Una modifica genetica trasferisce a una mosca l'abitudine di un'altra specie di rigurgitare prima di accoppiarsi

Una specie comune di moscerino della frutta, la Drosophila subobscura , ha un peculiare rituale di accoppiamento. Per accettare l'accoppiamento, la femmina richiede al maschio di rigurgitare il cibo direttamente nella sua bocca. Questo è un comportamento innato caratteristico, non osservato in altre specie di moscerini della frutta, come la Drosophila melanogaster , i cui maschi compongono semplicemente suoni di corteggiamento vibrando le ali. Circa 30 milioni di anni di evoluzione separano le due specie. Un team di scienziati giapponesi è ora riuscito a trasferire il rituale da una specie all'altra con una semplice modifica genetica. In un laboratorio dell'Università di Nagoya, i maschi di Drosophila melanogaster hanno iniziato a rigurgitare il cibo nella bocca delle femmine prima dell'accoppiamento. Gli autori affermano che questa è la prima volta che un comportamento è stato trasferito tra specie manipolando un singolo gene.

L'esperimento rivela un fenomeno sorprendente. Entrambe le specie condividono un tratto di DNA, il gene fru , che controlla il comportamento di corteggiamento maschile. Tuttavia, alcune suonano musica, mentre altre offrono doni nuziali rigurgitati. Gli scienziati, guidati dal genetista Daisuke Yamamoto , hanno osservato che iperattivando il gene in un gruppo di neuroni di Drosophila melanogaster , queste cellule sviluppano lunghe proiezioni che creano nuovi circuiti cerebrali e generano il comportamento di rigurgito nella bocca della femmina. I loro risultati mostrano che una piccola riconfigurazione dei neuroni è sufficiente per salvare il comportamento ancestrale. Lo studio è stato pubblicato questo giovedì sulla rivista Science , un punto di riferimento per la migliore scienza al mondo.

Nel marzo 2023, il biologo spagnolo Albert Cardona e la sua collega croata Marta Zlatic hanno presentato la prima mappa completa del cervello di un animale: quella della larva della mosca Drosophila melanogaster . Un anno dopo, un consorzio internazionale ha ottenuto la mappa del cervello adulto : 140.000 neuroni, con circa 55 milioni di connessioni tra loro. Cardona ritiene che il nuovo studio "sia molto interessante, ma, sebbene possa sembrare nuovo, non lo è poi così tanto". Il biologo ricorda che due anni fa, la neuroscienziata Tomoko Ohyama ha dimostrato che manipolando l'attività di un neurone nelle larve di Drosophila melanogaster , si poteva riprodurre il caratteristico comportamento di fuga di un'altra specie di mosca, la Drosophila santomea , le cui larve sfuggono rotolando via dagli stimoli nocivi.

Cardona, del Laboratorio di Biologia Molecolare di Cambridge, spiega che lui e un'altra biologa spagnola che lavora nel Regno Unito, Lucía Prieto Godino , hanno pubblicato i risultati preliminari di uno studio simile a giugno. Gli autori hanno mappato i circuiti neurali del sistema olfattivo della mosca Drosophila erecta , un insetto endemico dell'Africa occidentale che si nutre esclusivamente dei frutti di un arbusto tropicale. Dopo aver analizzato il meccanismo di questa preferenza, il team ha manipolato geneticamente le connessioni neurali della mosca Drosophila melanogaster in modo che anch'essa preferisse il frutto africano.

Il biologo si rammarica che lo studio giapponese non citi questi due precedenti, ma riconosce il valore dei nuovi risultati. "Ciò che va sottolineato è che, sebbene separate da 30 milioni di anni, le due specie di mosca, Drosophila melanogaster e Drosophila subobscura , sono capaci dello stesso comportamento – condividere un dono nuziale [cibo rigurgitato] – ma nella prima ciò non avviene naturalmente, mentre nella seconda sì. Questo porta a ipotizzare che l'evoluzione non debba necessariamente formare nuovi circuiti , ma semplicemente perfezionare l'intensità delle connessioni tra i neuroni, e questo è sufficiente a modificare il comportamento, come descritto per la prima volta da Tomoko Ohyama e Lucía Prieto Godino", riflette il ricercatore.

Prieto Godino dirige un laboratorio presso il Francis Crick Institute di Londra che studia l'evoluzione dei circuiti neurali : le connessioni tra le cellule da cui dipendono pensieri, ricordi e comportamento. Il biologo plaude allo studio che ha trasferito il rituale del rigurgito. "Questo lavoro dimostra che cambiamenti genetici potenzialmente semplici – come la modifica dell'espressione di un gene in neuroni che normalmente non lo esprimono – possono modificare il modo in cui quei neuroni si connettono con il resto dei circuiti e come questo, a sua volta, possa modificare il comportamento", sottolinea.

Il genetista Daisuke Yamamoto spiega perché ritiene che il suo trasferimento dell'abitudine di rigurgitare prima dell'accoppiamento vada oltre gli studi precedenti. "Siamo riusciti a trasferire un intero schema comportamentale da una specie all'altra manipolando un singolo gene master che controlla un comportamento specifico", sostiene Yamamoto, del National Institute of Information and Communications Technology di Kobe, in una e-mail. "Per quanto ne so, questa è la prima volta che ciò accade. Studi precedenti hanno indotto cambiamenti nell'intensità di una risposta o nelle preferenze o avversioni, ma non nei repertori comportamentali stessi", aggiunge.