AGI - Lo tsunami che ha devastato il Giappone nel 2011 ha modificato il percorso evolutivo di una popolazione di pesci, provocando l'incrocio tra due specie precedentemente separate. L'effetto genetico dell'evento si è pero' progressivamente attenuato: dopo circa dieci generazioni, gran parte del patrimonio ereditario introdotto dalla specie marina è stata eliminata e la popolazione ha recuperato una composizione genomica quasi interamente riconducibile alla specie d'acqua dolce.
È quanto emerso da uno studio pubblicato su Nature Ecology & Evolution, condotto da ricercatori di nove istituzioni giapponesi, tra cui Takuya Hosoki e Jun Kitano del National Institute of Genetics.
Il monitoraggio, durato nove anni, ha documentato come i meccanismi di isolamento riproduttivo possano mantenere la distinzione genetica tra specie anche dopo un'intensa ibridazione provocata da una catastrofe naturale. Il fenomeno è stato osservato a Otsuchi, nella prefettura di Iwate, dove lo tsunami del 2011 ha raggiunto un'altezza superiore a dieci metri. L'onda e l'abbassamento del terreno hanno modificato profondamente gli habitat costieri, contribuendo alla formazione di nuovi bacini d'acqua dolce nel centro abitato. Secondo la ricostruzione degli studiosi, lo tsunami ha trasportato dal mare esemplari di Gasterosteus nipponicus, uno spinarello marino, mentre il riflusso dell'acqua ha convogliato da monte individui di Gasterosteus aculeatus, una specie affine presente nelle acque dolci. Prima del disastro, le due specie vivevano in ambienti differenti. Il nuovo bacino le ha portate a condividere lo stesso habitat, rendendo possibile l'incrocio. Nel 2012, il 38% degli individui campionati era costituito da ibridi, cioè pesci che avevano ereditato materiale genetico da entrambe le specie.
I ricercatori hanno quindi seguito negli anni successivi la composizione del loro genoma per verificare se questa mescolanza fosse destinata a persistere. Le analisi hanno mostrato una progressiva diminuzione delle regioni genomiche provenienti dalla specie marina. Entro il 2020, il patrimonio genetico della popolazione era tornato quasi interamente riconducibile a G. aculeatus, la specie d'acqua dolce. Poiché il tempo di generazione di questi pesci è di circa un anno, gran parte del contributo genetico di G. nipponicus è stata eliminata nell'arco di circa dieci generazioni. Il risultato non significa che gli habitat siano tornati alle condizioni precedenti allo tsunami, né che tutti gli individui ibridi siano scomparsi. La situazione precedente è stata recuperata soltanto sotto il profilo della composizione genetica predominante: dopo un'iniziale fase di ibridazione, il patrimonio ereditario della specie d'acqua dolce è tornato a prevalere quasi completamente nella popolazione studiata.
Per comprendere come sia avvenuto questo processo, gli scienziati hanno esaminato le regioni genomiche coinvolte nell'isolamento riproduttivo, cioè nei meccanismi che limitano lo scambio di geni tra specie differenti. Quando due specie strettamente imparentate si incrociano, una parte del patrimonio genetico dell'una può essere trasmessa ai discendenti dell'altra. La permanenza di queste regioni nelle generazioni successive dipende però anche dalla loro compatibilità con il resto del genoma e dalle caratteristiche biologiche degli individui che le ereditano. Nel caso di Otsuchi, le regioni genetiche provenienti dalla specie marina sono diminuite particolarmente in fretta in corrispondenza di importanti barriere riproduttive. Tra queste figurano regioni associate all'adattamento all'acqua dolce, alla migrazione verso il mare, alla scelta del partner e alla sterilità dei maschi ibridi. I dati hanno indicato che alcuni dei meccanismi che mantengono separate le due specie hanno contribuito a ridurre il materiale genetico introdotto attraverso gli incroci. Queste barriere principali, tuttavia, non sono risultate sufficienti a spiegare da sole la perdita osservata nell'intero genoma.
Attraverso simulazioni basate su individui, i ricercatori hanno individuato un possibile contributo aggiuntivo: numerose incompatibilità genetiche di effetto relativamente debole, distribuite in diverse regioni genomiche, potrebbero aver agito insieme alle barriere più forti. La loro azione combinata avrebbe favorito la rapida diminuzione del patrimonio genetico della specie marina. "Ci sono state due grandi sorprese in questo studio", hanno dichiarato Hosoki e Kitano. "In primo luogo, non ci aspettavamo che le regioni genomiche associate alle principali barriere riproduttive venissero eliminate così rapidamente. In secondo luogo, ci ha sorpreso che la maggior parte del genoma estraneo continuasse a scomparire nelle generazioni successive".
La ricerca ha offerto un'occasione rara per seguire direttamente le conseguenze genetiche di un'ibridazione naturale fin dalle prime generazioni. In molti casi, infatti, gli studiosi possono ricostruire gli incroci avvenuti in passato soltanto attraverso le tracce rimaste nei genomi attuali. A Otsuchi, invece, l'origine dell'incontro tra le due specie è stata collegata a un evento preciso, lo tsunami del 2011, e la popolazione è stata monitorata per nove anni. Resta da stabilire se la combinazione di poche barriere riproduttive forti e numerose incompatibilità genetiche deboli rappresenti un meccanismo generale di mantenimento dei confini tra specie. Le simulazioni hanno suggerito questa possibilità, ma il risultato non dimostra che tutte le popolazioni ibride seguano lo stesso percorso. Lo studio ha mostrato dunque che lo tsunami ha provocato una mescolanza genetica inizialmente estesa, senza determinare una fusione stabile dei patrimoni ereditari delle due specie. Nel bacino esaminato, il contributo della specie marina è diventato progressivamente residuale, mentre quello della specie d'acqua dolce è tornato quasi esclusivo. L'effetto evolutivo dell'incontro provocato dal disastro è stato così seguito per circa dieci generazioni, offrendo nuove indicazioni sui meccanismi attraverso i quali le specie possono conservare la propria distinzione genetica anche dopo un intenso scambio di geni.