Temperature rigide, risorse naturali limitate, intense radiazioni ultraviolette e soprattutto scarsa disponibilità di ossigeno: vivere ad alta quota non è affatto semplice. Quando ci troviamo a 4000 metri sopra il livello del mare la quantità di ossigeno che il nostro corpo riesce ad utilizzare è circa la metà di quella a disposizione a bassa quota: una condizione che rende faticoso anche solo mantenere attive le normali funzioni vitali. Ci sono popoli però che a quelle altitudini vivono da millenni senza subire gli effetti nocivi della ridotta disponibilità di ossigeno, ad esempio le comunità che vivono sull’altopiano tibetano e quelle di etnia sherpa. Come ci riescono?
La risposta sta nel loro DNA. Indagando il genoma di queste popolazioni, un gruppo internazionale di ricercatori ha individuato una serie di combinazioni di varianti genetiche uniche, collegate a processi di formazione e proliferazione dei vasi sanguigni più efficienti del comune. Caratteristiche, queste, che permettono una maggiore circolazione di sangue e quindi una maggiore diffusione dell’ossigeno nei tessuti, garantendo così il normale funzionamento dell’organismo anche ad alta quota. I risultati dello studio, guidato da un gruppo di ricerca dell’Università di Bologna, sono stati pubblicati su Genome Biology and Evolution.
Genetica e vita ad alta quota
“I popoli che vivono sull’altopiano tibetano e le comunità di etnia sherpa che risiedono nelle valli di alta quota nel versante nepalese dell’Himalaya sono tra gli esempi più rappresentativi di come la specie umana sia stata capace di adattarsi ad ambienti molto diversi tra loro. Una capacità che ci ha permesso di raggiungere ogni angolo del pianeta e di sopravvivere e prosperare anche in aree remote ed inospitali”, spiega Marco Sazzini, ricercatore dell’Università di Bologna che ha guidato lo studio.
L’interesse per la fisiologia di queste popolazioni di alta quota non è nuovo. Anni fa, per esempio, uno studio del Cnr aveva individuato nei muscoli dei tibetani un meccanismo antiossidante e anche una origine multifattoriale per l’elevata tolleranza dei tibetani all’esercizio. Fino ad oggi, però, le basi genetiche delle caratteristiche ereditate di generazione in generazione da migliaia di anni e che ne hanno garantito la sopravvivenza erano rimaste sconosciute. “Le analisi fatte finora – continua Marco Sazzini – avevano portato ad identificare modificazioni nei popoli tibetani e sherpa soltanto in due particolari geni, legati ad un meccanismo di difesa nei confronti del cosiddetto mal di montagna, una patologia pericolosa che può manifestarsi quando ci si trova in ambienti con carenza di ossigeno”. Questa particolare caratteristica genetica è legata però solo ad un aspetto indiretto del processo di adattamento alla vita ad alta quota. Non spiega invece come queste popolazioni, nei loro villaggi a oltre 4000 metri sopra il livello del mare, riescano a garantire alle proprie cellule una quantità di ossigeno sufficiente a sopravvivere e a riprodursi.
La risposta nel DNA
Una risposta a questo interrogativo arriva ora, per la prima volta, grazie ad uno studio condotto presso il Laboratorio di Antropologia Molecolare e il Centro di Biologia Genomica del Dipartimento di Scienze Biologiche, Geologiche e Ambientali (BiGeA) dell’Università di Bologna.
Sequenziando il genoma completo di un individuo di etnia sherpa proveniente dalla Rolwaling Valley, una remota valle nepalese sul versante meridionale dell’Himalaya, e di individui originari dell’altopiano tibetano, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che la selezione naturale ha agito in queste popolazioni su un vasto numero di geni, ciascuno dei quali contribuisce individualmente ai processi di adattamento all’ipossia, la condizione di carenza di ossigeno nell’organismo.
“Quello che emerge dal nostro studio – dice ancora Sazzini – è un modello poligenico, che mostra cioè come sia stata la combinazione di varianti distribuite su più geni ad aver permesso l’evoluzione di un fenotipo così complesso come quello dei popoli di alta quota”. In particolare, le varianti genetiche individuate dai ricercatori sono collegate ad una maggiore efficienza dei processi di angiogenesi, cioè di formazione e proliferazione dei vasi sanguigni: un adattamento che garantisce una migliore irrorazione dei tessuti e la circolazione di un maggiore volume di sangue al loro interno rispetto a quanto accade in individui originari di bassa quota. “La presenza di questo complesso di varianti genetiche – continua il ricercatore – rende possibile un trasporto di ossigeno ottimale nell’organismo dei popoli tibetani e sherpa pur in presenza di una quantità di emoglobina e globuli rossi uguale o addirittura inferiore a quella osservabile in soggetti non geneticamente adattati all’alta quota”.
Meccanismi evolutivi
Il risultato raggiunto dai ricercatori – individuare i geni e le varianti in grado di ottimizzare le risposte fisiologiche del nostro organismo alla carenza di ossigeno – promette di rivelarsi utile anche in ambito biomedico. Queste informazioni, infatti, potrebbero permettere di individuare target terapeutici adatti a combattere patologie – i tumori sono tra queste – in cui l’ipossia rappresenta una caratteristica tipica dei tessuti colpiti.
Per realizzare lo studio, inoltre, il gruppo di ricerca ha utilizzato un approccio inedito, che combina tecniche statistiche tradizionali con un nuovo metodo basato sull’analisi di tutti i network di geni esistenti nel patrimonio genetico umano e che tiene conto allo stesso tempo delle varianti presenti sui numerosi geni che regolano un determinato processo biologico. Una nuova metodologia di analisi, questa, che può essere replicata su altri casi studio, permettendo così di ampliare le conoscenze in merito ai meccanismi evolutivi che hanno mediato, nel corso dei millenni, l’interazione tra le popolazioni umane e i diversi ambienti in cui hanno vissuto.
Riferimenti: Genome Biology and Evolution; Università di Bologna
