Parma, 17 settembre 2026 - Come nasce una nuova specie? È una delle grandi domande della biologia evolutiva. Cosa fa sì che due popolazioni, inizialmente appartenenti alla stessa specie e ancora capaci di scambiarsi geni, inizino progressivamente a prendere strade evolutive diverse? Un nuovo studio internazionale appena pubblicato su Science Advances (Multilocus basis of incipient reproductive isolation in hybridizing populations is revealed by pangenomic and epigenetic divergence) suggerisce una risposta che apre nuove interpretazioni, mostrando che le prime fasi della formazione di una nuova specie possono essere molto più complesse di quanto suggerito dai modelli tradizionali: una nuova specie non nasce necessariamente da un singolo cambiamento genetico decisivo, ma può emergere gradualmente dall’accumulo di molte differenze, distribuite in diverse parti del genoma e coinvolte in diversi processi biologici.
Allo studio, che nasce dalla collaborazione tra ricercatori e ricercatrici di diverse istituzioni internazionali, partecipa l’Università di Parma insieme all’Università di Puerto Rico, Río Piedras.
Le farfalle come “laboratorio naturale” dell’evoluzione
Per studiare questo processo sono state analizzate diverse popolazioni della farfalla Heliconius erato. Queste popolazioni rappresentano un sistema particolarmente interessante per studiare l’evoluzione in azione: sono geneticamente differenti, ma in diversi casi continuano a scambiarsi informazioni genetiche sia codificanti (geni) che non (regolatorie).
Sono quindi un vero e proprio “laboratorio naturale” per osservare le prime fasi della formazione di nuove specie, quando le barriere riproduttive non sono ancora completamente consolidate.
Il gruppo di ricerca ha utilizzato tecnologie genomiche ad alta risoluzione per osservare queste differenze non soltanto in singoli geni, ma nell’intero genoma.
Un “pangenoma” per vedere una diversità che prima poteva sfuggire
Uno degli aspetti innovativi dello studio è l’utilizzo del pangenoma, cioè una rappresentazione della diversità genomica che tiene conto di più individui e popolazioni. Tradizionalmente, infatti, per studiare il genoma di una specie si utilizza una singola sequenza di riferimento, ma questo approccio può nascondere una parte importante della variabilità genetica.
L’approccio “pangenomico” offre invece una visione molto più completa della variabilità genetica, perché permette di individuare anche sequenze presenti in alcuni individui o popolazioni ma assenti in altre.
Nello specifico si è costruito un pangenoma di di Heliconius erato, ottenuto integrando sei genomi rappresentativi di sei popolazioni diverse. Il pangenoma costruito nello studio comprende circa 688 milioni di basi, quasi il doppio rispetto al singolo genoma di riferimento utilizzato in precedenza. Questo ha permesso di identificare una quantità maggiore e più rappresentativa della variabilità genetica presente nelle diverse popolazioni all’interno della specie.
Non cambia solo il DNA: cambia anche il modo in cui il genoma funziona
Lo studio ha analizzato anche un altro livello fondamentale: come il genoma viene regolato. E per questo si è studiata l’accessibilità della cromatina, un indicatore delle regioni non codificanti del genoma che possono essere coinvolte nella regolazione dell’attività dei geni.
Le differenze osservate tra le popolazioni indicano che, mentre queste iniziano a divergere, non cambia soltanto la sequenza del DNA: possono cambiare anche i paesaggi regolatori che controllano l’utilizzo dell’informazione genetica. Questi cambiamenti regolatori sembrano contribuire, insieme alla divergenza della sequenza, alla formazione di barriere nella regolazione (attivazione o soppressione) di geni.
Dalla differenza alla nuova specie
È proprio mettendo insieme questi diversi livelli di informazione che emerge il risultato più importante dello studio.
Le barriere che progressivamente riducono lo scambio genetico tra popolazioni non sembrano essere necessariamente il prodotto di pochi grandi cambiamenti. Al contrario, i dati sono coerenti con un modello nel quale molte differenze di effetto piccolo o moderato si accumulano nel tempo, interessando regioni del genoma coinvolte nella regolazione, nel comportamento, nella fisiologia e nella riproduzione.
In altre parole, la formazione di una nuova specie può essere un processo distribuito nel genoma e costruito passo dopo passo.
Questa prospettiva permette di comprendere meglio come popolazioni che inizialmente appartengono alla stessa specie possano, nel corso dell’evoluzione, diventare sempre più differenti fino a sviluppare barriere riproduttive stabili.
Un nuovo modo di studiare l’evoluzione
La ricerca rappresenta inoltre un esempio di come la moderna genomica stia cambiando il modo in cui è possibile studiare l’evoluzione: invece di cercare una singola risposta in un singolo gene, oggi è possibile osservare contemporaneamente la sequenza del DNA, la sua organizzazione e regolazione e la variabilità presente all’interno delle popolazioni.
È attraverso questa visione integrata che diventa possibile seguire uno dei processi più importanti della storia della vita: le prime fasi del passaggio da popolazioni in divergenza verso l’origine di una nuova specie.
Il ruolo dell'Università di Parma e il valore aggiunto delle collaborazioni internazionali
Lo studio nasce dalla collaborazione tra ricercatori e ricercatrici di diverse istituzioni internazionali. Tra queste l'Università di Parma e l'Università di Puerto Rico, Río Piedras, insieme a gruppi di ricerca negli Stati Uniti, nel Regno Unito, in Belgio e a Panama.
Riccardo Papa, docente del Dipartimento di Scienze Chimiche, della Vita e della Sostenibilità Ambientale dell’Università di Parma, è responsabile scientifico e corresponding author dello studio.
La ricerca rappresenta un esempio della capacità di integrare competenze di biologia evolutiva, genomica, bioinformatica e analisi epigenomica attraverso collaborazioni scientifiche internazionali. La pubblicazione su Science Advances, rivista internazionale multidisciplinare peer-reviewed e open access della famiglia Science dell'American Association for the Advancement of Science (AAAS), sottolinea la rilevanza dei risultati.
