Il colore delle farfalle: le ricerche di Riccardo Papa pubblicate in tre prestigiose riviste

Parma, 17 dicembre 2019 – Un nuovo importante tassello nello studio dell’evoluzione del colore delle farfalle.

E’ quello aggiunto dalle ultime ricerche di Riccardo Papa e collaboratori, comparse nel mese di novembre in tre articoli pubblicati su riviste scientificamente rinomate: Science, Proceeding of the national academy of science (PNAS), Current Biology.

Papa, romano, classe 1975, attualmente professore ordinario all’Università di Puerto Rico – Río Piedras, ha ottenuto la laurea ed il dottorato di ricerca all’Università di Parma nel 2004 nel  Dipartimento di Biologia Evolutiva.

I tre articoli aggiungono nuove informazioni sui meccanismi con cui l'evoluzione e la selezione naturale operano per facilitare l'adattamento delle caratteristiche morfologiche.

L’articolo pubblicato su PNAS dimostra che, anche se le farfalle utilizzano pochi geni per generare la loro diversità, il numero delle regioni regolatrici e la loro interazione è estremamente complessa.  Questi elementi del DNA non codificanti (che non generano proteine) controllano quando e dove i geni per i diversi colori delle ali siano espressi. Questa architettura genetica permette di poter evolvere e scambiare parti del DNA senza compromettere la funzione di geni che molto probabilmente partecipano a loro volta a diversi processi dello sviluppo. A tal riguardo la pubblicazione su Science (cover del giornale) ha dimostrato che nel genere Heliconius questi processi di scambio definiti in biologia ibridizzazioni avvengono molto più frequentemente di quanto si pensasse. La scoperta su Science dimostra che differenti specie condividono lo stesso DNA come risultato dell’ibridizzazione avvenuta nel loro passato e mette in luce l’importanza dell’ibridizzazione nell’evoluzione della diversità biologica. Nelle farfalle questo meccanismo ha permesso di passare quegli elementi regolatori del DNA, quindi facilitando l’incredibile diversificazione dei loro colori.

Il terzo articolo – pubblicato sulla rivista Current Biology- investiga sulla possibilità di predire l’evoluzione,  con l’obiettivo di indagare se le farfalle che esibiscono pattern dei colori identici lo facciano usando la stessa architettura genetica. In questo studio gli scienziati hanno messo a punto ed utilizzato una tecnica di editing genetico manipolando e rimuovendo precise regioni del DNA delle farfalle come un chirurgo farebbe in sala operatoria. Il gruppo di investigatori ha generato quindi un gran numero di farfalle transgeniche utilizzando la tecnica CRISPR/Cas9 e verificato la funzione di uno dei geni che controllano lo sviluppo del colore delle loro ali. Rimuovendo il gene WntA, una delle molecole fondamentali per distribuire colori nelle ali delle farfalle, è stato osservato un cambiamento sostanziale nel fenotipo. In assenza del gene, popolazioni della stessa specie possono radicalmente cambiare il loro pattern delle ali alterando la distribuzione dei colori gialli, rossi, arancioni e bianchi. In alcuni casi l’alterazione del colore è impressionante. Da un punto di vista tecnico gli scienziati sono in grado oggi di generare nuovi fenotipi di colorazioni nelle farfalle in maniera analoga a quello fatto dai floricoltori. Quando però l’esperimento è stato fatto con farfalle con colorazioni simili ma evolutivamente molto distanti tra di loro il risultato è stato alquanto sorprendente. La rimozione del gene WntA nelle specie Heliconius erato ed Heliconius melpomene ha dimostrato un comportamento e una funzione differente da quelli aspettati. Contro ogni attesa questo gene sembra controllare lo sviluppo del colore in maniera alquanto diversa nelle due farfalle, suggerendo per la prima volta che la convergenza adattativa possa avvenire usando una differente architettura genetica e dello sviluppo.

Nel complesso i tre articoli rappresentano un notevole passo in avanti nella comprensione dei processi evolutivie propongono una regolazione e interazione genica di gran lunga più complessa del previsto. La conclusione è stata che l’evoluzione di morfologie identiche come quelle rappresentate dai colori delle farfalle possa avvenire tramite l’utilizzo degli stessi geni, usati però in maniera distinta.

Negli ultimi dieci anni un gruppo di scienziati di tutto il mondo ha identificato i geni che vengono usati per colorare le ali delle farfalle, svelando le modalità con cui l’evoluzione agisce per creare nuovi fenotipi. Riccardo Papa ha contribuito negli ultimi anni a delineare le caratteristiche genetiche e i meccanismi alla base di tale incredibile diversità nei colori. Insieme ad un folto  gruppo di colleghi ha identificato una manciata di molecole responsabili per la distribuzione dei colori: gialli, rossi, bianchi e neri.  Con le ultime ricerche Papa e collaboratori hanno dunque aggiunto un tassello importante nello studio dell’evoluzione.