Corallimorpharian genome supports the monophyly of Scleractinia and illuminates the cellular evolution of coral calcification
Questo studio utilizza un genoma a livello cromosomico del corallimorfario *Ricordea yuma* per confermare il suo status di gruppo fratello dei coralli duri, rivelando così che la calcificazione dei coralli si è evoluta attraverso l'emergere di uno stato cellulare specializzato dei calicoblasti e l'assemblaggio di un kit di strumenti per la biomineralizzazione derivante sia da innovazioni specifiche della linea evolutiva che da geni ancestrali cooptati.
Articolo originale sotto licenza CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Questa è una spiegazione generata dall'IA di un preprint non sottoposto a revisione paritaria. Non è un consiglio medico. Non prendere decisioni sulla salute basandoti su questo contenuto. Leggi il disclaimer completo
Il fondale oceanico ospita alcuni degli ecosistemi più vibranti e complessi della Terra: le barriere coralline. Queste città sottomarine sono costruite dai coralli duri, minuscoli animali che costruiscono enormi scheletri rigidi fatti di carbonato di calcio. Questo processo, noto come calcificazione, crea la base fisica che sostiene una vasta varietà di vita marina. Tuttavia, la natura spesso presenta enigmi in cui due gruppi di animali appaiono quasi identici ma si comportano in modo molto diverso. Uno di questi misteri riguarda i coralliimorfari, spesso chiamati "coralli nudi" o anemoni a fungo. Essi condividono la stessa forma corporea di base e molte caratteristiche biologiche con i coralli duri, ma mancano del tutto di uno scheletro rigido. Per decenni, gli scienziati hanno dibattuto se questi coralli nudi siano in realtà coralli duri che hanno perso i loro gusci rigidi nel tempo, forse come strategia di sopravvivenza quando l'oceano è diventato troppo acido, o se siano un ramo separato dell'albero genealogico che non ha mai avuto scheletri. Risolvere questa questione è fondamentale perché cambia il modo in cui comprendiamo la storia della formazione delle barriere e come questi animali possano rispondere a un clima che cambia oggi.
Per dirimere questo dibattito, un team di ricercatori si è rivolto al progetto più fondamentale della vita: il genoma. Si sono concentrati su un tipo specifico di corallo nudo chiamato Ricordea yuma, che si trova nelle acque al largo di Taiwan. Sequenziando il suo intero codice genetico con un livello di dettaglio molto elevato, gli scienziati sono stati in grado di esaminare l'architettura su larga scala dei suoi cromosomi. In questo studio, hanno trattato i cromosomi non solo come contenitori di geni, ma come documenti storici. Nel corso di milioni di anni, i cromosomi possono fondersi o frammentarsi in modi che sono unici per specifiche linee evolutive. I ricercatori hanno confrontato la struttura cromosomica di Ricordea yuma con quella di vari coralli duri, anemoni di mare e coralli neri. Hanno scoperto che tutti i coralli duri, indipendentemente dal fatto che siano classificati come tipi "robusti" o "complessi", condividono tre specifiche fusioni cromosomiche che sono completamente assenti nei coralli nudi. Questa scoperta fornisce una prova forte e indipendente che i coralli duri formano un gruppo familiare unico e unificato. Significa che i coralli nudi non sono coralli duri che hanno perso lo scheletro; piuttosto, sono i parenti viventi più stretti dell'intero gruppo di coralli costruttori di scheletri, essendosi separati da essi prima che il primo scheletro rigido si evolvesse.
Con l'albero genealogico chiarito, i ricercatori si sono poi chiesti come sia nata effettivamente la capacità di costruire uno scheletro. Sapevano che i coralli duri utilizzano un tipo specializzato di cellula cutanea, chiamato calicoblasto, per secernere i minerali che formano lo scheletro. Si sono chiesti se i coralli nudi possedessero una versione nascosta e dormiente di questo tipo cellulare, in attesa di essere riattivata, o se questo tipo cellulare fosse un'invenzione del tutto nuova, unica dei coralli duri. Per scoprirlo, il team ha creato mappe dettagliate dell'attività genica in singole cellule sia del corallo nudo che di un corallo costruttore di scheletri, Galaxea fascicularis. Hanno scoperto che, sebbene i due animali condividano molti degli stessi tipi cellulari di base, il corallo nudo manca completamente della specifica firma genetica del calicoblasto. Il corallo costruttore di scheletri ha evoluto uno stato cellulare distinto che non esisteva nel suo parente nudo. Ciò suggerisce che la capacità di costruire una barriera non sia stata un caso di riattivazione di un vecchio interruttore, ma l'evoluzione di un tipo di cellula completamente nuovo.
Lo studio ha anche esaminato gli strumenti molecolari che queste cellule utilizzano per costruire lo scheletro. I ricercatori hanno scoperto che il kit di strumenti per la creazione di uno scheletro è un misto di parti vecchie e nuove. Alcuni dei geni utilizzati dai coralli duri sono antichi, condivisi con i coralli nudi e altre anemoni di mare, e venivano probabilmente utilizzati originariamente per funzioni cutanee generali o per la riparazione dei tessuti. Tuttavia, lo studio ha identificato un set significativo di geni che sono unici per i coralli duri. Questi nuovi geni, che includono proteine che aiutano a trasportare i minerali e a formare la matrice strutturale dello scheletro, sembrano essersi evoluti specificamente per supportare la costruzione del guscio rigido. Studiando come questi geni si comportano quando un polipo corallino viene ferito e deve guarire, il team ha osservato che molti di questi geni costruttori di scheletri sono attivi durante la normale manutenzione e riparazione dei tessuti, molto prima che venga formato uno scheletro. Ciò indica che l'evoluzione del processo di formazione delle barriere ha comportato il reclutamento di geni esistenti per nuovi scopi e l'aggiunta di una serie di nuovi geni specializzati per creare un tipo cellulare dedicato.
Infine, i ricercatori hanno collocato questi eventi evolutivi su una linea temporale. Confrontando le differenze genetiche tra i gruppi e calibrandole con il record fossile, hanno stimato che la separazione tra i coralli nudi e i coralli duri sia avvenuta circa 388 milioni di anni fa. L'evoluzione dello scheletro stesso, e l'emergere del gruppo principale dei coralli duri, è avvenuta successivamente, circa 300 milioni di anni fa. Questo periodo coincide con un momento nella storia della Terra in cui la chimica degli oceani è cambiata per favorire la formazione dell'aragonite, il tipo specifico di cristallo che costituisce gli scheletri dei coralli. Le prove suggeriscono che lo scheletro non sia apparso improvvisamente in risposta a una crisi, ma sia emerso gradualmente man mano che le condizioni oceaniche diventavano più favorevoli per questo tipo di mineralizzazione. Lo studio conclude che l'ascesa delle barriere coralline è stata una grande transizione evolutiva guidata dallo sviluppo coordinato di un nuovo tipo cellulare e di un kit genetico specializzato, trasformando un animale a corpo molle nell'architetto degli ecosistemi marini più biodiversi del mondo.
Sommerso dagli articoli nel tuo campo?
Ricevi digest giornalieri degli articoli più recenti corrispondenti alle tue parole chiave di ricerca — con riassunti tecnici, nella tua lingua.