>Biologi spiegano in che modo gli organismi in grado di tollerare le mutazioni, ma di adattarsi ai cambiamenti ambientali

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I biologi della University of Pennsylvania, studiando i processi di evoluzione sembrano aver risolto un enigma di lunga data: Come gli organismi possano essere resistenti contro gli effetti delle mutazioni, ma allo stesso tempo flessibili quando cambia l’ambiente?
La risposta è breve, secondo la University of Pennsylvania biologo Joshua B. Plotkin, è che questi due requisiti non sono spesso contraddittori e che un livello ottimale di robustezza, resistenza,
mantiene il fenotipo in un ambiente, ma permette anche l’adattamento ai cambiamenti ambientali.

Utilizzando un modello matematico originale, i ricercatori hanno dimostrato che la solidità delle mutazioni può ostacolare o facilitare l’adattamento a seconda della dimensione della popolazione, il tasso di mutazione e una misura della capacità riproduttiva di una varietà di genotipi, chiamato il paesaggio fitness.
I risultati forniscono una comprensione quantitativa del rapporto tra robustezza e la capacità di evolvere, di chiarire un’ambiguità notevole nella teoria evolutiva e dovrebbe contribuire a illuminare i problemi in sospeso nella evoluzione molecolare e sperimentale, sviluppo evolutivo e ingegneria proteica.

L’idea chiave alla base di questa constatazione paradossale è che le mutazioni neutrali possono impostare le basi per il futuro, nell’adattamento vantaggioso. In particolare, i ricercatori hanno scoperto che le popolazioni più robuste sono più veloci nelll’adattarsi quando gli effetti delle mutazioni benefiche neutro e si intrecciano. Mutazioni neutrali non influiscono sul fenotipo, ma possono influenzare gli effetti delle mutazioni successive in modo benefico.

Per quantificare questa idea, gli autori dello studio, hanno creato un modello matematico generale delle interazioni dei geni e dei loro effetti sul fenotipo di un organismo. Quando i ricercatori hanno analizzato il modello, hanno scoperto che le popolazioni con livelli intermedi di robustezza sono state più veloci di adattarsi ad ambienti nuovi. Queste popolazioni adattabili equilibrate con la diversità genetica e il tasso di mutazioni fenotipicamente penetrante permettono di esplorare in modo ottimale la gamma di fenotipi possibili.

I ricercatori hanno anche utilizzato simulazioni al computer per controllare il loro risultato di cui molte versioni alternative del modello di base. Anche se non ci sono ancora dati sufficienti per verificare questi risultati teorici in natura, gli autori hanno simulato l’evoluzione di molecole di RNA, a conferma che i loro risultati teorici in grado di predire il tasso di adattamento.

‘I biologi si sono a lungo domandati come possono essere gli organismi robusti e anche’adattabili , ha detto Plotkin, professore assistente presso il Dipartimento di Biologia in Penn’s School of Arts and Sciences. ‘Dopo tutto, le cose solide non cambiano, così come può essere un organismo forte contro la mutazione, ma è anche disposto ad adeguarsi, quando cambia l’ambiente? Mi è sempre sembrato come un enigma. ‘

Robustezza è una misura di come le mutazioni genetiche influenzano fenotipo di un organismo, o l’insieme di caratteristiche fisiche, i comportamenti e le caratteristiche di forma di evoluzione.

Sembrerebbe essere l’opposto di possibilità di evoluzione, impedendo una popolazione di adattamento ai cambiamenti ambientali. In un individuo robusto, le mutazioni sono per lo più neutrali, nel senso che hanno scarso effetto sul fenotipo. Dal momento che l’adattamento richiede mutazioni con benefici effetti fenotipici, robusta popolazioni sembrano essere uno svantaggio. Penn-ha guidato il team di ricerca ha dimostrato che questa intuizione a volte è sbagliato.

Fonte: Penn: Ufficio della Comunicazione dell’Università

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