Capitolo 4. DISCUSSIONE

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Capitolo 4 - Discussione

Capitolo 4. DISCUSSIONE

Nella presente tesi è stata messa a confronto, in un ambiente naturalmente frammentato, la variabilità genetica di due specie di cirripedi a differente dispersione larvale: T. atlantica (Newman & Ross, 1977) a bassa dispersione e C. stellatus (Poli, 1794) ad alta dispersione. Al fine di indagare il pattern genetico sono stati utilizzati come marcatori molecolari gli ISSR (Zietkiewicz et al., 1994).

Nonostante il minor numero di primer ISSR testati in C. stellatus (3 primer) rispetto a quelli utilizzati in T. atlantica (5 primer), è emerso come C. stellatus mostri un numero di loci superiori a quelli di T. atlantica: 117 loci in C.

stellatus contro 79 loci in T. atlantica. In particolare, i tre primer comuni utilizzati (SAS1, UBC811, UBC827) hanno evidenziato 117 loci in C. stellatus e 64 in T. atlantica. Se confrontati con i dati presenti in letteratura, nelle due specie oggetto di studio tali primer sembrano amplificare un numero maggiore di loci rispetto al consueto. In uno studio sulla diversità genetica dell’eulamellibranchio Gemma gemma del Maine e della Virginia, ad esempio, i suddetti primer hanno amplificato un totale di 37 loci (Casu et al., 2004), mentre 44 loci sono stati ottenuti in uno studio sulla struttura genetica del polichete Hediste diversicolor (Cossu et al., 2004) e 33 loci sono stati evidenziati in uno studio per l’identificazione tassonomica di ciprinodontiformi del Mediterraneo (Maltagliati et al., 2006).

Il maggior numero di loci evidenziati in C. stellatus suggerirebbe una maggior variabilità di questa specie rispetto a T. atlantica, ma potrebbe anche

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essere dovuto ad una maggior efficienza dei primer ISSR prescelti nell’attacco al DNA di C. stellatus rispetto a quello di T. atlantica, fornendo, quindi, un’interpretazione del risultato di tipo metodologico. D’altro canto, l’analisi della distribuzione dei genotipi tra gli individui di ciascuna specie suggerisce anche una maggior variabilità genetica di C. stellatus rispetto a T. atlantica in quanto, mentre in C. stellatus tutti i 115 genotipi sono unici, in T. atlantica alcuni tra i 91 osservati sono condivisi da più di un individuo. La maggior variabilità genetica di C. stellatus rispetto a quella di T. atlantica emerge anche dalla differenza di variabilità intra-località, osservata nelle due specie attraverso l’analisi della varianza molecolare (AMOVA), che è risultata essere pari al 70% in T. atlantica ed al 94.50% in C. stellatus. La porzione più grande della varianza, quindi, è distribuita in entrambe le specie al livello gerarchico più basso, in accordo con i dati presenti in letteratura riguardanti studi di variabilità genetica che utilizzano gli ISSR come marcatori molecolari. Negli studi sopraccitati sull’eulamellibranchio Gemma gemma (Casu et al., 2004), ad esempio, tale percentuale è pari al 61%, mentre in quello sul polichete Hediste diversicolor (Cossu et al., 2004) è pari al 53% sul totale della varianza. La maggior variabilità di C. stellatus rispetto a T. atlantica potrebbe anche essere dovuta alla diversità genetica intrinseca alla specie, dipendente dalla storia evolutiva della stessa e trovare ulteriore spiegazione nel più ampio bacino di distribuzione geografica di C. stellatus, che può aver favorito una sua maggior differenziazione genetica. Infatti, mentre T. atlantica si trova limitata alle sole isole atlantiche, C. stellatus si trova localizzato, oltre che nell’Atlantico orientale, anche nel Mar Mediterraneo e nel Mar Nero. L’ampia dispersione larvale di C.

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stellatus farebbe sì che, oltre alle popolazioni intermedie, anche quelle distanti siano in grado di fornire numerosi genotipi, generando, in tal modo, il pattern polimorfico osservato. Tali contributi potrebbero provenire dal Nord Atlantico, come suggerito da uno studio di Pannacciulli et al. (1996) in cui è stato evidenziato, attraverso lo studio degli allozimi, come C. stellatus delle isole azzorriche abbia lo stesso pattern genetico di C. stellatus del Nord Atlantico, in virtù di un flusso genico omogeneizzante.

