În biologia evoluționistă, există o presupunere adânc înrădăcinată că nu puteți merge din nou acasă: odată ce un organism a evoluat trăsături specializate, nu se poate întoarce la stilul de viață al strămoșilor săi.

genetic

Există chiar și un nume pentru această idee omniprezentă. Legea lui Dollo afirmă că evoluția este unidirecțională și ireversibilă. Dar această „lege” nu este universal acceptată și este subiectul unei dezbateri aprinse în rândul biologilor.

Acum, o echipă de cercetători condusă de doi biologi ai Universității din Michigan a folosit un studiu genetic la scară largă asupra acarianului de praf de casă pentru a descoperi un exemplu de evoluție reversibilă care pare să încalce legea lui Dollo.

Studiul arată că acarienii mici de praf de casă, care trăiesc liber, care se dezvoltă în saltele, canapele și covoare chiar și din cele mai curate case, au evoluat din paraziți, care la rândul lor au evoluat din organisme libere cu milioane de ani în urmă.

„Toate analizele noastre au demonstrat în mod concludent că acarienii de praf din casă au abandonat un stil de viață parazit, devenind, în al doilea rând, liberi și apoi speciați în mai multe habitate, inclusiv în locuințele umane”, potrivit Pavel Klimov și Barry OConnor de la U-M Department of Ecology and Evolutionary Biology.

Lucrarea lor, „Este parazitismul permanent reversibil? - Dovezi critice din evoluția timpurie a acarienilor de praf de casă”, este programată să fie publicată online pe 8 martie în revista Systematic Biology.

Acarienii sunt arahnide legate de păianjeni (ambii au opt picioare) și se numără printre cele mai diverse animale de pe Pământ. Acarienii din praful de casă, membri ai familiei Pyroglyphidae, sunt cea mai frecventă cauză a simptomelor alergice la om, afectând până la 1,2 miliarde de persoane din întreaga lume.

În ciuda impactului lor imens asupra sănătății umane, relațiile evolutive dintre aceste creaturi de dimensiuni mici sunt slab înțelese. Potrivit lui Klimov și OConnor, există 62 de ipoteze publicate diferite care argumentează dacă acarienii de viață liberi ai zilelor noastre provin dintr-un strămoș cu viață liberă sau dintr-un parazit - un organism care trăiește pe sau într-o specie-gazdă și îi dăunează.

În studiul lor, Klimov și OConnor au evaluat toate cele 62 de ipoteze. Proiectul lor a folosit secvențierea ADN-ului pe scară largă, construirea unor arbori evolutivi detaliați numiți filogenii și analize statistice sofisticate pentru a testa ipotezele despre ecologia ancestrală a acarienilor de praf.

Pe arborele filogenetic pe care l-au produs, acarienii de praf apar în cadrul unei mari linii de acarieni paraziți, Psoroptidia. Acești acarieni sunt paraziți cu normă întreagă de păsări și mamifere care nu părăsesc niciodată corpurile gazdelor lor. Analiza U-M arată că strămoșii paraziți imediați ai acarienilor din praful de casă includ acarienii pielii, cum ar fi acarienii psoroptici ai animalelor și acarienii urechii câinilor și pisicilor.

„Acest rezultat a fost atât de surprinzător încât am decis să îi contactăm pe colegii noștri pentru a obține feedback-ul lor înainte de a trimite aceste date spre publicare”, a declarat Klimov, primul autor al lucrării și un cercetător asistent în cadrul Departamentului de Ecologie și Biologie Evolutivă.

Rezultatul a fost atât de surprinzător, în mare parte, deoarece este contrar ideii înrădăcinate că paraziții foarte specializați nu pot reveni la stilul de viață liber al strămoșilor lor.

