Quando furono scoperti per la prima volta, il celacanto suscitò molta eccitazione. Era un esempio vivente di un gruppo di pesci che si pensava esistessero solo come fossili. E non un gruppo di pesci qualsiasi. Si ritiene che i celacanti e i loro parenti, con le loro lunghe pinne a forma di stelo, includano gli antenati di tutti i vertebrati che non sono pesci: i tetrapodi o vertebrati con quattro arti. Ciò significa, tra molte altre cose, che noi.
Ma da allora si sono accumulate prove che siamo più vicini ai dipnoi, che vivono in acqua dolce e si trovano in Africa, Australia e Sud America. Ma i dipnoi sono un po’ strani. Le specie africane e sudamericane videro le pinne simili ad arti dei loro antenati ridursi in filamenti sottili e flessibili. Acquisire una certa prospettiva sulla sua storia evolutiva si è rivelato difficile perché contiene il genoma più grande conosciuto negli animali, con il genoma del dipnoo sudamericano contenente più di 90 miliardi di paia di basi. Si tratta di 30 volte la quantità di DNA che abbiamo.
Ma la nuova tecnologia di sequenziamento ha reso questo tipo di sfida più accessibile, e una collaborazione internazionale ha ora completato il genoma più grande mai realizzato, con tutti i cromosomi tranne uno che trasportano più DNA del genoma umano. Questo lavoro indica una storia in cui i dipnoi sudamericani aggiungevano ulteriori 3 miliardi di basi di DNA ogni 10 milioni di anni negli ultimi 200 milioni di anni, il tutto senza aggiungere un gran numero di nuovi geni. Sembra, invece, che abbia perso la capacità di tenere sotto controllo il DNA indesiderato.
Andare a lungo
Questo lavoro è stato reso possibile da una tecnica comunemente chiamata “sequenziamento di letture lunghe”. La maggior parte dei genomi è stata completata utilizzando letture brevi, solitamente nell’intervallo 100-200 paia di basi. La chiave era eseguire un sequenziamento sufficiente in modo che ciascuna base del genoma venisse sequenziata in media più volte. Di conseguenza, un programma per computer progettato in modo intelligente può determinare dove due pezzi di sequenza si sovrappongono, registrarlo come un pezzo di sequenza più lungo e ripetere il processo finché il computer non produce lunghe catene di basi contigue.
Il problema qui è che la maggior parte delle specie non microbiche contiene tratti di sequenze ripetitive (immagina centinaia di copie delle basi G e A, rispettivamente) che sono più di qualche centinaio di basi di lunghezza – sequenze quasi identiche che appaiono in più siti nel genoma . È impossibile abbinare queste sequenze a una posizione unica, quindi l’output del programma di assemblaggio del genoma conterrà molte lacune di lunghezza e sequenza sconosciute.
Ciò crea un’enorme difficoltà per genomi come quello dei dipnoi, che sono pieni di DNA “spazzatura” “non funzionale”, che in genere sono tutti duplicati. Il programma tende a produrre un genoma con più lacune che sequenza.
La tecnica di lettura lunga aggira questo problema facendo esattamente ciò che suggerisce il nome. Invece di essere in grado di sequenziare frammenti di circa 200 basi, possono generare sequenze lunghe migliaia di paia di basi, coprendo facilmente un’intera ripetizione che altrimenti creerebbe un divario. Una delle prime versioni della tecnologia a lettura lunga prevedeva l’inserimento di lunghe molecole di DNA attraverso i pori e l’osservazione di diversi cambiamenti di voltaggio attraverso i pori mentre le diverse basi li attraversavano. Un altro aveva un enzima di replicazione del DNA che creava una copia duplicata di un lungo filamento e monitorava i cambiamenti fluorescenti man mano che venivano aggiunte basi diverse. Queste prime versioni tendevano ad essere un po’ soggette a errori, ma da allora sono migliorate e ora sul mercato sono presenti molte nuove tecnologie concorrenti.
Nel 2021, i ricercatori hanno utilizzato questa tecnologia per Completa il genoma Gli scienziati sono riusciti a trovare genomi di specie africane e sudamericane, ognuna delle quali sembra aver seguito il proprio percorso durante la disgregazione del supercontinente Gondwana, un processo iniziato circa 200 milioni di anni fa. Ottenere i genomi delle tre specie ci darebbe una prospettiva sui tratti che tutte le specie di pesci polmonati condividono, e che quindi probabilmente hanno condiviso con lontani antenati che hanno dato origine ai tetrapodi.
