Il devastante tsunami in Giappone del 2011 ha creato pesci ibridi

Il devastante terremoto di magnitudo 9,1 verificatosi l'11 marzo 2011 in Giappone, responsabile della morte di circa 20.000 persone e dell'incidente nucleare della centrale di Fukushima Dai-ichi, ha dato vita a un affascinante esperimento di biologia evolutiva i cui risultati sono stati appena pubblicati in uno studio scientifico. In parole semplici, a causa dell'onda di tsunami alta 10 metri che colpì la città di Otsuchi (prefettura di Iwate), nell'entroterra nipponico furono trascinati numerosi pesci marini; questo processo, accompagnato dalla seguente risacca, ha fatto congiungere due specie di pesci diverse ma strettamente imparentate, che sono finite assieme in nuovi stagni di acqua marina successivamente trasformatisi in bacini di acqua dolce grazie alle precipitazioni. Lo spinarello marino del Mar del Giappone (Gasterosteus nipponicus) e lo spinarello (Gasterosteus aculeatus) hanno così dato vita a una nuova popolazione che, alla luce dell'affinità genetica, si è riprodotta generando pesci ibridi. Nel giro di circa un decennio, però, i geni della specie marina sono stati praticamente eliminati dalla discendenza, mantenendo così una netta separazione tra le specie coinvolte e impedendo la nascita di una nuova specie con caratteristiche intermedie. Secondo gli studiosi, questo meccanismo biologico serve proprio a mantenere separate due specie con isolamento riproduttivo incompleto, un processo affascinante che è stato osservato in tempo reale grazie a un esperimento del tutto naturale.

A descrivere la nascita di questi pesci ibridi e la successiva, incredibilmente rapida scomparsa del materiale genetico proveniente dalla specie marina trasportata dal disastro naturale, formalmente conosciuto come terremoto e maremoto del Tōhoku del 2011, è stato un team di ricerca giapponese guidato da scienziati del Laboratorio di Genetica Ecologica dell'Istituto Nazionale di Genetica di Mishima, che hanno collaborato a stretto contatto con colleghi di vari istituti. Fra quelli coinvolti figurano l'Università di Studi Avanzati di Mishima: il Centro di Ricerca sul Campo per la Biosfera Settentrionale dell'Università di Hokkaido; il Centro di Bioscienze e Biotecnologie dell'Università di Nagoya; l'Università di Tokyo e altri ancora. I ricercatori, coordinati dai professori Takuya K. Hosoki e Jun Kitano, hanno iniziato a monitorare questi nuovi stagni con le due specie di spinarelli sin dalla loro formazione; gli ibridi emersero immediatamente, tenendo presente che nel 2012 rappresentavano ben il 38 percento degli individui analizzati. Appena otto anni dopo, nel 2020, la popolazione è tornata a manifestare una netta prevalenza dei geni della specie d'acqua dolce, lo spinarello o spinarello a tre spine, facendo praticamente scomparire quelli dello spinarello marino. Come spiegato dal professor Hosoki e colleghi, la porzione del genoma di Gasterosteus nipponicus è stata eliminata nell'arco di circa dieci generazioni, tenendo presente che il tempo generazionale della popolazione degli stagni di Otsuchi è di circa un anno.

L'eliminazione del genoma dello spinarello marino non è stata casuale, perché i primi geni a sparire sono stati quelli legati all'isolamento riproduttivo tra le due specie, cioè quelli che permettono di mantenere i due spinarelli come specie separate. Ad andare perduti sono stati i geni che aiutano la sopravvivenza in acqua dolce (il ciclo di vita dello spinarello marino prevede una fase in acqua dolce), i geni legati alla scelta dell'habitat, quelli associati alla sterilità degli ibridi maschi e altri ancora. Due regioni cromosomiche sono state eliminate molto rapidamente, ovvero quelle associate ai cromosomi della riproduzione ancestral-X e neo-X. Gli ibridi portatori dei geni marini erano svantaggiati perché sopravvivevano meno in acqua dolce; inoltre erano dotati di geni che favorivano la migrazione verso il mare (laddove i bacini d'acqua fossero collegati), contribuendo a un'ulteriore riduzione della popolazione ibrida nei luoghi studiati. Alcuni alleli di origine marina riducevano direttamente la probabilità di sopravvivenza.

"Questo studio ha riservato due grandi sorprese", hanno affermato in un comunicato stampa i professori Hosoki e Kitano. "Innanzitutto, non ci aspettavamo che le regioni genomiche associate a importanti barriere riproduttive venissero eliminate così rapidamente. In secondo luogo, siamo rimasti sorpresi dal fatto che la maggior parte del genoma estraneo abbia continuato a scomparire nelle generazioni successive. Un'importante domanda da porsi ora è se questa combinazione di poche forti barriere riproduttive e molte deboli incompatibilità genetiche rappresenti un meccanismo generale attraverso il quale i confini tra le specie vengono mantenuti dopo l'ibridazione."

Simulazioni al computer hanno mostrato che la deriva genetica non poteva essere sufficiente a spiegare una perdita così rapida degli alleli derivanti dalla specie marina; secondo gli esperti, questo processo è un meccanismo che si instaura per mantenere separate due specie ed è legato alla presenza di molteplici, piccole e deboli incompatibilità genetiche distribuite lungo tutto il genoma, non soltanto a pochi ma importanti geni di grande rilevanza. Le specie possono ibridarsi, ma la nascita di una nuova specie non è un processo automatico, dato che i geni legati all'isolamento riproduttivo possono rappresentare una barriera significativa per mantenere i due genomi ben separati.

Ciò che è stato osservato in Giappone è un esempio di come agisce la selezione naturale e di come la vita continui a perpetuarsi e a "tutelarsi" anche dinanzi a disastri naturali come il devastante sisma e tsunami del 2011, che è stato in grado di rimescolare due specie imparentate ma separate. Questo studio può essere prezioso per comprendere la traiettoria che alcune specie potrebbero seguire a causa della globalizzazione e dell'impatto antropico, che trasferiscono continuamente organismi da un ambiente a un altro. I dettagli della ricerca "Rapid genome-wide purging following tsunami-induced hybridization in a stickleback population" sono stati pubblicati sull'autorevole rivista scientifica Nature Ecology & Evolution.