Lo studio “Origins and evolution of extreme life span in Pacific Ocean rockfishes”, pubblicato su Science da un team di ricercatori statunitensi e cilenio guidato dall’università della California – Berkley è partito da un dato di fatto: « I pesci hanno ampie variazioni nella durata della vita anche all’interno di specie strettamente correlate. Un esempio sono le specie di scorfani che si trovano lungo le coste del Pacifico settentrionale, che hanno una durata di vita che va da 11 a più di 200 anni» e si è chiesto il perché alcuni scorfani vivano così a lungo.
Le 137 specie di scorfani conosciute nel Pacifico (alcune delle quali chiamate erroneamente, merluzzo rosso o dentice) finiscono nel menu e la maggior parte con scarso riguardo per l’origine o la vulnerabilità della specie che è finita nel piatto, Ma i ricercatori dell ‘UC – Berkley ricordano che «Questo pesce apparentemente anonimo – tra i vertebrati più longevi sulla Terra – contiene indizi sui geni che determinano la durata della vita e i vantaggi e gli svantaggi di vivere più a lungo».
Nello studio che appare in copertina su Science , i biologi hanno confrontato i genomi di quasi due terzi delle specie conosciute di scorfani che vivono nelle acque costiere dell’Oceano Pacifico, scoprendo alcune delle differenze genetiche che alla base della loro durata di vita ampiamente variabile. All’UC Berkley spiegano che «Alcuni scorfani, come il variopinto scorfano calicò (Sebastes dallii), vivono poco più di un decennio, mentre il più longevo del genere Sebastes – lo scorfano rougheye (Sebastes aleutianus), che può essere trovato dal Giappone alle Isole Aleutine — può sopravvivere sul fondo del mare in acque costiere fredde e profonde per più di 200 anni».
Questa ampia differenza di longevità tra le specie, per non parlare delle differenze di dimensioni, stili di vita e nicchie ecologiche e fenotipi, si è evoluta in soli 10 milioni di anni, in una delle irradiazioni più rapide tra tutti i pesci.
Per scoprire i determinanti genetici della durata della vita negli scorfani, i ricercatori statunitensi hanno ottenuto campioni di tessuto – e occasionalmente campioni di degustazione – da 88 specie e hanno sequenziato i loro genomi completi con una tecnica all’avanguardia nota come sequenziamento Pacbio, o SMRT. E’ così che hanno scoperto una varietà di geni associati a una durata di vita più lunga, e spiegano che «Sebbene alcuni di questi geni implichino adattamenti a vivere a una maggiore profondità e a diventare più grossi, sono entrambi associati a una maggiore durata della vita. Tra i mammiferi, ad esempio, gli elefanti vivono più a lungo dei topi». I risultati evidenziano anche i compromessi necessari per avere una lunga durata della vita, che includono popolazioni più piccole, qualcosa che si vede anche nei mammiferi, con i ratti che vivono poco ma che superano di gran lunga in numero i longevi elefanti.
L’autore senior dello studio Peter Sudmant , del Department of Integrative Biology e del Center for Computational Biology dell’UC Berkley, sottolinea che «In questo studio, abbiamo identificato sia le cause genetiche che le conseguenze dell’adattamento alla durata della vita estrema. E’ molto eccitante poter guardare un gruppo di specie e vedere come il loro fenotipo è stato modellato nel tempo e i cambiamenti genetici che guidano quel fenotipo e, contemporaneamente, come quel fenotipo si alimenta e influenza la diversità genetica di quella popolazione».
Sebbene questo nuovo studio implichi diversi nuovi geni, Sudmant riconosce che molti dei percorsi biologici che lui e il suo team hanno scoperto essere associati alla durata della vita erano stati identificati in precedenza in studi genetici sulla variazione all’interno di una singola specie animale, ma fa notare che «Tuttavia, la variazione naturale all’interno di questo genere di pesci che si è irradiata in tutto l’Oceano Pacifico racchiude in modo univoco la maggior parte dei molti fattori genetici che influenzano la durata della vita. Si potrebbe pensare, in qualche modo, allo scorfano come a una specie di tempesta perfetta. sia a livello individuale – avendo singoli pesci in grado di vivere per molto tempo grazie a degli adattamenti di dimensioni e profondità – ma anche avendo tutte queste specie diverse che mostrano queste diverse tendenze. Sono un insieme perfetto di individui da guardare, dove altri esemplari avevano solo una singola specie da guardare».
Lo studio ha anche implicazioni per la comprensione della durata della vita umana. Infatti il team di ricercatori ha scoperto che «Le specie a vita più lunga avevano più geni immunomodulatori – in particolare, un gruppo chiamato butirrofiline – rispetto alle specie a vita più breve. Poiché il sistema immunitario è coinvolto nella regolazione dell’infiammazione e l’aumento dell’infiammazione è stato implicato nell’invecchiamento umano, i risultati indicano geni che potrebbero essere bersagli di terapie per rallentare i danni legati all’età nel corpo. Qui, c’è un’opportunità per guardare nella natura e vedere come gli adattamenti naturali hanno plasmato la durata della vita e per pensare a come quegli stessi tipi di geni agiscono nel nostro corpo».