T. atlantica, contrariamente a C. stellatus, presenta una bassa dispersione larvale, mancando in essa lo stadio larvale planctonico, e ciò impedirebbe di ricevere un contributo dalle popolazioni intermedie e distanti. Il pattern di minor variabilità genetica osservato in T. atlantica troverebbe, oltre che nella bassa dispersione larvale e nel più ristretto bacino di distribuzione geografica, ulteriore giustificazione nel fatto che essa vive in un ambiente sottoposto a minori stress rispetto a quello in cui si trova C. stellatus. Infatti, mentre T. atlantica è localizzata nella parte inferiore della scogliera, dove vive quasi sempre sommersa (Costa & Jones, 2000), C. stellatus si insedia nel sopralitorale (Southward, 1976; Crisp et al., 1981), dove viene sottoposto a forti stress, soprattutto in relazione al disseccamento e viene, perciò, sottoposto a maggior pressione selettiva. In aggiunta, T. atlantica vive in un ambiente poco esposto alle radiazioni solari che sono uno dei principali agenti mutageni in grado di aumentare il tasso di mutazione e, quindi, anche la variabilità genetica. Infatti, mentre l’habitat ideale di T. atlantica è rappresentato da luoghi riparati ed ombreggiati, per cui i rappresentanti della specie si localizzano sotto le rocce, nella parte inferiore della zona intertidale o a livello dei tappeti algali

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(Costa & Jones, 2000), C. stellatus, invece, si insedia in ambienti rocciosi aperti del sopralitorale (Southward, 1976; Crisp et al., 1981). A questo riguardo è stato, infatti, dimostrato che l’ampiezza della distribuzione geografica e l’esposizione alle radiazioni solari contribuiscono alla diversità genetica. In uno studio (Lavie et al., 1993) su due cirripedi (C. stellatus ed Euraphia depressa) è emerso che C. stellatus, avente una più ampia distribuzione geografica rispetto ad E. depressa, ha una maggior diversità genetica e che, nell’ambito di E. depressa la variabilità genetica aumenta in quegli esemplari esposti alle radiazioni solari piuttosto che in esemplari che vivono al buio, in cavità o sotto le rocce. Tale situazione può essere rapportata alle specie oggetto del presente studio ed ai diversi livelli di variabilità genetica osservati: C. stellatus, infatti, presenta una distribuzione geografica maggiore rispetto a T. atlantica ed è caratteristico di ambienti più esposti alle radiazioni solari rispetto a quelli in cui vive T. atlantica. La minor variabilità genetica di T. atlantica potrebbe anche essere dovuta a fattori storici. Le specie in esame risultano essere più o meno coetanee, l’origine del genere Chthamalus è fatta risalire a metà dell’Eocene, 55-34 milioni di anni fa, mentre quella di Tesseropora risale a circa metà dell’Oligocene, 34-22 milioni di anni fa. Data l’origine recente delle Azzorre (8 milioni di anni fa) ed il fatto che T. atlantica trovi in questo arcipelago gran parte del suo areale di distribuzione, si può ipotizzare che questa specie non abbia ancora avuto modo di differenziarsi geneticamente tanto quanto C. stellatus che, invece, colonizza già da svariate decine di milioni di anni le coste dell’Europa occidentale. Tale condizione farebbe sì che il pattern di T. atlantica

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l’arcipelago azzorrico, così giustificando, in parte, la minor variabilità genetica riscontrata in questa specie.

La maggior variabilità genetica di C. stellatus emersa dalle analisi qualitative, però, è in contrasto con quanto emerso dai risultati del t-test

effettuato sulle diversità genetiche di Nei 1973 (H) e sull’indice di Shannon (I) delle due specie. Tali risultati, infatti, mostrano, differenze interspecifiche non significative. Questa discordanza tra risultati qualitativi e quantitativi, però, potrebbe essere un artefatto dovuto agli indici statistici utilizzati che non sarebbero in grado di riflettere la variabilità osservata. Bisogna, infatti, sottolineare che i valori dell’eterozigosità attesa, calcolati assumendo l’equilibrio di Hardy-Weinberg, per marcatori dominanti quali gli ISSR, hanno un valore puramente indicativo se presi in assoluto, ma possono risultare utili quando utilizzati in termini comparativi.

Nel presente lavoro, inoltre, è stato messo in evidenza come ad una maggiore capacità di dispersione larvale, corrisponda una minor strutturazione genetica in virtù dell’azione omogeneizzante del flusso genico. C. stellatus, specie ad ampia dispersione larvale, presenta, infatti una strutturazione genetica minore di T. atlantica. Situazioni di scarsa diversità genetica tra campioni geograficamente distanti non sono infrequenti negli invertebrati marini ad ampia dispersione, come ad esempio i molluschi gasteropodi del genere

Siphonaria (Johnson & Black, 1982; 1984) e l’echinoide Echinometra mathaei (Watts et al., 1990) che mostrano bassa strutturazione genetica. Nello studio di Pannacciulli et al. (1996) è stato evidenziato come C. stellatus delle isole azzorriche non sia differenziato da C. stellatus del Nord Atlantico, in virtù del

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flusso genico omogeneizzante. Il fatto che C. stellatus mostri una minor strutturazione genetica, potrebbe anche essere attribuito al fatto che l’ampia dispersione larvale che lo caratterizza determina un’ipervariabilità genetica tale da mascherare un preciso pattern genetico.

La differenza osservata nella struttura genetica di T. atlantica e C.

stellatus è emersa dall’analisi UPGMA delle distanze genetiche di Nei (1978), dall’Fst di Weir e Cockerham (θ) e dall’analisi della varianza molecolare (AMOVA). Di seguito è riportato il grafico che accorpa i due dendogrammi ottenuti per T. atlantica e C. stellatus (Fig. 4.1) in cui appare evidente la maggior strutturazione genetica e la maggior distanza genetica tra le popolazioni di T. atlantica rispetto a quelle di C. stellatus.

