Convergent evolution of animal photosymbiosis through co-option of ancestral endodermal programs
Questo studio rivela che l'evoluzione convergente della fotosimbiosi animale attraverso diversi phyla si basa sul cooptamento ripetuto di programmi endodermici ancestrali per l'elaborazione dei nutrienti e il metabolismo, combinato con innovazioni specifiche di ogni lignaggio, piuttosto che sullo sviluppo di tipi cellulari specializzati per l'ospitaggio dei simbionti.
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
La vita sulla Terra spesso prospera non attraverso la forza solitaria, ma attraverso la partnership. Nell'oceano, molti animali hanno imparato ad ospitare alghe microscopiche all'interno dei propri corpi, raccogliendo la luce solare che quelle alghe catturano per alimentare la propria crescita. Questo accordo, noto come fotosimbiosi, è apparso indipendentemente in molti gruppi animali diversi, dai colorati coralli che costruiscono le barriere coralline alle gigantesche vongole che si nascondono nella sabbia. Per decenni, gli scienziati si sono chiesti come si evolva una relazione così complessa. Un animale deve inventare un tipo di cellula completamente nuovo specificamente per ospitare il suo ospite algale, o deve semplicemente riutilizzare cellule che già possiede per altri compiti? La domanda tocca il cuore di come la natura costruisca la complessità: è attraverso l'invenzione di strumenti interamente nuovi, o attraverso il sapiente riarrangiamento di quelli vecchi?
Un team di ricercatori ha ora esaminato da vicino un piccolo verme marino piatto chiamato Praesagittifera naikaiensis per rispondere a questa domanda. Questo verme, che si trova nelle acque del Giappone, vive in una partnership unica con un'alga verde. A differenza dei coralli, dove le alghe vivono all'interno delle cellule dell'animale, questi vermi tengono i loro ospiti algali negli spazi tra le proprie cellule. Per capire come questo funzioni, gli scienziati hanno mappato l'attività genetica di ogni singola cellula del corpo del verme. Hanno scoperto che il verme non possiede un tipo di cellula speciale e unico dedicato esclusivamente a contenere l'alga. Inveve, la partnership è gestita da un team di cellule esistenti e ordinarie che lavorano insieme. Nello specifico, cellule che normalmente si occupano della digestione e cellule che rivestono gli spazi interni del verme assumono il compito di sostenere l'alga. Queste cellule dividono il lavoro: alcune si concentrano sulla raccolta dei nutrienti, mentre altre aiutano a creare l'ambiente chimico adatto affinché l'alga possa prosperare.
I ricercatori hanno confermato questo fatto disattivando temporaneamente la capacità delle alghe di produrre cibo. Quando hanno fatto ciò, le cellule del verme hanno cambiato il loro comportamento in modo prevedibile, riducendo l'espressione dei geni responsabili dell'elaborazione dei nutrienti. Ciò ha dimostuto che queste cellule specifiche sono quelle che mantengono attivamente la relazione. Inoltre, gli scienziati hanno confrontato il corredo genetico di questo verme con altri animali che hanno evoluto partnership simili, come coralli e spugne. Hanno scoperto un modello sorprendente: nonostante le vaste differenze nel modo in cui questi animali sono costruiti e nel modo in cui ospitano le loro alghe, tutti si affidano allo stesso antico set di istruzioni presenti nelle loro cellule digestive o interne. Sembra che l'evoluzione abbia ripetutamente attinto a questo stesso kit biologico — le cellule responsabili del consumo e della lavorazione del cibo — perché sono già dotate della strumentazione necessaria per gestire un partner fotosintetico.
Questa scoperta suggerisce che l'evoluzione di partnership complesse non richiede sempre l'invenzione di nuovi tipi cellulari. Invece, la natura prende spesso cellule che già esistono e ne modifica il comportamento per adattarle a un nuovo ruolo. Nel caso del verme Praesagittifera, le cellule che di solito digeriscono il cibo sono state cooptate per sostenere l'alga, creando una nicchia funzionale senza la necessità di una "cellula simbionte" specializzata. Lo studio ha anche rivelato che queste cellule tendono a essere piuttosto flessibili nello sviluppo, il che significa che mantengono un certo grado di adattabilità che permette loro di cambiare funzione quando il verme acquisisce i suoi ospiti algali. Confrontando i profili genetici di queste cellule simbionti attraverso diversi gruppi animali, i ricercatori hanno scoperto che condividono una discendenza antica e comune radicata nella capacità dell'animale di elaborare i nutrienti.
Le implicazioni di questo lavoro vanno oltre un solo tipo di verme. Offrono un principio generale su come le relazioni biologiche complesse possano nascere in tutto il regno animale. Che un animale ospiti alghe all'interno delle sue cellule, tra di esse o in organi specializzati, la strategia genetica sottostante sembra essere la stessa: reclutare le cellule che sono già brave a gestire i nutrienti e il metabolismo. I ricercatori suggeriscono che questa comune dipendenza da antichi e versatili programmi cellulari renda più facile per diverse linee evolutive sviluppare partnership simili in modo indipendente. Sebbene la disposizione fisica della partnership possa apparire molto diversa da un animale all'altro, la base cellulare rimane sorprendentemente coerente. Questo studio fornisce una visione chiara di come l'evoluzione possa costruire qualcosa di nuovo non partendo da zero, ma riutilizzando abilmente gli strumenti che sono stati a disposizione per milioni di anni.
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