Gli adattamenti evolutivi consentono al moscerino della frutta Drosophila busckii di individuare e utilizzare fonti di cibo tossiche. I ricercatori del Max Planck Institute for Chemical Ecology di Jena hanno scoperto che il moscerino della frutta Drosophila busckii ha sviluppato una tolleranza al composto tossico di zolfo dimetildisolfuro (DMDS) . Drosophila busckii potrebbe essere un utile modello per studiare lo sviluppo della resistenza ai gas tossici e per far luce sugli adattamenti ecologici.
La capacità di tollerare sostanze tossiche può aiutare gli animali ad accedere a nuove fonti di cibo e a prosperare in specifiche nicchie ecologiche. Sebbene il DMDS sia dannoso per molti altri insetti, la Drosophila busckii sfrutta la sua particolare affinità per questo composto per trovare cibo e deporre le uova. Questa tolleranza all'inquinante deriva probabilmente da alterazioni in un complesso enzimatico all'interno della mosca, che in genere viene danneggiato dal DMDS in altri insetti.
La Drosophila melanogaster, o moscerino della frutta dal ventre nero , è ben nota per essere un parassita, soprattutto per la frutta in estate. Viene ampiamente utilizzata nella ricerca ed è uno degli organismi modello più conosciuti per lo studio dell'olfatto e delle malattie. Altre specie di moscerini della frutta sono molto meno studiate. Il fatto che a volte abitino ambienti completamente diversi e riescano a sopravvivere in tali condizioni non le rende meno interessanti come soggetti di ricerca.
Un team di ricerca del Dipartimento di Neuroetologia Evolutiva del Max Planck Institute for Chemical Ecology ha rivolto la sua attenzione alla specie di moscerino della frutta Drosophila busckii. La scarsa letteratura sull'habitat naturale di Drosophila busckii suggerisce una preferenza per le verdure in decomposizione tossiche per altre specie. "A differenza di altre specie di moscerini della frutta, che si sono adattate a fonti di cibo tossiche in aree altamente circoscritte a livello regionale, Drosophila busckii, grazie alla sua distribuzione globale, rappresenta un modello eccellente per studiare i meccanismi di tolleranza alle sostanze tossiche. Inoltre, questa specie di moscerino offre l'opportunità unica di studiare gli adattamenti e i cambiamenti evolutivi all'interno di un sottogenere di Drosophila completamente inesplorato", spiega l'autore principale Venkatesh Pal Mahadevan, giustificando la scelta del suo oggetto di studio.
L'obiettivo del team di ricerca era determinare la fonte di cibo preferita dalla mosca e gli odori specifici che determinano questa preferenza. I ricercatori volevano anche scoprire quali meccanismi di detossificazione consentono alle mosche di sopravvivere su substrati tossici.
Il gas tossico dimetildisolfuro come composto chiave
Utilizzando una combinazione di metodi investigativi – identificazione di varie sostanze volatili in substrati vegetali in decomposizione, misurazione della risposta dei singoli peli sensoriali sulle antenne delle mosche agli odori e test del comportamento delle mosche in risposta a diversi odori – il team ha identificato un singolo composto cruciale: il dimetildisolfuro (DMDS). "Questo composto potrebbe essere descritto come un fattore chiave nella vita della Drosophila busckii . Questa mosca predilige chiaramente i substrati che rilasciano DMDS. Particolarmente degna di nota è la sua capacità di rilevare anche concentrazioni molto basse di DMDS e di utilizzarle come segnale olfattivo per la deposizione delle uova", spiega Venkatesh Pal Mahadevan.
La tolleranza al DMDS apre fonti alimentari inutilizzate
Il DMDS è un composto solforato dall'odore sgradevole per gli esseri umani, ampiamente diffuso in natura e tossico per molti insetti. Tuttavia, sia le larve che gli adulti di Drosophila busckii si sono sviluppati normalmente su alimenti contenenti composti DMDS. Al contrario, altre specie, tra cui Drosophila melanogaster , non sono riuscite a sopravvivere su substrati contenenti DMDS. La tolleranza al DMDS di Drosophila busckii sembra essere un'eccezione tra la maggior parte delle specie di Drosophila.
La capacità della Drosophila busckii di prosperare in una nicchia alimentare tossica è un vantaggio fondamentale che le permette di occupare habitat in cui altre specie di Drosophila non possono sopravvivere. I ricercatori ipotizzano che questo adattamento unico abbia contribuito a ridurre la competizione tra le specie e a garantire alla Drosophila busckii l'accesso a risorse esclusive.
Il complesso enzimatico determina la tolleranza al DMDS
L'effetto tossico del DMDS è normalmente mediato dal complesso enzimatico citocromo c ossidasi (COX). Il team di ricerca di Jena ha quindi studiato se una modifica in questo complesso enzimatico sia responsabile della resistenza di Drosophila busckii al DMDS. Studi genetici comparativi su altre 200 specie di mosche della famiglia Drosophilidae hanno rivelato che la COX è alterata in Drosophila busckii e in alcune altre specie. "I risultati dei nostri esperimenti con altre specie che presentano anch'esse una modifica in questo complesso enzimatico suggeriscono che la tolleranza al DMDS di Drosophila busckii sia probabilmente dovuta alla resistenza della sua citocromo ossidasi mitocondriale ", afferma Venkatesh Pal Mahadevan.
Drosophila busckii come modello per lo studio degli adattamenti alle tossine
Grazie ai suoi unici adattamenti ecologici alle verdure in decomposizione, la Drosophila busckii non è solo un modello ideale per studiare importanti concetti ecologici quali la segregazione di nicchia e la competizione. La specie di mosca rappresenta anche un modello promettente per la ricerca sulla tolleranza alle tossine. Il meccanismo COX è coinvolto anche nel rilevamento di altri gas tossici come il monossido di carbonio e il cianuro. Ciò rende la Drosophila busckii un sistema promettente per chiarire gli adattamenti molecolari e fisiologici agli ambienti tossici.
"Il nostro studio è un eccellente esempio di applicazione di tecniche classiche di ecologia chimica per scoprire adattamenti evolutivi in una specie di insetto completamente inesplorata. Questi affascinanti risultati sottolineano il potenziale del genere Drosophila come potente strumento per ulteriori studi, in particolare per specie che occupano nicchie ecologiche uniche e diversificate", ha affermato Bill Hansson, direttore del Dipartimento di Neuroetologia Evolutiva e uno degli autori principali, riassumendo l'importanza della ricerca.
pubblicazione originale
Pal Mahadevan, V., Galagovsky, D., Knaden, M., Hansson, BS (2025). La preferenza e la resistenza a una sostanza volatile tossica dello zolfo aprono una nicchia unica nella Drosophila busckii. Nature Communications, 16, 767. DOI: 10.1038/s41467-025-55971-2
https://doi.org/10.1038/s41467-025-55971-2
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