Orsi Bruni e Neri: Quando il DNA Racconta Storie d’Amore Antiche e Incroci Inaspettati

Ciao a tutti! Oggi voglio portarvi con me in un viaggio affascinante nel tempo e nello spazio, seguendo le tracce genetiche di due giganti delle foreste nordamericane: l’orso bruno (Ursus arctos) e l’orso nero americano (Ursus americanus). Preparatevi, perché quello che abbiamo scoperto studiando il loro DNA è una storia intricata di migrazioni, incontri e… beh, diciamo “scambi genetici” un po’ più intimi di quanto si potesse pensare!

Due Colonizzatori e un Continente

Immaginate la scena: millenni fa, l’orso bruno, originario dell’Eurasia, decide di fare le valigie (metaforicamente parlando, ovvio!) e attraversare quello che oggi chiamiamo Stretto di Bering per colonizzare il Nord America. Non una, ma ben due volte, in ondate separate da decine di migliaia di anni! Una volta arrivato, però, non trova un continente vuoto. Ad aspettarlo c’è l’orso nero americano, che si era evoluto proprio lì, discendendo da antenati ancora più antichi.

Quando due specie così imponenti iniziano a condividere lo stesso territorio (un fenomeno che noi scienziati chiamiamo “simpatria”), le possibilità di incontro aumentano. E a volte, questi incontri possono portare a qualcosa di più: l’ibridazione, ovvero la nascita di prole da genitori di specie diverse. Il risultato a lungo termine? L’introgressione, cioè il passaggio di pezzetti di DNA da una specie all’altra, che rimangono poi nel patrimonio genetico delle generazioni future.

Il Mistero dell’Introgressione: Dove, Quando e Quanto?

Sapevamo già, grazie a studi precedenti, che un po’ di “mescolanza” tra orsi bruni e neri c’era stata. Ma le domande rimanevano: questo scambio di geni è avvenuto ovunque le due specie si incontrassero? È stato un evento isolato o qualcosa di più continuo? E soprattutto, quando è successo esattamente?

Per rispondere, abbiamo deciso di fare le cose in grande. Abbiamo raccolto campioni di DNA da orsi bruni e neri provenienti da tutto il loro areale, dal Nord America all’Europa e all’Asia per i bruni. Non ci siamo accontentati di qualche gene qua e là: abbiamo sequenziato l’intero genoma! È come avere tra le mani il libro completo della storia evolutiva di ogni singolo orso.

Armati di questi dati preziosissimi e di potenti strumenti bioinformatici (un po’ come delle macchine del tempo genetiche!), ci siamo messi al lavoro per ricostruire la storia degli incroci. Abbiamo confrontato i genomi, cercato segmenti di DNA “fuori posto” e usato modelli matematici per stimare le tempistiche degli eventi.

La Doppia Sorpresa: Due Ondate di “Amore” Genetico

E qui arriva la parte più succosa! Le nostre analisi hanno rivelato non uno, ma ben due distinti eventi (o “pulsazioni”) di introgressione tra orsi bruni e neri.

Il Primo Incontro: Un Flirt Ancestrale

Il primo scambio genetico è avvenuto tanto, tanto tempo fa, tra 270.000 e 120.000 anni fa. Pensateci: è un’epoca antichissima, vicina al momento in cui le diverse “famiglie” (i lignaggi) all’interno di ciascuna specie stavano appena iniziando a differenziarsi (circa 99-93 mila anni fa). Questo tempismo è cruciale! Significa che questo antico “flirt” è avvenuto quando la struttura genetica delle popolazioni moderne non era ancora ben definita.

Il risultato? Tracce di questo scambio primordiale si trovano oggi in quasi tutti i lignaggi di entrambe le specie, anche in quelli che geograficamente non si sono mai incontrati direttamente! Questo evento coincide probabilmente con la prima ondata di colonizzazione degli orsi bruni in Nord America e l’instaurarsi della prima convivenza (simpatria) nella parte occidentale del continente, magari durante un periodo interglaciale (MIS 5, circa 130-71 mila anni fa) quando i ghiacci si ritirarono temporaneamente.

Il Secondo Round: Un Affare più Recente (e Localizzato)

Ma la storia non finisce qui. Abbiamo identificato una seconda pulsazione di introgressione, molto più recente, che è durata fino a circa 9.000 anni fa. Questa volta, però, lo scambio è stato più selettivo e ha coinvolto principalmente gli orsi neri del lignaggio occidentale (quelli che vivono a ovest delle Montagne Rocciose) e gli orsi bruni nordamericani.