Fig. 4.1. Dendogramma UPGMA: T. atlantica vs C. stellatus. (FJG= Faja Grande, BDM= Baia das Mos, FOR= Forcada, MAIA=Maia).

Suddividendo l’analisi della variabilità genetica su larga e media scala, otteniamo due situazioni diverse per le due specie oggetto di studio.

Per quanto riguarda T. atlantica, è stato riscontrato un differenziamento genetico significativo su larga scala dovuto alle limitate capacità dispersive della specie. Tale dato emerge dalla significatività del valore dell’Fst di Weir e Cockerham (θp= 0.1976, S.D.= ±0.0843), dall’analisi della varianza molecolare

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che mostra una percentuale del 30% data dalle differenze tra isole e dal dendogramma UPGMA. Per contro, l’analisi della variabilità genetica su media scala non ha portato all’evidenziazione di differenze genetiche in T. atlantica tra località appartenenti alla stessa isola (Baia das Mos e Forcada). La componente della varianza molecolare tra le località all’interno delle isole è risultata, infatti, pari allo 0% e tale dato è supportato dal fatto che nel dendogramma UPGMA (Fig. 4.1) le due località sono raggruppate in un unico cluster e dal fatto che il t-test effettuato sulle diversità genetiche di Nei 1973 e sugli indici di Shannon non mostra differenze significative all’interno della stessa isola. Ciò rifletterebbe, ancora una volta, la limitata dispersione larvale di T. atlantica, a causa della quale questa specie non è stata in grado di differenziarsi molto nell’ambito della stessa isola e, pertanto, continuerebbe a mostrare in due località separate il pattern genetico del fondatore.

Considerando C. stellatus, invece, i valori dell’Fst di Weir e Cockerham (θp= 0.0011, S.D.= ±0.0182), l’analisi del dendogramma UPGMA, l’analisi della varianza molecolare, che mostra una percentuale del 2% dovuta alle differenze tra isole, evidenziano una bassa strutturazione genetica tra isole, in accordo con l’elevata capacità di dispersione larvale della specie. Sulla base di tale caratteristica e dell’azione omogeneizzante del flusso genico che ne deriva, ci si aspetterebbe di trovare differenze non significative anche all’interno della stessa isola. Contrariamente a quanto atteso, invece, l’analisi della variabilità genetica su media scala (all’interno dell’isola) mostra che le popolazioni provenienti da Baia das Mos appaiono significativamente diverse da quelle di Forcada, in quanto meno differenziate. Questo dato emerge sia dall’analisi della varianza

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molecolare, in cui la percentuale relativa al differenziamento intra-isola è pari al 3.50%, sia dall’UPGMA che mostra come le popolazioni corrispondenti alle due sopraccitate località non siano raggruppate nello stesso cluster (Fig. 4.1), che dai risultati del t-test effettuato sulle diversità genetiche di Nei 1973 e sugli indici di Shannon. Ciò potrebbe essere dovuto alla topografia di Baia das Mos che, essendo una baia chiusa, favorirebbe la ritenzione larvale e, perciò, l’autoreclutamento della popolazione riducendo, in tal modo, la variabilità genetica tra individui. In letteratura esistono studi a supporto di tale ipotesi che evidenziano come persino in specie dotate di un elevato potenziale dispersivo possono esistere importanti strutturazioni, dovute a condizioni ambientali locali (Arnaud et al., 2000; Luttikhuizen et al., 2003; Taylor & Hellberg, 2003; Zane et al., 2000). Infatti, popolazioni localizzate su frammenti di habitat separati e dotate di larve ad ampia dispersione, possono trovarsi parzialmente o totalmente isolate le une dalle altre a causa di correnti locali che tendono a ritenere le larve in una zona specifica, o a causa di correnti superficiali che comportano dispersione direzionale (Wares et al., 2001).

Per quanto riguarda, infine, gli effetti della distanza tra le isole, per mezzo del test di Mantel non è stata rilevata alcuna correlazione tra distanza geografica e distanza genetica in nessuna delle due specie oggetto del presente studio. Possiamo, quindi, concludere che la variabilità genetica delle specie in esame non sembra essere influenzata dalla distanza tra le isole.

Questo studio ha evidenziato come la frammentazione dell’habitat nelle due specie oggetto di studio pare non avere effetti su C. stellatus che, come

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atteso, in virtù della maggior dispersione larvale, mostra una strutturazione genetica minore rispetto a quella di T. atlantica, specie a bassa dispersione.

Il presente lavoro dimostra come l’utilizzo di tecniche di biologia molecolare possa fornire indicazioni sul grado di connettività esistente tra le popolazioni di una specie su scale spaziali diverse e tra specie differenti. Stabilire l’esistenza o meno di struttura genetica delle popolazioni, unito alla comprensione dei fattori che l’hanno determinata, rappresenta un punto di fondamentale importanza per la gestione delle popolazioni naturali.