Lo tsunami che nel 2011 ha colpito il Giappone non ha trasformato soltanto il territorio, ma ha lasciato una traccia anche nell’evoluzione di una popolazione di pesci. La catastrofe naturale ha infatti favorito l’incontro e l’incrocio tra due specie che fino a quel momento vivevano in ambienti differenti. L’ibridazione è stata inizialmente molto ampia, ma il patrimonio genetico della specie marina è progressivamente diminuito fino a diventare quasi irrilevante dopo circa dieci generazioni.
È il risultato di uno studio pubblicato su Nature Ecology & Evolution, realizzato da ricercatori di nove istituzioni giapponesi, tra cui Takuya Hosoki e Jun Kitano del National Institute of Genetics. Per nove anni gli scienziati hanno seguito l’evoluzione genetica della popolazione, osservando come i meccanismi di isolamento riproduttivo abbiano contribuito a ristabilire la prevalenza della specie d’acqua dolce.
Lo tsunami ha fatto incontrare due specie
La ricerca si è concentrata su Otsuchi, nella prefettura di Iwate, dove nel 2011 lo tsunami ha raggiunto un’altezza superiore ai dieci metri. L’onda, insieme al successivo abbassamento del terreno, ha modificato profondamente il paesaggio e gli habitat della zona, contribuendo alla formazione di nuovi bacini d’acqua dolce all’interno dell’area abitata.
In questo nuovo ambiente sono entrate in contatto due specie di spinarelli: Gasterosteus nipponicus, tipicamente marina, e Gasterosteus aculeatus, presente invece nelle acque dolci. Secondo la ricostruzione dei ricercatori, lo tsunami ha trasportato nell’area alcuni esemplari della specie marina, mentre il deflusso dell’acqua ha portato nel nuovo bacino individui della specie d’acqua dolce provenienti da monte.
Prima del disastro, le due popolazioni occupavano ambienti diversi e il loro contatto era quindi limitato. La formazione del nuovo habitat ha eliminato temporaneamente questa separazione, rendendo possibili gli incroci.
Nel 2012, appena un anno dopo lo tsunami, il 38% degli esemplari analizzati era costituito da ibridi, con materiale genetico proveniente da entrambe le specie.
In dieci generazioni il genoma è cambiato
Gli scienziati hanno seguito la popolazione negli anni successivi per capire se questa mescolanza genetica fosse destinata a stabilizzarsi. I risultati hanno mostrato invece un processo progressivo di selezione: le regioni del genoma provenienti dalla specie marina hanno iniziato a diminuire.
Nel 2020, il patrimonio genetico della popolazione era tornato quasi completamente riconducibile a Gasterosteus aculeatus, la specie d’acqua dolce. Considerando che questi pesci hanno un tempo di generazione di circa un anno, la maggior parte del contributo genetico della specie marina è quindi scomparsa nell’arco di circa dieci generazioni.
Questo non significa che l’ambiente sia tornato alle condizioni precedenti allo tsunami o che tutti gli individui ibridi siano scomparsi. Il cambiamento riguarda soprattutto la composizione genetica predominante della popolazione: dopo una fase iniziale di forte ibridazione, il patrimonio della specie d’acqua dolce è tornato a prevalere.
Le barriere riproduttive hanno favorito il ritorno della specie d’acqua dolce
Per comprendere il fenomeno, i ricercatori hanno analizzato le regioni del genoma coinvolte nell’isolamento riproduttivo, cioè quei meccanismi biologici che limitano lo scambio di geni tra specie differenti.
Quando due specie strettamente imparentate si incrociano, parte del patrimonio genetico di una può essere trasmessa alla popolazione dell’altra. La permanenza di questi geni nelle generazioni successive dipende però dalla loro compatibilità con il resto del genoma e dagli effetti che producono negli individui che li ereditano.
A Otsuchi, il materiale genetico proveniente dalla specie marina è diminuito più rapidamente proprio nelle regioni associate ad alcune importanti barriere riproduttive. Tra queste rientrano geni legati all’adattamento all’acqua dolce, alla migrazione verso il mare, alla scelta del partner e alla sterilità dei maschi ibridi.
Questi meccanismi hanno quindi contribuito a limitare la permanenza dei geni provenienti dalla specie marina. Tuttavia, secondo lo studio, non sono sufficienti da soli a spiegare la rapida perdita osservata nel resto del genoma.
Tante piccole incompatibilità hanno accelerato il processo
Per approfondire il fenomeno, gli scienziati hanno utilizzato simulazioni basate su individui. I risultati hanno indicato un possibile ruolo di numerose incompatibilità genetiche di effetto relativamente debole, distribuite in diverse parti del genoma.
Singolarmente, queste incompatibilità avrebbero avuto un effetto limitato. La loro azione combinata, però, potrebbe aver contribuito alla rapida eliminazione del patrimonio genetico proveniente dalla specie marina, insieme alle barriere riproduttive più forti.
Per i ricercatori, proprio questa combinazione rappresenta uno degli aspetti più interessanti dello studio. Non soltanto le regioni associate alle principali barriere riproduttive sono scomparse rapidamente, ma anche una parte consistente del restante materiale genetico estraneo ha continuato a diminuire nelle generazioni successive.
Un esperimento naturale durato nove anni
Il caso di Otsuchi rappresenta un’opportunità rara per studiare direttamente le conseguenze genetiche di una ibridazione naturale fin dalle sue prime fasi. Normalmente, infatti, gli incroci avvenuti nel passato vengono ricostruiti attraverso le tracce ancora presenti nei genomi delle popolazioni attuali.
In questo caso, invece, gli studiosi hanno potuto collegare l’incontro tra le due specie a un evento preciso e seguire la popolazione per nove anni.
Lo studio non dimostra che tutte le popolazioni ibride seguano necessariamente lo stesso percorso. Le simulazioni suggeriscono però che la combinazione tra alcune forti barriere riproduttive e molte incompatibilità genetiche più deboli possa rappresentare un meccanismo importante nel mantenimento della distinzione tra specie.
Lo tsunami del 2011 ha quindi prodotto una forte mescolanza genetica temporanea, senza portare alla fusione stabile delle due specie. Nel corso di circa dieci generazioni, il contributo della popolazione marina è diventato progressivamente residuale, mentre il patrimonio genetico della specie d’acqua dolce è tornato quasi esclusivo. Un evento naturale estremo si è così trasformato in una rara occasione per osservare direttamente, nel corso di una sola ricerca, come i confini genetici tra specie possano ricostituirsi dopo un’intensa fase di ibridazione.
Foto di Dane Amacher: https://www.pexels.com/it-it/foto/mare-natura-onda-meteo-23948468/
