Ricerche

Un martin pescatore che si tuffa in acqua e poi esce con il pesce (Foto di Richard Towell)

Se hai mai fatto una spanciata tuffandoti in acqua, allora lo sai: l'acqua può essere sorprendentemente dura se la colpisci con l'angolazione sbagliata. Ma molte specie di martin pescatore si tuffano a capofitto in acqua per catturare il pesce loro preda.

In un nuovo studio scientifico apparso su Communications Biology, i ricercatori hanno confrontato il DNA di 30 diverse specie di martin pescatore per arrivare ai geni che potrebbero aiutare a spiegare la dieta degli uccelli e la capacità di immergersi senza subire danni cerebrali.

Il tipo di immersioni che fanno i martin pescatore, ciò che i ricercatori chiamano 'immersioni-tuffo', è un'impresa aeronautica.

"È un'immersione ad alta velocità dall'aria all'acqua, ed è fatto da pochissime specie di uccelli", afferma Chad Eliason, ricercatore del Field Museum di Chicago e primo autore dello studio.

Ma è un comportamento potenzialmente rischioso.

"I martin pescatore, per tuffarsi a capofitto come fanno, devono aver evoluto altri tratti che impediscono loro di danneggiarsi il cervello", afferma Shannon Hackett, curatrice associata di uccelli al Field Museum e autrice senior dello studio.

Non tutti i martin pescatore in realtà pescano: molte specie di questi uccelli mangiano prede di terraferma, come insetti, lucertole e persino altri pesci martin pescatore. In precedenza, i coautori Jenna McCullough e Michael Anderson, ricercatori dell'Università del New Mexico, avevano guidato il team nell'uso del DNA per dimostrare che i gruppi di martin pescatore che mangiano i pesci non sono parenti stretti degli altri che sono all'interno dell'albero genealogico dei martin.

Ciò significa che i martin pescatore hanno evoluto la loro dieta di pesce, e le capacità di immersione per procurarlo, in momenti separati, piuttosto che evolversi tutti da un antenato comune che si nutriva di pesce.

"Il fatto che ci siano così tante transizioni alle immersioni è ciò che rende questo gruppo affascinante e potente, dal punto di vista della ricerca scientifica", afferma la Hackett. "Se un tratto si evolve in una moltitudine di momenti diversi in modo indipendente, ciò significa che hai il potere di trovare una spiegazione complessiva del perché".

Per questo studio, i ricercatori, che includono i coautori Lauren Mellenhin attualmente alla Yale University, e tirocinante universitaria al Field Museum al tempo della ricerca, Taylor Hains dell'Università di Chicago e del Field Museum, Stacy Pirro di Iridian Genomes e Michael Anderson e Jenna McCullough dell'Università del New Mexico, hanno esaminato il DNA di 30 specie di martin pescatore, che mangiassero pesce o no.

"Per ottenere tutto il DNA del martin pescatore, abbiamo usato esemplari nelle collezioni del Field Museum", afferma Eliason, che lavora al Centro Bioinformatico del Field e al Centro Ricerca Integrativa Negaunee. “Quando i nostri scienziati fanno il lavoro sul campo, prelevano campioni di tessuto dagli esemplari di uccelli che raccolgono, come pezzi di muscolo o fegato. Quei campioni di tessuto sono conservati al Field Museum, e congelati in azoto liquido, per preservare il DNA".

I ricercatori hanno eseguito il processo di sequenziamento dei genomi completi per ciascuna delle specie, generando l'intero codice genetico di ciascun uccello. Da lì, hanno usato il software per confrontare i miliardi di coppie di basi che costituiscono questi genomi alla ricerca delle variazioni genetiche che hanno in comune i martin pescatore tuffatori.

Gli scienziati hanno scoperto che gli uccelli che mangiano i pesci avevano diversi geni modificati associati alla dieta e alla struttura cerebrale. Ad esempio, hanno trovato mutazioni nel gene AGT degli uccelli, che è stato associato alla flessibilità dietetica in altre specie, e al gene MAPT, che codifica le proteine tau legate al comportamento alimentare.

Le proteine tau aiutano a stabilizzare minuscole strutture all'interno del cervello, ma quando troppe di loro si accumulano insieme, può essere una brutta cosa. Nell'uomo, le lesioni cerebrali traumatiche e l'Alzheimer sono associate a un accumulo di proteine tau.

"Ho imparato molto sulla proteina tau quando ero direttrice della commozione cerebrale della squadra di hockey di mio figlio", afferma la Hackett. "Ho iniziato a chiedermi, perché i martin pescatore non muoiono perché i loro cervelli diventano poltiglia? Deve essere qualcosa che stanno facendo che li protegge dalle influenze negative dell'atterraggio ripetuto di testa sulla superficie dell'acqua".

La Hackett sospetta che le proteine tau possano essere una spada a doppio taglio:

"Gli stessi geni che mantengono del tutto sani e ordinati i neuroni nel tuo cervello sono le cose che falliscono quando ricevi commozioni cerebrali ripetute, se sei un giocatore di football o se insorge l'Alzheimer", dice. "La mia ipotesi è che c'è una sorta di pressione forte e selettiva su quelle proteine per proteggere il cervello degli uccelli in qualche modo".

Ora che sono state identificate queste varianti genomiche correlate, afferma la Hackett, "la domanda successiva è: le mutazioni nei geni di questi uccelli cosa fanno alle proteine che vengono prodotte? Quali cambiamenti di forma ci sono? Cosa succede per compensare le forze concussive nel cervello?"

"Ora sappiamo quale dei geni sottostanti si sta spostando per aiutare a creare le differenze che vediamo in tutta la famiglia dei martin", afferma Eliason. “Ma ora che sappiamo quali geni guardare, ci sono ancora più misteri. Ecco come funziona la scienza".

Oltre a capire meglio la genetica del martin pescatore e le potenziali implicazioni per la comprensione delle lesioni cerebrali, la Hackett afferma che questo studio è importante perché evidenzia il valore delle collezioni museali.

“Uno degli esemplari da cui abbiamo ottenuto il DNA in questo studio ha trent'anni. All'epoca in cui è stato raccolto, non potevamo fare in alcun modo il tipo di analisi che possiamo fare oggi: non le potevamo fare quasi nemmeno cinque anni fa", afferma la Hackett. “C'è la capacità dei singoli esemplari di raccontare nuove storie nel tempo. E chissà cosa saremo in grado di imparare da questi esemplari in futuro? Ecco perché amo le collezioni dei musei".