"Paraziții pot evolua rapid mecanisme extrem de sofisticate pentru exploatarea gazdei și își pot pierde capacitatea de a funcționa departe de corpul gazdă", a spus Klimov. "Ei experimentează adesea degradarea sau pierderea multor gene, deoarece funcțiile lor nu mai sunt necesare într-un mediu bogat în care gazdele oferă atât spațiu de locuit, cât și substanțe nutritive. Mulți cercetători din domeniu percep o astfel de specializare ca fiind ireversibilă din punct de vedere evolutiv."

Descoperirile U-M au, de asemenea, implicații asupra sănătății umane, a spus OConnor, profesor la Departamentul de Ecologie și Biologie Evolutivă și curator de insecte și arahide la Muzeul de Zoologie U-M.

"Studiul nostru este un exemplu de modul în care punerea unei întrebări pur academice poate duce la aplicații practice largi", a spus el. „Cunoașterea relațiilor filogenetice a acarienilor din praful de casă poate oferi informații despre proprietățile alergenice ale proteinelor lor care declanșează răspunsul imunitar și evoluția genelor care codifică alergenii.”

Proiectul a început în 2006 cu un grant de la National Science Foundation. Primul pas a fost obținerea de exemplare de mulți acarieni liberi și paraziți - nicio sarcină simplă, dat fiind că unele specii de acarieni sunt asociați cu specii rare de mamifere sau păsări din întreaga lume.

Echipa de cercetare s-a bazat pe o rețea de 64 de biologi din 19 țări pentru a obține exemplare. În plus, Klimov și OConnor au efectuat excursii în America de Nord și de Sud, Europa, Asia și Africa. Cu o ocazie, a fost nevoie de doi ani pentru a obține probe ale unei specii importante de parazitare a păsărilor africane.

Un total de aproximativ 700 de specii de acarieni au fost colectate pentru studiu. Pentru analiza genetică, aceleași cinci gene nucleare au fost secvențiate la fiecare specie.

Cum s-ar fi putut produce trecerea ecologică de la parazit la starea de viață liberă?

Nu există nicio îndoială că acarienii timpurii liberi au fost locuitori ai cuiburilor - cuiburile păsărilor și mamiferelor sunt habitatul principal al tuturor speciilor moderne libere din familia Pyroglyphidae. Klimov și OConnor propun că o combinație a mai multor caracteristici ale strămoșilor lor paraziți au jucat un rol important în a le permite să abandoneze parazitismul permanent: toleranța la umiditate scăzută, dezvoltarea unor enzime digestive puternice care le-au permis să se hrănească cu pielea și keratinoase (care conțin proteina keratină, care se găsește în părul uman și în unghiile din materiale) și specificitate scăzută a gazdei, cu treceri frecvente la gazde fără legătură.

Aceste caracteristici, care apar la aproape toți acarienii paraziți, au fost probabil precursori importanți care au permis populațiilor de acarieni să prospere în cuiburile gazdă, în ciuda umidității scăzute și a resurselor alimentare scăzute și de calitate scăzută, potrivit Klimov și OConnor. De exemplu, enzimele puternice au permis acestor acarieni să consume pene și fulgi de piele greu digerabili compuși din keratină.

Odată cu apariția civilizației umane, piroglifele care locuiesc în cuiburi s-ar fi putut schimba în locuințele umane din cuiburile păsărilor și rozătoarelor care locuiau în sau în jurul caselor umane. Odată ce acarienii s-au mutat în interior, enzimele digestive puternice și alte molecule care declanșează răspunsul imun pe care le transportă le-au transformat într-o sursă majoră de alergii umane.

Această lucrare a fost susținută de Fundația Națională pentru Științe și a beneficiat, de asemenea, în parte, de exemplare colectate de proiectul Field Museum's Emerging Pathogens Project, finanțat de Fundația Davee și Dr. Ralph și Marian Falk Trust de cercetare medicală. Lucrarea moleculară a fost efectuată în Laboratorul de Diversitate Genomică al Muzeului de Zoologie U-M.