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il gene clock

Il gene Clock, la sveglia che dice agli uccelli quando migrare

E’ il gene Clock, la ”sveglia” che regola la fenologia migratoria negli uccelli.

Premessa: molti uccelli sono noti migratori. Significa che “inseguono” le condizioni climatiche più favorevoli cambiando latitudine almeno due volte all’anno per poter trovare cibo e riprodursi.
Questa attività è energeticamente molto dispendiosa perché prevede giornate intere di volo che, con poche soste per rifocillarsi, portano animali di pochi grammi di peso a coprire le enormi distanze che separano i loro siti di svernamento dalle zone in cui nidificano d’estate.

“Scegliere” il giorno adatto in cui partire non è un problema da poco per loro, ma coinvolge fenomeni che richiedono di essere temporizzati con precisione.

Prima di partire infatti devono sviluppare degli adattamenti preparatori a livello fisiologico come immagazzinare grandi, per loro, quantità di grasso da spendere per mantenere uno sforzo costante e prepararsi al periodo riproduttivo che segue di poco il loro arrivo a destinazione.
Quindi scegliere una data di partenza “sbagliata” è per loro un grande rischio, perché potrebbero arrivare a destinazione quando ancora nel sito di arrivo le condizioni non sono le migliori per la riproduzione e la ricerca di cibo e questo può portare a una maggior mortalità nelle loro covate.

Nonostante questo sappiamo che le migrazioni degli uccelli sono notevolmente sincronizzate con il mutare delle stagioni al punto che l’arrivo delle rondini a primavera, per fare un esempio, è divenuto materiale da proverbi.
Come fanno gli uccelli a sapere che è il momento di cambiare aria e che alla fine del lungo viaggio troveranno effettivamente delle buone condizioni climatiche?

Come spesso accade esistono delle spiegazioni “prossime” e delle spiegazioni “distanti”.

La spiegazione prossima è già nota da tempo, ovvero che gli uccelli riescono a percepire il variare della lunghezza delle giornate, il fotoperiodo, che è un buon indicatore del cambiamento delle stagioni.
Quando le giornate si accorciano si avvicina la brutta stagione, quando si allungano sta per arrivare la primavera.
La sensibilità al cambiamento del fotoperiodo è un tratto che accomuna molti esseri viventi, e funziona anche nelle piante permettendogli di capire quando perdere le foglie oppure quando germogliare.
Uno studio recente (Saino et al., 2015) ha indagato sulle cause remote della sensibilità al fotoperiodo negli uccelli scoprendo uno dei geni coinvolti nella loro risposta comportamentale al cambiare delle stagioni.

Con poca sorpresa si è trattato del gene CLOCK (Circadian Locomotor Output Cycles Kaput) che è noto per produrre un fattore di trascrizione:

cioè una proteina che attiva la trascrizione di più geni coinvolti in una stesso meccanismo di risposta, responsabile del regolamento dei ritmi circadiani in tutti i vertebrati.
I ritmi circadiani sono tutte quelle attività fisiologiche e adattamenti comportamentali che in ognuno di noi sono sincronizzate con il ritmo giorno/notte della sua zona e che durante un viaggio in un diverso fuso orario fanno venire il jet lag. Abbiamo sonno di notte e siamo attivi di giorno, il nostro apparato digerente si prepara a digerire verso il nostro solito orario dei pasti e non ci svegliamo affamati alle 4 di notte, e così via.

Questo studio, realizzato nell’isola di Ventotene, ha interessato quattro specie di uccelli migratori trans-sahariani (Usignolo comune, Balia nera, Prispolone e Stiaccino) tramite il metodo della cattura con Mist-Nets e ha studiato i polimorfismi del gene CLOCK, cioè quante fossero le varianti (anche dette alleli) di tale gene in quelle popolazioni e in cosa differissero quelle varianti, e i loro effetti sul giorno di arrivo a Ventotene dell’animale in migrazione.
Sorvolando sui dettagli, che potrete leggere nello studio originale, è stata scoperta una correlazione tra la lunghezza di una certa regione del gene CLOCK (e quindi della proteina che quel gene produce) e il ritardo nella data di arrivo (e quindi di partenza).

Le versioni “lunghe” del gene CLOCK ritardano la migrazione mentre quelle “corte” la anticipano.

Un’altra importante scoperta è che le versioni “lunghe” hanno un effetto dominante su quelle “corte”, per cui sia gli individui che portano due copie “lunghe” che quelli che ne portano una “lunga” e una “corta” avranno una data di arrivo più tarda degli individui che hanno entrambe le copie “corte”.
Queste scoperte sono di fondamentale importanza perché ci permettono di capire se e come le specie possano far fronte con adattamenti microevolutivi al Global Warming, che rischia di sballare il loro “orologio biologico” desincronizzando la stagionalità dalla durata del fotoperiodo.
I cambiamenti climatici hanno l’effetto di anticipare in media l’inizio della primavera e gli uccelli possono far fronte a questi cambiamenti sul breve periodo grazie alla loro plasticità fenotipica anticipando i comportamenti riproduttivi ad essa collegati.

Modificare il loro comportamento migratorio richiede però dei cambiamenti a livello genetico, ovvero verranno selezionati gli individui con entrambe le versioni “corte” del gene CLOCK che li porteranno a migrare prima degli altri. Se una popolazione non possiede una biodiversità adeguata, ovvero non contiene delle versioni “corte” del gene, risulta più a rischio delle altre perché le sarà difficile adattarsi ai cambiamenti climatici, rischiando quindi l’estinzione.

 

BIBLIOGRAFIA


Saino N, Bazzi G, Gatti E, Caprioli M, Cecere JG, Possenti CD, Galimberti A , Orioli V, Bani L, Rubolini D, Gianfranceschi L, Spina F – Polymorphism at the Clock gene predicts phenology of long-distance migration in birds – Molecular Ecology (2015) 24, 1758–1773.

 

Articolo redatto da Daniele Chignoli di La Scienza in Pillole

Riguardo a Daniele Chignoli

Daniele Chignoli
Daniele Chignoli è dottore magistrale in Biologia, con un master in "Biosicurezza delle biotecnologie vegetali". La passione per la divulgazione scientifica lo ha portato a curare, a partire dal 2013, il progetto online "La Scienza in Pillole", inizialmente solo una pagina Facebook e poi anche blog.

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