Come i serpenti hanno i loro makeover estremi

ScienceShot: I serpenti spostati scivolano indietro

Quando due gruppi di scienziati hanno deciso di sequenziare un genoma del serpente, entrambi hanno pensato che potevano anche scegliere una delle specie più estreme. Un gruppo ha scelto il cobra reale, il più grande serpente velenoso del mondo e uno dei più mortali. L'altro è andato per il pitone birmano, una specie priva di veleno ma con notevoli abitudini alimentari: strangola la sua preda fino alla morte e può sopravvivere solo da tre a cinque pasti all'anno.

Ora, entrambi i gruppi hanno pubblicato la loro analisi dei genomi e le loro scoperte rivelano le basi molecolari dietro i tratti notevoli di questi serpenti. Il genoma del pitone birmano gli consente di aumentare il metabolismo a 40 volte il suo tasso abituale dopo che mangia, durante il quale organi come il rene, il fegato e l'intestino possono raddoppiare le dimensioni in meno di 3 giorni. Nel genoma del cobra, intere famiglie di geni sono state riutilizzate per aiutare a produrre un sofisticato mix altamente tossico di proteine ​​e peptidi che continuava a cambiare come meccanismi evoluti per eludere la preda. Entrambi i documenti, pubblicati online oggi nel Atti della National Academy of Sciences , mostra che i serpenti si sono evoluti molto rapidamente.

Questi sono solo i primi due genomi serpenti mai sequenziati; scienziati del serpente hanno studiato serpenti in tutto il mondo, ma erano in ritardo per unirsi alla rivoluzione in biologia molecolare, dice Nicholas Casewell, uno scienziato serpente alla Bangor University nel Regno Unito e un co-autore sulla carta del re cobra.

Il team che ha sequenziato il genoma del pitone, guidato da Todd Castoe dell'Università del Texas, Arlington, ha analizzato i cambiamenti avvenuti nel pitone birmano, che vive nel sud-est asiatico e ha recentemente invaso le Everglades della Florida, dopo averle mangiate. I ricercatori hanno controllato l'attività dei geni nel cuore, nel rene, nell'intestino tenue e nel fegato prima di un pasto e ancora 1 e 4 giorni dopo aver mangiato. "L'entità della risposta all'espressione genica ci ha davvero impressionato", dice Castoe. La metà dei geni del pitone ha cambiato significativamente la loro attività entro 48 ore , la squadra riporta nel suo articolo.

Con lo studio in mano, "le persone avranno un sacco di nuovi obiettivi per osservare la genomica" di come i serpenti si adattano fisiologicamente, prevede il biologo evoluzionista della Harvard University, Scott Edwards.

Il team ha anche confrontato i 7442 geni trovati come copie singole nel cobra e nel pitone con gli stessi geni in tutti gli altri vertebrati terrestri sequenziati finora. La linea di fondo: i genomi dei serpenti sono cambiati molto e sono cambiati molto velocemente per soddisfare le esigenze dei loro stili di vita insoliti.

Gli scienziati che hanno sequenziato il cobra reale - che si trova in India, Cina e Sud-Est asiatico - si sono concentrati sul suo veleno, un mix molto tossico di 73 peptidi e proteine. Hanno misurato l'attività del gene nella ghiandola del veleno e nella cosiddetta ghiandola accessoria, una struttura poco conosciuta attraverso cui passa il veleno prima che lasci la bocca del cobra.

Nel documento, i ricercatori riferiscono che le due ghiandole hanno modelli di attività genica molto diversi . La ghiandola accessoria non produce tossine ma produce molte diverse lectine, un gruppo di proteine ​​che legano i carboidrati. In alcuni altri veleni di serpente, le lectine tossiche fanno parte del mix, ma nel cobra le lectine non vengono mai rilasciate nel veleno. Il ruolo della ghiandola accessoria potrebbe essere quello di attivare il veleno in qualche modo, ma "non sappiamo davvero" cosa fanno esattamente i lectini, dice Casewell.

La stessa ghiandola velenosa si basa su 20 famiglie di geni per le sue tossine. Gli scienziati hanno scoperto che i geni per ciascuna famiglia di tossine erano anche usati in altre parti del corpo nel passato evolutivo del serpente e ancora oggi. "Queste pericolose proteine ​​sono cooptate da altre parti del corpo e [sono] trasformate in armi e diversificate", afferma Frank Burbrink, un biologo evoluzionista presso la City University di New York. Spesso, un gene è stato copiato più di una volta, consentendo a ciascuna copia di mutare in modi diversi, ottenendo un mix sempre più sofisticato.

Ciò conferisce al serpente un vantaggio in una corsa agli armamenti evolutiva. La preda del cobra si evolve costantemente, sviluppando modi per resistere all'immobilizzazione o all'uccisione delle tossine. Per i serpenti, questa competizione genetica può essere mortale, perché il veleno inefficace può consentire a potenziali prede di accendere il serpente e ucciderlo.

Il documento è "un lavoro straordinario, semplicemente fantastico", afferma Jimmy McGuire, biologo evoluzionista presso l'Università della California, a Berkeley. Vonk, Castoe e i loro colleghi sottolineano che hanno appena iniziato a mungere i loro dati. E un altro genoma di 10 serpenti ne uscirà nei prossimi due anni, dice Casewell.

Dai un'occhiata al numero di stampa del 6 dicembre di Scienza per un pacchetto di notizie sui serpenti, inclusi altri sui genomi, una storia sugli sforzi per sviluppare droghe dal veleno e un rapporto sulla lotta contro l'invasivo serpente marrone dell'albero di Guam.

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