venerdì 10 novembre 2017

Come le piante carnivore hanno acquisito la loro predilezione per gli insetti?


Un nuovo studio sonda le origini della natura carnivora in varie piante distinte - tra cui piante australiane, asiatiche e americane, che sembrano sorprendentemente simili all'occhio umano (o a quello degli insetti). Sebbene ogni specie abbia sviluppato autonomamente la natura carnivora, la ricerca conclude che i meccanismi biologici necessari per la digestione degli insetti si sono evoluti in modo strettamente simile in tutte e tre.

I risultati indicano che per una pianta, i percorsi evolutivi per diventare carnivora possono essere pochi e rari.


"Questo suggerisce che ci sono solo percorsi limitati per diventare una pianta carnivora", afferma il biologo Victor A. Albert della University at Buffalo. "Queste piante avevano un kit di strumenti genetici e hanno cercato una risposta al problema di come diventare carnivore, e alla fine, esse sono arrivate tutte alla stessa soluzione".

La ricerca, "Genome of the pitcher plant Cephalotus reveals genetic changes associated with carnivory", che è stata pubblicata il 6 febbraio 2017 in Nature Ecology and Evolution è stata condotta da un team internazionale guidato dal dottor. Mitsuyasu Hasebe del National Institute for Basic Biology del Giappone e dalla SOKENDAI (Graduate University for Advanced Studies) in Giappone; Kenji Fukushima, PhD delle stesse istituzioni e della University of Colorado School of Medicine; Shuaicheng Li, PhD del BGI-Shenzhen in Cina; e Albert, professore di scienze biologiche del UB's College of Arts and Sciences.

Come diventare una pianta carnivora: una stretta strada evolutiva

Le piante carnivore catturano gli insetti, attirandoli in una trappola a tranello - una foglia a forma di coppa con un interno ceroso e scivoloso che rende difficile risalire. Nella parte inferiore di questa camera si trova una zuppa di liquidi digestivi che degrada la carne e gli esoscheletri della preda.

Alcune piante carnivore australiane, asiatiche e americane possiedono queste caratteristiche anche se si sono evolute indipendentemente per diventare carnivore, è quanto hanno scoperto Albert e colleghi in uno studio del 1992 pubblicato sulla rivista Science.

Il nuovo documento si basa su questo lavoro più vecchio, ma conduce un'indagine approfondita su come piante carnivore non correlate hanno condiviso così tante caratteristiche.

Come risulta, il cammino verso il diventare carnivore è stato notevolmente simile per le tre specie esaminate: Cephalotus follicularis (pianta carnivora australiana, imparentata con la carambola), Nepenthes alata (una pianta carnivora asiatica imparentata con il grano saraceno) e Sarracenia purpurea (pianta carnivora americana imparentata col kiwi). Un'analisi genetica, che comprendeva la sequenza dell'intero genoma di Cephalotus, ha dimostrato che durante la loro evoluzione in carnivore, ognuna di queste piante ha cooptato molte delle stesse proteine ​​antiche per creare gli enzimi per la digestione delle prede.

Nel tempo, in tutte e tre le specie, le famiglie proteiche vegetali che originariamente erano destinate all'autodifesa contro malattie e altre sollecitazioni si svilupparono negli enzimi digestivi che vediamo oggi, é quanto suggeriscono alcuni indizi genetici. Questi enzimi comprendono la chitinasi, che scompone la chitina - la componente principale degli esoscheletri rigidi esterni degli insetti - e della fosfatasi acida, che consente alle piante di ottenere il fosforo, un nutriente importante, dal corpo delle vittime.

Gli enzimi in una quarta specie carnivora, Drosera adelae, una parente della Nepenthes che non è una pianta carnivora, sembrano condividere anch'essi questa strada evolutiva.

"Vincoli sui percorsi disponibili" per diventare carnivore

I risultati rappresentano un esempio di evoluzione convergente, in cui specie non correlate si sviluppano in modo indipendente per acquisire tratti simili, affermano Hasebe e Fukushima.

"Tale sviluppo parallelo spesso indica un adattamento particolarmente prezioso", afferma Hasebe.

Come spiega Fukushima, "le piante carnivore spesso vivono in ambienti poveri di nutrienti, quindi la capacità di intrappolare e digerire gli animali può essere indispensabile a causa della carenza di altre fonti di nutrimento".

È sorprendente che le piante studiate avessero percorso un cammino simile fino a diventare predatori, dicono gli scienziati. L'evoluzione convergente spesso funziona in questo modo. Albert e colleghi hanno mostrato, ad esempio, in uno studio precedente che mentre le piante di caffè e cioccolato hanno sviluppato in modo indipendente la caffeina, hanno cooptato proteine ​​strettamente correlate per produrla.

I risultati del nuovo studio "implicano vincoli sulle rotte disponibili per evolvere in vegetali carnivori", scrivono gli autori dello studio su Nature Ecology and Evolution. Questa prospettiva è sottolineata da rilievi comuni tra gli enzimi digestivi nelle piante di Cephalotus e Nepenthes.

Durante il corso dell'evoluzione, i blocchi che costruiscono gli enzimi e che sono chiamati aminoacidi vengono spesso sostituiti da altri amminoacidi. In C. follicularis e N. alata, la chitinasi e la fosfatasi acida condividono numerose sostituzioni di aminoacidi identiche o molto simili che non si verificano in specie non carnivore, il che suggerisce che queste alterazioni possano aiutare questi enzimi a funzionare in maniera particolare per la pianta carnivora. Analogamente, l'enzima RNase T2, che rompe l'RNA nelle cellule degli insetti per produrre cibo per le piante, aveva molteplici sostituzioni aminoacidiche evolutivamente convergenti in C. follicularis e in un antenato comune di N. alata e D. adelae.

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