione. «La nostra ricerca a livello genico(si apre in una nuova finestra) ha rivelato significative connessioni macroevolutive tra la colonizzazione delle piante e la diversificazione delle farfalle», osserva Condamine. «Grazie a GAIA, disponiamo ora di dati genomici per il 99,8% delle specie di farfalle macaone, il che offrirà ai prossimi studi la possibilità di rivedere e ampliare notevolmente questi risultati con una risoluzione completa delle specie», aggiunge. Il team ha inoltre generato nuovi quadri filogenetici e tassonomici per alcuni gruppi chiave, tra cui i Papilionini(si apre in una nuova finestra) e i Leptocircini(si apre in una nuova finestra), nonché la sottofamiglia delle Parnassiinae(si apre in una nuova finestra). Altri risultati degni di nota sono i miglioramenti nella delimitazione delle specie e nella genomica della conservazione, ad esempio nel complesso di specie del Papilio machaon(si apre in una nuova finestra) nella regione mediterranea. «Il progetto GAIA non ha solamente esplorato domande fondamentali sulla storia della vita(si apre in una nuova finestra), ma ha anche affrontato sfide sociali urgenti come la perdita di biodiversità, la resilienza degli ecosistemi e il futuro dei servizi di impollinazione», osserva Condamine.
Vantaggi per la più ampia comunità scientifica
Il team si augura che i risultati ottenuti possano costituire una risorsa duratura per la comunità scientifica non solo nel campo della biologia evolutiva, ma anche in ambito di ecologia, conservazione e genetica dello sviluppo. «I nostri risultati sulla co-evoluzione e la diversificazione degli insetti e delle piante contribuiscono ad alimentare dibattiti scientifici più vasti sui fattori che determinano la biodiversità», aggiunge Condamine, che conclude: «Essi forniscono esempi concreti di come le interazioni ecologiche possano dare forma a modelli macroevolutivi, il che rappresenta una prospettiva sempre più importante alla luce della perdita di biodiversità a livello globale.»
