Ricercatori del Francis Crick Institute hanno compiuto progressi significativi nella comprensione di come le reti genetiche si evolvono per produrre modelli di sviluppo diversi tra le specie. Guidato dalla Dottoressa Zena Hadjivasiliou, leader del gruppo del Laboratorio di Biologia Matematica e Fisica, il team ha pubblicato le sue scoperte sulla rivista PRX Life.
Lo studio approfondisce l'evoluzione delle reti di regolazione genica che dettano lo sviluppo cellulare. Simulando queste reti, i ricercatori hanno identificato mutazioni specifiche che possono portare a nuovi pattern, come l'emergere di macchie oculari nelle ali delle farfalle. Le loro scoperte suggeriscono che, mentre piccoli aggiustamenti possono affinare i pattern esistenti, le innovazioni significative richiedono cambiamenti sostanziali all'interno della rete genetica.
La Dottoressa Hadjivasiliou ha sottolineato l'importanza di questa ricerca per comprendere la prevedibilità degli esiti evolutivi. "Il nostro modello fa progressi nello spiegare come piccoli eventi apparentemente insignificanti nella storia evolutiva possano avere impatti duraturi sullo sviluppo e sulla diversità delle forme animali", ha affermato. Il primo autore dello studio, il Dottor Harry Booth, matematico e informatico presso il Crick Institute, ha utilizzato estese simulazioni al computer per modellare l'evoluzione delle reti geniche. Eseguendo oltre 100.000 simulazioni, il team è stato in grado di costruire un quadro statistico di come l'evoluzione tende a procedere nella ricerca di nuovi pattern.
Il Dottor Booth ha osservato: "Una volta raggiunta questa scala, tutte le caratteristiche casuali dell'evoluzione iniziano a scomparire e ciò che rimane rappresenta le proprietà generali di questi tipi di processi". Le macchie oculari delle farfalle, ad esempio, si sono evolute attraverso la cooptazione di una rete di regolazione genica ancestrale che modella anche antenne, zampe e ali. Questo processo implica che nuove caratteristiche complesse non nascono dal nulla, ma emergono da una riorganizzazione della sottostante architettura genetica.
La ricerca suggerisce che mentre le piccole modifiche possono perfezionare i pattern esistenti, sono necessarie alterazioni più significative per innovazioni sostanziali. Questo lavoro fa eco a recenti esperimenti di evoluzione sintetica e di laboratorio, fornendo una base meccanicistica per la loro interpretazione e collegando i vincoli fisici derivanti dall'architettura genetica al cambiamento evolutivo e alla diversificazione. La ricerca fornisce preziose informazioni sui meccanismi dello sviluppo evolutivo e può informare studi futuri sulla diversità genetica e l'adattamento.