Gli scienziati statuinitensi hanno cercato le variazioni del DNA più comuni nei pesci con una vita più lunga e hanno trovato 137 variazioni genetiche associate alla longevità «Tuttavia – dicono all’UC Berkley – non tutti hanno un effetto diretto sulla durata della vita. I ricercatori si sono occupati di separare le variazioni genetiche che hanno permesso allo scorfano di adattarsi a profondità più elevate e di crescere fino a dimensioni maggiori, poiché quegli stessi adattamenti hanno l’effetto collaterale di aumentare la durata della vita. Ad esempio, acque più profonde e più fredde rallentano il metabolismo, che è associato a una maggiore durata della vita in molti animali».
Sudmant aggiunge che «Possiamo spiegare il 60% della variazione nella durata della vita semplicemente osservando le dimensioni alla maturità e la profondità a cui vive un pesce. Quindi, si può prevedere la durata della vita con una precisione piuttosto elevata solo da questi fattori. Questo ci ha permesso di identificare i geni che permettono loro di fare quelle cose».
Il resto della variazione legata alla longevità riguardava principalmente tre tipi di geni: un arricchimento nel numero di geni per la riparazione del DNA; variazioni in molti geni che regolano l’insulina, che è nota da tempo per influenzare la durata della vita; un arricchimento per i geni che modulano il sistema immunitario. E secondo i ricercatori «Più geni di riparazione del DNA potrebbero aiutare a proteggere dal cancro, mentre più geni immunitari potrebbero aiutare a scongiurare le infezioni e il cancro. 6 diversi membri del percorso di segnalazione dell’insulina sono in fase di selezione in questi pesci. Se si guardano i libri di testo, ci sono circa 9 o 10 membri principali del percorso, quindi la maggior parte di loro è in fase di selezione negli scorfani».
«In sostanza . evidenzia Sudmant – alcune specie di scorfani hanno allungato la loro vita semplicemente adattandosi a vivere in acque più profonde e fredde e aumentando le loro dimensioni. Le specie più longeve, tuttavia, hanno aumentato ulteriormente la durata della loro vita modificando la riparazione del DNA, la segnalazione dell’insulina e i geni di modulazione immunitaria».
Partendo dagli 88 genomi degli scorfani, i ricercatori sono stati anche in grado di dedurre l’aspetto del genoma ancestrale dello scorfano e come le specie si sono evolute da quell’antenato comune 10 milioni di anni fa. Hanno scoperto che «Con l’aumento della durata della vita, sono diminuiti anche i livelli di popolazione. Alcune delle specie più longeve sopravvivono oggi in piccoli numeri che si affidano a femmine molto anziane, ma molto fertili, per ricostituire la popolazione. Questi pesci femmina grandi, vecchi, grassi e fecondi, o BOFFFF, come sono conosciuti nei circoli della conservazione dei pesci, producono la maggior parte della prole – a volte in milioni all’anno, sebbene con un basso tasso di sopravvivenza – che seminano la generazione successiva».
Sudmant conferma: «In questi scorfani, possiamo effettivamente osservare questa evoluzione che si è verificata in questo periodo di 10 milioni di anni e vediamo che, quando alcune specie evolvono per un breve periodo di vita, le loro dimensioni della popolazione si espandono e quando evolvono per una lunga durata, le loro dimensioni della popolazione si contrae. Qui, possiamo vedere una firma di ciò nei loro genomi, nella variazione genetica che esiste in queste specie. Quindi, c’è una conseguenza nell’adattarsi a una vita lunga o breve. Una scoperta interessante è che le specie longeve hanno un eccesso di alcuni tipi di mutazioni del DNA – in particolare, la conversione della coppia di nucleotidi CG (citosina-guanina) in TG (timina-guanina) – nota per accumularsi nei tumori con l’invecchiamento. Poiché le femmine più anziane di queste specie longeve producono la maggior parte della prole, queste insolite alterazioni genetiche vengono trasmesse al resto della popolazione longeva».
Sudmant e i suoi colleghi di laboratorio stanno attualmente facendo confronti genomici simili nei pipistrelli, primati e altri organismi, esaminando i geni correlati alla durata della vita, all’invecchiamento, allo stress e ad altre differenze fenotipiche. Ma Sudmant conclude: «Il progetto Rockfish è stato qualcosa di speciale. Spesso, in genetica, veniamo derisi per aver fatto esperimenti che sono spedizioni di pesca. Questa era sia letteralmente che figurativamente una spedizione di pesca».
