Conosci il libro “L’orologiaio cieco: Creazione o evoluzione?” di Richard Dawkins? Potrebbe non essere famoso come il suo grande successo Il gene egoista, ma è una buona lettura se sei interessato all’evoluzione degli esseri viventi.
Nella sua prima parte, Dawkins si dedica a spiegare la soluzione a uno dei problemi che più preoccupavano Charles Darwin: l’origine evolutiva di qualcosa di così complesso come l’occhio dal progressivo accumulo di piccoli cambiamenti ereditabili. Nelle sue pagine spiega come diversi animali abbiano risolto questo problema in vari modi, dall’organo della vista del calamaro a quello degli esseri umani.
Un recente articolo pubblicato dal gruppo guidato da Matthew Daugherty, professore all’Università della California a San Diego, spiega l’origine evolutiva di uno di questi “piccoli cambiamenti”. E paradossalmente si potrebbe definire una “grande rapina”.
L’oscillazione della retina e del retinolo
Più di 500 milioni di anni fa, l’antenato di tutti i vertebrati ha integrato un gene di un batterio nel suo genoma attraverso un processo di trasferimento genico orizzontale. Quel gene si è evoluto nella proteina legante i retinoidi interfotorecettori (IRBP).
A cosa serve la proteina IRBP? I nostri occhi possono percepire la luce grazie a cellule fotorecettrici che contengono una molecola fotosensibile chiamata cis-retinale. Quando un fotone cade su di esso, subisce una serie di cambiamenti che lo trasformano in transretinico e poi in retinolo. La cellula fotorecettore invia quindi un segnale al cervello.
A quel punto, il retinolo deve essere riciclato. Per fare ciò, lascia la cellula dei fotorecettori e viene impacchettato nell’IRBP in una cellula dell’epitelio pigmentato retinico, dove diventa nuovamente retinico. Da lì, viene nuovamente impacchettato nell’IRBP e viaggia verso la cellula dei fotorecettori per il riutilizzo.
In breve, l’IRBP è un “messaggero” che porta il retinale o il retinolo alle rispettive destinazioni. Senza IRBP non ci sarebbe riciclaggio e quindi nessuna visione. Infatti, alcune retinopatie sono associate a livelli ridotti di quella proteina.
Nel caso degli invertebrati, il processo è molto diverso. La molecola fotosensibile cis-retinica si trasforma in trans-retinica grazie alla luce blu. Ed è riciclato quando la luce arancione trasforma il transretinale in cis-retinico. Cioè, le molecole fotosensibili non devono lasciare la cellula fotorecettrice. Il percorso evolutivo del meccanismo molecolare della visione è completamente diverso tra invertebrati e vertebrati.
Alla ricerca dell’origine batterica
La peculiare somiglianza tra il gene che codifica per l’IRBP umano e un gene presente nei batteri è nota dal 2001, quando è stato sequenziato il genoma umano. Tuttavia, si è pensato che potesse trattarsi di qualche tipo di errore nell’analisi o di contaminazione del campione con DNA batterico.
Matthew Daugherty non la pensava così. Quello che ha fatto il suo gruppo è stato cercare geni simili nei genomi di altre specie di vertebrati che non sono stati trovati in altri gruppi di animali. Ciò potrebbe indicare un “salto” dai batteri agli animali.
Questo è il caso del gene per IRBP. È presente in tutti i vertebrati, dalla lampreda di mare alle scimmie antropomorfe. E le proteine più simili ad esso sono le peptidasi batteriche, la cui funzione è quella di riciclare altre proteine attraverso la proteolisi. Grazie a questo processo, la peptidasi è in grado di scomporre una proteina per riutilizzare i suoi amminoacidi nella sintesi di nuove proteine.
Quando il gene batterico è stato trasferito all’antenato dei vertebrati, ha subito una serie di modificazioni, che gli hanno fatto perdere la sua attività proteolitica in cambio dell’acquisizione della funzione di legante retinico e retinolo.
Una delle trasformazioni era una doppia duplicazione del gene. La peptidasi batterica è una proteina di 295 aminoacidi con un singolo dominio funzionale. Che cosa significa? Le proteine funzionano come strumenti, quindi immaginiamo che la peptidasi batterica fosse un rasoio con una sola lama. Con la doppia duplicazione arrivò ad avere 1247 amminoacidi e quattro domini. Cioè, è stato trasformato in un coltellino svizzero con quattro strumenti diversi.
Quindi abbiamo un altro pezzo del puzzle che spiega la formazione dell’occhio, ma solleva anche qualche altro enigma. Qual è stato il processo di questo trasferimento genico orizzontale tra un batterio e l’antenato dei vertebrati? Perché ha colpito solo le cellule coinvolte nella visione?
Come spesso accade nella scienza, quando rispondi a una domanda, ne compaiono altre cento.
Autore
Manuel Sánchez Angulo, Università Miguel Hernández