Questo ha perfettamente senso dal punto di vista geografico: è proprio nell’ovest del Nord America che le due specie hanno continuato a sovrapporsi e interagire più intensamente nel corso dei millenni, anche dopo l’ultima grande glaciazione. Gli orsi neri orientali, invece, sembrano essere rimasti più “isolati” da questo secondo round di scambi. Forse perché, espandendosi verso est, hanno incontrato meno orsi bruni, o forse perché le popolazioni di orsi bruni più orientali (che un tempo arrivavano fino ai Grandi Laghi!) si sono poi estinte.

Uno Scambio Equo (o Quasi)

Un altro dettaglio interessante: l’introgressione non è stata a senso unico. Abbiamo trovato prove che il DNA si è mosso in entrambe le direzioni: geni di orso bruno sono finiti nel genoma dell’orso nero, e viceversa. Certo, l’entità dello scambio non è stata enorme – parliamo di percentuali inferiori all’1% del genoma totale, secondo le nostre stime basate sui segmenti di DNA più recenti (quelli rilevabili con il metodo IBDmix, che “vede” meglio gli eventi degli ultimi ~28.000 anni). Ma è comunque una firma indelebile della loro storia condivisa. E, come prevedibile, i lignaggi che vivono ancora oggi in aree di sovrapposizione (simpatria) mostrano una quantità leggermente maggiore di questi geni “importati”.

Complicazioni Tecniche e Ipotesi Alternative

Ovviamente, ricostruire eventi così antichi non è una passeggiata. La scelta degli strumenti bioinformatici, del genoma di riferimento a cui “mappare” le sequenze (abbiamo provato sia con quello dell’orso nero che con uno “ancestrale” ricostruito al computer per ridurre i bias), e persino la scelta della specie “esterna” (outgroup) da usare come confronto (abbiamo usato l’orso andino e, per confronto con altri studi, anche l’orso polare, sebbene quest’ultimo non sia un vero outgroup per questo specifico confronto) possono influenzare leggermente i risultati.

Abbiamo anche considerato ipotesi alternative. Ad esempio, quel segnale di flusso genico molto antico rilevato dai nostri modelli (MSMC-IM) potrebbe teoricamente essere spiegato dall’introgressione da parte di lignaggi di orsi oggi estinti, o persino da un’altra specie di orso come l’orso nero asiatico. C’è anche la possibilità tecnica che le differenze nel tempo di generazione tra le due specie (circa 10 anni per i bruni, 6.5 per i neri) creino degli artefatti nei modelli quando si confrontano specie diverse. Tuttavia, il fatto che anche un altro metodo (DFOIL), specificamente progettato per l’analisi interspecifica, supporti l’idea di uno scambio antico tra gli antenati delle popolazioni moderne, ci rende abbastanza fiduciosi nella nostra interpretazione principale dei due eventi di introgressione.

Perché Tutto Questo è Importante? La Filogeografia dell’Introgressione

Capire come, dove e quando l’introgressione è avvenuta – quella che chiamiamo la filogeografia dell’introgressione – non è solo una curiosità accademica. Ci aiuta a ricostruire in modo molto più dettagliato la storia evolutiva delle specie, le loro migrazioni passate in risposta ai cambiamenti climatici (come le glaciazioni), e come si sono adattate ai diversi ambienti.

Pensate agli studi sugli esseri umani e l’introgressione da Neanderthal e Denisova: quei geni “arcaici” hanno influenzato il nostro sistema immunitario e l’adattamento a diverse altitudini. Allo stesso modo, studiare l’introgressione nel mais ha svelato come si è evoluta questa importante coltura.

Anche per gli orsi, questi scambi genetici potrebbero aver avuto un ruolo. Chissà, forse qualche gene “preso in prestito” ha aiutato una popolazione ad adattarsi meglio a un nuovo ambiente o a una nuova dieta? È una domanda aperta affascinante, soprattutto considerando che esistono differenze note tra i lignaggi di orso nero in termini di longevità e fecondità. Il lavoro futuro cercherà di capire se alcuni di questi segmenti di DNA introgressi abbiano fornito un vantaggio adattativo.

Uno Sguardo al Passato, una Finestra sul Futuro

Questa ricerca ci dimostra ancora una volta quanto possa essere complessa e interconnessa la storia della vita sulla Terra. Anche specie che oggi vediamo come nettamente separate possono avere avuto un passato di “contatti ravvicinati” inciso nel loro DNA. Studiare l’intero genoma ci apre finestre incredibili su questo passato, rivelando storie che altrimenti rimarrebbero nascoste. È un promemoria potente di come l’evoluzione non sia sempre un albero con rami ben separati, ma a volte assomigli più a una rete intricata di scambi e connessioni. E chissà quante altre storie simili aspettano solo di essere scoperte nel DNA di altre creature!

Fonte: Springer